EP4588077A1 - Formulierung für ein isolationssystem, verwendung dazu und formkörper - Google Patents

Formulierung für ein isolationssystem, verwendung dazu und formkörper

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EP4588077A1
EP4588077A1 EP23797684.0A EP23797684A EP4588077A1 EP 4588077 A1 EP4588077 A1 EP 4588077A1 EP 23797684 A EP23797684 A EP 23797684A EP 4588077 A1 EP4588077 A1 EP 4588077A1
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EP
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component
formulation according
formulation
insulation
pfts
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EP23797684.0A
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Steffen Lang
Marek Maleika
Niels Müller
Florian Schemmel
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Siemens Mobility GmbH
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Siemens Mobility GmbH
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    • H01B3/427—Polyethers

Definitions

  • Electrical machines for drive systems in general are equipped with a stator, as in motors and generators in the medium and high voltage range, and comprise electrical conductors, main insulation, conductor insulation, such as wire insulation with partial conductor insulation, and stator core.
  • the main insulation serves the purpose of electrically isolating the phases from each other, from the earthed stator core, and from the environment.
  • a wound insulation system includes not only surface insulation materials and/or insulation tapes, but also impregnating resin.
  • the surface insulation materials - which form the slot lining and/or the insulation tapes, for example - are based on mica and glass, but also mainly on mAramid and/or polyimide due to a wide variety of requirements.
  • Duromers with polyesterimide and/or silicone are usually used as impregnating resin in traction motors because of the high thermal class resulting from the low processing temperature.
  • Epoxies are usually used in industrial high-voltage motors.
  • duromer wire enamels are commercially available for conductor insulation and have been optimized with regard to TE resistance.
  • the structure of a hairpin stator differs from conventional stators only in the type of winding system - the other components of the stator remain largely unchanged.
  • the windings in the form of insulated winding wire are implemented in the hairpin stator using plug-in coils.
  • Casting is carried out with a liquid formulation without solvents, whereby the base resin, in contrast to the formulation which is used as a powder coating, is present as a liquid under normal conditions.
  • normal conditions a particularly relevant aspect with regard to processing conditions and storage stability - refers to 25 °C room temperature, ambient air and normal pressure.
  • the general finding of the invention is that in a formulation for a casting, as a fluidized bed powder, as a powder coating and/or for a wet coating for producing an electrical insulation system and/or an insulating coating, the incorporation of solid and polymeric plastic filler particles with a high relative temperature index, polymer filler with a high relative temperature index "PET" brings advantages with regard to thermomechanical stability and in particular with regard to temperature stability.
  • the duromer uncross-linked synthetic resin in the formulation comprises compounds such as bisphenol A diglycidyl ether, bisphenol F diglycidyl ether, novolak, aliphatic epoxy resin and/or aromatic epoxy resin.
  • the base resin can also be liquid under normal conditions; when used as a powder paint it is a powder, i.e. a solid.
  • component A can also contain an accelerator in small quantities, e.g. in the range of 0.3 to 2% by weight.
  • Accelerators for this application are known to the person skilled in the art; for example, urea such as dimethylurea, 1,l-dimethyl-3-phenylurea, toluyl-bis-1,1-dimethylurea, 3-(3-trifluoromethylphenyl)-1,1-dimethylurea, 2-phenylimidazole and/or benzyldimethylamine can be used as accelerators.
  • Powder coating can also be used to particular advantage in the insulation of individual rods using hairpin, wave winding and/or plug-in coil technology.
  • Individual rods can be coated with powder coating, e.g. automatically. in an assembly line process, coated or sprayed, which are then subjected to thermal and/or UV curing.
  • a wet paint As a wet paint, the formulation is dissolved in a solvent. Suitable solvents include: acetone, isopropanol, ethyl ester, methyl ethyl ketone, butyl acetate in any mixture and/or combination. A common thixotropic agent may also be added to the wet paint.
  • At least one particle fraction with an average grain size d50 in the range from 500 nm to 300 pm, in particular from 1 pm to 200 pm and for example in the range from 2 to 100 pm, for example between 2.5 pm and 10 pm.
  • component B contains a multimodal mixture of particles of different grain sizes, so that coarser and finer fractions complement each other, particularly with regard to the mechanical properties when processing the formulation. It is known that smaller particle fractions can act like ball bearings for coarser particles with regard to the flowability of the formulation.
  • the PFTs of component B can - depending on requirements - be amorphous, semi-crystalline, with crystalline parts, or in any mixture of the aforementioned modifications in the formulation. Parts or all of the PFTs of component B can also be reinforced, in particular fiber-reinforced. All types of non-electrically conductive fillers can be used. Materials may be incorporated, for example aramid fibre-reinforced or glass fibre-reinforced thermoplastic particles may be contained in component B.
  • the PFTs include, for example, polymeric solid filler particles made of materials such as high-performance plastics - preferably with a relative temperature index greater than 190°C and preferably greater than 200°C - such as:
  • thermoplastic polyimides - TPI- see also structural formulas I to III, polyetherimide - PEI-, polybenzimidazole -PBI-, thermoplastic silicone, in the form of solid polymer filler particles after appropriate frost treatment, polyamideimide -PAI-, polyether ketones such as e.g.
  • R can be alkyl, aryl, O,S-alkyl, O,S-aryl, N,P-aryl, N,P-alkyl with any functional groups, such as acid groups, ester groups, ether groups, etc.
  • thermoplastic high-performance plastics with the above-mentioned structural formulas I to III can, for example, have glass transition temperatures Tgs of up to 350 °C.
  • Thermoplastic high-performance polymers such as PET, for example, can be present in pure form but also in any blends and/or copolymers in PFTs of component B.
  • Component B includes, for example, various particle fractions, each containing different high-performance plastics.
  • PFTs of component B may be coated or uncoated.
  • PFTs of component B are surface-treated, whereby chemical and/or physical functionalization of the surface with regard to better bonding to the duromeric resin represents one possibility for surface treatment.
  • component B comprises at least one particle fraction of PFTs having fiber-reinforced particles.
  • the formulation may contain other fillers such as quartz powder, fused silica, mica, siloxane alone or in any mixture.
  • the formulation may also contain the usual additives for potting, powder coating or wet coating, such as flow agents, degassers and any other well-known additives for electrical insulation systems.
  • Filler 2 Siloxane-polyimide copolymer 10%
  • Polymeric filler with high temperature index "PFT” Polyimide, structural formula II 20% Additive: Flow agent 1%

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Abstract

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Isolierung, insbesondere eine Formulierung für eine Hochtemperatur-Isolierung bei Betriebstemperaturen von 200°C und mehr. Die Isolierung dient als Isolation von elektrischen Leitern. So betrifft die Erfindung ein Isolationssystem für eine elektrische Maschine, insbesondere eine rotierende elektrische Maschine mit Stator, wie einen Elektromotor und/oder einen Generator mit verbesserter Temperaturbeständigkeit der polymeren Isolationssystems-Bestandteile und oder eine isolierende Beschichtung für generativ hergestellte Leiter oder Teilen davon, Stromschienen, Anschlussschienen und/oder Klemmkästen. Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals ein Verguss, Pulverlack und/oder eine Formulierung für einen Nasslack offenbart, der als Füllstoff Hochleistungsthermoplaste umfasst, wobei sich gezeigt hat, dass diese Füllstoffe die thermische Beständigkeit deutlich erhöhen können und dabei noch verbesserte thermomechanische Eigenschaften in ein daraus hergestelltes Isolationssystem bringen.

Description

Beschreibung
Formulierung für ein I solationssystem, Verwendung dazu und Formkörper
Die Erfindung betri f ft allgemein das Gebiet der I solierung, insbesondere eine Formulierung für eine Hochtemperatur- Isolierung bei maximalen Betriebstemperaturen von bis zu 200 ° C und mehr . Die Formulierung dient in Form des durch Härtung daraus erhältlichen Formkörpers als I solationssystem, als isolierende Beschichtung elektrischer Leiter und/oder j eweils als Teil davon . So betri f ft die Erfindung auch einen Formkörper der zumindest Teil eines I solationssystems für eine elektrische Maschine , insbesondere eine rotierende elektrische Maschine mit Stator, wie einen Elektromotor und/oder einen Generator, mit verbesserter Temperaturbeständigkeit der polymeren I solationssystems-Bestandteile , ist . Ebenso betri f ft die Erfindung einen Formkörper als Teil einer isolierenden Beschichtung oder im Ganzen eine isolierende Beschichtung bildend, insbesondere die isolierende Beschichtung von - beispielsweise - in einem additiven Verfahren hergestellten elektrischen Leiter, von Stromschienen, von Anschlussschienen und/oder der isolierenden Beschichtung von Klemmkästen .
Elektrische Maschinen für Antriebssysteme allgemein sind mit Stator, wie bei Motoren und Generatoren des Mittel- und Hochspannungsbereichs , ausgestattet und umfassen elektrische Leiter, Hauptisolation, Leiterisolierung, wie Drahtisolierung mit Teilleiterisolation und Ständerblechpaket . Die Hauptisolation dient dem Zweck, die Phasen gegeneinander, gegen das geerdete Ständerblechpaket und gegen die Umgebung elektrisch zu isolieren .
Die Leiterisolierung isoliert die Leiter der Spule gegeneinander . Die elektrischen Maschinen werden in der Regel bei höchstmöglichen Stromdichten betrieben . Traktionsmotoren werden bei hohen Temperaturen - z . B . Wärmeklasse der polymerbasierten Kunststof fe bis zu 220 ° C - betrieben . Die polymeren Kunststof fe , die deshalb für diesen Zweck in Frage kommen, sind auf wenige Polymersorten begrenzt .
Ein gewickeltes I solationssystem umfasst andererseits neben Flächenisolationswerkstof fen und/oder I solierbändern auch Tränkharz . Die Flächenisolationswerkstof fe - die beispielsweise die Nutauskleidung und/oder die I solierbänder bildenbasieren neben Glimmer und Glas aufgrund unterschiedlichster Anforderungen bislang im Wesentlichen auf mAramid und/oder Polyimid . Als Tränkharz werden üblicherweise bei Traktionsmotoren wegen der hohen Wärmeklasse auf Grund der niedrigen Verarbeitungstemperatur Duromere mit Polyesterimid und/oder Silikon eingesetzt . Bei den industriellen Hochspannungsmotoren werden meist Epoxide eingesetzt .
Bei I solationssystemen mit Glimmerbändern wird das Papier mit einem Glasgewebeträger und/oder einer PET und/oder PI - Folie verbunden und in schmale Rollen geschnitten, die dann die Isolierbänder bilden und - z . B . um den Leiter respektive die Spule - gewickelt werden .
Bei extrudierten Leiterisolationen und/oder bei umsponnenen, bandförmigen Leiterisolationen - weniger bei den Lösungsmittel-haltigen Drahtlacken - werden herkömmlich PEEK, PI , PAI , PPS , PEI , Polyesterimid ( Duromer ) und ähnliche Kunstharze eingesetzt . Vor allem sind duromere Drahtlacke für die Leiterisolation handelsüblich, die hinsichtlich der TE-Resistenz optimiert wurden .
Die „Hairpin-Technologie" ist eine Wickeltechnologie für Statoren in elektrischen Motoren und Generatoren, die eine Untergruppe der Wellenwicklungen darstellt . Sie findet insbesondere bei Traktionsmotoren für Elektrofahrzeuge Anwendung . In Abgrenzung zur Formspulenwicklungs-Technologie basiert die Wellenwicklungs-Technologie auf Drahtwindungen, welche einzeln und nicht als Spulen kombiniert in die Statornuten des Blechpakets eingefügt werden . Diese Steckspulen, so genannte Hairpins , gewellte Hairpins „Continuous Hairpin" und/oder I- Pins sind wellenförmig, U- respektive I- förmig gebogene lackierte und/oder extrudierte Kupferflachdrähte .
I-Pins sind beispielsweise geradlinig geformte Kupferflachdrähte , bei dem Konzept der Wellenwicklung „Continuous Hairpin" werden so genannte Wickelmatten hergestellt und anschließend von innen in das Blechpaket eingeführt . Im Vergleich zur U- und I-Pin-Technologie hat das einen deutlich geringeren Aufwand in der Verbindungstechnik der einzelnen Pins .
Der Aufbau eines Hairpin-Stators unterscheidet sich zu herkömmlichen Statoren lediglich in der Art des Wicklungssystems - die weiteren Komponenten des Stators bleiben weitestgehend unverändert . Die Windungen in Form von isoliertem Wickeldraht wird im Hairpin-Stator durch Steckspulen realisiert .
Bei der Hairpin-Technologie , die eine moderne Technologie für Statoren in elektrischen Maschinen darstellt , werden neue , kostengünstigere Methoden ausprobiert . So wird der Kupferflachdraht mit typischer Hairpin-Geometrie in einem umformba- sierten Montageverfahren in die Nuten des Blechpakets eingebracht . Dabei ist es j edoch unerlässlich, die gelöteten oder geschweißten Verbindungsstellen der einzelnen Hairpins untereinander mit einer Beschichtung zu isolieren, da diese nicht durch die Leiterisolierung geschützt sind . Die derzeit verwendeten Lacke sind j edoch in ihrer thermischen Beständigkeit auf eine Wärmeklasse 180 (H) begrenzt . Zur Herstellung des fertigen I solationssystems ist hierbei vorzugsweise noch eine Fixierung der Wicklung, des Drahts und/oder des Hairpins in der Nut durch Vergießen, Imprägnieren, Beträufeln, Tauchen und/oder durch Spritzguss mit einem Kunstharz vorgesehen . Andererseits kann ein durch Drahtextrusion isolierter Teilleiter durch Spritzguss in der Nut fixiert werden .
Es besteht nach wie vor der Bedarf an einer verbesserten Technologie für eine Formulierung zur Herstellung eines I solationssystems und/oder einer isolierenden Beschichtung, insbesondere auch geeignet für die oben genannten Anwendungen - auch für den Einsatz in der Steckspulen- und/oder Wellenwicklungs-Technologie - beispielsweise einsetzbar z . B . bei Traktionsmotoren für Schienenfahrzeuge , Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und/oder zur isolierenden Beschichtung, beispielsweise von Klemmkästen, additiv gefertigten Leitern und/oder Spulen, sowie Strom- oder Anschlussschienen .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Formulierung für eine isolierende Beschichtung und/oder ein I solationssystem für eine elektrische rotierende Maschine , insbesondere zum Einsatz bei maximalen Betriebstemperaturen von mehr als 170 ° C, insbesondere von 200 ° C und darüber, bevorzugt sogar von maximal 220 ° C und darüber, zu schaf fen, das auch für den Einsatz bei der Steckspulen und/oder Wellenwicklungs- Technologie geeignet ist .
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Beispielen of fenbart ist , gelöst .
Gegenstand der Erfindung ist daher eine Formulierung für ein Isolationssystem und/oder eine isolierende Beschichtung, als Verguss , Pulverlack und/oder Lösungsmittel-haltig als Nasslack vorliegend, zumindest eine Komponente B umfassend, wobei auch eine Komponente A, ein unvernetzt vorliegendes , flüssiges oder festes Basisharz mit zur Härtung erforderlichem Härter und/oder Beschleuniger vorzugsweise enthalten ist und Komponente B als PFT , also in Form eines bei Raumtemperatur unter Normalbedingungen festen polymeren Füllstof fes mit hohem relativen Temperaturindex, insbesondere größer 160 ° C, vorliegt , wobei Komponente A im Bereich von 0% bis 99% Masseanteile und Komponente B im Bereich von 1 % bis 100% Masseanteile , bezogen auf 100% der Lösungsmittel freien Formulierung, vorliegt .
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Formkörper, erhältlich durch Härtung der oben beschriebenen Formulierung, wobei der Formkörper ein I solationssystem oder Teile eines I solationssystems und/oder eine elektrisch isolierende Beschichtung oder Teile einer elektrisch isolierenden Beschichtung bildet .
Schließlich ist Gegenstand der Erfindung die Verwendung einer Formulierung, wie oben beschrieben, zur Herstellung eines Isolationssystems , einer isolierenden Beschichtung und/oder einer Leiterisolierung durch Pulverbeschichtung, Wirbelbettbeschichtung, Nasslackierung und/oder Verguss .
Als „relativer Temperaturindex" ist hier der relative Temperaturindex nach IEC 60216 respektive DIN EN 60216 „TI" gemeint . Dies entspricht dem Zahlenwert der Temperatur in ° C, die aus der thermischen Langzeitbeziehung für eine Zeit von 20 000 Stunden bei 5% Masseverlust abgeleitet wird .
Eine Formulierung gemäß der Erfindung bildet nach erfolgter Härtung ein I solationssystem in Form einer Leiterisolierung und/oder Teile einer Leiterisolierung . Die Verarbeitung der Formulierung erfolgt beispielsweise , aber nicht abschließend, mittels Pulverlack- , Verguss- , Wirbelbett- und/oder Nasslackbeschichtung von Leitern, Teilen von Leitern und/oder Gehäu- sen dazu . Die Härtung zum Formkörper erfolgt bevorzugt thermisch und/oder über Strahlung, insbesondere UV-Härtung .
Ein Formkörper aus der Formulierung kann dann - z . B . - teilweise oder ganz die I solation von einem oder mehreren Einzelstäben, vom Wickelkopf und/oder auch vom Schaltbereich eines Wickelkopfs und/oder sogar die I solation einer gesamten Drahtwicklung bilden . Er kann des Weiteren als Teilleiter- Isolation und/oder als Einzelstab- I solation einer Steckspule , eines sonstigen Leiterelements in Wellenwicklungs-Technologie und/oder als isolierende Beschichtung eines generativ, insbesondere additiv, gefertigten Leiterelements fungieren .
Schließich kann die Formulierung ganz oder teilweise eine isolierende Beschichtung von Strom- und/oder Anschlussschienen und/oder Klemmkästen darstellen .
Leiterisolierung ist beispielsweise die elektrische I solation der einzelnen Leiterwindungen einer Spule gegeneinander und/oder der Leiter einer Drahtwicklung und/oder gegen die Umgebung und/oder gegen Masse , z . B . der elektrischen Maschine .
Unter Wirbelbettbeschichtung ist die Beschichtung eines Leiters im Wirbelbett , das mit Pulverlackformulierung gefüllt ist , zu verstehen . Dabei wird insbesondere ein Pulver aus - unter Normalbedingungen festen - Verbindungen eingesetzt , das heißt bevorzugt wird dabei , neben dem sowieso fest vorliegenden Thermoplasten in Partikel form, auch das Basisharz fest vorliegen .
Pulverbeschichtung, insbesondere elektrostatische Pulverbeschichtung - erfolgt z . B . durch Sprühen und/oder im Wirbelbettverfahren . Dabei wird ein Pulver aus Feststof fen eingesetzt , das heißt neben dem sowieso fest vorliegenden Thermoplasten in Partikel form, liegt auch das Basisharz als Feststof f vor . Nasslackierung erfolgt z . B . durch Lackieren, Bepinseln, Tauchen, Besprühen, Spin Coating und/oder Tauchverfahren . Die Formulierung wird dabei in einem Lösungsmittel gelöst auf den Leiter aufgebracht , das Lösungsmittel wird dann - zumindest zum Teil - entfernt und die Formulierung gehärtet . Dazu kann das Basisharz als Feststof f und/oder als Flüssigkeit vorliegen .
Verguss erfolgt mit flüssiger Formulierung ohne Lösungsmittel , wobei das Basisharz , im Gegensatz zur Formulierung, die als Pulverlack eingesetzt wird, unter Normalbedingungen als Flüssigkeit vorliegt .
Als „Normalbedingungen" - insbesondere hinsichtlich Verarbeitungsbedingungen und Lagerstabilität ein relevanter Gesichtspunkt - werden 25 ° C Raumtemperatur, Umgebungsluft und Normaldruck bezeichnet .
Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es , dass in einer Formulierung für einen Verguss , als Wirbelbettpulver, als Pulverlack und/oder für einen Nasslack zur Herstellung eines elektrischen I solationssystems und/oder einer isolierenden Beschichtung die Einarbeitung von fest und polymer vorliegende Kunststof f-Füllstof fpartikeln mit hohem relativen Temperaturindex, Polymerer Füllstof f mit hohem relativen Temperaturindex „PET" Vorteile hinsichtlich thermomechanischer Stabilität und insbesondere hinsichtlich Temperaturstabilität bringt .
Dies ist insbesondere bei erhöhten Leistungsdichten der elektrischen Leiter von Vorteil , weil die Erhöhung der Leistungsdichte immer auch eine Erhöhung der Betriebstemperaturen mit sich bringt .
Die PFTs gemäß der Erfindung haben einen hohen Temperaturindex „TI" , der insbesondere über 160 ° C, bevorzugt über 170 ° C, besonders bevorzugt über 180 ° C und ganz besonders bevorzugt über 190 ° C liegt . Es werden PFTs bevorzugt mit hoher Glas- Übergangs-Temperatur eingesetzt . Insbesondere ist das bei thermoplastischen, elastomeren und/oder duroplastischen Partikeln mit einer Glasübergangstemperatur größer gleich 130 ° C, bevorzugt größer gleich 150 ° C, bevorzugt in Mischung mit Komponente A, mit einem noch unvernetzt vorliegenden Basisharz , Härter und/oder Beschleuniger, der Fall , dort werden bei Vorhandensein von PFTs klare mechanische und/oder thermomechanische Vorteile und/oder eine deutliche Erhöhung der Temperaturbeständigkeit des resultierenden I solationssystems und/oder der isolierenden Beschichtung erzielt .
Die thermoplastischen, elastomeren und/oder duromeren PFTs der Komponente B sind - beispielsweise hinsichtlich Material , Oberflächenbehandlung, Oberflächenbeschichtung, Kristallini- tät , Amorphi zität , Korngröße , Partikel-Form und/oder Faserverstärkung gleich oder verschieden . Die PFTs liegen vorzugsweise deagglomeriert vor .
Komponente B enthält die PFTs und liegt in der trockenen Formulierung massenmäßig bezogen auf 100 Masseanteile Lösungsmittel- freier Formulierung im Bereich von 1 % bis 99% Masseanteile , insbesondere von 10% bis 60% und ganz besonders bevorzugt von 20% bis 50% und besonders bevorzugt im Bereich von 20 % bis 30% Masseanteile bezogen auf 100 Masseteile Lösungsmittel- freier Formulierung, vor .
Das „Basisharz" mit ggf . Härter, Beschleuniger, Additiven, Zusatzstof fen, weiteren Füllstof fen, bildet dann den Rest zur 100 % Masseteile der Lösungsmittel freien Formulierung .
Der Begri f f „Basisharz" im Sinne von „Hauptbestandteil der Formulierung" tri f ft gemäß dieser Erfindung nicht mehr zu, weil das Harz unter Umständen, wenn Komponente B größer 50 % Masseanteile der Formulierung stellt , nur noch als Bindemittel oder eben - beispielsweise bei einer Pulverlackformulierung - gar nicht mehr eingesetzt wird . Nach einer vorteilhaften Aus führungs form der Erfindung liegt in der Formulierung als Komponente A das Basisharz in Form eines noch nicht vernetzten duromeren Harzes vor, das eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Epoxidharz , Polyurethanharz , Polyisocyanatharz , Polyimidharz , Poly- esterimidharz und/oder Polyesterharz in beliebigen Mischungen, Blends und/oder Copolymeren umfasst . Beispielsweise umfasst das duromere unvernetzte Kunstharz in der Formulierung Verbindungen wie Bisphenol-A-diglydidylether , Bisphenol-F- diglycidylether , Novolak, aliphatischem Epoxidharz und/oder aromatischem Epoxidharz . Bei der lösungsmittel freier Verwendung als Verguss und/oder als Lösungsmittel-haltig als Nasslack kann das Basisharz auch unter Normalbedingung flüssig vorliegen, beim Einsatz als Pulverlack ist es ein Pulver, also ein Feststof f .
Dazu ist in der Komponente A korrespondierend, also in stöchiometrisch geeigneter Menge und chemisch passend zum Basisharz ein Härter enthalten, der beispielsweise auf Anhydrid- , Imidazolbasis , Bisphenol und/oder Dicyanamidbasis aufgebaut ist .
Zur Initiierung der Härtung nach erfolgter Applikation - z . B . Aufsprühen des Pulverlacks - der Formulierung auf dem zu isolierenden Körper, beispielsweise einer Steckspule bei der Hairpin-Technologie , kann in der Komponente A noch ein Beschleuniger in geringer Menge , z . B . im Bereich von 0 , 3 bis 2 % Masseanteile , enthalten sein . Beschleuniger für diese Anwendung sind dem Fachmann bekannt , beispielsweise kann Harnstof f wie Dimethylharnstof f , 1 , l-Dimethyl-3-phenylurea, To- luyl-bis- 1 . 1-dimethyl-harnstof f , 3- ( 3-Tri f luormethylphenyl ) - 1 , 1-dimethylharnstof f , 2-Phenylimidazol und/oder Benzyldimethylamin als Beschleuniger eingesetzt werden .
Pulverlack kann insbesondere vorteilhaft auch bei der Einzelstabisolierung der Hairpin- , Wellenwicklung- und/oder Steck- spulen-Technologie eingesetzt werden . Dabei können - beispielsweise automatisiert - Einzelstäbe mit Pulverlack, z . B . im Fließbandverfahren, beschichtet oder besprüht werden, die dann einer thermischen und/oder UV-Härtung unterzogen werden .
Als Nasslack liegt die Formulierung gelöst in Lösungsmittel vor . Als Lösungsmittel sind beispielsweise geeignet : Aceton, Isopropanol , Ethylester, Methylethylketon, Butylacetat in beliebigen Mischungen und/oder Kombinationen . Dem Nasslack ist weiterhin eventuell ein gängiges Thixotropiermittel beigemischt .
Nach einer weiteren vorteilhaften Aus führungs form liegen die PFTs der Komponente B in Korngrößen im Bereich von Inm bis 3mm, bevorzugt von 0 , lpm bis 1000pm, vor . Die PFTs in Komponente B können hinsichtlich ihrer Korngröße und Partikel form gleich oder verschieden sein . Insbesondere können auch verschiedene Duroplasten und/oder Thermoplasten und/oder verschiedene Korngrößen eines Kunststof fes gemischt vorliegen .
Insbesondere vorteilhaft hat sich die Einarbeitung zumindest einer Partikel fraktion mit einer mittleren Korngröße dso im Bereich von 500nm bis 300 pm, insbesondere von Ipm bis 200 pm und beispielsweise im Bereich von 2 bis 100pm, beispielsweise zwischen 2 , 5 pm bis 10pm, erwiesen .
Beispielsweise liegt in der Komponente B ein multimodales Gemisch von Partikel verschiedener Korngrößen vor, so dass gröbere und feinere Fraktionen sich gegenseitig ergänzen, insbesondere hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften bei der Verarbeitung der Formulierung . So ist bekannt , dass kleinere Partikel-Fraktionen hinsichtlich der Fließ fähigkeit der Formulierung für gröbere Partikel wie Kugellager wirken können .
Die PFTs der Komponente B können - j e nach Bedarf - amorph, semikristallin, mit kristallinen Anteilen, sowie in beliebigen Mischungen der vorgenannten Modi fikationen in der Formulierung vorliegen . Anteile oder alle PFTs der Komponente B können auch verstärkt , insbesondere Faser-verstärkt , vorliegen . Es können alle Arten nicht elektrisch leitfähiger Füll- Stoffe eingearbeitet sein, so können z.B. Aramidfaserverstärkte, Glasfaserverstärkte thermoplastische Partikel in der Komponente B enthalten sein.
Die PFTs umfassen beispielsweise polymere feste Füllstoff- Partikel aus Materialien wie Hochleistungskunststoff - bevorzugt mit relativem Temperaturindex größer 190°C und bevorzugt größer 200°C - wie z.B.
Thermoplastische Polyimide - TPI-, siehe auch Strukturformeln I bis III, Polyetherimid - PEI-, Polybenzimidazol -PBI-, thermoplastisches Silikon, in Form von nach entsprechender Frost-Behandlung fest vorliegender polymerer Füllstoff- Partikel, Polyamidimid -PAI-, Polyetherketone wie z.B.
Polyetheretherketon -PEEK-, Polyetherketonketon -PEKK-, Poletherketonetherketonketon -PEKEKK- Polyetherketon -PEK-, Polymere Schwefelverbindungen, wie z.B. Polysulfon -PSU-, Polyphenylensulfid -PPS-, Polyethersulfon -PES-, Polyphenylensulfon -PPSU- jeweils allein oder in beliebigen Mischungen, Blends und/oder Copolymeren im Partikel vorliegend, umfasst.
Beispielsweise umfasst die Komponente B PFTs aus einem thermoplastischen Polyimid - TPI-, das der Strukturformel I entspricht : Strukturformel I und/oder Strukturformel II
Strukturformel II mit
- gilt für beide Strukturformeln I und II - n = 1 bis 10 000
R ist gleich oder ungleich und steht für beliebige aliphatische und/oder aromatische organische, Kohlenwasserstoffbasierte, gegebenenfalls Heteroatom-substituierte, organische Reste mit beliebigen funktionellen Gruppen.
Daher kann R = Alkyl, Aryl, O,S-Alkyl, O,S-Aryl, N,P-Aryl, N, P-Alkyl mit beliebigen funktionellen Gruppen, wie Säuregruppen, Estergruppen, Ethergruppen etc. sein.
Nach einer anderen Aus führungs form umfasst die Komponente B beispielsweise PFTs aus einem TPI, das die Strukturformel III - zumindest als Bestandteil - umfasst:
Strukturformel III
Wieder mit n im Bereich von 1 bis 10 000 .
Eine , ein Element mit der Struktur III umfassende , thermoplastische Verbindung kann aber auch als Bestandteil beliebiger Copolymere und/oder Blends als PET in der Komponente B vorliegen .
Partikel aus thermoplastischem Hochleistungskunststof f mit den oben genannten Strukturformeln I bis III können z . B . Glasübergangstemperaturen Tgs von bis zu 350 ° C haben .
Als PET beispielsweise eingesetzte thermoplastische Hochleistungskunststof fe können in reiner Form aber auch in beliebigen Blends und/oder Copolymeren in PFTs der Komponente B vorliegen .
Die Komponente B umfasst z . B . verschiedene Partikel fraktionen, j eweils andere Hochleistungskunststof fe enthaltend .
PFTs der Komponente B liegen unter Umständen beschichtet oder unbeschichtet vor .
PFTs der Komponente B liegen beispielsweise Oberflächenbehandelt vor, wobei eine chemische und/oder physikalische Funkti- onalisierung der Oberfläche hinsichtlich besserer Anbindung an das duromere Harz eine Möglichkeit der Oberflächenbehandlung darstellt .
Vorzugsweise umfasst die Komponente B zumindest eine Partikel fraktion an PFTs , die faser-verstärkte Partikel hat . Zusätzlich zur Komponente B kann in der Formulierung weiterer Füllstoff wie Quarzmehl, Quarzgut, Glimmer, Siloxan allein oder in beliebigen Mischungen enthalten sein.
Darüber hinaus können in der Formulierung noch die üblichen Additive für Verguss, Pulverlack oder Nasslack enthalten sein, wie Verlaufshilfsmittel, Entgaser sowie beliebige weitere, fachnotorisch bekannte Additive für elektrische Isolationssysteme .
Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand einiger Beispiele näher erläutert.
Beispiel 1 :
Basisharz Bisphenol A: 46,5 %
Härter Dicyandiamid: 0,5 %
Beschleuniger: Toluyl-bis-1 , 1-dimethylharnstof f : 0,5 %
Füllstoff: Quarzmehl: 20 %
Füllstoff 2: Siloxan-Polyimid-Copolymer 10%
Polymerer Füllstoff mit hohem Temperaturindex „PFT" : Polyimid, Strukturformel II 20% Additiv: Verlaufshilfsmittel 1%
Additiv: Entgaser 1,5
Beispiel 2 :
Basisharz Bisphenol A: 55,5 %
Härter Dicyandiamid: 1 %
Beschleuniger: Toluyl-bis-1 , 1-dimethylharnstof f : 1 % PET: Polyimid, Strukturformel II 40%
Additiv: Antikrater- und Verlaufshilfsmittel 1,5%
Additiv: Entgaser 1%
Durch die Zugabe der PFTs in der Komponente B konnte bei der Messung des Temperaturindexes eine Steigerung von 154 °C der reinen DGEBA/DICY Formulierung auf 183 ° C der mit 30% Komponente B in Form von PFTs auf Basis von thermoplastischem Polyimid versetzten Formulierung gemessen werden .
Durch die vorliegend of fenbarte Erfindung wird eine I solations formulierung für I solationssysteme ebenso wie isolierende Beschichtungen zur Verfügung gestellt , die drastische Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, insbesondere den Basisharzen ohne PFTs , zeigt , weil sie gleichzeitig eine
- ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Umgebungseinflüssen,
- ausreichende - 3 Monate oder länger - Lagerstabilität bei Raumtemperatur,
- Verbessertes thermomechanisches Verhalten der daraus hergestellten I solationssysteme und isolierenden Beschichtungen und
- gute Verarbeitbarkeit als Verguss , Pulverlack oder Nasslack zeigt .
Die Erfindung betri f ft allgemein das Gebiet der I solierung, insbesondere eine Formulierung für eine Hochtemperatur- Isolierung bei Betriebstemperaturen von 200 ° C und mehr . Die Isolierung dient als I solation von elektrischen Leitern . So betri f ft die Erfindung ein I solationssystem für eine elektrische Maschine , insbesondere eine rotierende elektrische Maschine mit Stator, wie einen Elektromotor und/oder einen Generator mit verbesserter Temperaturbeständigkeit der polymeren I solationssystems-Bestandteile und oder eine isolierende Beschichtung für generativ hergestellte Leiter oder Teilen davon, Stromschienen, Anschlussschienen und/oder Klemmkästen .
Durch die vorliegende Erfindung wird erstmals eine Formulierung für einen Pulverlack, für ein Pulver für ein Wirbelbett , für ein Gießharz und/oder eine Formulierung für einen Nasslack of fenbart , der als Komponente B PFTs , also Hochleistungskunststof fe in durchgehärteter, polymerer und -auch bei Thermoplasten - fester Form umfasst , wobei sich gezeigt hat , dass PFTs die thermische Beständigkeit des resultierenden Werkstof fs beträchtlich steigern können und dabei noch verbesserte thermomechanische Eigenschaften in ein daraus herge- stelltes I solationssystem und/oder einer daraus hergestellten isolierenden Beschichtung bringen . Die Erfindung wird zur Herstellung von I solationssystemen für elektrische rotierende Maschinen eingesetzt . Weitere Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Formulierung sind z . B . isolierende Beschichtung von generativ hergestellten Leitern, Stromschienen und/oder Anschlussschienen so wie die Beschichtung von Klemmkästen .

Claims

Patentansprüche
1 . Formulierung für ein I solationssystem und/oder eine isolierende Beschichtung, als Verguss , Pulverlack und/oder Lösungsmittel-haltig als Nasslack vorliegend, zumindest eine Komponente B umfassend, wobei auch eine Komponente A, ein unvernetzt vorliegendes , flüssiges oder festes Basisharz mit zur Härtung erforderlichem Härter und/oder Beschleuniger vorzugsweise enthalten ist und Komponente B als PFT , also in Form eines bei Raumtemperatur unter Normalbedingungen festen polymeren Füllstof fes mit hohem relativen Temperaturindex, insbesondere größer 160 ° C, vorliegt , wobei Komponente A im Bereich von 0% bis 99% Masseanteile und Komponente B im Bereich von 1 % bis 100% Masseanteile , bezogen auf 100% der Lösungsmittel freien Formulierung, vorliegt .
2 . Formulierung nach Anspruch 1 , bei der das Basisharz eine oder mehrere Verbindungen, ausgewählt aus der Gruppe Epoxidharz , Polyurethanharz , Polyisocyanatharz , Polyimidharz , Polyesterimidharz und/oder Polyesterharz , allein oder in beliebigen Mischungen, Blends und/oder Copolymeren, umfasst .
3 . Formulierung nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , bei der der Härter eine Verbindung umfasst , die auf Anhydridbasis , Imidazolbasis und/oder Dicyanamidbasis , sowie beliebigen Derivaten und/oder Mischungen dieser Verbindungen, auf gebaut ist .
4 . Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , bei der die Komponente A einen Beschleuniger umfasst .
5. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , die weitere Füllstof fe wie Quarzgut , Quarzmehl und/oder Siloxan, allein oder in beliebigen Mischungen und Kombinationen, umfasst .
6. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die als Nasslack in einem Lösungsmittel wie beispielsweise Aceton, Isopropanol, Ethylester, Methylethylketon, Butylacetat in beliebigen Mischungen und/oder Kombinationen vorliegt .
7. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in der Komponente B PFTs mit Korngrößen von Inm bis 3 mm umfasst .
8. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in der Komponente B PFTs mit Korngrößen von 0,lpm bis 1000pm umfasst .
9. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die in der Komponente B zumindest zwei verschiedene Partikelfraktionen an PFTs mit Korngrößen von Inm bis 3 mm umfasst.
10. Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Komponente B PFTs aus Hochleistungskunststoff wie Thermoplastische Polyimide - TPI-, siehe auch Strukturformeln I bis III,
Polyetherimid - PEI-, Polybenzimidazol -PBI-, Polysiloxan, Polyamidimid -PAI-, Polyetherketone wie z.B. Polyetheretherketon -PEEK-, Polyetherketonketon -PEKK-, Polyetherketonetherketonketon -PEKEKK- Polyetherketon -PEK-, Polymere Schwefelverbindungen, wie z.B. Polysulfon -PSU-, Polyphenylensulfid -PPS-, Polyethersulfon -PES-, Polyphenylensulfon -PPSU-. j eweils allein oder in beliebigen Mischungen, Blends und/oder Copolymeren im Partikel vorliegend, umfasst .
11 . Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Komponente B verschiedene PFT-Partikel f raktionen, j eweils andere Hochleistungskunststof fe enthaltend, umfasst .
12 . Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Komponente B mehrere verschiedene Partikel fraktionen mit PFTs verschiedenen Grades an Kristallinität , also amorph, teilkristallin und/oder kristallin vorliegende PFTs , umfasst .
13 . Formulierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , wobei die Komponente B zumindest eine faserverstärkte PFT- Partikel f raktion umfasst .
14 . Formkörper, erhältlich durch Härtung einer Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , wobei der Formkörper ein Isolationssystem oder Teile eines I solationssystems und/oder eine elektrisch isolierende Beschichtung oder Teile einer elektrisch isolierenden Beschichtung bildet .
15 . Verwendung einer Formulierung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Herstellung eines I solationssystems und/oder einer isolierenden Beschichtung durch Verguss , Pulverbeschichtung, Wirbelbettbeschichtung, Nasslackierung und/oder Leiterisolierung .
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