Verfahren zum Herstellen von isolierten elektrischen Leitern und nach diesem Verfahren hergestellter Leiter Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von isolierten elektrischen Leitern, z. B. formgewickelten Spulen für elektrische Ma schinen, und nach diesem Verfahren hergestellter Leiter.
Die Herstellung von formgewickelten Spulen für elektrische Maschinen erfolgt oft derart, dass ein aus einzelnen Leitern zusammengesetztes Leiterbündel in mehreren Schichten mit einem band- oder bogen förmigen Isoliermaterial, z. B. Glimmerband, Glas faserband, Papier, umwickelt wird, wonach das um wickelte Leiterbündel, oft unter Verwendung eines Vakuumdruckverfahrens, mit einem flüssigen härt- baren Imprägnierungsharz imprägniert wird, das dann - unter gleichzeitiger Formung der Isolierung in gehärteten Zustand übergeführt wird.
Diese For mung der isolierenden Hülle des Leiterbündels erfolgt gewöhnlich in einem Formwerkzeug, und da die Här tung in vielen Fällen eine beträchtliche Zeit, mehrere Stunden bis zu einem Tage, erfordert, ist das Form werkzeug eine lange Zeit für die Formung jeder Isolierung gebunden.
Man ist nämlich oft gezwungen, als Imprägnierungsharze Material mit einer langen Härtungszeit anzuwenden, teils mit Rücksicht auf die Forderungen, die an die thermischen und elektri schen Eigenschaften des gehärteten Produkts gestellt werden, und teils mit Rücksicht auf die erforderliche lange Lagerungszeit, damit das flüssige Harz wäh rend seiner Aufbewahrung in der Imprägnierungs- anlage keine Veränderungen erleidet.
Der genannte Nachteil bei früheren Verfahren, dass das Formwerkzeug eine lange Zeit für die Her stellung jedes isolierten Leiters gebunden ist, wird gemäss der vorliegenden Erfindung vermieden. Das neue Verfahren weist auch noch andere Vorteile; auf. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von isolierten elektrischen Leitern, z. B.
formgewickelten Spulen für elektrische Maschinen, bei dem ein Leiter oder ein aus einzelnen Leitern zu sammengesetztes Leiterbündel in mehreren Schichten mit einem band- oder bogenförmigen Isoliermaterial umwickelt wird und der umwickelte Leiter oder das umwickelte Leiterbündel danach mit einem flüssigen, härtbaren Imprägnierungsharz, das später gehärtet wird, imprägniert wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem flüssigen Harz unlös liches oder schwerlösliches Thermoplastmaterial, vor zugsweise eine dünne Thermoplastfolie, zwischen auf einanderfolgenden Schichten von Isoliermaterial an gebracht wird, und dass das umwickelte Isoliermate rial mit einverleibtem Thermoplastmaterial unter Druck auf eine Temperatur erwärmt wird, die er forderlich ist,
damit das Thermoplastmaterial an angrenzenden Schichten von Isoliermaterial haftet und das Isoliermaterial bei einer nachfolgenden Ab kühlung eine formfeste Hülle um den Leiter oder das Leiterbündel bildet, bevor die Hülle mit dem Imprägnierungsharz imprägniert wird.
Die Erwärmung unter Druck, die eventuell in einem Formwerkzeug stattfinden kann, ist zweck mässig kurzzeitig, da ihr Zweck nur der ist, das Thermoplastmaterial zu schmelzen oder durch eine beginnende Schmelzung seine Oberfläche klebrig zu machen.
Durch diese Erwärmung und die darauf folgende Abkühlung wird wenigstens ein punktweises Anhaften zwischen den Schichten des Isoliermaterials erreicht, so -dass die Isolierung nun eine formfeste Hülle um den Leiter bildet. Damit die Bindung zwischen den Schichten sich nicht während der Im- prägnierung lockert, muss das Thermoplastmaterial in dem flüssigen Imprägnierungsharz unlöslich oder schwerlöslich sein.
Das Härten des Harzes in der imprägnierten Isolierung kann dann erfolgen, ohne dass der isolierte Leiter in ein Formwerkzeug placiert wird. Sie kann z. B. in einem gewöhnlichen Ofen raum stattfinden. Damit die Isolierung auch während des Härtungsprozesses ihre Form behält, ist es in der Regel notwendig, dass das Thermoplastmaterial bei der für die Härtung erforderlichen Temperatur ganz fest ist. Eine Schmelzung oder eine beginnende Schmelzung hat nämlich zur Folge, dass die Bindung zwischen den Isoliermaterial-Schichten aufhört oder in hohem Grad geschwächt wird, was zu einer De formierung der Isolierung führt.
Das band- oder bogenförmige Isoliermaterial kann u. a. aus Glimmerband oder Glimmerbogen bestehen. Diese können aus grossen Glimmerschup- pen gewöhnlicher Art gebildet sein, die z. B. mit einem Lackbindemittel am Trägermaterial aus Pa pier, Glasfaser oder dergleichen befestigt worden sind. Die Glimmerprodukte können auch aus selbst tragenden Bändern oder Bögen aus einander über lappenden Glimmerschüppchen bestehen, die nach bekannten Methoden, z.
B. durch Spalten von ge wöhnlichem Glimmer, hergestellt sind, wobei der Glimmer erst erwärmt und dann nacheinander der Einwirkung von zwei Lösungen ausgesetzt wird, die unter Entwickeln von Gas miteinander reagieren, wonach der dabei gespaltene Glimmer mit Wasser zu einem Brei angerührt und schliesslich zu einem bogenförmigen Material nach einer Methode ge formt wird, die der bei der Herstellung von Papier verwendeten ähnlich ist. Auch diese letztgenannten Glimmerprodukte können z. B. mit einem Lack bindemittel an einem Trägermaterial wie Papier, Glasfasern oder dergleichen befestigt sein.
Ausser Glimmerprodukten können mehrere andere band- und bogenförmige Isoliermaterialien verwendet wer den, z. B. Papier, Glasband, Glasgewebe, Band oder Gewebe von anderen Fibermaterialien wie Asbest, Baumwolle, Seide.
Als besonders geeignetes Thermoplastmaterial können Folien aus Polyäthylenglykolterephthalat und Polykarbonat genannt werden, weiter Folien aus Polyamid, Polystyren, Polypropylen, Zelluloseacetat, Zelluloseatriacetat, Zelluloseacetatbutyrat, Zellulose- anitrat, Zellulosepropionat, regenerierte Zellulose, Polyvinylbutyral, Polyvinylchlorid,
Polyvinylchlorid- acetat und Polyvinylidenchlorid. Welche Folie in jedem besonderen Fall gewählt wird, hängt in hohem Grad vom verwendeten Imprägnierungsharz ab, was aus dem Vorhergesagten hervorgeht, in dem die For derungen genannt sind, die erfüllt werden müssen, um eine effektive Bindung während -der Imprägnierung und Härtung des Imprägnierungsharzes aufrechter halten zu können.
Besonders geeignet als Impräg- nierungsharze sind lösungsmittelfreie Epoxyharze und ungesättigte Polyesterharze.
Die Erfindung wird durch Beschreibung einer Anzahl von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, in der die Figuren ein Leiterbündel bei seiner Herstellung nach dem erfindungsgemässen Verfahren zeigen. <I>Beispiel 1</I> Das Leiterbündel 10 nadh Fig. 1, das z. B. ein Teil einer Hochspannungsspule einer elektrischen Maschine sein kann, besteht aus mehreren einzelnen Leitern 11. Die Isolierhülle des Leiterbündels ist teilweise entfernt, damit sein Aufbau deutlicher aus der Figur hervorgeht. Die Leiter 11 sind dadurch voneinander isoliert, dass sie mit Glasgarn 12 um sponnen und mit einem Bindemittel imprägniert sind, z.
B. einem Epoxyharz, einem Alkydharz oder einem Phenolharz, das danach gehärtet worden ist. Bei der Isolierung des Leiterbündels 10 wird dieses erst mit halber Überlappung mit einer Schicht eines Glimmer bandes 13 umwickelt, das aus einer z. B. 0,09 mm dicken selbsttragenden Folie von einander überlap penden Glimmerschüppchen besteht, die mit einem Bindemittel, z. B. einem Epoxyharz, Alkydharz oder Phenolharz, an einem Trägermaterial in der Form eines gewebten Glasbandes, z. B. mit der Dicke von 0,04 mm, befestigt ist. Das Glimmerband 13 kann z.
B. eine Breite von 25 mm haben. Danach wird eine Schicht einer dünnen Polyäthylenglykoltere- phthalatfolie 14 ohne überlappung aufgebracht. Diese Thermoplastfolie kann eine Dicke von 0,006 Millimeter und eine Breite von 50 mm haben. Es folgt dann eine neue Schicht Glimmerband 13 und darauf wieder eine Schicht der Thermoplastfolie 14. Diese Prozedur mit abwechselndem Aufbringen von Glimmerband und Thermoplastfolie wird wiederholt, bis eine gewünschte Dicke der Isolierung erreicht ist, die z.
B. etwa dreissig übereinanderliegende Glimmer bandschichten enthalten kann. Danach wird die Iso lierung in einem Formwerkzeug auf eine Temperatur von 260 C während einer Zeit von 5 min erwärmt, wobei sie einem Druck von 5 kp/cm2 ausgesetzt wird. Die Isolierung darf dann abkühlen. Durch diese Behandlung erreicht man ein Anhaften zwischen den Schichten von Glimmerband, so dass die Isolie rung bei einer Temperatur unter der Schmelztempe ratur des Thermoplastes eine formfeste Hülle um das Leiterbündel bildet.
Die Isolierung wird dann gemäss Fig. 2 mit einer dichten äusseren Schicht eines umwickelten Dich tungsbandes 15 versehen, das die Oberfläche der ganzen Isolierung mit Ausnahme einiger Öffnungen 16 deckt, durch welche flüssiges Harz in die Iso lierung eindringen kann. Die Wicklung wird bei einem niedrigeren Druck als 1 mm Hg getrocknet, wonach das Imprägnie- rungsharz bei dem genannten Druck zugeführt und das umwickelte Bündel einem Druck von z. B. 10 kp/cm2 ausgesetzt wird. Das Imprägnierungs- harz kann z.
B. ein Polyesterharz sein, das aus Adipinsäure (11 Molprozent), Phthalsäureanhydrid (11 Molprozent), Maleinsäureanhydrid (23 Molpro- zent) und Äthylenglykol (55 Molprozent) hergestellt und teils mit Diallylphthalat in einer solchen Menge versetzt ist, dass das Diallylphthalat 40 % der zu sammengelegten Menge des Esterharzes und Diallyl- phtalats ausmacht,
und teils mit Benzoylperoxyd in einer Menge, die 1 % des Gewichts der Mischung entspricht. Das Polyesterharz selbst wird durch Reak tion einer Mischung der genannten Säuren und Al kohole in inerter Atmosphäre hergestellt durch Er höhung der Temperatur auf 220 C und Beibehalten dieser Temperatur, bis die Säurezahl des Reaktions produkts etwa 30 ist. Unter Vakuumdruckbehandlung dringt das Imprägnierungsharz durch die Öffnungen 16 in die äussere dichtende Schicht ein und füllt die Poren und Hohlräume in der Isolierung aus.
Die Öffnungen 16 werden dann durch Umwicklung mit weiterem Dichtungsband 15 gedichtet, wonach die imprägnierte Wicklung in einem Ofen mit einer Temperatur von 130 C eine Stunde lang zwecks Härtung des Polyesterharzes aufbewahrt wird.
<I>Beispiel 2</I> Ein Leiterbündel nach Fig. 1 wird in derselben Weise und unter Anwendung desselben Materials wie in Beispiel 1 isoliert, mit der Ausnahme, dass anstatt des beschriebenen Polyesterharzes ein Epoxyharz ver wendet wird, das aus 85 Gewichtsteilen Araldit F (eingetragene Marke), 100 Gewichtsteilen Härter 905 (eingetragene Marke) und 15 Gewichtsteilen Phenylglycidyläther besteht. Die Härtung des Epoxy- harzes erfolgt dadurch, dass die imprägnierte Wick lung in einem Ofen mit einer Temperatur von 160 C 6 Stunden lang verwahrt wird.
<I>Beispiel 3</I> Ein Leiterbündel nach Fig. 1 wird in derselben Weise wie in Beispiel 1 und unter Verwendung des selben Materials wie in Beispiel 1 isoliert mit der Ausnahme, dass anstelle des beschriebenen Glimmer- band'es ein 0,15 mm dickes und 25 mm breites Glimmerband verwendet wird, das aus gewöhnlichen grossen Glimmerschuppen besteht, die an einem Trä ger aus 0,03 mm dickem Papier mit einem Binde mittel aus demselben ungesättigten Esterharz wie dem bei der Imprägnierung verwendeten befestigt sind.
<I>Beispiel 4</I> Ein Leiterbündel nach Fig. 1 wird in der in Bei spiel 1 beschriebenen Weise und unter Verwendung desselben Materials isoliert mit der Ausnahme, dass anstelle des beschriebenen Glimmerbandes ein Glim- merbogen verwendet wird, der aus einer selbsttragen den breiten Glimmerfolie und einem Glasgewebe besteht. Die Breite des Glimmerbogens ist gleich gross wie die Länge des Leiterbündels.
<I>Beispiel 5</I> Ein Leiterbündel nach Fig. 1 wird in derselben Weise und unter Verwendung desselben Materials wie in Beispiel 1 isoliert mit der Ausnahme, dass anstelle des beschriebenen Glimmerbandes ein 0,15 mm dik- ker Glimmerbogen verwendet wird, der aus gewöhn lichen grossen Glimmerschuppen besteht, die an einem Träger aus 0,
03 mm dickem Papier mit einem Bindemittel aus demselben ungesättigten Esterharz wie dem bei der Imprägnierung benutzten befestigt sind.
<I>Beispiel 6</I> Ein Leiterbündel wird in der in Beispiel 1<B>be-</B> schriebenen. Weise isoliert. Anstelle des beschriebenen Glimmerbandes wird jedoch ein gewebtes Glasband mit einer Breite von 25 mm und einer Dicke von 0,04 mm als Isoliermaterial verwendet und anstelle der Polyäthylenglykolterephthalat-Folie eine 0,05 mm dicke und 50 mm breite Zelluloseatriacetatfolie. Wei ter erfolgt die Erwärmung der Isolierung im Form werkzeug bei einer Temperatur von 230 C während einer Zeit von 5 min, und anstelle des beschriebenen Polyesterharzes wird als Imprägnierungsmittel ein Polyesterharz verwendet,
das aus 60 Gewichtsteilen eines Reaktionsproduktes von 3 Mol Maleinsäure- anhydrid, 1 Mol Adipinsäure, 4,4 Mol Äthylenglykol, das nach dem vorhin beschriebenen Prozess hergestellt wird, besteht, mit einer Säurezahl von 30, welchem 40 Gewichtsteile Diallylphthalat und 0,75 Gewichts teilen Benzoylperoxyd beigefügt sind:
Die imprägnierte Wicklung wird eine Stunde lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 120 C zur Härtung des Imprägnierungsharzes verwahrt.
<I>Beispiel 7</I> Eine Leiterbündel wird in derselben Weise und mit demselben Material wie in Beispiel 6 isoliert, mit der Ausnahme, dass statt des angegebenen Im prägnierungsharzes ein Epoxyharz verwendet wird, das aus 100 Gewichtsteilen Epon 820 (eingetra gene Marke) besteht und 65 Gewichtsteilen Hexa- hydrophthalatsäurehydrid. Die imprägnierte Wick lung wird 24 Stunden lang in einem Ofen bei einer Temperatur von 120 C zwecks Härtung des Epoxy- harzes verwahrt.
<I>Beispiel 8</I> Ein Leiterbündel wird in der in Beispiel 1 be schriebenen Weise isoliert. Anstelle der beschriebenen Polyäthylenglykolterephthalat-Folie wird jedoch eine 0,01 mm dicke und 50 mm breite Polykarbonatfolie verwendet.
Weiter erfolgt die Erwärmung der Iso lierung bei einer Temperatur von 250 C während einer Zeit von 5 min, und anstelle des beschriebenen Imprägnierungsharzes wird ein Epoxyharz verwendet, das aus 100 Gewichtsteilen Dow <B>331 </B> (eingetragene Marke) und 65 Gewichtsteilen Tetrahydrophthal- säureanhydrid besteht.
Die imprägnierte Wicklung wird 24 Stunden lang in:- einem Ofen bei einer Temperatur von 130 C zwecks Härtung des Epoxy- harzes aufbewahrt.
Ausser den beschriebenen vollständig polymeri- sierbaren Imprägnierungsmitteln können ü. a. meh rere andere im Handel zugängliche ungesättigte Poly- esterharze und Epoxyharze verwendet werden. An dere Polyesterharze und Epoxyharze, die zur Ver wirklichung der Erfindung verwendbar ,sind, sind u. a. in den amerikanischen Patentschriften Nm. 2 656 290 und 2 324 483 beschrieben.
Das Aufbringen des Thermoplastmaterials kann in vielen anderen Arten geschehen als in den be- schriebenen Beispielen. So brauchen Schichten aus Thermoplastfolien nicht zwischen jeder Schicht aus Isoliermaterial angebracht zu sein. Man kann sie u. a. vorzugsweise zwischen den äusseren Schichten des Isoliermaterials anbringen. Die Folienbänder brau chen auch nicht Kante an Kante in derselben Schicht gewickelt zu sein, sondern können mit Zwischen räumen aufgebracht werden.
Wenn sie mit Zwischen räumen gewickelt werden, erreicht man den Vorteil, dass das Eindringen des Imprägnierungsharzes in die Isolierung :erleichtert wird. Das Thermoplast material kann der Leiterisolierung in anderer Weise als durch Umwickeln einer Folie in Form eines Bandes zugeführt werden. Es kann z. B. in Form von dünnen Blättern geeigneter Grösse zwischen an grenzenden Schichten des Isoliermaterials während des Aufwickelns desselben gelegt werden. Ferner kann das Thermoplastmaterial wie eine Komponente im Isoliermaterial angeordnet sein.
In einem ge webten Isoliermaterial, z. B. einem Glasband oder Glasgewebe, kann das Thermoplastmaterial in Form von Fiberfasern in das Produkt eingewebt sein. Ge wisse Glasfaserfäden können dabei beim Weben gegen Fäden aus z. B. Polyäthylenglykolterephthalat oder Polyamid ausgetauscht werden. Das nermo- plastmaterial kann auch auf der einen Fläche des Isoliermaterials angeordnet sein. So kann z.
B. Poly- äthylenglykolterephthalat oder Polyamid in Form einer Folie an der einen Seite eines Glasban des oder Glimmerbandes befestigt sein. Das Auf bringen der Folie kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass die Folie oder das Isoliermaterial erwärmte Walzen passiert, wobei das Thermo- plastmaterial klebrig wird und am Isoliermate- rial haftet.
Der einen Seite des Isoliermaterials kann man auch einen dünnen Belag aus dem Thermo- plastmaterial geben, indem das Thermoplastmaterial in einem Lösungsmittel aufgelöst auf das Isolier material gestrichen wird. Das Zelluloseatriacetat kann somit z. B. auf ein Glimmerband, Glasband oder Papier in dieser Weise aus einer Lösung in Aceton oder Äthylenacetat aufgebracht werden.