DE1719188A1 - Schmiegsames Wickelband - Google Patents

Description

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Expl. [

8chweieerische Ieola-ferkt, Breitenbach (Solothuxm, Bchwei«)

Schmiegsames Wickelband

Iaoh dem heutigen Stand der Teohnlk werden bei der Herstellung von Generatoren und groeeen elektrlechen Maschinen eine Reihe γόη Verfahren angewendet» die es erlaubeng aus Glimmerbändern nach dem sogenannten kontinuierlichen Verfahren eine Hochspannungsisolation auf« zubauen« Die Gliaaerbänder bestehen aus eine« Trager, heute ■eist Olaaseide, Ollimersplittlngs oder 01iamtrpapier und

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einem Bindemittel« Früher wurden als Bindemittel der thermoplastisch· Asphalt oder Schellack verwendet, die heute mehr und mehr durch thermohärtende Bindemittel ersetzt werdenc

Bach dsm heutigen Stand der Technik wird ein derartiges Band auf das vorher verfestigte und ausgespaohtelte Teilleiterbündel aufgewickelt«, In den meisten fällen wird der bewickelte Stab danach einem Imprägnierprosess unterworfen«

Die bei Ilederspannungswibklungsn dieser Art übliche Technik des Verklebens der Bänder duroh elfachst maschinelles Pressen in einer sog* Spulenpresse könnt· bei Hochspannungswleklungsn bisher nicht mit gutem Erfolg durchgeführt werden. Öle Bänder, deren dielektrische Eigenschaften den Anforderungen genügten, waren su wenig schmiegsam, so dass sie sieh nicht satt aufwickeln Hessen, ohne beim ficklen Luft eineuschlisseen. Die Wicklung muesste nachträglich sur Entfernung von Luft oder von eingeschlossenen Lösungsmitteln im Vakuum behandelt werden, und danach mussten die Foren mit einem niederviekosen, lusungsmittelfreien Imprägniermittel gefüllt werden Je grosser die Wickeldicken, desto umständlicher wurden die Verfahrene Bei dem Verfahren unter Verwendung von Asphalt muss wegen der hohsn Viskosität des Bindemittels selbst bsi hohsn Temperaturen die Vakuumbehandlung

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und Imprägnierung Ιμμγ wieder wiederholt werden« eobald einigt lagen neue* Band aufgewickelt sind. Bei neueren Verfahren ait reaktiven Bindemitteln (DBP I₀000,896) ausβ ein dtlnner IaprMgnierlaok verwendet werden. Ba aber bei den für dieeea Zweck verwendeten ungesättigten Polyeeterharsen die Reaktion, die dae Hare in einen fecten Körper Überführt, auoh bei Raumtemperatur relativ . rasch verläuft· iet aan gezwungen, dae Imprägniermittel su kühlen.,

Alle dieee Verfahren erfordern also umfangreiche Autoklaven_v um Stäbe von beliebiger Form und Gröeee imprägnieren zu können,, Zu den Autoklaven kommen die Hei·- und Kühleinrichtungen und bei den ungesättigten Folyeetern die guten Ventilationeeinrichtungen_f um die Styroldämpfe abzueaugen_t die fur die Arbeiter gefährlich sind«

lach einen andern Verfahren (FP 1 071.178) müeeen die Stäbe, deren Ieolation bestimmte Epoxyharze ale Bindemittel enthalte in einem Autoklaven mit einem Aephaltkoapound ale hydrauliechem Druckmedium verpreset werden» Proseeee, bei denen mit Aephalt und Bitumen hantiert wird, gehören su den schmutzigen Arbeiten, die meiet teuer bezahlt werden mUeeen_c Ein Autoklav mit Heizeinrichtung let auoh hier erforderlich.

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Vaoh andern Verfahren wird etwa das Einetreichen von löeungemittelfreien Lacken oder Paeten empfohlen» was besondere ein Maschinelles Wickeln erschwert} wegen der herausquellenden und abtropfenden UeberschUese des Lackes handelt es sich auch hier um eine sohmutsige Arbeite Zudem ist man bei diesem Verfahren nie sicher, ob wirklich die Hohlräume gefUlIt werden«» Bine tu grosse Menge an Imprägniermittel ist nicht erwünscht,, da der Glimmer als Dielektrikum den mengenmassigen Hauptteil der Isolation ausmaohen sollte und Träger und Bars nur sur Verarbeitung notwendige Hilfsmittel darstellen,

Bin Verfahren sum direkten Aufwickeln und Fressen der Stäbe in einer Spulenpresee wurde im Schweigerpatent 361,,601 erwähnt. Doch hat sich gezeigt, dase die nach diesem Verfahren erhaltenen Stäbe aioh bei Über 100 «C aufblähen,

Ee wurde nun Überraschenderweise gefunden, daes eich ein neuartiges Wiokelband herstellen lasst» das sehr flexibel iet, die erforderliche Bindemittelmenge enthält« sich gut maschinell auf die Stäbe aufwickeln lässt, sioh beim Wiokeln dermassen gut Lage an Lage anschmiegt, das· nach dem Kalibrieren, Pressen und Auehärten des Stabes sine tadellose Hochspannungsisolation entsteht, deren Verluetwinkel innerhalb des Spannungsbereichee bis min»

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destens 20 kV praktisch linear verläuft. Auch der dielektrische Verluetkaktor tg& de· neuen Wickelbandee nimmt mit der Temperatur bei konstanter Spannung bis 130 ⁰C. bei optimalen Arbeitebedingungen aar «ehr wenig su. Die mit dem erfindungsgemässen Wickelband erzielten Isolationen sind sehr gut und verbacken und kleben gut auf einem Teilleiterbil&del* Die Dehnungen der metallischen Leiter» S₀B* des Kupfers, werden von den Isolationen innerhalb des praktisch vorkommenden Temperaturbereichs aufgenommene Die Alterungebeständigkeit der Stäbe gehört eu den beeten bisher erreichbarem

Das schmiegsame Wickelband geraäes der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet* dass ee aus einem porösen Trägermaterial, Glimmer» als Bindemittel einem keinen Weichmacher enthaltenden Epoxyharz mit einem Epoxyäquivalent von 150 bis 400, einer Viskosität von mindestens 500 cpe bei 50 ⁰C und einen Schmelzpunt von weniger als 50 ⁰C und mindestens einem Anhydrid- und/oder latenten Härter für das Epoxyharz besteht und eine Klebeteoperatur von weniger als 60 ⁰C hat„

Das Trägermaterial kann ein mit Harzen oder Lacken gut imprägnierbares oder tränkbares Gewebe oder eine ebenfalle mit Harzen oder Lacken gut Imprägnierbare oder tränkbare ungewobene Bahn mit guter Wärmebeetandigkeit Sein und besteht vozugsweise aus einem Glasseidengewebe

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mit genügender aeohanisoher Feetigkeit, um die Zugbeanspruchung während d·· Wickeln· und der nachfolgenden Behandlung bie «ur Verfeetigung des Hart·· aussuhalten. Al· solohee Glasseidengewebe eignet «loh beaondere ein Glasseidengewebe mit oa. 40 g>² Fleohengewieht biw« 0,04 mm Dick·»

8tatt Glaeeeidengewebe können genügend wärmebeständige Gewebe au· Kunstfasern, β·Β. Polyesterfasergewebe, oder Mischgewebe solcher Fasern mit 01a·- faeern verwendet werden₀

Al· Anhydridharter kommen SoB. Phthalsäureanhydrid, eutektische Geaieohe von Anhydriden teilweise hydrierter Phthalsäuren« etc In Frage, während als latente Härter i.B«BL gewiss· Komplexverbindungen davon, Dicyandiamid u_odergl. verwendet werden können«

Al· Glimmer können Splittings oder 01immerpapier verwendet werden. Es ist wichtig« dass das Glimmerpapier von saugfähiger Qualität ist* Vorzugsweise enthält da· erfindungegemäes· Wlokelband 30 % Glimmer?

Da· Bindemittel fUr die··· Band muss sueret rein äueserlioh folgend· Bedingungen erfüllen

Io Es auee βohmiegearn β·1η_ν damit eioh •In damit hergestellt·· Band bei allen vorkommenden Wicklungsarten gut aosohaiegt.

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2. Se darf nicht so dünnflüssig und klebrig sein, daae da« damit hergestellte Band sich in der Roll· nit sich selbst oder alt einer Folienswischenlage verklebt. Andererseits darf das Band auch nicht vollständig trocken sein, dasdt es bei« Wickeln, wenn der Wickeltug nachlässt, eich nicht wieder löst, sondern haften bleibt.

3. Es nuss swisohen Träger und Glimmer

eine gute« möglichst blasenfreie Verbindung zustande- μ können.

4. ferner muss das Bindemittel im Band noch in einem härtbaren Zustand vorliegen.

5. Dsr Härter des Harzes darf während der Zeit «wischen der Herstellung des Wickeibendes und der Verwendung desselben„ i «Iner Zeit von mindestens Monaten, nur möglichst wenig rea%>ört fciaben, sere to rt worden sein oder hinsichtlich sonstiger Eigenschaften für die Verwendung unbrauchbar geworden sein.

6. Eine mit dem erflnoungegemässen Band " hergestellte Isolation muss nach für derartige Zwecke üblicher Aushärtung einen von der Temperatur innerhalb dee für einen Generator oder eine Maschine in Betracht kommenden Gebiets von 20 % bis 120 ⁰C wenig abhängigen tgo s«igen. Der tg ο Wert soll beispielsweise bei 100 X und bei sunehmender Spannung 10 % nicht übersteigen. Auch von der Spannung soll der tg ö bis 20 kV nur wenig

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abhängig sein. Der Anstieg der Wertes von tg & per Kilovolt sollte nicht mehr als 2 % betragen.

7. Die mit den erfindungsgemäasen Band hergestellte ausgehärtete Isolation muss die Dehnungen des Leiters und des Blechpaketee im Betrieb elastisch aufnehmen können, so dass auch bei langjährigem Betrieb keine Bisse auftreten,

8. Die mit dem erfindungsgemässen Band her« gestellte ausgehärtete Isolation darf in der Wärme nicht erweichen« sich nicht plastisch deformieren oder abblättern und darf sich vom metallenen Leiter nicht loslösen.

9. Im Innern der Isolation darf auch bei langer Betriebsdauer kein gasförmiges Produkt abgespalten werden, das die Isolation sprengt und einen Ansatzpunkt für die enschlleesende Zerst-örung durch Ionisation liefert.

Man kann die Klebetemperatür sehr gut durch Bestimmung des Klebepunktes auf der Koflerbank bestimmen. Die Koflerbank, z.B. hergestellt von-der Firma REICHERT in Wien, dient in Chemielaboratorien zur Bestimmung von Schmelzpunkten. Der wesentliche Teil ist eine Stahlleiste_v die einen Temperaturgradienten von ca. 50 % bis 250 ⁰C aufweist, mit einer zugehörigen Temperaturskala. Wenn man das zu prüfende Material, dessen Bindemittel klebt oder im angegebenen Temperaturbereich schmilzt, zwischen

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zwei dünnen Papieren während 10 Sekunden mit einem weichen Drücker gegen seinesgleichen anpresst, werden die Materialien zum Kleben gebracht. Beim Versuch, nachher das Material und das Papier von der kalten Seite her wieder zu trennen? stellt man fest, dass die beiden Materialien von einer bestimmten Stelle an untereinander verklebt sind und bei der Trennung xerreissen. Die dieser Stelle entsprechende Temperatur kann mit Vorteil zur Ermittlung der für die Anwendung günstigsten Klebetemperatur verwendet werden.

Pur den genannten Zweck sind wie gesagt

Harze geeignet, die bei 50 «C eine Viskosität von mindestens 500 cpB besitzen. Die Harze müssen bei einer Temperatur von weniger als 50 X nach ASTM E 2858 T noch nicht schmelzen. Das Weichmachen eines höher als 50° schmelzenden Harzes durch Zusatz äusserer Weichmacher ist wegen der Verschlechterung der Werte des tg & bei höheren Temperaturen ausgeschlossen. Die Epoxyäquivalente geeigneter Harze liegen etwa im Gebiet von 150 bis 400. Je nach den an das Wickelband gestellten Forderungen .wird man die Wahl des Epoxyharzes vornehmen. Die Bisphenol^Epoxyharze eignen sich, wenn die Werte des tgo beispielweise bei über 100 ⁹C und bei zunehmender Spannung 10 % übersteigen dürfen. Der Verlauf der Kurven bei eyeloaliphatischen Epoxyharzen ist im allgemeinen flacher und liegt bei

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niedrigeren Werten de« tg ο ; die heute zur Verfügung stehenden Typen erfordern aber eine zu lange Härtungezeit in der Spulenpresse, Als besonder· günstig für die erfindungsgemässen Wickelbänder haben sieh Epoxyharz mit Glycidyl-phenyläther-gruppierungen erwiesen, da diese unter vergleichbaren Bedingungen mit Anhydrldhärtern und latenten Härtern immer gegenüber Blsphenolharzen höhere Verformungstemperaturen nach ASTM D 648-56 besitzen und in relativ kurzer Zeit mit den Härtern soweit reagieren, dass sie formstabil sind. Man kann also in diesem Fall eine Isolation einige Stunden in der Spulenpresse behandeln und die vollständige Aushärtung, Je nach Bedarf_t in einem Ofen durchführen.

Die oben genannten Typen von Epoxyharzen sind in einem Artikel von H. Batzer und E. Nikles in Chimia, Band 16, Seite 57 (1962) beschrieben.

Zu den Bisphenol-Epoxyharsen gehören z.B. "Araldite P" (Viskosität bei 5° * - 600 cps)_v "Araldite 6005, 6010 und 6020" von Ciba, "Epon 628" (Viskosität bei 50 K - 800 cps), "Epon 83V¹ (Viskosität bei 70 ΐ 1000 cps), "Epon 836" (Schemlzpunkt 50 X) von Shell, "DER 332 und 330" von Dow, ¹¹EBL 3794 und 2774" der Union Carbide, "Epi-Rez 510" von Jones —Dabney und "Epotuf 6140" von Reichhold.

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Zu den cycloaliphatischen Epoxyharten geboren "Epoxyde 201" von Union Carbide, "ünox 207" von Union Carbide und "I 200/8766" von GIba.

Harte mit Glycidylgruppeη sind u.a. "DM Epoxy 438" von Dow. "Epophen 1313a von Leicester, Lovell Co. und "Epotuf ED-1005" von Reichhold.

Die Härtung kann wie gesagt mit £äur«fenhydrlden, alt latenden Härtern oder Kombinationen beider durchgeführt werden. Man wird in erster Linie solche Härter wählen_v mit denen relativ hohe Erweichungotemperatu* ren der gehärteten Isolation erreicht werden kennen. Als latente Härter eignen eich solche, die auf der Basis von Lewis-Säuren aufgebaut sind, d.h. Substanzen, die ej,n Elektronenpaar auf':: ' können, (G.N. Lewie_ä Valence and Structure öf Atoms and Hol,, t-u... :_; ^CS Monograph Series New York (19?3)).

Die Fabrikation eier Wickelbänder kann in Bahnfora entsprechend der Breite auf konventionellen Maschinen erfolgen. Aus der B Im können darm die Bänder geschnitten werde», die spit< τ v,\ir l'oTotlon verwendet werden. Die Verarbeitung de? Br>nd'iB 1^. υ ^«n/ulle nach den in der Elektroterluvlk l·«-: ; >.*■ ^n V^ :''itbun f^rolgon» Selbstverständlich k«an met _v ■■■■ '<■■■< ;.. ^: ϊν*■->.■■ · -> ζυ arbeiten^ das Material in Bahn···-; ώβι:Ί, \v... mojjl. > . ■ ' ■itui-erverwenden.

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•AD aVGINAL

Ee wird nach bekannten Verfahren ein Band hergestellt aus einen Glasseidenträger, e.B. O»07 am dick, einer Glimmerpapierschicht, s.B. 0,05 am dick, und einem Bindemittel, zusammengesetzt aus DER 332» einem Epoxyharz mit Schmelzpunkt 4-5 ^» und einem eutektlachen Gemisch τοη Hexahydrophthalsäureanhydrid und Phthalsäureanhydrid als Härter. Das Harz - Hätergemisch wird in äquivalenten Mengen aus einer Lösung z.B. in Aceton auf den Träger und das Glimmerpapier aufgetragen und das Lösungsmittel bei Temperaturen um 100 % verdunstet, so daes kein Rärterrerlust entsteht« Die aufgetragene Festkörpermenge macht 40 % des Gesamtgewichtes aus. Das Band besitzt eine Klebetemperatur ▼on 100 ⁰C. Eine nach gebräuchlichen Verfahren hergestellte Wicklung besitzt eine Funktion des tgk bei konstanter Spannung wie in Fig. 1 dargestellt,

Beispiel 2

E« wird nach bekannten Verfahren ein ca. 0,06 mm dickes Band aus einem Mischgewebe aus Glas und Terylenfibern als Träger mit einer Schicht Glinmersplittlngs kombiniert. Die beiden Materialien werden mit einer Lösung getränkt, die aus Epikote 828,

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.einem Bisphenol-Epoxyharz von einer Viskosität von 800 cps bei 50 "C und Methyl-endo-methylen-tetrahydrophthälsäureanhydrid in stöchiometrischer Menge besteht. !fach Verdunsten des Lösungsmittels erhält man ein Material* das mit einer Polyäthylenzw-'iechenlage aufgewickelt werden kann. Man kann mit diesea Material einen Leiter isolieren. Die Klebetemperatur beträgt 40 ⁰C. Das Band schmiegt sich gut an, springt beim Nachlassen des Wickelzuges nicht los und lässt sich durch Kalibrieren und Pressen in eine feste Isolation überführen, die bei richtiger Ausführung eine Funktion des tg ö wie in Fig. 2 zeigt.

Beispiel 3

Wie in Beispiel 1 wird ein Band hergestellt* dessen Bindemittel aus Epophen 1315_S einem Phenyl~glycidylgruppen enthaltenden Harz, mit einer Viskosität von 75-000 cps bei 50 ⁰C und einem Epoxyäquivalent von 180 und ale Härter 1 %» auf das Harz gerechnet, des Komplexes aus BF, und Monoäthylamin besteht. Biese Bestandteile ergeben ein Band mit einer Klebetemperatur von 50 ⁰C. Durch Wickeln, Kalibrieren und Prassen erhält man eine Isolation, deren tg 0 der Fig. 3 entspricht. Dieses Bild verändert sich auch nicht« wenn man diese Isolation Zyklen von Erwärmung

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bi· 200 ⁹C und Abkühlung auf Raumtemperatur unterwirft. Dadurch ist erwiesen, dass die Isolation die Dehnung des Metalle in der Wärme mitmacht.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1) Schmiegsames Wickelband, dadurch gekenxutelehnet, date es aus einen porösen Trägermaterial, Glinmer, ale Bindemittel einen keinen Weichmacher «nthaltenden Epoxyharz alt einen Epoxyäquivalent von 150 bis 400, einer Viskosität von mindestens 500 cps hei 50 «C und einen Schneiepunkt von weniger als 50 ⁹C und mindestens einen Anhydrid- und/oder latenten Härter für das Epoxyharz besteht und eine' Klebetemperatur von weniger als 80 T hat. *~ _%

   2) Wickelband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Glinmer Glimmerpapier verwendet wird. f

   5) Wickelband nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ee mindestens 30 % Ginner enthält. ,

   4) Wickelband nach einen der Anspräche 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Epoxyharz, das ein Epoxyäquivalent von 170 bis 200 und bei 50 X eine Viskosität von 70.000 bis 90.000 cps hat und im Molekül Glycidylphenyläthergruppen aufweist, sowie als Härter ein Ad-

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   duckt dee Bortrifluorlds enthält und eine Klebetemperatur Ton weniger al· 80 % hat.

   5) Mit einen Wickelband nach einem der Ansprüche 1 bis 4· umwickelter elektrischer Leiter.

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