EP4272230A1 - Isolationssystem mit festem isolationsstoff und imprägnierharz - Google Patents

Isolationssystem mit festem isolationsstoff und imprägnierharz

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Publication number
EP4272230A1
EP4272230A1 EP22706788.1A EP22706788A EP4272230A1 EP 4272230 A1 EP4272230 A1 EP 4272230A1 EP 22706788 A EP22706788 A EP 22706788A EP 4272230 A1 EP4272230 A1 EP 4272230A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
copolymer
polyetherimide
blend
insulation material
siloxane
Prior art date
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Pending
Application number
EP22706788.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Lang
Marek Maleika
Niels Müller
Florian Schemmel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP4272230A1 publication Critical patent/EP4272230A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
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    • H01B3/427—Polyethers
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    • H01B3/46—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes silicones

Definitions

  • the invention generally relates to the field of insulating electrical conductors against partial discharge in the medium and high voltage range.
  • the invention relates to an insulation system for an electrical machine, in particular a rotating electrical machine such as an electric motor and/or a generator.
  • Electrical machines such as motors and generators in the medium and high voltage range, have electrical conductors, a main insulation and a laminated stator core.
  • the purpose of the main insulation is to electrically insulate the conductors from one another, from the stator core and from the environment.
  • so-called "treeing" channels can form in the main insulation due to electrical partial discharges TEs.
  • electrical breakdown through the main insulation can occur.
  • electrical discharges do not necessarily occur during operation, so that no barrier against partial discharges is required there.
  • intermediate and high voltage range is used here to refer to electrical energy technology that works with high voltages in the range of over 700V - up to and including 52kV. This also includes the insulation systems, which are of interest for the fast-charging drive systems in the automotive industry .
  • a barrier in the form of a surface insulation material against partial discharges has hitherto been achieved mainly by using mica in the main insulation, which has a high resistance to partial discharges.
  • the mica will in the form of platelet-shaped mica particles with a conventional particle size of several 100 micrometers up to several millimeters processed into a mica paper, which is then placed on a carrier, such as a glass fiber fabric and/or insulating film, and glued, so that the mica particles the surface insulation material in result in the form of a broad mica web.
  • a mica tape is cut from this broad sheet of mica and wound around the conductor to produce the main insulation. Then, to produce the insulation system, the electrical insulation mica winding tape is impregnated with a liquid synthetic resin and the synthetic resin is then hardened.
  • Insulation systems are known - such as the system known under the brand name "Micalastic®", in which the main insulation, a mica winding tape as surface insulation material, is impregnated with a bisphenol epoxy resin in a vacuum pressure impregnation process.
  • Micalastic® is also known from EP2763142A1 and DE 102011083228A.
  • nanoscale particles which are dispersed in the synthetic resin before impregnation, is known to improve the partial discharge resistance of the main insulation.
  • the presence of the particles shortens the pot life of the synthetic resin, which is reflected in particular in the progressive polymerisation of the synthetic resin before impregnation.
  • the production of the surface insulation material as a slot lining and/or in the form of a broad sheet of mica and/or a mica tape is complicated and expensive.
  • mica-containing laminates with, for example, mAramid and polyimide as carrier material have also been used for traction motors for slot linings due to the requirements.
  • traction motors In order to get maximum performance out of the machine to get it, it is operated at the highest possible current densities, which also results in significant losses in the form of heat.
  • Traction motors are operated at comparatively high temperatures, in particular at temperatures above 150°C.
  • DE 102020 208760 discloses a surface insulation material made from a copolymer of a polyetherimide with a siloxane, but this exhibits a softening point at elevated temperatures, such as those prevailing in traction motors, for example.
  • the subject of the present invention is an insulation system comprising a solid insulation material in the form of a surface insulation material and a synthetic resin, the surface insulation material being present as a film and a blend of a copolymer of a polyetherimide with a siloxane with a high-temperature thermoplastic, such as wise polyimide, and the synthetic resin is a duromer with which the surface insulation material is impregnated and then cured.
  • High-temperature thermoplastics are used as blend partners for the copolymer, such as polyetheretherketone (PEEK), polyaryletherketone (PAEK), polyphenylene ether (PPE), polyoxymethylene (POM), perfluoroalkoxy polymer (PFA), polyvinylidene fluoride PVDF, polyetherketone PEK, polyetherketoneketone PEKK, polytetrafluoroethylene PTFE, polyphenylene sulfone PPSU, polyether sulfone PES, polysulfone PSU, poly(oxy-1,4-phenylsulfonyl-1,4-phenyl) PESU, polyamideimide PAI, polybenzimidazole PBI and/or polyetherimide PEI.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PAEK polyaryletherketone
  • PPE polyphenylene ether
  • POM polyoxymethylene
  • PFA perfluoroalkoxy polymer
  • PVDF polyvin
  • PEI polysulfones
  • siloxane a copolymer of polyetherimide and siloxane
  • thermoplastics are: other polyimide(s), polyamideimide -PAI-, polyetherketone -PEK-, polyetheretherketone -PEEK-, polyetherketoneketone -PEKK-, polysulfone -PSU- and/or -PPSU-, polyphenylene sulfide -PPS-, polyethersulfone - PES- , poly(oxy-1,4-phenylsulfonyl-1,4-phenyl) -PESU-, polyaryl ether ketone -PAEK-.
  • thermoplastics All of the high-temperature thermoplastics mentioned can be used on their own and/or in any combination or mixture.
  • the high-temperature thermoplastics preferably contain an aromatic basic structure. As a result, these compounds are firstly resistant to oxidation and secondly to the formation of free radicals. Both are very important, especially when partial discharge resistance is required. In particular, the chain stiffness is also greater in the case of aromatic polymers, so that the glass transition temperature is higher.
  • a high-temperature thermoplastic as a blending partner can be partially crystalline, crystalline and/or amorphous - i.e. also as a mixture of these modifications.
  • Partially crystalline or crystalline high-temperature thermoplastics are preferred here as blending partners because they exhibit particular stability with regard to oxidation, partial discharges and/or the formation of free radicals.
  • a polyetherimide-siloxane copolymer in particular has proven enormous potential as an insulating material in the medium and high-voltage range with regard to resistance to thermal loads and also to partial discharges.
  • the softening point of the copolymer alone as a surface insulation material is only slightly above 170°C, so that it can be used as a surface insulation material in an insulation system at higher operating temperatures, in particular at operating temperatures above 180°C.
  • a blend according to the invention i.e. the blending of the copolymer with a high-temperature thermoplastic in an amount of, for example, 1 to 90% by weight, results in a surface insulation material that can be processed as a film because it shows no segregation problems and in a temperature range - What is meant is that the electrical machine can be used at an operating temperature of, for example, 170°C up to 250°C.
  • drive motors and traction motors are electrical rotating machines that are operated at high temperatures, i.e. temperatures above 155°C.
  • Polymers that are mixtures with high-temperature thermoplastics are known, but they are often mixtures of polymers that separate again during production of the film, ie during film drawing. Therefore, when adding a blending partner, attention must be paid to the reactivity of the side groups, and it has been shown that the polar side groups of the copolymer are advantageously combined with a thermoplastic that also has polar side groups, particularly in the production of surface insulation materials in the form of films.
  • polysulfones such as polyphenylene sulfones and polyether sulfones as blend partners for a copolymer of polyetherimide and siloxane.
  • a foil from the blend of a thermoplastic with a copolymer, e.g. a copolymer formed from polyetherimide and siloxane, and the use of the foil as surface insulation material to replace mica-containing materials is possible because, in addition to other advantageous properties, especially that enormous potential of the surface insulation material in terms of resistance to thermal stress has been recognized and proven.
  • a copolymer e.g. a copolymer formed from polyetherimide and siloxane
  • the partial discharge resistance is evaluated using a surface profilometer by determining the specific erosion volume after electrical aging. This is carried out based on IEC 60343.
  • the test setup and test conditions can be found in the publication: n. Müller; Slang; R.Moos: "Influence of ambient conditions on electrical partial discharge resistance of epoxy anhydride based polymers using IEC 60343 method”. Transactionson Dielectrics and Electrical Insulation 2019.
  • the polyetherimide-siloxane copolymer is a block copolymer.
  • the proportion of siloxane in the copolymer is in the range from 0.1% by weight to 90% by weight, in particular 10% by weight to 60% by weight and in particular 20% by weight to 40% by weight, based on the total weight of the copolymer.
  • the atomic proportion of silicon atoms in the copolymer is 0% to 30% atomic percent, in particular from 0% to 25%, in particular 0% to 15%.
  • the polyetherimide-siloxane copolymer is a block copolymer of general formula (I) whereby
  • R 1-6 are the same or different and selected from the group of o substituted or unsubstituted, saturated, unsaturated or aromatic monocycles having 5 to 30 carbon atoms, o substituted or unsubstituted, saturated, unsaturated or aromatic polycycles having 5 to 30 carbon atoms, o substituted or unsubstituted saturated hydrocarbons having 1 to 30 carbon atoms, o substituted or unsubstituted unsaturated hydrocarbons having 2 to 30 carbon atoms;
  • - V represents a linker group having 4 valences, selected from the group consisting of o substituted or unsubstituted, saturated, unsaturated or aromatic monocycles and polycycles having 5 to 50 carbon atoms, o substituted or unsubstituted saturated hydrocarbons having 1 to 30 carbon atoms, o substituted or unsubstituted, unsaturated hydrocarbons having 2 to 30 carbon atoms, o and any combination of linker groups that include at least one of the above groups;
  • one or more additives can be contained in the copolymer.
  • Other additives can be Fe2O3 and/or MnFe2O4 and/or electrically non-conductive carbon-based fillers such as carbon black as additives.
  • the additive particles can be equipped with a SiCh coating partially or completely, over the entire surface or over part of the surface.
  • these additives also inhibit oxidation, so that the heat class or the temperature index of a surface insulation material produced with them can be further increased.
  • Additives are mixed in, for example, during the production of the blend.
  • additives can be added to the blend and/or the impregnating agent to produce the insulation system.
  • siloxane is basically understood to mean a compound having at least one —Si—O—Si unit, in particular those which form an Si—O—Si backbone in the polymer, as is customary in silicon.
  • a polydialkyl - siloxane such as polydimethylsiloxane, or polydiarylsiloxane, such as polydiphenylsiloxane simple forms of a siloxane.
  • siloxanes such as a polyarylalkylsiloxane.
  • PEI polyetherimide
  • ULTEM® ultraviolet light and gamma rays
  • the polyetherimide is used once to form the copolymer with siloxane, ie the monomers of the polyetherimide and the monomers of the siloxane are cured together to form a polymer.
  • the polyetherimide is used as a high-temperature thermoplastic for mixing the copolymer to form the blend according to one embodiment of the invention.
  • blend also known as polyblend
  • properties of the blend in particular with regard to temperature resistance, correspond neither to those of the copolymer nor to those of the high-temperature thermoplastic.
  • a blend in this sense is a purely physical mixture, there are no new chemical bonds between the macromolecules.
  • a duromer is used as the impregnation resin for forming the synthetic resin of the insulation system and for impregnating the winding tape insulation and/or the slot box made of a surface insulation material according to the invention.
  • a surface insulation material for example, polyester, formaldehyde, epoxide, novolak, silicone, polyesterimide, polyurethane and any mixtures, blends and copolymers of the aforementioned compounds can be used.
  • Impregnating resins for slot linings and/or Wrapping tape insulation is generally known, inter alia from the patent specifications mentioned above. The solid insulating materials are impregnated with these impregnating resins and the resin is then cured to complete the insulating system.
  • Fillers can be added to both the impregnating resin and the blend of a copo lymer with a high-temperature thermoplastic.
  • silicon dioxide nanoparticles which further increase the partial discharge resistance of the insulation system, have proven their worth in increasing the silicon content.
  • a polyetherimide-siloxane copolymer is available under the trade name "SiltemTM", which has already been successfully mixed with thermoplastics to form a blend and then used and tested.
  • the Siltem is an amorphous thermoplastic polyetherimide-siloxane copolymer and combines temperature resistance of PEI with the flexibility of a silicone elastomer.As a blend with a high-temperature thermoplastic, in particular with a semi-crystalline high-temperature thermoplastic, it shows good processability into a film, for example using a conventional extrusion process.
  • Figures 1 and 2 show the surface of two test specimens with insulation systems, each showing a solid surface insulation material impregnated with a synthetic resin which was cured after impregnation was complete. Both figures show the test specimen after electrical aging. 1 shows the erosion of the insulation system made with pure polyetherimide and FIG. 2 shows the erosion of the insulation system made according to one embodiment of the invention from a blend of a polyetherimide-siloxane copolymer with a thermoplastic as a solid surface insulation material same conditions shown.
  • the defined standard test conditions for electrical aging according to IEC 60343 are: Voltage: 10KV
  • Atmosphere air 50%RH Temperature: room temperature approx. 23°C Test duration: 100 hours Flow rate: 1000 l*h _1
  • the present invention brings a quantum leap in insulation technology, since here for the first time the expensive mica-containing insulation material, which is difficult to produce, can be dispensed with.
  • the copolymer-thermoplastic blend presented here for the first time as a mica substitute is suitable as a surface insulating material, both for winding tape insulation and for flat insulation, for example slot lining insulation , especially in the use of motors, both for traction and as a drive motor, but also for generators such as a wind power generator. Due to its excellent stretch properties, it expands the design spectrum of - for example - traction motors.
  • both the maramid-containing slot linings and the polyimide-containing insulating tapes with the surface insulation material made from polyetherimide-siloxane copolymer according to the invention, without having to compromise on the power density of the motors or generators.
  • the mica paper and/or mica tape each of which has mica on a carrier, such as glass fabric, and a tape adhesive for connecting the mica plates - at least - by the polyetherimide-siloxane Copolymer that can be processed, inter alia, by surface extrusion to replace.
  • a film produced, for example, by surface extrusion, according to an embodiment of the invention insulates, for example, the coils and/or the wires of the winding of an electric motor. These coils are then placed in the slots of a laminated core and then impregnated with an impregnation resin, such as a polyesterimide and/or a silicone.
  • an impregnation resin such as a polyesterimide and/or a silicone.
  • An insulation system comprises, for example, a laminate with one or more films made of polyetherimide-siloxane copolymer, for example also processed into laminates with carriers and/or protective films - e.g. bonded with maramide or polyimide as carrier material.
  • foil is understood to mean a flat layer of a material.
  • the foil is a layer and not a stack of layers.
  • the wall thickness of a foil is typically between 1 pm and 0.7 mm, for example between 2 pm and 0.5 mm.
  • a "laminate” is a stacking and/or a composite of at least two layers or films, i.e. for example at least one carrier and/or protective film and/or paper, e.g. made of maramid or polyimide, with at least one film made of the thermoplastic blend -copolymer, understood.
  • the laminates are cut into tapes, for example, and used in insulation systems.
  • the insulation of a slot for an electric motor can also and/or additionally be processed over its entire length by a surface insulation material made from a polyetherimide-siloxane copolymer high-temperature thermoplastic blend in a thick film and/or as a laminate, e.g. in combination with e.g. mAramid papers and/or polyimide foils, as a slot lining.
  • a surface insulation material made from a polyetherimide-siloxane copolymer high-temperature thermoplastic blend in a thick film and/or as a laminate, e.g. in combination with e.g. mAramid papers and/or polyimide foils, as a slot lining.
  • the thickness of a surface insulation material made from a foil that is present as a tape is, for example, in the range from 1 ⁇ m to 250 ⁇ m, in particular between 20 ⁇ m and 220 ⁇ m, very preferably in the range between 25 ⁇ m and 200 ⁇ m.
  • the thickness of a surface insulation material made of a foil that is present as a slot lining is, for example, in the range from 70 ⁇ m to 500 ⁇ m, in particular between 90 ⁇ m and 300 ⁇ m, very preferably in the range between 100 ⁇ m and 450 ⁇ m.
  • the winding from the foil is inserted into the grooves and the entire winding is then impregnated with an impregnating resin made from a duromer that is filled or unfilled, electrically insulating or electrically conductive, for example during manufacture a corona protection system such as external corona protection, impregnated.
  • thermoplastic copolymer blend in film form as surface insulation
  • the entire insulation system can be manufactured much more cheaply than with mica-based surface insulation material
  • the surface insulation material can withstand thermal loads of up to approx. 170°C to 250°C - depending on the mixture of the blend with high-temperature thermoplastics -
  • the blend is also flexible thanks to a siloxane content in the copolymer, so that it can be used as a winding tape,
  • the blend electrically - as tests have shown - permanently withstands the required field strength, because the electrical discharges that occur with electric field strengths of up to a maximum of 15kV/mm (!) form a siloxane or a SiCh nanoparticle, a Vitrified protective layer that significantly increases the service life of an electrical rotating machine insulated therewith.
  • the vitrified layer formed in this way can be easily detected using SEM, and an elemental analysis using EDX is also possible in order to detect the silicon in the copolymer, for example, and
  • the blend is partial discharge resistant, as shown in Figure 2 of the present specification, resulting in a significant Increasing the electrical service life of the insulation system leads.
  • the invention makes available for the first time a replacement for the mica conventionally used as a barrier material in an insulation system such as the main insulation of rotating electrical machines such as motors and/or generators.
  • the replacement is based on a blend of a copolymer, in particular a polyetherimide-siloxane copolymer, with a high-temperature thermoplastic that can be processed over a large area, for example via flat extrusion.
  • Foils are produced that are processed in the form of foils or as a laminate, cut as flat insulation materials or as strips, lations in insulation systems as winding tape insulation and/or as useful linings.

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Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Isolierung von elektrischen Leitern gegen Teilentladung im Mittel- und Hochspannungsbereich. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Isolationssystem für eine elektrische Maschine, insbesondere eine rotierende elektrische Maschine wie einen Elektromotor und/oder einen Generator. Durch die Erfindung wird erstmals ein Ersatz für den herkömmlich verwendeten Glimmer als Barrierewerkstoff in einem Isolationssystem wie der Hauptisolation von elektrischen rotierenden Maschinen wie Motoren und/oder Generatoren zur Verfügung gestellt. Der Ersatz basiert auf einem Blend aus einem Copolymer, insbesondere einem Polyetherimid-Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten, dass flächig, beispielsweise über Flächen-Extrusion, verarbeitbar ist. Dabei werden Folien hergestellt, die in Folienform oder auch als Laminat verarbeitet, als flächige Isolationsstoffe oder als Bänder geschnitten, in Isolationssystemen als Wickelbandisolationen und/oder als Nutzauskleidungen einsetzbar sind.

Description

Beschreibung
Isolationssystem mit festem Isolationsstoff und Imprägnier harz
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Isolierung von elektrischen Leitern gegen Teilentladung im Mittel- und Hochspannungsbereich. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Isolationssystem für eine elektrische Maschine, insbesondere eine rotierende elektrische Maschine wie einen Elektromotor und/oder einen Generator.
Elektrische Maschinen, wie z.B. Motoren und Generatoren des Mittel- und Hochspannungsbereichs, weisen elektrische Leiter, eine Hauptisolation und ein Ständerblechpaket auf. Die Haup tisolation dient dem Zweck, die Leiter gegeneinander, gegen das Ständerblechpaket und gegen die Umgebung elektrisch zu isolieren. Bei Betrieb der elektrischen Maschine können sich durch elektrische Teilentladungen TEs die so genannten „Treeing"-Kanäle in der Hauptisolation ausbilden. Als Folge der „Treeing"-Kanäle kann es zu einem elektrischen Durch schlag durch die Hauptisolation kommen. Im Niederspannungsbe reich, wo Drähte und Kabel eingesetzt werden, kommt es im Be trieb nicht zwangsläufig zu elektrischen Entladungen, so dass dort keine Barriere gegen Teilentladungen erforderlich sind.
Als „Mittel- und Hochspannungsbereich" wird vorliegend die elektrische Energietechnik, die mit einer Hochspannung im Be reich über 700V - bis einschließlich 52kV - arbeitet, ver standen. Dadurch sind auch die Isolationssysteme, die für die schnellladefähigen Antriebssysteme der Automobilindustrie in teressant sind, mitumfasst.
Eine Barriere in Form eines Flächenisolationswerkstoffes ge gen die Teilentladungen wird bislang hauptsächlich durch den Einsatz von Glimmer in der Hauptisolation erreicht, welcher eine hohe Teilentladungsbeständigkeit hat. Der Glimmer wird in Form von plättchenförmigen Glimmerpartikeln mit einer her kömmlichen Partikelgröße von mehreren 100 Mikrometern bis zu mehreren Millimetern zu einem Glimmerpapier verarbeitet, wel ches nachfolgend auf einem Träger, wie ein Glasfasergewebe und/oder Isolierfolie, aufgesetzt und verklebt wird, so dass die Glimmerpartikel den Flächenisolationsstoff in Form von einer Glimmerbreitbahn ergeben. Aus dieser Glimmerbreitbahn wird ein Glimmerband geschnitten, das zur Herstellung der Hauptisolation um den Leiter gewickelt wird. Darauffolgend wird zur Herstellung des Isolationssystems das Elektroisola- tions-Glimmerwickelband mit einem flüssigen Kunstharz impräg niert und anschließend wird das Kunstharz ausgehärtet.
Bekannt sind Isolationssysteme - wie beispielsweise das unter der Marke „Micalastic®" bekannte System, bei dem in einem Va- kuum-Druck-Imprägnierverfahren die Hauptisolation, ein Glim merwickelband als Flächenisolationsstoff umfassend, mit einem Bisphenol-Epoxidharz imprägniert wird.
Micalastic® ist auch aus der EP2763142A1 und der DE 102011083228A bekannt.
Zur Verbesserung der Teilentladungsbeständigkeit der Haup tisolation ist der Einsatz nanoskaliger Partikel bekannt, die in dem Kunstharz vor dem Imprägnieren dispergiert werden. Durch die Anwesenheit der Partikel verkürzt sich jedoch die Topfzeit des Kunstharzes, was sich insbesondere in einer vo ranschreitenden Polymerisierung des Kunstharzes vor der Im prägnierung zeigt.
Die Herstellung des Flächenisolationswerkstoffes als Nutaus kleidung und/oder in Form einer Glimmerbreitbahn und/oder ei nes Glimmerbandes ist aufwändig und teuer.
Insbesondere werden auch für Traktionsmotoren für Nutausklei dungen aufgrund der Anforderungen bislang glimmerhaltige La minate mit z.B. mAramid und Polyimid als Trägermaterial ein gesetzt. Um ein Maximum an Leistung aus der Maschine heraus- zuholen, wird sie bei höchstmöglichen Stromdichten betrieben, wodurch aber auch nennenswerte Verluste in Form von Hitze entstehen. Traktionsmotoren werden bei vergleichsweise hohen Temperaturen, insbesondere auch bei Temperaturen über 150°C, betrieben.
Aus der DE 102020 208760 ist ein Flächenisolationswerkstoff aus einem Copolymer eines Polyetherimids mit einem Siloxan bekannt, allerdings zeigt dieser bei erhöhter Temperatur, wie sie beispielsweise in Traktionsmotoren herrschen einen Erwei chungspunkt. Dies unter anderem auch deshalb, weil in dem Co polymer aus Polyetherimid und Siloxan wegen der weniger pola ren Seitengruppen des Siloxans, diese gegenüber dem reinen Polyetherimid als „Verunreinigung" wirken, wodurch die Glas übergangstemperatur sinkt. Zwar können diese Polyetherimid- Siloxan-Copolymere durch geeignete Extrusionsverfahren flä chig als Folie hergestellt werden, die ihrerseits eine aus reichende Elastizität aufweisen, um -fertig geschnitten - als Wickelbänder eingesetzt zu werden, aber als Wickelbänder im Betriebs-Temperaturbereich von über 150°C, insbesondere über 170°C sind diese Wickelbänder nicht einsetzbar.
Deshalb ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Flä chenisolationsstoff bereitzustellen, dessen Erweichungstempe ratur und/oder Schmelzpunkt zumindest über 150°C liegt, be vorzugt höher und/oder der einen Temperatur Index von 180 °C oder - wenn möglich - noch höher besitzt.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Er findung, wie er in der Beschreibung, den Figuren und den An sprüchen offenbart ist, gelöst.
Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Isolationssystem, einen festen Isolationswerkstoff in Form eines Flächenisolationsstoffes und ein Kunstharz umfassend, wobei der Flächenisolationsstoff als Folie vorliegt und ein Blend eines Copolymers aus einem Polyetherimid mit einem Si loxan mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten, wie beispiels- weise Polyimid, sind, und das Kunstharz ein Duromer ist, mit dem der Flächenisolationsstoff imprägniert und anschließend ausgehärtet wird.
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass ein Gemisch aus einem Copolymer, insbesondere einem Siloxan- Polyetherimid-Copolymer mit einem Hochtemperatur- Thermoplasten im Blend - beispielsweise auch mit einem der Reaktionspartner des Copolymers als Blendpartner - ein stabi les Gemisch ergibt, das zur Folienherstellung geeignet ist.
Als Blendpartner des Copolymers werden Hochtemperatur- Thermoplaste eingesetzt, wie z.B. Polyetheretherketon (PEEK), Polyaryletherketon (PAEK), Polyphenylenether (PPE), Polyoxy- methylen (POM), Perfluoralkoxy -Polymer (PFA), Polyvinyliden- fluorid PVDF, Polyetherketon PEK, Polyetherketonketon PEKK, Polytetrafluorethylen PTFE, Polyphenylensulfon PPSU, Po lyethersulfon PES, Polysulfon PSU, Poly(oxy-1,4- phenylsulfonyl-1,4-phenyl ) PESU, Polyamidimid PAI, Polyben zimidazol PBI und/oder Polyetherimid PEI. Der Einsatz von PEI hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, weil dadurch ei ne Entmischung des Blends bei der Folienherstellung nahezu vollständig unterdrückt werden kann. Außerdem hat sich der Einsatz von Polysulfonen als Blendpartner für ein Copolymer aus Polyetherimid und Siloxan als geeignet erwiesen, weil auch hier eine Folienherstellung durch Extrusion ohne nen nenswerte Entmischung möglich ist.
Weitere Hochtemperaturthermoplaste sind: andere Polyimid(e), Polyamidimid -PAI-, Polyetherketon -PEK-, Polyetheretherketon -PEEK -, Polyetherketonketon -PEKK-, Polysulfon -PSU- und/oder -PPSU-, Polyphenylensulfid -PPS-, Polyethersulfon - PES-, Poly(oxy-1,4-phenylsulfonyl-l,4-phenyl) -PESU-, Polya ryletherketon -PAEK-.
Alle genannten Hochtemperatur-Thermoplaste können für sich und/oder in beliebigen Kombinationen und Mischungen, einge setzt werden. Die Hochtemperatur-Thermoplaste enthalten bevorzugt eine aro matische Grund-Struktur. Dadurch sind diese Verbindungen ers tens gegen Oxidation beständig, zweitens gegen Radikalbil dung. Beides ist insbesondere bei geforderter Teilentladungs beständigkeit sehr wichtig. Insbesondere ist auch die Ket tensteifigkeit bei aromatischen Polymeren größer, so dass die Glasübergangstemperatur höher ist.
Ein Hochtemperatur-Thermoplast als Blendpartner kann teil kristallin, kristallin und/oder amorph - also auch als Ge misch dieser Modifikationen - vorliegen. Bevorzugt sind hier die teilkristallinen oder kristallinen Hochtemperatur- Thermoplaste als Blendpartner, weil diese besondere Stabili tät gegenüber Oxidation, Teilentladungen und/oder Radikalbil dung zeigen.
Als Copolymer hat insbesondere ein Polyetherimid-Siloxan- Copolymeren ein enormes Potential als Isoliermaterial im Mit tel- und Hochspannungsbereich hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber thermischen Belastungen und auch gegenüber Teilent ladungen bewiesen. Die Erweichungstemperatur des Copolymers allein als Flächenisolationswerkstoff liegt nur geringfügig oberhalb 170°C, so dass dieser als Flächenisolationswerkstoff in einem Isolationssystem bei höheren Betriebstemperaturen, insbesondere auch bei Betriebstemperaturen oberhalb von 180°C einsetzbar ist.
Durch ein Blend gemäß der Erfindung, also die Abmischung des Copolymers mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten in einer Menge von beispielsweise 1 bis 90 Gew% ergibt sich ein Flä chenisolationswerkstoff, der als Folie verarbeitbar ist, weil er keine Entmischungsprobleme zeigt und in einem Temperatur- Bereich- gemeint ist bei einer Betriebstemperatur der elektrischen Maschine von beispielsweise 170°C bis zu 250°C einsetzbar ist.
Insbesondere Antriebsmotoren und Traktionsmotoren sind elekt rische rotierende Maschinen, die bei hohen Temperaturen, also Temperaturen oberhalb 155°C betrieben werden. Es sind Polymere, die Gemische mit Hochtemperaturthermoplas ten darstellen, bekannt, allerdings sind es oft Gemische aus Polymeren, die sich bei der Herstellung der Folie, also beim Folienziehen, wieder entmischen. Deshalb ist bei der Zugabe eines Blendpartners auf die Reaktivität der Seitengruppen zu achten, wobei sich gezeigt hat, dass vorteilhafterweise die polaren Seitengruppen des Copolymers mit einem Thermoplasten mit ebenfalls polaren Seitengruppen kombiniert, insbesondere bei der Herstellung von Flächenisolationswerkstoffen in Form von Folien Vorteile zeigen. So werden bevorzugt Polysulfone wie Polyphenylensulfone und Polyethersulfone als Blendpartner für ein Copolymer aus Polyetherimid und Siloxan eingesetzt.
Die Herstellung einer Folie aus dem Blend eines Thermoplasten mit einem Copolymer, z.B. einem aus Polyetherimid und Siloxan gebildetem Copolymer, und die Verwendung der Folie als Flä chenisolierwerkstoff, um glimmerhaltige Werkstoffe zu erset zen, ist möglich, da neben weiteren vorteilhaften Eigenschaf ten, besonders das enorme Potenzial des Flächenisolierwerk stoffes hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber thermischer Belastung erkannt und nachgewiesen wurden.
Die Bewertung der Teilentladungsresistenz erfolgt via Ober flächenprofilometer über die Ermittlung des spezifischen Ero sionsvolumens nach der elektrischen Alterung. Diese wird in Anlehnung an die IEC 60343 durchgeführt. Der Versuchsaufbau sowie Testbedingungen können in der Veröffentlichung: n. Mül ler; S.Lang; R.Moos: „Influence of ambient conditions on electrical partial discharge resistance of epoxy anhydride based polymers using IEC 60343 method". Transactionson Die- lectrics and Elektrical Insulation 2019.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Polyetheri- mid-Siloxan-Copolymer ein Block-Copolymer.
Der Anteil an Siloxan im Copolymer liegt im Bereich von 0,1Gew% bis 90Gew%, insbesondere bei 10Gew% bis 60Gew% und insbesondere bei 20Gew% bis 40Gew%, bezogen auf das Gesamtge wicht des Copolymers. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform liegt der atomare Anteil an Silizium-Atomen im Copolymer bei 0% bis 30% Atom prozent, insbesondere von 0 % bis 25 %, insbesondere bei 0% bis 15 %.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Polyetherimid-Siloxan-Copolymer ein Block-Copolymer der allgemeinen Formel (I) wobei
- R1-6 gleich oder ungleich sind und ausgewählt aus der Gruppe der o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Monocyclen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Polycyclen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen;
- V steht für eine 4-Valenzen habende Linkergruppe, ausge wählt aus der Gruppe der o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Monocyclen und Po lycyclen mit 5 bis 50 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, o sowie beliebig kombinierten Linkergruppen, die zu mindest eine der vorgenannten Gruppen umfassen;
- g beträgt 1 bis 30 und
- d beträgt 2 bis 20.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin dung können in dem Copolymer ein oder mehrere Additive ent halten sein. Beispielsweise können ein oder mehrere Me- talloxid(e), wie z.B. T1O2und/oder solche mit einer der fol genden Summenformeln Na8Al6Si6024S4 und/oder Na6Al6Si6024S2. Wei tere Additive können Fe2Ü3 und/oder MnFe204und/oder elektrisch nichtleitfähige Kohlenstoff basierte Füllstoffe, wie z.B. Industrieruß als Additive sein. Bei Bedarf können die Additiv-Partikel teilweise oder ganz, vollflächig oder teilflächig, mit einer SiCh-Beschichtung ausgestattet vorlie gen.
Diese Additive sind insbesondere auch oxidationshemmend, so dass die Wärmeklasse oder der Temperatur-Index eines damit hergestellten Flächenisolationswerkstoffes weiter erhöht wer den kann.
Additive werden beispielsweise bei der Herstellung des Blends zugemischt .
Weitere Additive, Verlaufshilfsmittel, Farbpigmente, Quarz partikel und weiteres können dem Blend und/oder dem Impräg niermittel zur Herstellung des Isolationssystems zugemischt werden.
Als „Siloxan" wird vorliegend grundsätzlich eine Verbindung mit zumindest einer -Si-O-Si-Einheit verstanden, insbesondere solche, die im Polymer ein Si-O-Si-Rückgrat wie es in Silico nen üblich ist, bilden. Beispielsweise sind ein Polydialkyl- siloxan, wie das Polydimethylsiloxan, oder Polydiarylsiloxan, wie das Polydiphenylsiloxan einfache Formen eines Siloxans. Natürlich gibt es auch gemischte Formen von Siloxanen wie beispielsweise ein Polyarylalkylsiloxan.
Als Polyetherimid oder „PEI" wird der bekannte Thermoplast bezeichnet, der vielfältig einsetzbar ist, weil er hochtempe raturbeständig ist und als flammwidrig eingestuft wird. Dies insbesondere deshalb, weil er geringe Rauchentwicklung zeigt, wenn er dennoch mal brennt. PEI hat hohe Festigkeit, auch ho he elektrisch Durchschlagsfestigkeit, geringes Gewicht und ist gegen UV-Licht und Gammastrahlen beständig. Insbesondere ist PEI als „ULTEM®" handelsüblich.
Das Polyetherimid wird gemäß einer vorteilhaften Ausführungs form der Erfindung einmal zur Bildung des Copolymers mit Si loxan eingesetzt, also die Monomere des Polyetherimids und die Monomere des Siloxans werden gemeinsam zu einem Polymer gehärtet.
Zum zweiten wird, unabhängig vom eingesetzten Copolymer, das Polyetherimid als Hochtemperatur-Thermoplast zur Abmischung des Copolymers zur Bildung des Blends nach einer Ausführungs form der Erfindung eingesetzt.
Die Bildung des Blends oder auch Polyblend genannt erfolgt durch einfaches Mischen der beiden Komponenten Copolymer ei nerseits und Hochtemperatur-Thermoplast andererseits. Die Ei genschaften des Blends, insbesondere hinsichtlich Temperatur beständigkeit entsprechen weder denen des Copolymers noch de nen des Hochtemperatur-Thermoplasten. Ein Blend in diesem Sinn ist eine rein physikalische Mischung, es entstehen keine neuen chemischen Bindungen zwischen den Makromolekülen.
Als Imprägnierharz zur Bildung des Kunstharzes des Isolati onssystems und zur Imprägnierung der Wickelbandisolierung und/oder des Nutkastens aus einem Flächenisolationswerkstoff nach der Erfindung wird ein Duromer eingesetzt. Dabei kann beispielsweise Polyester, Formaldehyd, Epoxid, Novolak, Sili kon, Polyesterimid, Polyurethan sowie beliebige Mischungen, Blends und Copolymere der vorgenannten Verbindungen einge setzt werden. Imprägnierharze für Nutauskleidungen und/oder Wickelbandisolationen sind allgemein, unter anderem aus den oben genannten Patentschriften, bekannt. Die festen Isolati onsstoffe werden mit diesen Imprägnierharzen imprägniert und das Harz dann ausgehärtet damit das Isolationssystem fertig gestellt ist.
Sowohl dem Imprägnierharz als auch dem Blend aus einem Copo lymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten können Füllstof fe zugesetzt sein. Dabei haben sich insbesondere zur Erhöhung des Silizium-Anteils auch Silizium-Dioxid-Nanopartikel be währt, die die Teilentladungsresistenz des Isolationssystems weiter erhöhen.
Unter dem Handelsnamen „Siltem™" ist ein Polyetherimid- Siloxan-Copolymer erhältlich, dass hier schon erfolgreich mit Thermoplasten zu einem Blend vermischt und dann eingesetzt und getestet wurde. Das Siltem ist ein amorphes thermoplasti schen Polyetherimid-Siloxan-Copolymer und kombiniert die Tem peraturbeständigkeit des PEI mit der Flexibilität eines Si licon-Elastomers. Als Blend mit einem Hochtemperatur- Thermoplasten, insbesondere mit einem teilkristallinen Hoch temperaturthermoplasten zeigt es gute Verarbeitbarkeit zu ei ner Folie, beispielsweise durch ein herkömmliches Extrusions verfahren.
Die Figuren 1 und 2 zeigen die Oberfläche zweier Prüfkörper mit Isolationssystemen, jeweils einen festen Flächenisolati onsstoff imprägniert mit einem Kunstharz, das nach erfolgter Imprägnierung ausgehärtet wurde, dargestellt. Beide Figuren zeigen den Prüfkörper nach der elektrischen Alterung. In Fi gur 1 ist die Erosion des mit reinem Polyetherimids herge stellten Isolationssystems und in Figur 2 die Erosion des - gemäß einer Ausführungsform der Erfindung - aus einem Blend eines Polyetherimid-Siloxan-Copolymers mit einem Thermoplas ten - als festem Flächenisolationsstoff hergestellten Isola tionssystem unter den gleichen Bedingungen dargestellt.
Die definierten Standardprüfbedingungen für die elektrische Alterung nach IEC 60343 sind: Spannung: 10 kV
Atmosphäre: Luft 50%RH Temperatur: Raumtemperatur ca. 23°C Testdauer: 100 Stunden Durchfluss: 1000 l*h_1
Unterhalb der Figur 1 befindet sich die Legende, wobei er kennbar ist, dass bei der Figur 1, dem Isolationssystem mit reinem PEI, unter den unten genannten Bedingungen sich ein Kreis um den mittig angeordneten Leiter herum mit einer durch Teilentladungen verursachten Erosionstiefe von bis zu 80 pm bildet, wohingegen unter den gleichen Bedingungen der Prüf körper der Figur 2, mit dem bis auf den festen Isolations werkstoff identisch hergestellten Isolationssystem, das das erfindungsgemäße Copolymer als festen Isolationswerkstoff um fasst, im getesteten Fall das Handelsprodukt Siltem® und/oder Ultem® STM 1600 als PEI-Siloxan-Copolymer, auch eine kreis runde Alterung, aber lediglich mit einer Erosionstiefe zwi schen -lpm und -8pm zeigt.
Die vorliegende Erfindung bringt nach diesen Tests einen Quantensprung in der Isolationstechnik, da hier erstmals auf das aufwändig herzustellende und kostspielige glimmerhaltige Isoliermaterial verzichtet werden kann.
Es zeigt sich, dass das Blend aus einem Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten gegenüber dem reinen Polyetheri- mid einen enormen Anstieg, ja eine nahezu vollständige Tei lentladungsresistenz bewirkt.
Aufgrund der festgestellten Teilentladungsresistenz und der Eigenschaft des Blends, als Folie verarbeitet zu werden, eig net sich das hier erstmals als Glimmer-Ersatz vorgestellte Copolymer-Thermoplast-Blend als Flächenisolierstoff, sowohl für Wickelband-Isolationen als auch für flächige, beispiels weise Nutauskleidungs-Isolationen, besonders im Einsatz von Motoren, sowohl für die Traktion als auch als Antriebsmotor, aber auch für Generatoren wie z.B. einem Windkraftgenerator. Durch seine hervorragenden Dehnungseigenschaften erweitert es das Designspektrum von -beispielsweise - Traktionsmotoren.
Damit ist es ein erreichbares Ziel, sowohl die mAramid- enthaltenden Nutauskleidungen, ebenso wie die Polyimid enthaltenden Isolierbänder mit dem erfindungsgemäßen Flä chenisolationsstoff aus Polyetherimid-Siloxan-Copolymer her zustellen, ohne bei der Leistungsdichte der Motoren oder Ge neratoren Abstriche machen zu müssen. Vor allem ist es mög lich, in beiden Isolationssystemen das Glimmerpapier und/oder Glimmerband, die jeweils Glimmer auf einem Träger, wie bei spielsweise Glasgewebe, und zur Verbindung der Glimmerplätt chen einen Bandkleber - mindestens - umfassen, durch das Po- lyetherimid-Siloxan-Copolymer , das unter anderem durch Flä- chen-Extrusion verarbeitet werden kann, zu ersetzen.
Eine beispielsweise durch Flächen-Extrusion hergestellte Fo lie nach einer Ausführungsform der Erfindung isoliert bei spielsweise die Spulen und/oder die Drähte der Wicklung eines Elektromotors. Diese Spulen werden anschließend in die Nuten eines Blechpakets eingelegt und anschließend mit einem Im prägnierharz, wie beispielsweise einem Polyesterimid und/oder einem Silikon imprägniert.
Ein Isolationssystem gemäß einer Ausführungsform der vorlie genden Erfindung umfasst beispielsweise Laminat mit einer oder mehreren Folien aus Polyetherimid-Siloxan-Copolymer, beispielsweise auch zu Laminaten mit Trägern und/oder Schutz folien verarbeitet - z.B. mit mAramid oder Polyimid als Trä germaterial verbunden.
Als „Folie" wird vorliegend eine flächige Schicht aus einem Material verstanden. Die Folie ist eine Schicht und kein Schichtstapel . Die Wandstärke einer Folie beträgt typischer weise zwischen lpm bis 0,7mm, beispielsweise zwischen 2pm und 0,5mm.
Ein „Laminat" hingegen ist in der Regel ein Schichtstapel, eine oder mehrere Folien oder Papieren umfassend. Dabei kön- nen die Schichten vollflächig - also alle Schichten Folien - oder teilflächig also zumindest eine Schicht mit beispiels weise einer Gitter- und/oder statistisch verteilten Fasern und/oder Netzstruktur aufeinanderliegen. Es kann zur Laminat bildung auch die Verbindung einer Folie mit einem Gewebe oder einem Gelege, beispielsweise einem Glasfasergelege, ausrei chen.
Als „Laminat" wird vorliegend eine Stapelung und/oder ein Verbund zumindest zweier Schichten oder Folien, also bei spielsweise zumindest einer Träger- und/oder Schutzfolie und/oder Papier, z.B. aus mAramid oder Polyimid, mit zumin dest einer Folie aus dem Blend Thermoplast-Copolymer, ver standen.
Insbesondere bei Nutauskleidungen, wie sie beispielsweise in Elektromotoren, Windgeneratoren etc. Vorkommen, können die einfachen Folien aus Copolymer-Thermoplast-Blend als Flä chenisolationsstoff reißen, deshalb ist es besser, hier Lami nate mit relativ reißfesten Folien oder Papieren für den Ein satz des Blends aus Thermoplast und Copolymer als Isolation zu verwenden.
Nach einer weiteren Ausführungsform werden die Laminate bei spielsweise zu Bändern geschnitten und in Isolationssystemen eingesetzt .
So kann eine Isolation einer Nut für einen Elektromotor in ihrer gesamten Länge auch und/oder zusätzlich durch einen Flächenisolationsstoff aus Polyetherimid-Siloxan-Copolymer- Hochtemperatur-Thermoplast-Blend in großer Foliendicke und/oder als Laminat verarbeitet, also z.B. im Verbund mit z.B. mAramid Papieren und/oder Polyimid Folien, als Nutaus kleidung geschützt werden.
Die Dicke eines Flächenisolationswerkstoffes aus einer Folie, die als Band vorliegt, liegt beispielsweise im Bereich von 1 pm bis 250pm, insbesondere zwischen 20 pm und 220pm, ganz be vorzugt im Bereich zwischen 25 pm und 200pm. Die Dicke eines Flächenisolationswerkstoffes aus einer Folie, die als Nutauskleidung vorliegt, liegt beispielsweise im Be reich von 70pm bis 500pm, insbesondere zwischen 90pm und 300pm, ganz bevorzugt im Bereich zwischen lOOpm und 450pm.
Zur Herstellung des Isolationssystems wird die Wicklung aus der Folie, gegebenenfalls in Form eines Laminats, in die Nu ten eingelegt und wiederum die gesamte Wicklung mit einem Im prägnierharz aus einem Duromer, das gefüllt oder ungefüllt, elektrisch isolierend oder elektrisch leitfähig- beispiels weise bei Herstellung eines Glimmschutzsystems wie Außen glimmschutz, vorliegen kann, imprägniert.
Besondere Vorteile der Verwendung eines Hochtemperatur- Thermoplast-Copolymer-Blends in Folienform als Flächenisola tionsstoff sind beispielsweise, dass
- das gesamte Isolationssystem deutlich günstiger herge stellt werden kann als mit Glimmer basiertem Flächeniso lationsstoff,
- der Flächenisolationsstoff thermisch bis zu ca. 170°C bis 250°C - je nach Abmischung des Blends mit Hochtempe ratur-Thermoplasten - belastbar ist,
- das Blend dank eines Siloxan-Anteils im Copolymer auch flexibel ist, so dass es als Wickelband einsetzbar ist,
- das Blend elektrisch - wie Tests gezeigt haben - dauer haft die benötigte Feldstärke aushält, denn die bei elektrischen Feldstärken von bis zu maximal 15kV/mm (!) auftretenden elektrischen Entladungen bilden, wenn sie auf ein Siloxan oder einen SiCh-Nanopartikel treffen, eine verglaste Schutzschicht, die die Lebensdauer einer damit isolierten elektrischen rotierenden Maschine sig nifikant erhöht. Die so gebildete, verglaste Schicht kann gut mittels REM detektiert werden, außerdem ist ei ne Elementaranalyse mittels EDX möglich, um das Silizium z.B. im Copolymer zu detektieren und
- das Blend ist Teilentladungsresistent, wie Figur 2 der vorliegenden Beschreibung zeigt, was zu einer deutlichen Erhöhung der elektrischen Lebensdauer des Isolationssys tems führt.
Durch die Erfindung wird erstmals ein Ersatz für den herkömm lich verwendeten Glimmer als Barrierewerkstoff in einem Iso- lationssystem wie der Hauptisolation von elektrischen rotie renden Maschinen wie Motoren und/oder Generatoren zur Verfü gung gestellt. Der Ersatz basiert auf einem Blend aus einem Copolymer, insbesondere einem Polyetherimid-Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten, dass flächig, bei- spielsweise über Flächen-Extrusion, verarbeitbar ist. Dabei werden Folien hergestellt, die in Folienform oder auch als Laminat verarbeitet, als flächige Isolationsstoffe oder als Bänder geschnitten, in Isolationssystemen als Wickelbandiso lationen und/oder als Nutzauskleidungen einsetzbar sind.

Claims

Patentansprüche
1. Isolationssystem, einen festen Isolationswerkstoff in Form eines Flächenisolationsstoffes und ein Kunstharz umfassend, wobei der Flächenisolationsstoff ein Blend zumindest eines Copolymers, insbesondere eines Copoly mers aus einem Polyetherimid mit einem Siloxan, mit zu mindest einem Hochtemperatur-Thermoplasten und das Kunstharz ein Duromer ist, mit dem der Flächenisolati onsstoff imprägniert und anschließend ausgehärtet wird.
2. Isolationssystem nach Anspruch 1, wobei ein Copolymer aus Polyetherimid und Siloxan ein Block-Copolymer ist.
3. Isolationssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wo bei das Copolymer einen Anteil an Siloxan im Bereich von 0,1 Gew% bis 90 Gew%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, hat.
4. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei im Copolymer ein atomarer Anteil an Silizium- Atomen im Bereich von 1% bis 25%, bezogen auf alle Atome im Copolymer, vorliegt.
5. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei das Copolymer gemäß der Formel (I) fl) wobei
R1-6 gleich oder ungleich sind und ausgewählt aus der Gruppe der o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Monocyclen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Polycyclen mit 5 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen;
- V steht für eine 4-Valenzen habende Linkergruppe, ausge wählt aus der Gruppe der o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten, ungesättigten oder aromatischen Monocyclen und Po lycyclen mit 5 bis 50 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, gesättigten Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 30 Kohlenstoffatomen, o substituierten oder unsubstituierten, ungesättigten Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 30 Kohlenstoffatomen, o sowie beliebig kombinierten Linkergruppen, die zu mindest eine der vorgenannten Gruppen umfassen;
- g beträgt 1 bis 30 und
- d beträgt 2 bis 20.
6. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei zumindest ein Hochtemperatur-Thermoplast im Blend teilkristallin vorliegt.
7. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei zumindest ein Hochtemperatur-Thermoplast aus gewählt ist aus der Gruppe folgender Thermoplasten: Po- lyamidimid -PAI-, Polysulfon -PSU-, Polyphenylensulfon - PPSU-, Poly(oxy-1,4-phenylsulfonyl-l,4-phenyl) -PESU-, Polyphenylensulfid -PPS-, Polyethersulfon - PES-, Polya ryletherketon -PAEK-Polyetheretherketon -PEEK-, Polya ryletherketon -PAEK-, Polyphenylenether -PPE-, Polyoxy- methylen -POM-, Perfluoralkoxypolymer -PFA-, Polyvinyli- denfluorid PVDF, Polyetherketon -PER-, Polyetherketonke ton PEKK, Polytetrafluorethylen -PTFE-, Polybenzimida- zol, -PBI- und/oder Polyetherimid -PEI-.
8. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei im Flächenisolationsstoff ein oder mehrere oxidationshemmende Additi (e) vorgesehen sind.
9. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprü che, wobei als Copolymer das unter dem Handelsnamen Sil- tem™ erhältliche Produkt eingesetzt wird.
10. Isolationssystem nach einem der vorhergehenden An sprüche, einen Flächenisolationsstoff aus einem Blend eines Polyetherimid-Siloxan-Copolymers mit einem Hoch temperatur-Thermoplasten zumindest in Form eines Lami nats, einer Folie, in Form eines Bandes und/oder eines aus einem Laminat geschnittenen Bandes, umfassend.
11. Verwendung eines Polyetherimid-Siloxan-Copolymers als Flächenisolationsstoff und/oder als Wickelband für ein Isolationssystem im Mittel- und Hochspannungsbe reich.
12. Verwendung eines Blends aus einem Polyetherimid-
Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten als Flächenisolationsstoff und/oder als Wickelband in elektrischen Traktionsmotoren oder Generatoren von Dampf- und/oder Gasturbinen.
13. Verwendung eines Blends aus einem Polyetherimid-
Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten als Flächenisolationsstoff und/oder als Wickelband in Windgeneratoren .
14. Verwendung eines Blends aus einem Polyetherimid-
Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten als Flächenisolationsstoff und/oder als Wickelband in elektrischen Antriebsmotoren.
15. Verwendung eines Blends aus einem Polyetherimid- Siloxan-Copolymer mit einem Hochtemperatur-Thermoplasten als Flächenisolationsstoff in Form einer Folie und/oder eines Laminats als Nutauskleidung und/oder als Wickel band in einer elektrischen rotierenden Maschine, einem Motor und/oder einem Generator.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102023205238A1 (de) 2023-06-05 2024-12-05 Siemens Mobility GmbH Isolation für über Stromrichter betriebene elektrische Maschinen, elektrische Maschine dazu
DE102023205219A1 (de) * 2023-06-05 2024-12-05 Siemens Aktiengesellschaft Lackformulierung, Isolation daraus und Verwendung dazu

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4622739A (en) * 1983-12-27 1986-11-18 Texas Instruments Incorporated Method of providing an improved seal for thermostatic switch housings
GB9310146D0 (en) 1993-05-17 1993-06-30 Raychem Ltd Polymer composition and electrical wire insulation
US8013251B2 (en) * 2008-03-17 2011-09-06 Sabic Innovative Plastics Ip B.V. Electrical wire comprising an aromatic polyketone and polysiloxane/polyimide block copolymer composition
DE102011083228A1 (de) 2011-09-22 2013-03-28 Siemens Aktiengesellschaft Isoliersysteme mit verbesserter Teilentladungsbeständigkeit, Verfahren zur Herstellung dazu
EP2763142A1 (de) 2013-02-04 2014-08-06 Siemens Aktiengesellschaft Imprägnierharz für einen Elektroisolationskörper, Elektroisolationskörper und Verfahren zum Herstellen des Elektroisolationskörpers
KR102475422B1 (ko) * 2013-05-31 2022-12-07 에스에이치피피 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 커패시터 필름, 이의 제조방법 및 이로부터 제조된 물품
CN105518807B (zh) * 2013-09-06 2018-05-01 古河电气工业株式会社 扁平电线及其制造方法以及电气设备
US10822499B2 (en) * 2014-10-10 2020-11-03 Sabic Global Technologies B.V. Polyetherimide varnish compositions, methods of manufacture, and articles prepared therefrom
WO2016137878A1 (en) * 2015-02-23 2016-09-01 Sabic Global Technologies B.V. Electrical tracking resistance compositions, articles formed therefrom, and methods of manufacture thereof
US20180247731A1 (en) * 2015-09-02 2018-08-30 Sabic Global Technologies B.V. Polyetherimide compositions, method of manufacture, and articles made therefrom
KR20210089704A (ko) * 2018-11-08 2021-07-16 에스에이치피피 글로벌 테크놀러지스 비.브이. 열가소성 조성물, 전기 와이어 및 전기 와이어를 포함하는 물품

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US20240153668A1 (en) 2024-05-09
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US12406779B2 (en) 2025-09-02
EP4047620A1 (de) 2022-08-24
CN116982121B (zh) 2026-04-28

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