WO2016124387A1 - Isolierband für eine spule und wickelband-isoliersystem für elektrische maschinen - Google Patents

Isolierband für eine spule und wickelband-isoliersystem für elektrische maschinen Download PDF

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WO2016124387A1
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Jürgen Huber
Dieter Schirm
Matthias ÜBLER
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Siemens Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to an insulating tape for insulating stator coils in electrical machines, in particular the tape accelerator in the tape adhesive of the insulating tape, which is used for a winding tape insulation system.
  • stator and in some cases also the rotor have insulating systems with windings.
  • an insulating tape is wound around a conductor or a conductor bundle.
  • the insulating tape comprises an applied on a flexible support such as film or glass cloth, surface breakdown ⁇ solid inorganic material such as mica platelets and / or fine mica layers, which connected to the carrier and each other and optionally with a final cover layer and or ei ⁇ ner further layer by means of a tape adhesive is.
  • a flexible support such as film or glass cloth
  • surface breakdown ⁇ solid inorganic material such as mica platelets and / or fine mica layers
  • This tape adhesive comprises a dissolved and / or finely divided tape accelerator.
  • the belt accelerator serves to gel a low-viscosity impregnating resin, which is applied to the stator windings, for example in a vacuum pressure impregnation (VPI). After gelling at elevated temperature, the impregnated stator windings are thermally cured in the laminated stator core.
  • VPI vacuum pressure impregnation
  • Such an insulating tape is known from DE 38 24 254 AI be ⁇ known. From EP 0424376B1 corresponding tape adhesive and tape accelerator are known which have sufficient Lagerstabi ⁇ quality.
  • the disclosed therein tape adhesive are the 1: 4 molar Additi ⁇ modulation products from bisphenols, especially bisphenol-A, and cycloaliphatic epoxy resins, especially 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3,4-epoxycyclohexanecarboxylate.
  • EP 0424376B1 discloses that the associated band accelerator is preferably a 1: 3 molar adduct of trimethylolpropane triacrylate and N-ethylpiperazine.
  • the band accelerator and / or the adhesive tape in the mica tape composite are preferably chemically equipped such that when stored at room temperature and no premature curing unge ⁇ wanted occurs. This ensures the workability of the mica tape.
  • the gelation of the glycidyl ether-based epoxy resin takes place very rapidly, since terminal oxirane functionalities in combination with acid anhydrides undergo very rapid polymerization.
  • the desired storage stability of the non-impregnated mica tape and the rapid gelation of the impregnated stator can finally so ⁇ probably realize.
  • phthalic anhydride-free or even anhydride-free epoxy-based VPI resins find use.
  • the object of the present invention is therefore to provide an insulating tape and in particular a tape accelerator for an insulating tape, which can be used in anhydride-free VPI resins.
  • the object and object of the present invention is therefore an insulating tape with a tape adhesive in which at least one tape accelerator is dissolved and / or finely divided, wherein the at least one tape accelerator is an imidazole and / or a pyrazole and / or a derivative of an imidazole and / or a derivative of a pyrazole.
  • a derivative is a chemical derivative herein designated net, that is a derived substance or a derivative Ver ⁇ bond, of one or more hydrogen atoms can be prepared from the parent compound, that is, for example, imidazole and / or pyrazole, by substitution. Substitution can take place in many different chemical ways.
  • the present invention is an insulating tape with a tape adhesive in which a Bandbeschleuni- ger contained and / or finely divided, which contains an adduct of at least one imidazole and / or at least one pyrazole with at least one acrylate and / or an adduct ei ⁇ nes or more imidazole derivative (s) and / or one or more pyrazole derivative (s) with one or more
  • Acrylate derivative (s) is. Any combinations of derivatives and parent compounds can form the adduct.
  • the adduct itself is also formed by derivatization, so is itself again a derivative.
  • the heterocycle is a preferably at relatively low temperatures melting and / or liquid at room temperature ⁇ -nitrogen heterocycle having 1 to 4 nitrogen atoms in the ring.
  • imidazoles such as the ⁇ -2-methylimidazole (CAS No. 693-98-1) or the 1H-imidazole (CAS No. 288-32-4), the ⁇ -2-ethylimidazole (CAS No. 1072-62-4), ⁇ -2-propylimidazole (CAS No. 50995-95-4), 1H-2-isopropyl-azazole (CAS No. 36947-68-9), ⁇ -2-butylimidazole (CAS No. 50790-93-7), ⁇ -2-iso-butylimidazole (CAS No. 61491-92-7), ⁇ -2-tert-butylimidazole (CAS No.
  • phthalic anhydride-containing impregnating resins as are known from EP 0424376 Bl, as strip adhesive, the 1: 4 molar addition products of bisphenols, especially of bisphenol-A, and cycloaliphatic epoxy resins, in particular of 3,4-epoxycyclohexylmethyl-3, 4-
  • Epoxycyclohexanecarboxylate disclosed.
  • the tape adhesive described therein contains in its theoretical molecular structure after quantitative conversion only cycloaliphatic
  • Trimethylolpropane triacrylate and N-ethylpiperazine contains by the underlying aza - Michael reaction theoretically three terminal, tertiary substituted piperazine nitrogen atoms.
  • Triacrylates but especially of the tetra- and penta / hexaacrylates, with ⁇ -2-methylimidazole, 1H-2-ethylimidazole, ⁇ -2-propylimidazole, ⁇ -2-iso-propylimidazole, ⁇ -2-butylimidazole, ⁇ - 2-iso-butylimidazole, 1H-2-phenylimidazole and lH-2-ethyl-4-methylimidazole particularly ⁇ terestante compounds as a tape accelerator, because a) the achievable by anionic polymerization glass transition temperatures
  • Diglycidyletherbasis are very much higher than Ver ⁇ application of N-methylpiperazine and N- Ethylpiperazinaddukte of TMPTAs b) not acide alkyl / gel and cure acylimidazoles
  • L-methyl-2-alkylimidazoles are not vacuum-stable per se and even at room temperature very thin liquid; They can therefore very easily migrate in vacuo at elevated temperature during the evacuation and pre-drying of the stators to imoniagnie ⁇ leaders from the Isolierbandkleber. Therefore, the acrylates derivatized imidazoles are a preferred embodiment of the invention.
  • the covalent attachment of the ⁇ -2-alkylimidazoles at the ⁇ -position in particular of the ⁇ -2-methylimidazole, 1H-2-ethylimidazole, ⁇ -2-propylimidazole, 1H-iso-propylimidazole, 1H-2-ethyl-4- Methylimidazoles, ⁇ -2-butylimidazoles, ⁇ -2-isobutyl-imidazoles and ⁇ -2-tert-butylimidazoles, to the previously used TMPTA, for example via an aza-Michael coupling, it is possible to use the N- unsuitable for phthalic anhydride epoxy resins.
  • phthalic anhydride-free glycidyl ether epoxy resins Due to the high vapor pressure of the 2-alkylimidazoles and the high fluidity, however, a dispersion of small imidazole molecules and / or imidazole derivatives in the tape adhesive with the associated with later danger that the evacuation (70 ° C, 0.1 mbar for up to 72 hours) leads to evaporation or migration of the volatile alkylimidazole and this accumulates at cold ⁇ ren bodies.
  • adducts of ⁇ -2-methylimidazole, 1H-2-ethylimidazole, ⁇ -2-propylimidazole, ⁇ -2-iso-propylimidazole and ⁇ -2-butylimidazole or branched ⁇ -2-isobutylimidazole and ⁇ -2 tert-Butyl imidazole with acrylates leads to a cost saving in the final structure as well as an increase in the network density by the structural number of polymerization initiators using higher acrylates such as PETA and DPHA.
  • the vapor pressures of the alkyl imidazoles at elevated temperatures et ⁇ are adversely, in particular the vapor pressure of advanta- adhere l-alkyl-2-Methylimidazole is relatively high, so that during prolonged Evakuierphasen at elevated temperatures, such as They are now used in the manufacture of electrical machinery before the VPI impregnation of the stators about for predrying partially used today, a partial expulsion of any used imidazoles from the tape adhesive is to be feared.
  • alkyl imidazoles ie generally the smaller imidazole derivatives, which are generally volatile at elevated temperatures, have proven to be very efficient band accelerators.
  • a Bandbe ⁇ accelerator which is an adduct of a lH-imidazole derivative
  • such a tape adhesive shows a vapor pressure less than 10 ⁇ 4 mbar at 70 ° C, and a high dynamic viscosity.
  • the 1H-alkyl-imidazoles and / or the 1H-alkyl-pyrazoles are derivatized, for example, with acrylates.
  • the acrylate is a liquid at room temperature acrylate such as
  • TMPTA Trimethylolpropane triacrylate
  • CAS No. 15625-89-5 Trimethylolpropane triacrylate
  • no synonym CAS No. 53879-54-2
  • Pentaerythritol tetraacrylate PETA, CAS No. 4986-89-4
  • DPHA Technical Mix CAS No. 60506-81-2
  • the structural formula I shown here represents an embodiment of a belt accelerator according to the invention and is a possible adduct of TMPTA and one or more 1H-imidazole derivative (s); for example, R is the same or different and
  • R H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, phenyl and / or mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituted phenyl, where the substituents on the phenyl radical may be the same or different and selected from the following group:
  • R p h enyi alkyl (linear and branched), alkoxy, -F, -Cl, -Br, -J, aldehyde, ketone, acid ester, acid amide, phosphonic acid derivative and / or
  • Trimethylolpropane propoxylate triacrylate and 1H-imidazole derivatives for example, with R equal or unequal and
  • R H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-
  • the structural formula III presented here provides a back walls ⁇ res embodiment of a band accelerator according to the invention, and is a potential adduct of
  • Pentaerythritol tetraacrylate PETA
  • 1H-imidazole derivatives for example with
  • R H, methyl, ethyl, n-propyl, iso-propyl, n-butyl, iso-butyl, tert-butyl, phenyl and / or mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituted phenyl, where the substituents on the phenyl radical may be the same or different and are selected from the following group again:
  • R phenyl i alkyl (linear and branched), alkoxy, -F, -Cl, -Br, -I, aldehyde, ketone, acid ⁇ ester, Acid amide, phosphonic acid derivative and / or
  • the structural formula IV shown here illustrates yet another embodiment of a band according to the accelerator OF INVENTION ⁇ formation and is a potential adduct of
  • DPHA Dipentaerythritol penta- / hexacrylate
  • 1H-imidazole derivatives for example, with R equal or unequal and
  • imidazoles and / or pyrazoles are very effective gelling and hardening substances for
  • Suitable tape adhesives are commercially available and in ⁇ example on a silicone elastomer base.
  • the invention relates to an insulating tape for insulating stator coils in electrical machines, in particular the tape accelerator in the tape adhesive of the insulating tape.
  • the previously known N-ethylpiperazine-based belt accelerators are replaced here by new and better compounds.
  • the invention further relates to the use of an imidazole and / or a pyrazole and / or an imidazole and / or pyrazole derivative as a gelling and / or hardener substance for phthalic acid-free epoxy resins on bisphenol A and / or
  • the invention relates to an insulating tape for insulating stator coils in electrical machines, in particular the tape accelerator in the tape adhesive of the insulating tape, which is used for a winding tape insulation system.
  • the previously known N-ethyl-piperazine-based belt accelerators are here replaced by imidazole and / or pyrazole compounds.
  • imidazole and / or pyrazole compounds are here replaced by imidazole and / or pyrazole compounds.
  • imidazole and / or pyrazole compounds as gelling and / or curing generally in epoxy resins
  • Bisphenol A and / or bisphenol F diglycidyl ether base instead, in particular the phthalic acid-free species thereof.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Isolierband zur Isolation von Statorspulen in elektrischen Maschinen, insbesondere den Bandbeschleuniger im Bandkleber des Isolierbands, das für ein Wickelband-Isoliersystem eingesetzt wird. Die bisher bekannten Bandbeschleuniger auf N-Ethylpiperazin-Basis werden hier durch Imidazol- und/oder Pyrazol-Verbindungen ersetzt. Durch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung findet zudem eine Ausweitung der Verwendung der für diese Technik neu gefundenen Imidazol- und/oder Pyrazol-Verbindungen als Gelier- und/oder Härtungsmittel allgemein in Epoxidharzen auf Bisphenol-A- und/oder Bisphenol-F-diglycidyletherbasis, insbesondere den phthalsäureanhydridfreien Spezien davon.

Description

Beschreibung
Isolierband für eine Spule und Wickelband-Isoliersystem für elektrische Maschinen
Die Erfindung betrifft ein Isolierband zur Isolation von Statorspulen in elektrischen Maschinen, insbesondere den Bandbeschleuniger im Bandkleber des Isolierbands, das für ein Wickelband-Isoliersystem eingesetzt wird.
Bei elektrischen Maschinen weisen der Stator und in manchen Fällen auch der Rotor Isoliersysteme mit Wicklungen auf. Dabei ist um einen Leiter oder ein Leiterbündel ein Isolierband gewickelt .
Das Isolierband umfasst ein auf einem flexiblen Träger wie Folie oder Glasgewebe aufgebrachtes, flächiges durchschlag¬ festes anorganisches Material wie Glimmerplättchen und/oder Feinglimmerschichten, das mit dem Träger und miteinander und gegebenenfalls mit einer abschließenden Decklage und oder ei¬ ner weiteren Lage mittels eines Bandklebers verbunden ist.
Dieser Bandkleber umfasst einen darin gelösten und/oder feinstverteilten Bandbeschleuniger. Der Bandbeschleuniger dient zur Gelierung eines dünnflüssigen Imprägnierharzes, das beispielsweise in einer Vakuum-Druck-Imprägnierung (VPI) auf die Ständerwicklungen aufgebracht wird. Nach dem Gelieren bei erhöhter Temperatur werden die imprägnierten Ständerwicklungen im Statorblechpaket thermisch gehärtet.
Ein derartiges Isolierband ist aus der DE 38 24 254 AI be¬ kannt. Aus der EP 0424376B1 sind entsprechende Bandkleber und Bandbeschleuniger bekannt, die eine ausreichende Lagerstabi¬ lität aufweisen.
Die darin offenbarten Bandkleber sind die 1 : 4-molaren Additi¬ onsprodukte aus Bisphenolen, insbesondere des Bisphenol-A, und cycloaliphatischen Epoxidharzen, insbesondere des 3,4- Epoxycyclohexylmethyl-3 , 4-Epoxycyclohexancarboxylats .
Dieses Bindemittel enthält in seiner theoretischen Molekül- struktur nach quantitativer Umsetzung vermutlich fast ausschließlich cycloaliphatische Oxiranfunktionalitäten neben den durch die Additionsreaktion ebenso geschaffenen Hydroxylgruppen. Weiterhin wird in der EP 0424376B1 offenbart, dass der dazugehörige Bandbeschleuniger bevorzugt ein 1:3- molares Addukt aus Trimethylolpropantriacrylat und N- Ethylpiperazin ist.
Der Bandbeschleuniger und/oder der Bandkleber im Glimmerbandverbund sind bevorzugt chemisch dergestalt ausgestattet, dass bei Lagerung unter Raumtemperatur keine vorzeitige und unge¬ wollte Härtung eintritt. Damit wird die Verarbeitbarkeit des Glimmerbandes gewährleistet. Nach erfolgter Imprägnierung der bandkleberhaltigen Statorspulen erfolgt sehr rasch die Gelierung des Epoxidharzes auf Glycidyletherbasis , da endständige Oxiranfunktionalitäten im Zusammenspiel mit Säureanhydriden sehr schneller Polymerisation unterliegen. Durch dieses chemisch abgestimmte Zusammenspiel lässt sich schlussendlich so¬ wohl die gewünschte Lagerstabilität des nicht-imprägnierten Glimmerbandes als auch die rasche Gelierung des imprägnierten Stators realisieren.
Wegen der toxischen Bedenken gegen die uneingeschränkte Verwendung von Phthalsäureanhydrid werden in Zukunft
phthalsäureanhydridfreie oder überhaupt anhydridfreie VPI- Harze auf Epoxidbasis Verwendung finden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Isolierband und insbesondere einen Bandbeschleuniger für ein Isolierband zur Verfügung zu stellen, der in anhydridfreien VPI- Harzen einsetzbar ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, ein Isoliersystem, eine Spule und eine elektrische Maschine mit einem Isolierband anzugeben, das mit einem Anhydrid¬ freien Harz imprägniert ist. Lösung der Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein Isolierband mit einem Bandkleber, in dem zumindest ein Bandbeschleuniger gelöst und/oder feinstverteilt enthalten ist, wobei der zumindest eine Bandbeschleuniger ein Imidazol und/oder ein Pyrazol und/oder ein Derivat eines Imidazols und/oder ein Derivat eines Pyrazols ist.
Als Derivat wird vorliegend ein chemisches Derivat bezeich- net, also ein abgeleiteter Stoff oder eine abgeleitete Ver¬ bindung, die sich aus der Stammverbindung, also beispielsweise Imidazol und/oder Pyrazol, durch Substitution eines oder mehrerer Wasserstoffatome herstellen lässt. Die Substitution kann dabei auf vielen verschiedenen chemischen Wegen erfolgen.
Insbesondere ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Isolierband mit einem Bandkleber, in dem ein Bandbeschleuni- ger gelöst und/oder feinstverteilt enthalten ist, der ein Addukt zumindest eines Imidazols und/oder zumindest eines Pyrazols mit zumindest einem Acrylat und/oder ein Addukt ei¬ nes oder mehrerer Imidazolderivats (e) und/oder eines oder mehrerer Pyrazolderivats (e) mit einem oder mehreren
Acrylatderivat (e) ist. Dabei können beliebige Kombinationen von Derivaten und Stammverbindungen das Addukt bilden. Das Addukt selbst ist ebenfalls durch Derivatisierung entstanden, ist also selbst auch wieder ein Derivat. Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Heterozyklus ein bevorzugt bei relativ niedrigen Temperaturen schmelzender und/oder bei Raumtemperatur flüssiger ΙΗ-Stickstoff- heterozyklus mit 1 bis 4 Stickstoffatomen im Ring. Insbesondere wird ein einfach substituiertes Alkyl-
/Acylimidazol eingesetzt. Beispielsweise können Imidazole wie das ΙΗ-2-Methylimidazol (CAS-Nr. 693-98-1) oder das 1H- Imidazol (CAS-Nr. 288-32-4), das ΙΗ-2-Ethylimidazol (CAS-Nr. 1072-62-4), ΙΗ-2-Propylimidazol (CAS-Nr. 50995-95-4), 1H-2- iso-Propylimidazol (CAS-Nr. 36947-68-9), ΙΗ-2-Butylimidazol (CAS-Nr. 50790-93-7), ΙΗ-2-iso-Butylimidazol (CAS-Nr. 61491- 92-7), ΙΗ-2-tert-Butylimidazol (CAS-Nr. 36947-69-0), 1H-4- tert-Butylimidazol (CAS-Nr. 21149-98-4), 1Η-4(5)- Methylimidazol (CAS-Nr. 822-36-6), lH-2-Ethyl-4- Methylimidazol (CAS-Nr. 931-36-2), lH-4-Methyl-2- Phenylimidazol (CAS-Nr. 827-43-0), ΙΗ-4-Phenylimidazol (CAS- Nr. 670-95-1), lH-5-Methyl-2-Phenylimidazol-4-methanol (CAS¬ Nr. 13682-32-1), ΙΗ-2-Phenylimidazol (CAS-Nr. 670-96-2), 1H- 3-Phenylpyrazol (CAS-Nr. 2458-26-6), ΙΗ-5-Methylpyrazol (kei¬ ne CAS-Nr.), 1H-3, 4 -Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 2820-37-3), 1H- 3-tert-Butylpyrazol (CAS-Nr. 15802-80-9), ΙΗ-4-Ethylpyrazol (CAS-Nr. 17072-38-7) . aber auch das lH-Pyrazol (CAS-Nr. 288- 3-1) und/oder das 1H-3 , 5-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 67-51-6) hier eingesetzt werden.
Nach dem Stand der Technik, insbesondere den
phthalsäureanhydridhaltigen Imprägnierharzen, wie sie aus der EP 0424376 Bl bekannt sind, werden als Bandkleber die 1:4- molaren Additionsprodukte aus Bisphenolen, insbesondere des Bisphenol-A, und cycloaliphatischen Epoxidharzen, insbesondere des 3, 4-Epoxycyclohexylmethyl-3, 4-
Epoxycyclohexancarboxylats , offenbart. Der dort beschriebene Bandkleber enthält in seiner theoretischen Molekülstruktur nach quantitativer Umsetzung nur cycloaliphatische
Oxiranfunktionalitäten neben den durch die Additionsreaktion ebenso geschaffenen Hydroxylgruppen. Weiterhin liest man o.g. Patentschrift, dass der dazugehörige Bandbeschleuniger bevor- zugt ein 1 : 3-molares Additionsprodukt aus
Trimethylolpropantriacrylat und N-Ethylpiperazin ist. Das Ad¬ ditionsprodukt enthält demnach durch die zugrundeliegende Aza-Michael-Reaktion theoretisch drei endständige, tertiär substituierte Piperazinstickstoffatome .
So produziert beispielsweise ein phthalsäureanhydrid- und zu¬ dem bindemittelfreier Bisphenol-F-Diglycidylether, der mit 3 Gew.-% des Piperazin-Bandbeschleunigers geliert und für zehn Stunden bei 145°C anionisch-polymerisierend gehärtet wird, lediglich einen Glasübergang von ca. 90°C, wohingegen das Standardmäßig bislang eingesetzte phthalsäureanhydridhaltige Micalasticharz mit Bindemittel und Bandbeschleuniger bei identischer Härtung einen Glasübergang von ca. 160°C ausbildet .
Verwendet man dagegen beispielsweise 2 Gew.-% 1,2- Dimethylimidazol als Gelier- und Härtungsbeschleuniger für ein phthalsäureanhydridfreies Imprägnierharz auf Epoxidharz¬ basis, z.B. destilliertem Bisphenol-F-Diglycidylether, so stellt sich im bindemittelhaltigen Falle ein Glasübergang von 134°C, im bindemittelfreien Falle gar ein Glasübergang von 150°C ein. Dies zeigt die Überlegenheit der Imidazole als Ge- lier- und Härtungskatalysator für phthalsäureanhydridfreie Epoxidharze im Gegensatz zu den N-alkylsubstituierten
Piperazinderivaten des Trimethylolpropantriacrylats .
Im Vergleich zur EP 0424376 Bl, also zum 1 : 3-molaren Additi- onsprodukt aus Trimethylolpropantriacrylat („TMPTA") und N- Ethylpiperazin sind die hier erstmals in der Technik als Bandbeschleuniger vorgestellten Additionsprodukte aus
Triacrylaten, insbesondere jedoch auch aus den Tetra- und Penta-/Hexaacrylaten, mit ΙΗ-2-Methylimidazol, 1H-2- Ethylimidazol , ΙΗ-2-Propylimidazol, ΙΗ-2-iso-Propylimidazol, ΙΗ-2-Butylimidazol, ΙΗ-2-iso-Butylimidazol, 1H-2- Phenylimidazol und lH-2-Ethyl-4-Methylimidazol besonders in¬ teressante Verbindungen als Bandbeschleuniger, denn a) die durch anionische Polymerisation erreichbaren Glasübergangstemperaturen
mit phthalsäureanhydridfreien Imprägnierharzen auf
Diglycidyletherbasis sind sehr viel höher als bei Ver¬ wendung der N-Methylpiperazin- und N- Ethylpiperazinaddukte des TMPTAs b) nicht acide Alkyl-/Acylimidazole gelieren und härten
phthalsäureanhydridfreie Imprägnierharze mit geringeren Gehalten als ein N-Alkylpiperazin-TMPTA- Addukt (Alkyl = Methyl, Ethyl) das Additionsprodukt aus ΙΗ-2-Methylimidazol , 1H-2- Ethylimidazol , ΙΗ-2-iso-Propylimidazol, 1H-2- Propylimidazol und lH-2-Ethyl-4-Methylimidazol mit TMPTA ist günstiger in den Rohstoffpreisen als das Additionsprodukt des TMPTA mit N-Ethylpiperazin . l-Methyl-2-Alkylimidazole sind per se nicht vakuumstabil und schon bei Raumtemperatur sehr dünnflüssige Liquide; sie können daher sehr leicht im Vakuum bei erhöhter Temperatur während der Evakuier- und Vortrocknungsphase der zu imprägnie¬ renden Statoren aus dem Isolierbandkleber migrieren. Deshalb sind die mit Acrylaten derivatisierten Imidazole ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Durch die kovalente Anbindung der ΙΗ-2-Alkylimidazole an der ΙΗ-Position, insbesondere des ΙΗ-2-Methylimidazols, 1H-2- Ethylimidazols , ΙΗ-2-Propylimidazols, lH-iso-Propylimidazols , lH-2-Ethyl-4-Methylimidazols, ΙΗ-2-Butylimidazols, ΙΗ-2-iso- Butylimidazols und ΙΗ-2-tert-Butylimidazols, an das bisher verwendete TMPTA, beispielsweise via einer Aza-Michael- Kopplung, ist es möglich, das für phthalsäureanhydridfreie Epoxidharze ungeeignete N-Ethylpiperazinderivat des TMPTAs gegen eine für diese Imprägnierharzklasse nunmehr geeignete Alkylimidazol-TMPTA-Variante zu substituieren. In zahlreichen Versuchen hat sich gezeigt, dass z.B. 1 , 2-Dimethylimidazol mit 2 Gew.-% bezogen, auf das phthalsäureanhydridfreie Epo- xidharz, hohe Glasübergänge von bis zu 150°C bei sonst iden¬ tischen Härtungsszenarien liefert.
Dem gegenüber produziert der N-Ethylpiperizm-haltige Bandbe¬ schleuniger nur etwa 90°C als Glasübergang in
phthalsäureanhydridfreien Glycidyletherepoxidharzen . Aufgrund des hohen Dampfdruckes der 2-Alkylimidazole und der hohen Fluidität ist jedoch ein Dispergieren kleiner Imidazol- Moleküle und/oder Imidazol-Derivate in den Bandkleber mit der späteren Gefahr verbunden, dass die Evakuierphase (70°C, 0.1 mbar für bis zu 72 Stunden) zu einem Abdampfen bzw. Migrieren des flüchtigen Alkylimidazols führt und dieses sich an kälte¬ ren Stellen anreichert.
Dem wird durch Derivatisierung mit Acrylat, also durch die kovalente Anbindung der lH-Alkylimidazole an ein Acrylat, wie beispielsweise das TMPTA-Molekül , entgegengetreten. Dabei er¬ folgt eine drastische Verzähung durch Aufbau eines Bandbe- Schleunigermoleküls. Dadurch wird eine Migration aus dem Bandkleber wirkungsvoll retardiert.
Insbesondere die Addukte des ΙΗ-2-Methylimidazols, 1H-2- Ethylimidazols , ΙΗ-2-Propylimidazols, ΙΗ-2-iso- Propylimidazols sowie ΙΗ-2-Butylimidazols bzw. verzweigten ΙΗ-2-iso-Butylimidazols und ΙΗ-2-tert-Butylimidazols mit Acrylaten führt zu einer Kostenersparnis in der Endstruktur als auch einer Erhöhung der Netzwerkdichte durch die strukturbedingte Zahl der Polymerisationsinitiatoren bei Verwen- dung höherer Acrylate wie PETA und DPHA.
Ein Vergleich mit dem Piperizin-haltigem Beschleuniger, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird hier nochmal tabellarisch gezeigt. Die erste Zeile enthält die Referenz- probe mit dem Beschleuniger gemäß der EP 0424376B1.
Tabelle 1
Figure imgf000009_0001
* die für eine Polymerisationsinitiierung zur Verfügung stehenden Zentren
In Bezug auf den klassischen VPI-Imprägnierprozess sind die Dampfdrücke der Alkyl-Imidazole bei erhöhten Temperaturen et¬ was nachteilig, insbesondere ist der Dampfdruck der vorteil- haften l-Alkyl-2-Methylimidazole relativ hoch, sodass während langanhaltender Evakuierphasen bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei der Herstellung von elektrischen Maschinen vor der VPI-Imprägnierung der Statoren etwa zur Vortrocknung heutzutage teilweise angewendet werden, ein teilweises Austreiben etwaig verwendeter Imidazole aus dem Bandkleber zu befürchten ist .
Bei anderen Imprägnierverfahren haben sich die Alkyl- Imidazole, also generell die kleineren und daher in der Regel bei erhöhten Temperaturen flüchtigen, Imidazol-Derivate jedoch als sehr effiziente Bandbeschleuniger erwiesen.
Mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, einem Bandbe¬ schleuniger, der ein Addukt eines lH-Imidazolderivats
und/oder eines ΙΗ-Pyrazolderivates mit einem Acrylat ist, ge¬ lingt es, einen Bandbeschleuniger in bindemittelhaltigen Glimmerpapieren zu schaffen, der derart modifizierbar ist, dass er vakuumstabil bei Temperaturen von 50-80°C wird. Bei¬ spielsweise zeigt ein derartiger Bandkleber einen Dampfdruck geringer als 10~4 mbar bei 70°C, sowie eine hohe dynamische Viskosität .
Dazu werden die lH-Alkyl-Imidazole und/oder die 1H-Alkyl- Pyrazole beispielsweise mit Acrylaten derivatisiert .
Nach einer Ausführungsform ist das Acrylat ein bei Raumtemperatur flüssiges Acrylat wie beispielsweise
Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA, CAS-Nr. 15625-89-5), Trimethylolpropanpropoxylattriacrylat (kein Synonym, CAS-Nr. 53879-54-2),
Pentaerythritoltetraacrylat (PETA, CAS-Nr. 4986-89-4) und/oder Dipentaerythritolpentacrylat/Dipentaerythritolhexacrylat (technische DPHA-Mischung, CAS-Nr. 60506-81-2) .
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsbeispiele der Derivate in Strukturformeln dargestellt.
Folgende Addukte sind beispielhafte Ausführungsformen eines Bandbeschleunigers gemäß der Erfindung:
Figure imgf000011_0001
(I)
Die hier gezeigte Strukturformel I stellt ein Ausführungsbei- spiel eines Bandbeschleunigers gemäß der Erfindung dar und ist ein mögliches Addukt aus TMPTA und einem oder mehreren lH-Imidazol-derivat (en) ; beispielsweise mit R gleich oder un¬ gleich und
R = H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso- Butyl, tert-Butyl, Phenyl und/oder mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituiertes Phenyl sein kann, wobei die Substituenten am Phenylrest wieder gleich oder ungleich und ausgewählt aus der folgenden Gruppe sein können: Rphenyi = Alkyl (linear und verzweigt) , Alkoxy, -F, -Cl, -Br, -J, Aldehyd, Keton, Säure- ester, Säureamid, Phosphonsäurederivat und/oder
Sulfonsäurederivat
Figure imgf000012_0001
Die hier gezeigte Strukturformel II stellt ein weiteres Aus¬ führungsbeispiel eines Bandbeschleunigers gemäß der Erfindung dar und ist ein mögliches Addukt aus
Trimethylolpropanpropoxylattriacrylat und lH-Imidazol- derivaten; beispielsweise mit R gleich oder ungleich und
R = H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso-
Butyl, tert-Butyl, Phenyl und/oder mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituiertes Phenyl sein kann, wobei die Substituenten am Phenylrest wieder gleich oder ungleich und ausgewählt aus der folgenden Gruppe sein können: Rphenyi = Alkyl (linear und verzweigt) , Alkoxy, -F, -Cl, -Br, -J, Aldehyd, Keton, Säure¬ ester, Säureamid, Phosphonsäurederivat und/oder
Sulfonsäurederivat
Figure imgf000013_0001
( III )
Die hier gezeigte Strukturformel III stellt ein wieder ande¬ res Ausführungsbeispiel eines Bandbeschleunigers gemäß der Erfindung dar und ist ein mögliches Addukt aus
Pentaerythritoltetraacrylat (PETA) und lH-Imidazol-derivaten; beispielsweise mit
R gleich oder ungleich und
R = H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso- Butyl, tert-Butyl, Phenyl und/oder mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituiertes Phenyl sein kann, wobei die Substituenten am Phenylrest wieder gleich oder ungleich und ausgewählt aus der folgenden Gruppe sein können: Rphenyi = Alkyl (linear und verzweigt) , Alkoxy, -F, -Cl, -Br, -J, Aldehyd, Keton, Säure¬ ester, Säureamid, Phosphonsäurederivat und/oder
Sulfonsäurederivat .
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0002
R.2 = H oder
Die hier gezeigte Strukturformel IV stellt noch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Bandbeschleunigers gemäß der Erfin¬ dung dar und ist ein mögliches Addukt aus
Dipentaerythritolpenta-/hexacrylat (DPHA) und lH-Imidazol- derivaten; beispielsweise mit R gleich oder ungleich und
R = H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso- Butyl, tert-Butyl, Phenyl und/oder mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituiertes Phenyl sein kann, wobei die Substituenten am Phenylrest wieder gleich oder ungleich und ausgewählt aus der folgenden Gruppe sein können: Rphenyi = Alkyl (linear und verzweigt) , Alkoxy, F, Cl, Br, J, Aldehyd, Keton, Säureester, Säureamid, Phosphonsäurederivat und/oder Sulfonsäurederivat Und R2 wie oben angegeben.
Hier konnte gezeigt werden, dass Imidazole und/oder Pyrazole sehr effektive Gelier- und Härtersubstanzen für
phthalsäurefreie Epoxidharze auf Bisphenol-A- und/oder
Bisphenol-F-diglycidyletherbasis sind .
Geeignete Bandkleber sind kommerziell erhältlich und bei¬ spielsweise auf Silikonelastomer-Basis. Die Erfindung betrifft ein Isolierband zur Isolation von Statorspulen in elektrischen Maschinen, insbesondere den Bandbeschleuniger im Bandkleber des Isolierbands. Die bisher bekannten Bandbeschleuniger auf N-Ethylpiperazin-Basis werden hier durch neue und bessere Verbindungen ersetzt. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Imidazols und/oder eines Pyrazols und/oder eines Imidazol- und/oder Pyrazol-derivats als Gelier- und/oder Härtersubstanz für phthalsäurefreie Epoxidharze auf Bisphenol-A- und/oder
Bisphenol-F-diglycidyletherbasis .
Die Erfindung betrifft ein Isolierband zur Isolation von Statorspulen in elektrischen Maschinen, insbesondere den Bandbeschleuniger im Bandkleber des Isolierbands, das für ein Wickelband-Isoliersystem eingesetzt wird. Die bisher bekannten Bandbeschleuniger auf N-Ethylpiperazin-Basis werden hier durch Imidazol- und/oder Pyrazol-Verbindungen ersetzt. Durch weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung findet zudem eine Ausweitung der Verwendung der für diese Technik neu gefunde- nen Imidazol- und/oder Pyrazol-Verbindungen als Gelier- und/oder Härtungsmittel allgemein in Epoxidharzen auf
Bisphenol-A- und/oder Bisphenol-F-diglycidyletherbasis statt, insbesondere den phthalsäurefreien Spezien davon.

Claims

Patentansprüche
1. Isolierband mit einem Bandkleber, in dem zumindest ein Bandbeschleuniger gelöst und/oder feinstverteilt enthalten ist, wobei der zumindest eine Bandbeschleuniger ein Imidazol und/oder ein Pyrazol und/oder ein Derivat eines Imidazols und/oder ein Derivat eines Pyrazols ist.
2. Isolierband nach Anspruch 1, wobei der Bandbeschleuniger ein Addukt zumindest eines Imidazols und/oder zumindest eines Pyrazols mit einem oder mehreren Acrylat (en) ist.
3. Isolierband nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Bandbeschleuniger ein Addukt eines oder mehrerer
Imidazolderivats (e) , ausgewählt aus der Gruppe folgender Imidazole und/oder eines oder mehrere Pyrazole, ausgewählt aus der Gruppe folgender Pyrazole: ΙΗ-2-Methylimidazol (CAS- Nr. 693-98-1), lH-Imidazol (CAS-Nr. 288-32-4), 1H-2- Ethylimidazol (CAS-Nr. 1072-62-4), ΙΗ-2-Propylimidazol (CAS- Nr. 50995-95-4), ΙΗ-2-iso-Propylimidazol (CAS-Nr. 36947-68- 9), ΙΗ-2-Butylimidazol (CAS-Nr. 50790-93-7), ΙΗ-2-iso- Butylimidazol (CAS-Nr. 61491-92-7), ΙΗ-2-tert-Butylimidazol (CAS-Nr. 36947-69-0), ΙΗ-4-tert-Butylimidazol (CAS-Nr. 21149- 98-4), 1H-4 (5) -Methylimidazol (CAS-Nr. 822-36-6), ΙΗ-2-Ethyl- 4-Methylimidazol (CAS-Nr. 931-36-2), lH-4-Methyl-2- Phenylimidazol (CAS-Nr. 827-43-0), ΙΗ-4-Phenylimidazol (CAS- Nr. 670-95-1), ΙΗ-2-Phenylimidazol (CAS-Nr. 670-96-2), 1H-5- Methyl-2-Phenylimidazol-4-methanol (CAS-Nr. 13682-32-1), 1H- 3-Phenylpyrazol (CAS-Nr. 2458-26-6), ΙΗ-5-Methylpyrazol , 1H- 3, 4-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 2820-37-3), ΙΗ-3-tert- Butylpyrazol (CAS-Nr. 15802-80-9), ΙΗ-4-Ethylpyrazol (CAS-Nr. 17072-38-7), lH-Pyrazol (CAS-Nr. 288-3-1) und/oder lH-3,5- Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 67-51-6) mit einem oder mehreren Acrylat (en) ist.
4. Isolierband nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bandbeschleuniger ein Addukt eines oder mehrerer Imidazolderivats (e) und/oder eines oder mehrerer Pyrazolderivats (e) mit einem oder mehreren Acrylderivat (en) , ausgewählt aus der Gruppe folgender Acrylate ist:
Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA) ;
Trimethylolpropanpropoxylattriacrylat ;
Pentaerythritoltetraacrylat (PETA) ;
Dipentaerythritolpentacrylat/ Dipentaerythritolhexacrylat .
5. Isolierband nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, wobei der Bandbeschleuniger ausgewählt ist aus der Gruppe der Verbindungen der Strukturformeln I bis IV :
Figure imgf000017_0001
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000019_0001
IV wobei R gleich oder ungleich und
R = H, Methyl, Ethyl, n-Propyl, iso-Propyl, n-Butyl, iso- Butyl, tert-Butyl, Phenyl und/oder mono-, di-, tri-, tetra-, pentasubstituiertes Phenyl sein kann, wobei die Substituenten am Phenylrest wieder gleich oder ungleich und ausgewählt aus der folgenden Gruppe sein können: Rphenyi = Alkyl (linear und verzweigt) , Alkoxy, F, Cl, Br, J, Aldehyd, Keton, Säureester, Säureamid, Phosphonsäurederivat und/oder Sulfonsäurederivat und R2 gleich H oder
Figure imgf000019_0002
ist .
6. Isoliersystem, Wicklungen umfassend, wobei zumindest ei¬ ne der Wicklungen ein Isolierband mit Imprägnierung aufweist, wobei das Isoliersystem zumindest ein Imidazol- und/oder zu¬ mindest ein Pyrazol und/oder zumindest ein Imidazolderivat oder zumindest ein Pyrazolderivat als Härtungs- und/oder Ge- liermittel und/oder Bandbeschleuniger aufweist.
7. Spule eines Elektromotors/Generators, ein Isoliersystem mit Wicklungen umfassend, wobei zumindest eine der Wicklungen ein Isolierband mit Imprägnierung aufweist, wobei das Iso- liersystem zumindest ein Imidazol und/oder zumindest ein Pyrazol und/oder zumindest ein Imidazolderivat oder zumindest ein Pyrazolderivat als Härtungs- und/oder Geliermittel und/oder Bandbeschleuniger aufweist.
8. Elektrischen Maschinen, bevorzugt rotierende elektrische Maschinen, besonders bevorzugt rotierende elektrische Maschi¬ nen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie elektrische Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie entsprechende Halbzeuge, die ein Isolationssystem nach einem der Ansprüche 6 bis 7 und/oder ein Isolierband nach einem der Ansprüche 1 bis 5 um- fasst .
9. Verwendung zumindest eines Imidazols und/oder zumindest eines Pyrazols und/oder zumindest eines Imidazol- und/oder zumindest eines Pyrazol-derivats als Gelier- und/oder
Härtersubstanz für Imprägnierharze auf Basis
phthalsäureanhydridfreier Epoxidharze auf Bisphenol-A- und/oder Bisphenol-F-diglycidyletherbasis .
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