WO1993000686A1 - Elektroisolierfolie - Google Patents

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WO1993000686A1
WO1993000686A1 PCT/EP1992/001440 EP9201440W WO9300686A1 WO 1993000686 A1 WO1993000686 A1 WO 1993000686A1 EP 9201440 W EP9201440 W EP 9201440W WO 9300686 A1 WO9300686 A1 WO 9300686A1
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elektroisolierfolie
fiber layer
plastic film
film
plastic
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PCT/EP1992/001440
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English (en)
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Inventor
Johann Wartusch
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Daimler-Benz Aktiengesellschaft
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/11—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for performing anastomosis; Buttons for anastomosis
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/68—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts by incorporating or moulding on preformed parts, e.g. inserts or layers, e.g. foam blocks
    • B29C70/82—Forcing wires, nets or the like partially or completely into the surface of an article, e.g. by cutting and pressing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002—Inhomogeneous material in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/008—Other insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/32—Windings characterised by the shape, form or construction of the insulation

Definitions

  • the invention relates to an electrical insulation film according to the preamble of claim 1.
  • a multilayer insulating film made of polyester film with an aramid fiber layer on both sides is known from the brochure "ELectro-insulating materials" from KREMPEL on page 3.1.8. The layers are held in place with adhesive.
  • Such a multilayer insulating film is used in electrical motors and generators as slot insulation in the stators and in the rotors (rotor, armature). It is also suitable, for example, as intermediate insulation in multi-layer windings and as conductor insulation. It is exposed to multiple stresses during operation. In addition to the mechanical stress due to changing temperatures and the movement of the rotor, the multilayer insulating film is exposed to electrical stress, thermal stress and chemical stress. The chemical stress is caused by
  • Impregnating agents that are applied during production and are intended to promote heat conduction, and possibly due to penetrating moisture.
  • insulating foils produced on the basis of polyester or polyimide by gluing are sensitive to hydrolysis.
  • DE-A1-23 12 816 discloses a process for producing semi-finished products from fiber-reinforced thermoplastic materials.
  • Several textile fabrics which have been preheated from temperatures between 150 and 300 "C, are brought together with a melt of a thermoplastic and then pressed together and cooled in a pressure zone.
  • textile fabrics mats, nonwovens, felts or fabrics made of glass are used -Carbon or plastic fibers can be made.
  • the fiber structures are pressed together by a pair of rollers, after which the plastic in a liquid state is applied from a nozzle between the preheated textile surface areas.
  • the molded parts are to be used in automobile or furniture construction.
  • EP-A2-0 387 566 discloses the production of glass-fiber reinforced, thermoformable sheets which are produced on the basis of polyether id and braided glass fiber mats.
  • the polyimide is used to melt impregnate the fiber mats at temperatures of approximately 300 to 400 ° C, a pressure of 3.5 x 10 5 N / m 2 to 4 x 10 6 N / m 2 and an exposure time of 2 to 30 minutes.
  • DE-A1-37 43 243 is also a laminate which is said to have high resistance to mechanical loads.
  • the textile flat area is impregnated with plastic.
  • the plastic also forms the second component of the laminate, which makes it particularly resistant to impact and ballistic effects.
  • Duromers, thermoplastics, elastomers and mixtures, for example phenols, polyesters, polyamides, polyurethanes, epoxies, polycarbonates, polyetherimides, polyatherketones, rubbers and silicones are proposed as polymer films.
  • Aramid yarns are used for the textile structure.
  • the known laminates are not particularly flexible due to the fact that the textile fiber layers or flat areas are completely saturated with the liquid plastic and can therefore not be used as groove insulation in electrical machine construction.
  • the invention is based on the object of creating an electrical insulation film which can be produced as simply as possible and without the use of adhesive and whose layers do not detach even at high temperature and in the presence of moisture.
  • the ELektroisoLierfoLie should be easy to bend and adapt to elongated hollow shapes. This object is achieved by means of an electrical insulation film according to claim 1.
  • the fact that the properties of the various individual layers are combined in a favorable manner by the composite has an advantageous effect. So the plastic film contributes significantly to the electrical insulation.
  • the bond for example with a woven or non-woven fabric, increases the tear resistance, improves the foldability and punchability, and protects the electrical insulation film against harmful influences from oxidation and hydrolysis.
  • a multilayer insulation film withstands mechanical influences that occur better during processing.
  • the layers are bonded solely by pressure and temperature; The use of adhesive is not necessary, since the thermoplastic material acts as a hot melt adhesive. It is a durable, hydrolysis-resistant ELECTROISULATION film, the layers of which are held together by the good bond.
  • the electrical insulation film is preferably delimited on both sides by a fabric layer made of aramid fibers (aromatic polyamide); the fabric layer can absorb impregnating agents particularly well. This impregnation takes place after the installation of the ELectroisoLierfoLie.
  • aramid fibers aromatic polyamide
  • a layer of polyether ether ketone 100yu, m thick is inserted between two fabric layers made of aramid fibers, each of 80 mm thick. These three layers are placed under a heated press for about 1 s. At moderate pressure and at temperatures of 320 to 335 ° C, the three layers are firmly bonded in the press, since the polyether ether ketone acts as a hot melt adhesive. The fabric layers are only heated to such an extent that the surface of the polyether ether ketone film just begins to melt or begin to soften. The fabric made of aramid fibers, which is present on the top and on the bottom of the multilayer insulation film, can then absorb impregnating agents well.
  • the impregnating agent increases the thermal conductivity, which has a positive effect if the multilayer insulating film is inserted in grooves in an electric motor or in a generator.
  • two glass fiber mats between which there is a film of polyphenylene sulfide, are passed through a pair of rollers and connected to one another in the process.
  • the surface of the plastic film is heated by means of hot air or infrared radiation until the softening point is reached. This is the case at around 280 ° C.
  • the pressure is 100 to 1000 N / m 2 . This creates a bond that is absorbent on the outside and can be provided with a soaking agent after isolating electrical conductors in grooves or other places on electrical machines. The grooves can thus be made free of voids.
  • the plastic film is, for example, 100 ⁇ m thick, while the two glass fiber fleeces are approximately 120 ⁇ m thick.
  • the glass fibers can also be compressed into a felt-like structure and connected to one another with an inorganic size. It is only important that the cavities are retained when the plastic film is subsequently laminated on, so that the insulation can be impregnated.

Abstract

Bei bekannten Mehrschichtisolierfolien mit mindestens einer Kunststoffolie und mindestens einem Flächenisolierstoff aus Fasermaterial wird der Verbund der einzelnen Schichten mit Klebstoff hergestellt. Nachteilig ist die Hydrolyseempfindlichkeit eines solchen Verbundes. Wenn die Kunststoffolie der Elektroisolierfolie eine hydrolysebeständige Thermoplastfolie ist und die Mehrschichtisolierfolie bei entsprechendem Druck und entsprechend hoher Temperatur hergestellt ist, wirkt die Thermoplastfolie als Schmelzkleber. Der Verbund hält daher auch ohne Klebstoff und ist hydrolysebeständig.

Description

ELektroisoLierfoLie
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine ELektroisoLierfoLie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Prospekt "ELektroisoLierstoffe" der Firma KREMPEL ist auf Seite 3.1.8 eine Mehrschichtisolierfolie aus Polyesterfolie mit beidseitiger AramidfaseraufLage bekannt. Der Halt der Schichten wird mit Klebstoff erzielt.
Eine solche Mehrschichtisolierfolie dient bei Elektromotoren und Generatoren als Nutisolation in den Statoren und in den Rotoren (Läufer, Anker). Ferner eignet sie sich beispielsweise als Zwischenisolation bei Mehrschichtwicklungen und als Leiterisolierung. Sie ist während des Betriebs vielfachen Beanspruchungen ausgesetzt. Neben der mechanischen Beanspruchung infolge wechselnder Temperaturen und infolge der Bewegung des Rotors ist die Mehrschichtisolierfolie einer elektrischen Beanspruchung, einer thermischen und einer chemischen Beanspruchung ausgesetzt. Die chemische Beanspruchung wird hervorgerufen durch
Imprägniermittel, die während der Herstellung aufgetragen werden und die Wärmeleitung begünstigen sollen, und eventuell durch eindringende Feuchtigkeit. Allerdings sind auf Polyester- oder auf Polyimidbasis durch Verkleben hergestellte Isolierfolien hydrolyseempfindlich.
Aus der DE-A1-23 12 816 ist ein Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus faserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen bekannt. Mehrere textile Flächengebilde, welche aus Temperaturen zwischen 150 und 300 "C vorerwärmt wurden, werden mit einer Schmelze eines thermoplastischen Kunststoffes zusammengeführt und dann in einer Druckzone miteinander verpresst und abgekühlt. Als textiLe Flächengebilde finden Matten, Vliese, Filze oder Gewebe Verwendung, die aus Glas-Kohlenstoff- oder Kunststoffasern hergestellt sein können.
ERSATZBLATT -≥.
Die FasergebiLde werden von einem WaLzenpaar zusam engepresst, nach dem aus einer Düse zwischen die vorerwärmten textilen FLachengebi Ide der Kunststoff in flüssigem Zustand aufgetragen wurde. Die FormteiLe sollen im Automobil- oder Möbelbau Verwendung finden.
Aus der EP-A2-0 387 566 ist die Herstellung von glasfaserverstärkten, tiefziehfähigen Tafeln bekannt, welche auf der Basis von Polyätheri id und geflochtenen Glasfasermatten hergestellt werden. Das Polyimid dient zur Schmelzimprägnierung der Fasermatten bei Temperaturen von ca. 300 bis 400 °C, einem Druck von 3,5 x 105 N/m2 bis 4 x 106 N/m2 und einer Einwirkungsdauer von 2 bis 30 Minuten.
Auch bei der DE-A1-37 43 243 handelt es sich um Laminat, welches eine hohe Resistenz gegen mechanische Belastungen aufweisen soll. Das textile FLachengebiLde wird mit Kunststoff imprägniert. Der Kunststoff bildet auch gleichzeitig die zweite Komponente des Laminats, welches dadurch besonders gegen Schlag- und ballistische Einwirkung entsprechend widerstandsfähig wird. Als Polymerfilme werden Duromere, Thermoplaste, Elastomere und Mischungen, beispielsweise Phenole, Polyester, Polyamide, Polyurethane, Epoxide, PoLycarbonate, Polyätherimide, Polyatherketone, Kautschuke und Silikone, vorgeschlagen. Für das textile Gebilde werden Aramidgarne verwendet.
Die bekannten Laminate sind aufgrund der Tatsache, dass die textilen Faserschichten bzw. FLachengebi Lde vom flüssigen Kunststoff vollständig durchtränkt sind, nicht besonders biegsam und können daher nicht als Nutisolation im Elektromaschinenbau verwendet werden.
Der Erfindung Liegt die Aufgabe zugrunde, eine ELektroisoLierfoLie zu schaffen, die möglichst einfach und ohne Verwendung von Klebstoff herstellbar ist und deren Schichten auch bei hoher Temperatur und bei Feuchtigkeitseinwirkung sich nicht lösen. Die ELektroisoLierfoLie soll Leicht zu biegen sein und sich Langgestreckten Hohlformen gut anpassen. Diese Aufgabe wird durch eine ELektroisoLierfoLie gemäss Anspruch 1 gelöst.
ERSATZBLATT Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass durch den Verbund die Eigenschaften der verschiedenen Einzelschichten in günstiger Weise kombiniert werden. So trägt die Kunststoffolie erheblich zur elektrischen Isolierung bei. Durch den Verbund, beispielsweise mit einem Gewebe oder einem Vlies, wird die Reissfestigkeit erhöht, die Falz- und Stanzbarkeit verbessert und die Elektroisolierfolie vor schädlichen Einflüssen durch Oxidation und Hydrolyse geschützt. Ausserdem hält eine Mehrschichtisolierfolie besser bei der Verarbeitung auftretenden mechanischen Einwirkungen stand. Der Verbund der Schichten wird allein durch Druck und durch Temperatur hergestellt; eine Verwendung von KLebstoff ist nicht erforderlich, da die Ther oplastfoLie als SchmeLzkleber wirkt. Es handelt sich um eine haltbare, hydrolysebständige ELektroisoLierfoLie, deren Schichten durch den guten Verbund dauerhaft zusammengehalten werden.
Vorzugsweise wird die ELektroisoLierfoLie beidseitig durch eine Gewebeschicht aus Aramidfasern (aromatisches Polyamid) begrenzt; die Gewebeschicht kann besonders gut Imprägniermittel aufnehmen. Diese Imprägnierung erfolgt nach der Montage der ELektroisoLierfoLie.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Ausführungsbeispiele, aus denen sich weitere MerkmaLe, Einzelheiten und Vorteile ergeben, näher beschrieben.
Zwischen zwei Gewebeschichten aus Aramidfasern von jeweils 80 ^rm Stärke wird eine Schicht aus Polyätherätherketon von 100yu,m Stärke eingefügt. Diese drei Schichten werden etwa 1 s unter eine beheizte Presse gelegt. Bei massigem Druck und bei Temperaturen von 320 bis 335 °C entsteht in der Presse ein fester Verbund der drei Schichten, da das Polyätherätherketon als SchmeLzkleber wirkt. Dabei werden die Gewebeschichten nur so weit erhitzt, dass die Oberfläche der Polyätherätherketon-Folie gerade zu schmelzen, bzw. erweichen beginnt. Das Gewebe aus Aramidfasern, das auf der Ober- und auf der Unterseite der Mehrschichtisolierfolie vorhanden ist, kann anschliessend gut Imprägniermittel aufnehmen.
ERSATZBLATT Das Imprägniermittel erhöht die Wärmeleitfähigkeit,, was sich günstig auswirkt, wenn die Mehrschichtisolierfolie in Nuten in einem Elektromotor oder in einem Generator eingefügt wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden zwei Glasfasermatten, zwischen denen sich eine Folie aus Polyphenylensulfid befindet, durch ein WaLzenpaar geschickt und dabei miteinander verbunden. Bevor die Schichten in die Walzen einlaufen, wird die Kunststoffolie mitteLs HeissLuft oder Infrarotstrahlung oberflächlich so weit erhitzt, dass der Erweichungspunkt erreicht ist. Dies ist bei etwa 280 °C der Fall. Beim Zusammendrücken der Schichten haftet die Folie an dem GLasfaservlies. Der Druck beträgt dabei 100 bis 1000 N/m2. Dadurch entsteht ein Verbund, welcher an seinen Aussenseiten saugfähig ist und nach dem Isolieren elektrischer Leiter in Nuten oder anderen Stellen elektrischer Maschinen mit einem Tränkmittel versehen werden kann. Damit können die Nuten hohlraumfrei gemacht werden. Die Kunststoffolie ist beispielsweise 100 ^ιm dick, während die beiden Glasfaservliese etwa 120 um dick sind. Man kann die Glasfasern auch zu einem filzartigen Gebilde verdichten und untereinander mit einer anorganischen Schlichte verbinden. Wesentlich ist nur, dass die Hohlräume beim anschliessenden AufLaminieren der Kunststoffolie erhalten bleiben, so dass die Tränkung der Isolation durchgeführt werden kann.
Statt die Fasern in einem FLachengebilde mit mehr oder weniger regelloser Struktur zu verarbeiten, kann man auch Flechtwerke oder Gewebe verwenden. Ist die Kunststoffolie erst einmal erweicht, so kann die Einwirkungszeit beim Walzendurchlauf relativ kurz sein. Ein Vorteil dieser Elektroisolierfolien besteht darin, dass sie praktisch nicht hydrolyseanfällig sind. Ausserde haben sie in Folge der verwendeten Materialien auch eine hohe mechanische und thermische Stabilität. Die Saugfähigkeit bleibt erhalten, wenn beim Laminieren der Kunststoffolie mit den textilen FLachengebiLden oder Faserschichten die Kunststoffolie nur an der Oberfläche mit oberfLächennahen Fasern in Kontakt kommt und die aufgeschmolzenen Kunststoffantei Le nur unwesentlich in die Faserschicht eindringen. Bei Verwendung einer Folie aus PoLyäthersuLfon wird beim Verbinden mit der Faserschicht eine Temperatur von 215 bis 223 °C gewählt. Die Verarbeitungszeit Liegt im Bereich von 1 s und der Druck bei 103 bis 104 N/m2.
ERSATZBLATT

Claims

ELektroisoLierfoLiePatentansprüche
1. ELektroisoLierfoLie mit einer aus Fasern gebildeten Schicht und einer Kunststoffolie, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie mit einer Faserschicht belegt ist, wobei die Kunststoffolie mit der angrenzenden Faserschicht kleberfrei verbunden ist, und dass die an die Kunststoffolie angrenzenden oberflächennahen Fasern der Faserschicht von Kunststoff zumindest teilweise umschlossen sind.
2. ELektroisoLierfoLie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht als Docht zur Aufnahme und Weiterleitung eines Tränkmittels vorgesehen ist, wobei das Tränken nach dem bestimmungsgemässen Verwenden der ELektroisoLierfoLie vorgenommen ist
3. ELektroisoLierfoLie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie etwa so stark ist wie jede Faserschicht.
4. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht auf beiden Seiten der Kunststoffolie aufgebracht ist.
ERSATZBLATT lo
5. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht ein Filz oder Vlies ist.
6. Elektroisolierfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht ein Geflecht oder Gewebe ist.
7. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht aus Aramidfasern aufgebaut ist.
8. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht aus Glasfasern aufgebaut ist.
9. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ThermopLastfolie aus Polyphenylensulfid hergestellt ist.
10. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ThermopLastfolie aus Polyathersulfon hergestellt ist.
11. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ThermopLastfolie aus Polyätherketon hergestellt ist.
12. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die ThermopLastfolie aus PoLyätherimid hergestellt ist.
13. ELektroisoLierfoLie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Nutisolation im ELektromaschinenbau Verwendung findet.
14. Verfahren zum Herstellen einer Elektroisolierstoffolie mit einer aus Fasern gebildeten Schicht und einer Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie kurzzeitig erweicht wird, und auf die Faserschicht gedrückt wird, wobei Druck, Temperatur und Einwirkungszeit so eingestellt werden, dass lediglich ein Anhaften der Kunststoffolie an der Oberfläche der Gewebeschicht erzielt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie aus einem thermoplastischen Material besteht, welches zum Verbinden mit der Faserschicht bis zum Erweichungspunkt des Kunststoffs erhitzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffolie durch JR-Strahlung oberflächlich auf die Erweichungstemperatur erwärmt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht erwärmt wird.
ERSATZBLATT
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