КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ
COMPOSITION FOR MANUFACTURE OF INSULATION SYSTEM, ELECTRIC MACHINE AND METHOD FOR MANUFACTURING AN INSULATION SYSTEM

Изобретение относится к композиции для изготовления системы изоляции для электрической машины, в частности вращающейся электрической машины диапазона высокого напряжения или среднего напряжения, как например генератора и/или двигателя, которые подвержены более высоким номинальным напряжениям при рабочих напряжениях, то есть, например, от 1 кВ или более, а также к подобной электрической машине с системой изоляции, которая, по меньшей мере, частично может изготавливаться из композиции. Наконец, изобретение относится к способу, по меньшей мере, частично автоматизированного изготовления системы изоляции для подобной электрической машины.
Разрабатываются все более мощные электрические машины, как например генераторы, так как прогрессирующая техника требует все более высоких плотностей мощности. Высокомощный генератор, как например турбогенератор, имеет в частности каркас или статор с пакетом листов статора и множеством пазов генератора, в которых находится система изоляции генератора, как правило, в виде намотки.
Основная изоляция генераторов, основанная на пропитанных эпоксидной смолой слюдяных лентах (микалентах), обеспечивает экранирование находящихся под высоким напряжением проводников, в частности медных проводников, от заземленного статора. Она имеет высокое начальное напряжение частичного разряда, что позволяет ей долговременно устранять, например, 3,5 кВ на миллиметр.
Наиболее важными компонентами системы изоляции являются при рассмотрении изнутри наружу проводники, в частности медные проводники, то есть электрическая катушка, которые спрессовываются друг с другом в так называемые связанные стержни, при необходимости нанесенное на стержни регулирование внутреннего потенциала, IPS, основная изоляция и на ней наружная защита от тлеющего разряда, AGS, а также при необходимости концевая защита от тлеющего разряда.
Обмотка генератора и/или двигателя выходит в каждом случае на торцевых сторонах пакета листов из пазов генератора. В этих местах на AGS наносится затем так называемая концевая защита от тлеющего разряда, EGS, для того чтобы управлять электрическим потенциалом, например повышать потенциал по длине EGS. Все эти компоненты системы изоляции, то есть IPS, основная изоляция, AGS и EGS, наматываются до сих пор, как правило, в виде лент на частичные проводники, причем ее части, такие как EGS, наносятся полностью вручную. Другие части также не могут наноситься автоматизировано, так как либо количество деталей не делает автоматизацию экономичной, и/или опасность включений воздуха в складках не обеспечивает качество, которое необходимо для намотки.
После того, как все намотки системы изоляции нанесены, они пропитываются пропиточной смолой, после чего пропитанная изоляция отверждается - например, в печи - в дуромер.
2
Во время эксплуатации вращающейся электрической машины возникают высокие напряжения, которые должны устраняться в изоляционном объеме между находящимся на высоком напряжении проводящем стержнем и находящимся на потенциале земли пакетом листов. На краях листов в пакете листов возникают при этом возвышения поля, которые в свою очередь вызывают частичные разряды. Эти частичные разряды приводят при попадании на систему изоляции локально к очень сильным нагревам. При этом органические материалы системы изоляции постепенно разлагаются в низкомолекулярные, летучие продукты, например в CO.
Ленты, которые наматываются, состоят, как правило, из склеенных слюдяных пластинок, которые служат в изоляции для того, чтобы удлинять путь эрозии в системе изоляции, то есть прямой путь от стороны высокого напряжения, то есть от проводников, к заземленному пакету листов, вследствие чего получается существенно больший срок службы системы изоляции.
Исходя из этого, задача данного изобретения преодолеть недостатки уровня техники, в частности минимизировать расходы на изготовление системы изоляции для вращающейся электрической машины диапазона высокого напряжения или среднего напряжения, как например генератора и/или двигателя, которая подвержена более высоким номинальным напряжениям при рабочих напряжениях, то есть, например, от 1 кВ или более.
Решение задачи и предмет данного изобретения раскрыты в имеющемся здесь описании, на чертеже и в формуле изобретения.
Таким образом, предметом данного изобретения является распыляемая композиция для системы изоляции для электрической машины, в частности вращающейся электрической машины диапазона высокого напряжения или среднего напряжения, как например генератора и/или двигателя, которая подвержена более высоким номинальным напряжениям при рабочих напряжениях, то есть, например, от 1 кВ или более, причем композиция имеет распыляемую смесь смолы, которая наряду с мономерным и/или олигомерным, по меньшей мере, диэпоксидным, компонентом смолы на основе углерода включает в себя еще мономерный и/или олигомерный компонент смолы на основе метил-/фенил-полисилоксана, по меньшей мере, с функциональной группой диглицидилового сложного эфира и/или диглицидилового простого эфира и/или еще одно или несколько, используемых в качестве отвердителя, соединений на основе ангидрида и/или (поли)амина и/или на амино- и/или алкокси-функциональной основе метил-/фенил-полисилоксана.
Согласно предпочтительному варианту осуществления композиция включает в себя далее еще наполнители, которые настолько малы, что они могут наноситься через распылительное сопло.
Общим познанием изобретения является то, что от слюдяных пластинок, которые используются обычно при всех ленточных и/или намоточных изоляциях и не могут распыляться, так как они попросту слишком велики, можно отказаться, если в качестве смоляной основы используется смола или смесь смолы, которая устойчива к частичному разряду. Было обнаружено, что устойчивость распыляемой смолы повышается посредством добавления наполнителей, в частности минеральных наполнителей, если, по меньшей мере, часть смолы заменяется устойчивым к частичному разряду компонентом. Таким образом, можно отказаться от применения склеенных в ленту больших слюдяных пластинок, и изоляционный материал может составляться и изготавливаться в виде распыляемого раствора.
2
n
Устойчивыми к частичному разряду смолами или смесями смолы являются, например, такие смолы или смеси смолы, в которых в качестве полимерного компонента имеется компонент с -[SiR-O-]-основной цепью  в качестве побочного компонента смеси смолы и/или смеси смолы и отвердителя, то есть менее 50 молярных процентов, в частности менее 40 молярных процентов и наиболее предпочтительно менее 30 молярных процентов полимеризуемой смеси смолы и/или смеси смолы и отвердителя.
2
n
До сих пор в качестве смеси смолы и/или смеси смолы и отвердителя для электрических изоляций и в частности также в качестве пропиточных смол для изоляций из намотанной ленты используются предпочтительно эпоксидные смолы на основе углерода, которые в жидком виде на -[CH-]-основной цепи на основе углерода несут все возможные функциональные группы, например также эпоксидные группы. Они превращаются при помощи отвердителя в термореактивный пластик, который образует заливку и/или, например, пропитку для изоляции из намотанной ленты.
2
n
Согласно изобретению в качестве смеси смолы и/или смеси смолы и отвердителя для изоляционного материала предусмотрена смола и/или смесь смолы, у которой, по меньшей мере, часть отверждаемой в дуромер смеси смолы и/или смеси смолы и отвердителя для системы изоляции является содержащим силоксан соединением, которое в дуромере образует -[SiR-O-]-основную цепь.
При этом "R" обозначает все типы органических остатков, которые подходят для отверждения и/или сшивания в пригодный для системы изоляции изоляционный материал. В частности R обозначает арил, алкил, гетероциклы, азот, кислород и/или серозамещенные арилы и/или алкилы.
В частности R может быть одинаковым или различным и обозначать следующие группы:
- алкил, например: метил, пропил, изопропил, бутил, изобутил, тербутил, пентил, изопентил, циклопентил, а также все дальнейшие аналоги вплоть до додецила, то есть гомолог с 12 атомами C;
- арил, например: бензил, бензоил, бифенил, толуил, ксилолы, а также сходные ароматические соединения, в частности, например, все арильные радикалы с одним или несколькими кольцами, строение которых соответствует определению ароматичности по Хюккелю;
- гетероциклы: в частности серосодержащие гетероциклы, такие как тиофен, тетрагидротиофен, 1,4-тиоксан и их гомологи и/или производные;
- кислородосодержащие гетероциклы, как например диоксаны;
- азотосодержащие гетероциклы, как например гетероциклы с заместителями -CN, -CNO,-CNS, -N3 (азид) в кольце или в кольцах; и
- серозамещенные арилы и/или алкилы: например, тиофен, или же тиолы.
Правило Хюккеля для ароматических соединений относится к той взаимозависимости, что планарные, циклически сопряженные молекулы, которые включают в себя несколько P-электронов, которые можно представлять в виде 4n+2, обладают особой устойчивостью, которая обозначается также как ароматичность.
2
n
1
2
n
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения смесь смолы и/или смесь смолы и отвердителя включает в себя наряду с функционализированным для полимеризации мономерным и/или олигомерным компонентом, который имеет -[SiR-O-]-основную цепь, также, по меньшей мере, один функционализированный для полимеризации мономерный и/или олигомерный компонент смолы с основной цепью, включающей в себя углерод - то есть -[CRR-]-звенья. При этом R обозначает водород, арил, алкил, гетероциклы, азот, кислород и/или серозамещенные арилы и/или алкилы. В частности подходят, например, функционализированные эпоксидом компоненты, такие как бисфенол-F-диглицидиловый эфир (BFDGE) или бисфенол-A-диглицидиловый эфир (BADGE), полиуретан, а также их смеси. Предпочтительны эпоксидные смолы на основе бисфенол-F-диглицидилового эфира (BFDGE), бисфенол-A-диглицидилового эфира (BADGE) или их смесей.
2
n
1
2
n
Например, функционализированный для полимеризации мономерный или олигомерный компонент, который имеет -[SiR-O-]-основную цепь, комбинируется в смесь смолы и/или смесь смолы и отвердителя с одним или несколькими содержащими -[CRR-]-основную цепь компонентами, выбранными из группы следующих соединений:
недистиллированный или дистиллированный, при необходимости реагенто-разбавленный бисфенол-A-диглицидиловый эфир, недистиллированный или дистиллированный, при необходимости реагенто-разбавленный бисфенол-F-диглицидиловый эфир, гидрированный бисфенол-A-диглицидиловый эфир и/или гидрированный бисфенол-F-диглицидиловый эфир, чистый и/или разбавленный растворителями эпоксидный новолак и/или эпоксидно-фенольный новолак, циклоалифатические эпоксидный смолы, такие как 3,4-эпоксициклогексилметил-3,4-эпоксициклогексилкарбоксилат, напр., CY179, ERL-4221; целлоксид 2021P, бис(3,4- эпоксициклогексилметил)адипат, напр., ERL-4299; целлоксид 2081, винилциклогексендиэпоксид, напр., ERL-4206, целлоксид 2000, 2-(3,4-эпоксициклогексил-5,5-спиро-3,4-эпокси) цикслогексан-методиоксан, напр., ERL-4234; диглицидиловый эфир гексогидрофталевой кислоты, напр., CY184, Epalloy-5200; диглицидиловый эфир тетрагидрофталевой кислоты, напр., CY192; глицидированные аминосмолы (N, N-диглицидил-пара-глицидилоксианилин, напр., MY0500, MY0510, N, N-диглицидил-мета-глицидилоксианилин, напр., MY0600, MY0610, N, N,N`,N`-тетраглицидил-4,4`-метилендианилин, напр., MY720, MY721, MY725, а также любые смеси вышеуказанных соединений).
2
n
В качестве функционализированного для полимеризации мономерного или олигомерного компонента, который имеет -[SiR-O-]-основную цепь, подходят основанные на глицидиле и/или оканчивающиеся эпоксидом арильные и/или алкильные силоксаны, как например функционализированные глицидокси-группами, в частности оканчивающиеся глицидокси-группами силоксаны. Так, например, подходит такой силоксан, как 1,3-бис(3-глицидил-оксипропил)тетраметилдисилоксан, DGTMS, и/или оканчивающийся глицидокси-группами фенил-демитилсилоксан и/или фенил-метил-силоксан в мономерной и/или олигомерной форме, а также в любых смесях и в виде производных. Вместо 4 метильных заместителей на кремнии в DGTMS могут находиться различные, равные или неравные произвольные алкильные и/или арильные заместители. Один из этих уже протестированных компонентов имеется на рынке в виде „Silres HP 1250". Было обнаружено, что в данном случае подходят, по меньшей мере, дважды функционализированные силоксаны, которые могут использоваться для изготовления дуропластов.
Например, следующий, то есть компонент на основе силоксана, является обычно доступным на рынке подходящим соединением от Wacker AG:
2
n
В качестве отвердителя подходят катионные и анионные катализаторы отверждения, как например органические соли, такие как органические соли аммония, сульфония, йодония, фосфония и/или имидазолия, и амины, такие как третичные амины, пиразолы и/или имидазоловые соединения. В качестве примера здесь следует назвать 4,5-дигидрокиметил-2-фенилимидазол и/или 2-фенил-4-метил-5-гидроксиметилимидазол. Однако могут также содержащие оксиран-группы соединения, как например глицидиловый эфир, использоваться в качестве отвердителя. Равным образом, как и основная смола, также отвердитель может частично или полностью заменяться альтернативно или дополнительно соединением с -[SiR-O-]-основной цепью , называемым здесь также соединением на основе силоксана.
В случае, негомополимеризующихся, например аддитивно сшивающихся, высокополимеров могут быть целесообразны в качестве отвердителя твердые при комнатной температуре ди- или триангидрид (производные), как например 3,3`,4,4`-бензофенонтетракарбокилдиангидрид (BTDA, CAS-№. 2421-28-5). Например, производное ангидрида фталевой кислоты и/или полиамин и/или продукт от Wacker AG, алкил- и/или арил- и/или алкокси-замещенный Wacker HP 2000 или HP 2020.
Обычно также кислотные ангидриды успешно используются в качестве отвердителя в изоляционных материалах. Однако их токсикология сейчас больше не является полностью бесспорной. Поэтому все больше используются другие отвердители, в частности на основе имидазола и/или пиразола.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения предусмотрено основанный на углероде отвердитель также полностью или частично заменять на отвердители на основе силоксана с таким же функциональными возможностями.
2
n
1
2
n
2
n
Оказалось, что в изоляционном материале, который включает в себя отвержденную базовую смолу, самым оптимальным соотношением соединения на основе силоксана  "с -[SiR-O-]-основной цепью ", к соединению на основе углерода "с -[CRR-]-основной цепью " является от 1:8 до 1:4, то есть в соответствующем изоляционном материале соединения на основе углерода имеются от 4 до 8 раз большем объеме, чем соединения, содержащие -[SiR-O-]-основную цепь. Доли относятся при этом к стехиометрии, то есть являются молярными процентами.
Содержащий силоксан компонент имеется таким образом в количестве от 10 до 50 молярных процентов в смеси смолы или смеси смолы и отвердителя композиции. В частности является предпочтительным, если количество содержащего силоксан компонента в основной смоле составляет не больше 20 молярных процентов, в частности не больше 18 молярных процентов и наиболее предпочтительно не больше 15 молярных процентов.
2
n
2
n
Можно обнаружить оптимум уменьшенного объема эрозии при замещении обычного компонента смолы на 20-30%. Однако, так как с продолжением замещения механические свойства, явно заметные по температурам стеклования и/или модулям памяти, пластика ухудшаются, является целесообразным замещать как можно меньше -[CH-]- основной цепи. Примерно при 20-процентном замещении температуры стеклования и модули памяти получающейся смоляной системы практически идентичны температурам стеклования и модулям памяти обычной, включающей в себя только -[CH-]-основную цепь смолы.
2
n
Устойчивость к частичному разряду изоляционного материала буквально скачкообразно повышается за счет наличия определенного количества образующих -[SiR-O-]- мономеров или олигомеров в основной смоле.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в композицию добавляется еще наполнитель.
Например, используется одна или несколько фракций наполнителя. Например, в качестве наполнителей используются фракции наполнителя, такие как мелкий порошок слюды и/или другие металлооксидные керамики, как например оксид алюминия, диоксид кремния, а также нитриты алюминия.
Наполнители используются, например, во фракциях с размерами зерен частиц 1-150 мкм, в частности от 10 до 120 мкм, предпочтительно в диапазоне от 30 до 100 мкм, так как вследствие этого повышается устойчивость к частичному разряду и прежде всего также теплопроводность системы изоляции.
2
Например, добавляется одна или несколько фракций наполнителя из наночастиц, в частности такие фракции, которые основываются, например, на кварце, SiO.
2
При этом согласно предпочтительному варианту осуществления в композицию дополнительно добавляется присадка, в частности присадка спекания, например на основе органического фосфорного соединения. Органическое фосфорное соединение катализирует расплавление и/или спекание одновременно имеющихся наночастиц SiO в стекловидные области в смоле. Например, создается вследствие этого стекловидная область в качестве барьерного слоя в системе изоляции.
Предпочтительно в композиции имеется комбинация из присадки спекания и наполнителя из наночастиц, так как вследствие этого образуются при наличии электрического разряда застеклованные области в готовом дуромере, которые показывают наиболее хорошее изолирующее действие. Самые новые запасы подобных готовых отвержденных изоляционных материалов показывают увеличение срока службы в 8 раз.
Согласно примеру осуществления изобретения могла бы наноситься следующая композиция посредством распыления для изготовления системы изоляции:
0,2 до 1,0 весового процента органического фосфорного соединения, которое может также иметься в виде смеси нескольких фосфорных соединений;
50 до 65 весовых процентов слюды в порошкообразном виде, которая может иметься с различными размерами и/или формами зерен;
4 до 10 весовых процентов наночастиц кварца, которые могут также иметься в различных фракциях;
10 до 25 весовых процентов отвердителя, который иметься без ангидрида или с ангидридом;
2
8 до 25 весовых процентов обычной полимеризуемой смолы на основе углерода, то есть образующей полимер с -[-CH-]-основной цепью ; и
2 до 8 весовых процентов полимеризуемой смолы на основе оксида кремния, которая заменяет соответствующие весовые проценты полимеризуемой смолы на основе углерода.
Согласно предпочтительному варианту осуществления композиция для образования изготовляемой посредством распыления системы изоляции включает в себя:
0,3 до 0,7 весового процента органического фосфорного соединения;
55 до 60 весовых процентов слюды в порошкообразном виде;
5 до 9 весовых процентов наночастиц кварца;
12 до 20 весовых процентов отвердителя;
2
10 до 17 весовых процентов полимеризуемой смолы на основе углерода, то есть образующей полимер с -[-CH-]-основной цепью ; и
2,5 до 6 весовых процентов полимеризуемой смолы на основе оксида кремния, которая заменяет соответствующие весовые проценты полимеризуемой смолы на основе углерода.
Конкретный пример для подобной композиции:
0,5 весового процента органического фосфорного соединения;
58 до 60 весовых процентов, в частности 59,5 весовых процентов слюды;
2
8 весовых процентов наночастиц кварца, SiO;
16 весовых процентов ангидрида метилгексагидрофталивой кислоты, "MHHPA" в качестве отвердителя;
12,8 весовых процентов бисфенол-A-диглицидилового эфира, "BADGE"; и
3,2 весовых процента эпоксидированного силоксана, например Silres HP1250.
2
n
В предпочтительном варианте осуществления изобретения в качестве примера процент эпоксидной смолы был постепенно стехиометрически замещен различными содержащими силоксан компонентами [1], [2] и [3]. Возникшие системы изоляции, образцы 2, 3 и 4, были для целей тестирования целенаправленно и определенно подвергнуты электрическим разрядам. В качестве образца 1 сравнивалась обычная система изоляции без -[SiR-O-]-основной цепи в смоле с этими образцами 2 по 4. Через определенное время эродированные объемы сканировались лазером, и таким образом оценивался эродированный объем - или эродированная глубина системы изоляции.
Фиг. 1 показывает результаты испытаний, то есть сокращение объема эрозии, визуализированное посредством топографического измерения поверхности при помощи лазерной триангуляции.
2
2
n
Параметрами выдачи были при комнатной температуре, на воздухе продолжительность 100 часов, атмосферный воздух 50% влажности и напряжение 10 кВ переменного тока. Было обнаружено, что уже при незначительном замещении на 20% компонента смолы на основе CH, показанного на примере содержащей эпоксид основной смолы DGEBA, содержащим -[SiR-O-]- мономером может достигаться существенное повышение устойчивости к частичному разряду, что приводит к существенному уменьшению эродированного объема.
2
На фиг. 1 вверху можно увидеть образец 1 с изготовленной согласно уровню техники системой изоляции из отвержденной ангидридом эпоксидной смолы. Речь идет о тестовых нанесениях соответствующих систем изоляции, нанесенных на проводник и испытанных при вышеуказанных условиях на их устойчивость к частичному разряду - или на степень разложения составляющих смолы на основе углерода на летучий CO.
На фиг. 1 образец 1 показывает уровень техники. Посередине можно увидеть круг 8, представляющий собой поверхность прилегания металлического проводника. За ним следует красный круг 3, указывающий глубину эрозии от -40 мкм до -80 мкм, как показывает пояснение на правом краю фиг. 1. Его окружает плоский желтый круг 4, указывающий глубину эрозии от -30 мкм до -10 мкм. За плоским желтым кругом 4 следует белый круг 5, который указывает нулевую эрозию. Круг 5 имеет радиус, который окружает всю испытываемую поверхность образца 1 с внутренней стороны и касается краев 7 образца 1. Ссылочной позицией 6 обозначаются на изображении области, на которых эрозия не происходила.
Под сравнительным образцом с чистой основанной на углероде системой изоляции смолы и отвердителя фиг. 1 показывает образцы 2, 3 и 4, которые показывают примерные варианты осуществления изобретения, которые были испытаны при идентичных условиях одновременно с образцом 1 вверху.
Образцы относятся к трем вариантам осуществления изобретения, в которых часть, 20 молярных процентов, компонента эпоксидной смолы и/или отвердителя замещена: у образца 2 содержащим силоксан компонентом [1], DGTMS; посередине у образца 3 содержащим силоксан компонентом [2], по меньшей мере, двукратно функционализированным, заканчивающимся глицидокси-группами фенил-метил-силоксан-мономером, как например доступным на рынке продуктом Silres компании Wacker AG; и справа у образца 4 содержащим силоксан компонентом [3], Silikoftal.
2
n
Фиг. 1 показывает уменьшение объемов эрозии за счет частичного - в данном случае на 20% - замещения обычной эпоксидной смолы компонентом, который имеет -[SiR-O-]-основную цепь, в среднем примерно в 9 раз, что просто сенсационно.
Таким образом, возможно отказаться от обычных слюдяных лент (микалент) и заменять все или некоторые части системы изоляции, то если либо IPS, основную изоляцию, AGS и/или EGS, не содержащими микаленты системами изоляции и тем самым переводить нанесение изоляции с ручной работы на автоматизированное распыление.
Однако теперь существуют различные возможности распыления устойчивого к частичному разряду лака. В случае распыления в виде порошкового лака смесь смолы, смесь смолы и отвердителя и/или смесь смолы, отвердителя и ускорителя имеются при комнатной температуре и/или атмосферном давлении в виде твердого вещества. При попадании на субстрат, то есть на частичный проводник катушки, материл снова термически плавится.
Для этого типа нанесения целесообразен высокомолекулярный, то есть, например, с удлиненной цепочкой, содержащий силоксан компонент, который является твердым при комнатной температуре. Альтернативно или дополнительно могут использоваться, например, гомополимезирующиеся, содержащие силоксан эпоксиды, которые не требуют дополнительных отвердителей. Однако если отвердитель должен добавляться, то является предпочтительным, если также отвердитель или смесь смолы и отвердителя являются твердыми при комнатной температуре и/или атмосферном давлении.
Эти имеющиеся при комнатной температуре в твердом виде, распыляемые в виде порошкового лака композиции могут затем наноситься, например, при помощи распыления в псевдоожиженном слое и/или электростатического распыления.
В качестве отвердителя могут использоваться следующие, твердые при комнатной температуре и/или атмосферном давлении
a) ди- или триангидриды:
- 3,3`,4,4`-бензофенонтетракарбокилдиангидрид, "BTDA", CAS-№. 2421-28-5;
- диангидрид пиромеллитовой кислоты, "PMDA" CAS-№. 89-32-7;
- 3,3`,4,4`-бифенилтетракарбокилдиангидрид, "s-BPDA" CAS-№. 2420-87-3;
- 2,2`-бис-(3,4-дикарбоксифенил)гексафторпропандиангидрид, "6-FDA" CAS-№. 1107-00-2;
- 4,4`-ангидрид оксидифталевой кислоты, "ODPA" CAS-№. 1823-59-2;
- 3,3`,4,4`-дифенилсульфонтетракарбокилдиангидрид, "DSPA" CAS-№. 2540-99-0;
TM
- 4,4`-бисфенол-A-диангидрид, "BPADA" или "ULTEM" диангидриды CAS-№. 38103-06-9;
- ангидрид гидрохинондифталиевой кислоты, "HQDEA" CAS-№. 17828-53-4;
- ангидрид гексогидрофталиевой кислоты, "HHPA" CAS-№. 85-42-7;
- изомеры ангидридов тетрогидрофталиевой кислоты THPA, CAS-№. 2426-02-0 и CAS-№. 935-79-5;
- циклопентен-1,2-дикарбокилангидрид CAS-№. 3205-94-5;
- цис/трансизомеры 1,2-циклопентандикарбокилангидрида, напр., CAS-№. 35878-28-5;
b) ди- или более высокие функциональные амины, а также их производные, например:
- 2,2-бис-[4-(4-аминофенокси)фенил]пропан, "BAPP" CAS-№. 13080-86-9;
- 4,4`-метилендианилин, "MDA" CAS-№. 101-779;
- 4,4`-[1,3-фениленбис(1-метил-этилиден)]бизанилин, "Bisa nilin M" CAS-№. 2687-27-6;
- 4,4`-[1,4-фениленбис(1-метил-этилиден)]бизанилин, "Bisa nilin P" CAS-№. 2716-10-1;
- 4,4`-оксидианилин, "4,4`-ODA" CAS-№. 101-80-4;
- 3,4`-оксидианилин, "3,4`-ODA" CAS-№. 2657-87-6;
- 2,2`-диметил-4,4`-диаминобифенил, "m-Tolidin" CAS-№. 84-67-3;
- 3,3`-диметил-4,4`-диаминобифенил, "o-Tolidin" CAS-№. 119-93-7;
- 3,3`-дигидрокси-4,4`-диамино-бифенил, "HAB" CAS-№. 2373-99-0;
- 3,3`-диаминодифенилсульфон, "3,3`-DDS" CAS-№. 599-61-1;
- 4,4`-диаминодифенилсульфон, "4,4`-DDS" CAS-№. 80-08-0;
- 2,2`-бис[4-(4-аминофенокси)фенил]сульфон, "BAPS" CAS-№. 13080-89-2;
- 2,2`-бис[4-(3-аминофенокси)бензол], "m-BAPS" CAS-№. 30203-11-3;
- 1,4`-бис(4-аминофенокси)бензол, "TPE-Q" CAS-№. 3491-11-1;
- 1,3`-бис(4-аминофенокси)бензол, "TPE-R" CAS-№. 2479-46-1;
- 1,3`-бис(3-аминофенокси)бензол, "APB-133" CAS-№. 10526-07-5;
- 4,4`-бис(4-аминофенокси)бифенил, "BAPB" CAS-№. 13080-85-8;
- 4,4`-диаминобензанилид, "DABA" CAS-№. 785-30-8;
- 9,9`-бис(4-аминофенил)флуорен, "FDA" CAS-№. 15499-84-0;
- O-толидинсульфон, "TSN" CAS-№. 71226-58-9;
- метиленбис(антраниловая кислота), "MBAA" CAS-№. 7330-46-3;
- 1,3`-бис(4-аминофенокси)-2,2-диметилпропан, "DANPG" CAS-№. 115570-52-0.
Кроме того, могут использоваться высокоплавкие изоцианаты, эфиры имидокислоты, эфиримиды, эфирамиды.
Преимущество твердых производных ангидрида и в частности амина в качестве отвердителя заключается в том, что благодаря предварительному, в частности однократному расплавлению с твердой при комнатной температуре и/или атмосферном давлении и/или нормальных условиях эпоксидной смолой и/или силоксановой эпоксидной смолой имеется затвердевающий однородно расплав. Полученный таким образом, затвердевший расплав может немедленно или после хранения снова измельчаться в порошок, он может просто стехиометрически смешиваться и получаться наилучшим образом в смеси. При распылении и попадании на горячую поверхность металла изготовленный - например - из застывшего расплава порошок снова расплавляется и начинает немедленно сшиваться.
В частности указанные производные амина больше не требуют также затем продолжительных периодов отверждения в печи, а необходимы всего лишь кратковременные фазы доотверждения при существенно более низких температурах.
Альтернативно или дополнительно к распылению в виде порошкового лака может также распыляться жидкий лак, то есть система смолы и отвердителя в жидком виде или растворенная в растворителе. Это распыление может выполняться с использованием сжатого воздуха или без сжатого воздуха.
Очевидным преимуществом при распылении с растворителем является то преимущество, что вязкость смеси смолы и отвердителя существенно повышается, если растворитель испаряется. Это означает, что, если смесь смолы и отвердителя была распылена на горячую поверхность металла, ее вязкость повышается настолько, что она больше не может двигаться (течь).
С другой стороны распыление содержащих растворитель смесей требует времени ожидания между двумя следующими друг за другом нанесениями, чтобы могло исключаться то, что в нижнем слое еще находится растворитель. В частности потому, что растворитель в нижнем слое приводил бы при отверждении при повышенной температуре к образованию пор, в которых затем при эксплуатации следует опасаться электрических разрядов.
При распылении без растворителя не требовалось бы время ожидания, и несколько слоев могли бы относительно быстро распыляться друг на друга, пока не будет достигнута необходимая толщина изоляции. Без растворителя также не выделяется в газовой фазе низкомолекулярный компонент при нагреве системы изоляции, вследствие чего может изготавливаться непористая система изоляции. Чтобы, несмотря на это, получалось повышение вязкости распыленной системы смолы и отвердителя после распыления, предлагается при помощи ультрафиолетового и/или инфракрасного отверждения желатинировать/ застудневать систему смолы и отвердителя во время распыления при попадании на покрываемую поверхность.
Неважно с растворителем ли или без него, распыленный лак подвергается, наконец, для окончательного изготовления еще доотвреждению, которое может осуществляться термически и/или при помощи облучения.
Распыленный слой системы изоляции имеет толщину в диапазоне от 50 мкм до 150 мкм, предпочтительно от 50 мкм до 130 мкм и в частности предпочтительно от 70 мкм до 120 мкм.
У электрических вращающихся машин, которые находятся в фокусе данного изобретения, требуются толщины изоляции в диапазоне от 700 мкм до примерно 6 мм, так что распыленные системы изоляции должны всегда наноситься в несколько слоев.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в распыляемой композиции содержится при этом, по меньшей мере, один полимеризуемый компонент, включающий в себя систему смолы и отвердителя, а также один или несколько наполнителей.
2
n
2
n
В качестве полимеризуемого компонента понимается смесь из, по меньшей мере, одного соединения, которое включает в себя содержащую -[SiR-O-]- основную цепь и содержащую -[CH-]- основную цепь.
В частности полимеризуемый компонент выбран из дуропластов и/или термопластов.
В качестве растворителя может содержаться в распыляемой жидкой композиции в частности 2-бутанон, ацетон и/или 1-бутанол.
Благодаря использованию тонкой слюды в качестве наполнителя возникает при этом то преимущество, что образованные из нее частицы имеют сравнительно низкую абразивность, и потому они могут просто распыляться в виде суспензии лака и частиц при помощи сопла на проводник, для того чтобы получать систему изоляции.
Распыляемая композиция, будь она в виде порошкового лака или в виде жидкой композиции с или без растворителя, в частности для изготовления основной изоляции, создает условия для частично или полностью автоматизированного изготовления системы изоляции, также адаптированных индивидуально к соответствующей машине систем изоляции.
Кроме того, технология распыления делает возможным повышение плотности мощности вращающихся электрических машин, предполагая, что распыленная система изоляции имеет такой же электрический срок службы, как и обычная система изоляции с лентой защиты от тлеющего разряда, клеем ленты, ускорителем ленты, при необходимости выполненной вручную обмоткой, последующим пропитыванием смолой, при необходимости в вакууме, и, наконец, отверждением смолы.
Причина этого заключается в получающейся геометрии изоляции, которая неизбежно возникает, если лента наматывается вокруг четырехугольного профиля проводника 13, как, например, при расположении проводника в показанном на фиг. 2 и 3 в качестве примера пакете 12 листов.
Фиг. 2 и 3 показывают для этого:
фиг. 2 - уровень техники с изоляцией микалентой, которая намотана вокруг проводника; и
фиг. 3 - распыленную изоляцию, которая наносится в виде распыляемой композиции.
Фиг. 2 показывает уровень техники, применяемую обычно, намотанную систему 11 изоляции вокруг четырехугольного профиля проводника 13, например медного проводника, в пакете 12 листов. Здесь подробно показано, как на гранях 14 толщина 15 намотки меньше, чем намотка 15` на плоской стороне. Это является простым следствием намотки 15, которая просто плотнее прилагает к граням 14, чем к плоским сторонам 16. Например, на грани 14 измеряется толщина 15 намотки в 2,2 мм, в то время как на плоской стороне 16 может измеряться толщина 15 намотки в 2,7 мм.
Однако теперь напряженность электрического поля, конечно, всегда значительно выше на изгибах и в частности на гранях 14, чем на плоских конструктивных элементах или областях, таких как плоская сторона 16. Можно было бы показать, что в 95% всех электрических пробоев системы изоляции, в частности при повышенных напряжениях, изоляция пробивается на радиусе стержня, то есть в показанном здесь примере на грани 14. Это означает, что система изоляции должна быть целесообразно рассчитана таким образом, что она имеет на грани 14 толщину изоляции, которая соответствует ожидаемому сроку службы. В показанном здесь уровне техники это ясно означает, что другие, в частности плоские области должны быть существенно толще, чем это электрически необходимо. Вследствие этого возникают ненужные расходы на материалы, ненужные объемы в конструктивных элементах, ненужное препятствование термическому отводу тепла, сокращение плотности мощности и в целом ухудшение машины.
Фиг. 3 показывает в противоположность этому распыленную систему изоляции согласно примеру осуществления изобретения. Можно снова увидеть четырехугольный профиль 13 проводника, однако больше не намотанную, а распыленную согласно изобретению систему 11 изоляции в пакете 12 листов.
Благодаря специальной технологии распыления возможно, как показано на фиг. 3, повышать толщины 15 изоляции на гранях 14 и помимо этого экономить, например, материал на плоских сторонах 16. Так, например, на гранях 14 могут легко реализовываться толщины 15 изоляции в 2,4 мм посредством распыления, причем одновременно на плоских сторонах 16 толщина 15` изоляции может ввиду меньшей вероятности электрических пробоев сокращаться, например сокращаться до 2,2 мм.
Однако благодаря сокращению толщины 15` изоляции на плоских сторонах 16 возможно существенно, более чем на 8%, в показанном примере на 8,3%, повышать толщину 18 проводника 13 и тем самым силу тока проводника 13. При общей толщине 17 проводника 13 в пакете 12 листов, изолированного изготовленной посредством распыления или при помощи намотки системой 11 изоляции, например, в 17,4 мм, проводник 13 может согласно уровню техники, то есть фиг. 2, принимать максимальную ширину 18 в 12 мм, в то время как согласно изобретению, как показано на фиг. 3, он может иметь ширину на один миллиметр больше, то есть ширину 18 в 13 мм. Увеличенный таким образом проводник 13 может, естественно, поводить также другие количества электричества. Таким образом, благодаря распыляемой изоляции, в частности также основной изоляции, можно существенно повышать мощность вращающихся электрических машин.
Сравнение намотанной и распыленной изоляции показывает соответственно существенную оптимизацию мощности за счет распыляемой изоляции у вращающихся электрических машин.
Изобретение впервые раскрывает распыляемую композицию для изготовления системы изоляции для электрической машины, в частности вращающейся электрической машины диапазона высокого напряжения или среднего напряжения, как например генератора и/или двигателя, которые подвержены более высоким номинальным напряжениям при рабочих напряжениях, то есть, например, от 1 кВ или более, а также к изготовляемую из нее систему изоляции. Способ изготовления системы изоляции включает в себя распыление и может автоматизироваться вследствие этого.