CH462905A

CH462905A - Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters mit einer Kunstharzisolierung

Info

Publication number: CH462905A
Application number: CH913865A
Authority: CH
Inventors: Boettger Heinz
Original assignee: Cella Lackfabrik
Priority date: 1965-06-30
Filing date: 1965-06-30
Publication date: 1968-09-30

Description


  Verfahren     zur        Bierstellung    eines isolierten elektrischen Leiters mit einer     Kunstharzisolierung       Die vorliegende     Erfindung    betrifft elektrische Lei  ter, wie z.     B..    Metalldrähte, mit einer     Kunstharzisol'ie-          rung,    die besonders dann von erheblichem Wert     sind,     wenn damit zu     rechnen    ist, dass der     elektrische    Leiter  zeitweise     Temperaturüberlastungen    ausgesetzt ist, die  die     Gefahr    von Kurzschlüssen mit     sieh    bringen.

   Der  artige kurzfristige Temperaturüberlastungen treten bei  spielsweise bei Magnetwicklungen in Elektromaschinen,  die überhöhten Anzugsmomenten unterworfen werden,  wie z. B. bei Wicklungssystemen in     Bohrmaschinen        und     Küchengeräten, bei denen die sogenannte     Schmorfestig-          keit    eine grosse Rolle spielt, auf, da die     Wicklungen    bei  der Belastung kurzfristig auf Temperaturen     oberhalb     von 300  C erhitzt werden     können.    Die     Kunst'harzisolie-          rungen    dürfen sich bei derartigen Temperaturen nicht  zersetzen oder verflüchtigen,

   da sonst     Kurzschlüsse    auf  treten.  



  Es sind bereits elektrische Leiter mit einer Kunst  harzisolierung bekannt, die aus einem     hydroxylgruppen-          haltigen        Terephthalsäurepolyester    besteht, der .durch  Zugabe eines     Isocyanuratderivats    aus     trimerisiertem        Di-          isocyanat    vernetzt wurde.

   Diese bekannten isolierten  elektrischen Leiter     besitzen        zwar    eine verbesserte       Thermostabilität,    jedoch ist ihre     Temperaturüberlast-          barkeit    nur     ziemlich    begrenzt, so     d'ass    bei     ihnen    die Ge  fahr     :eines        Durchschmorens    und von Kurzschlüssen bei  kurzzeitigen starken Erwärmungen nicht beseitigt ist.

    Auch ist es.     bekannt,    Lackisolierungen     in    der Weise her  zustellen, dass man     Terephthalsäurepolyester    mit Umset  zungsprodukten aus     Polycarbonsäuren    und Diaminen  zur Reaktion bringt, :

  doch ist auch die     Temperaturüber-          lastbarkeit    in diesem     Falle    stark     begrenzt.    Insbesondere  besitzen aber diese isolierten elektrischen Leiter auch  eine     geringe        mec'hanisc'he    Festigkeit, die häufig zu Feh  lern     führt,    wenn diese bekannten     elektrischen    Leiter  unter den rauhen Verarbeitungsbedingungen zu Wick  lungssystemen verarbeitet werden.  



  Aufgabe der Erfindung ist es nun, isolierte elek  trische Leiter herzustellen, die eine Isolierung mit er  höhter Kerbfestigkeit, :erhöhter Lebensdauer-Grenztem-         peratur    und einer ausgezeichneten     Kurzsch'lussfestigkeit     bei Temperaturen oberhalb 300  C und bis zu etwa  350  C besitzen. Elektrische Leiter mit diesen Vortei  len erhält man nach dem Verfahren der vorliegenden  Erfindung.  



  Das erfindungsgemässe     Verfahren    ist dadurch ge  kennzeichnet, dass man den     elektrischen    Leiter mit einem  Umsetzungsprodukt eines Polyesters aus a)     Terephthal-          säure,    b) mindestens einem mehrwertigen     Alkohol,    der  von     Tris-(2-hydroxyä'thyl)-iso,cyanurat    verschieden ist,  und:

   c)     Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat    und/oder     Tris-          (2-carboxyäthyl)-isocyanurat    mit einem Kondensations  produkt aus     Trimellithsäureäthylenglykol'@triester    und  einem     aromatischen        Diamin    überzieht.  



  Selbstverständlich muss nicht die     Verwendung    aller  zu den genannten Verbindungsgruppen führender Ver  bindungen zu gleichwertigen Ergebnissen     führen.    Als  besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, als mehr  wertigen Alkohol bei der Herstellung der Lackisolierung       Athylenglykol    zu verwenden. Als aromatisches     Diamin     zur Gewinnung des Kondensationsproduktes mit     Tri-          mellithsäuTetriäthylenglykol    sind besonders solche Di  amine geeignet, die die Formel  
EMI0001.0073     
    haben, worin x     (CHF)",    O, S oder     SO2    bedeutet, wobei  n eine ganze Zahl von 1 bis 4 sein kann.

   Als besonders  vorteilhaft erwiesen sich dabei die aromatischen Di  amine,     Diaminodiphenylmethan,        Diaminodiphe:nylät'her,          Diaminodiphenyl'propan        und        Diaminodip'henylsulfon.     



  Weiterhin wurde festgestellt,     .dass    besonders hoch  wertige isolierte elektrische Leiter erhalten werden,  wenn das     molare    Verhältnis .der     Terephthalsäuregrup-          pen    zu den     Isocyanuratgruppen    etwa 1 : 0,5 und das  Gewichtsverhältnis von Polyester zu dem Kondensa  tionsprodukt aus     Trimellithsäuretriäthylenglykal    und       aromatischem        Diamin    etwa 1 : 1 beträgt.  



  Bei der Verarbeitung von isolierten Drähten zu  Wicklungssystemen ist es besonders wesentlich, bei den      hohen     Wicklungsgeschwindigkeiten    auftretende mecha  nische Belastungen     auszuschalten,    um die     Ausschuss-          quoten    möglichst gering zu     halten.    Dabei besitzt das  Mass     .der        Gleitfähigkeit    eines Lackdrahtes besondere     Be-          deutung,

      da von dieser     Gleitfähigkeit    das einwandfreie       Einschiessen    der     einzelnen    Windungen     in    die Nuten der  Wicklung     abhängt.    Es erwies sich daher     als    ganz be  sonders     vorteilhaft,    wenn die isolierten elektrischen Lei  ter nach der     Erfindung,    sofern     diese    für Wicklungs  systeme     verwandt    werden sollen, zusätzlich über der       Isolierschicht    einen     Überzug    besitzen, der aus. einem  linearen Polyester aus     Terephth:

  alsäuredimethylester,        p-          Hydroxybenzoesäure    und     Äthylenglykol        besteht.    Zweck  mässigerweise wird ein solcher zusätzlicher Überzug aus  einer     Kresollösung        auf    die Isolierschicht des elektrischen  Leiters     aufgebracht.     



  Die so gewonnenen elektrischen Leiter besitzen nicht  nur eine hervorragende     Oberflächenglätte,    sondern auch  eine sehr gute     Kerbfestigkeit,    wobei: optimale Eigen  schaften erreicht werden, wenn der     Anteil    der Äther  bindungen in dem linearen Polyester etwa 10 %     beträgt.          Solche    Polyester können     günstigerweise        durch:    Vakuum  kondensation von     Terephthalsäuredimethylester,        p-Hy-          droxybenzoesäure    und     Äthylenglykol    gewonnen wer  den.  



       Allgemein    besitzen die isolierten     elektrischen    Leiter  nach der Erfindung eine erhöhte     Kerbfestigkeit,    eine       Lebensdauergrenztemperatur    bis zu 200  C sowie eine       Kurzschlussfestigkeit    bis zu 350  C, was sie für die  Verarbeitung zu Wicklungssystemen besonders geeignet  macht, bei denen mit kurzzeitigen Temperaturüberlastun  gen oberhalb von 300  C zu     rechnen    ist.  



  Die folgenden Beispiele und Vergleiche der     physi-          kalischen        Eigenschaften    mit denen bekannter     Isolier-          Tacksysteme    dienen der weiteren Erläuterung der Er  findung und der besonderen Vorteile der beanspruchten       isolierten    elektrischen Leiter.  



  <I>Beispiel 1</I>  194 g     Dimethylterephthalat,    62 g     Äthylenglykol,     130 g     Tris-(2=hydroxyäthyl)-isocyanurat        und    1 g     Li-          thiumnaphthenat        wurden    bei Temperaturen im Bereich  von 170  C miteinander umgesetzt, bis 60g Methanol,  das     abdestillierte,    abgespalten worden     waren.     



  Getrennt hiervon wurden 192 g     Trimelliths'äure-          anhydrid    und 186g     Äthylenglykol    bei Temperaturen um  170  C bis zu     einer        Säurezahl    unter 50 verestert und an  schliessend mit 150 g     Diaminodiphenyl'methan    versetzt.

    Nach einer Temperatursteigerung auf 200  C     erhielt          man.    ein noch freie Amin- und     Hydroxylgruppen        ent-          haltendes    viskoses Produkt, von dem 300 g zur Um  setzung mit dem anfangs     hergestellten    Polyester ver  wendet     wurden.    Die Umsetzung dieses Polyesters mit  dem Kondensationsprodukt aus     Trimellithsäuretriäthy-          lenglykol    und     Diaminodiphenylmeth.an    erfolgte bei Tem  peraturen um 220 , bis :

  die Viskosität     einer    35 %     igen     Lösung des Harzes in     Kresol    2500     cP        betrug.     



  35 Gewichtsteile dieses Harzes wurden mit 45 Ge  wichtsteilen     Kresol,    19     Gewichtsteilen        Solventnaphtha     und 1     Gewichtsteil    polymerem     Butyltitanat    in üblicher  Weise durch Vermischen zu einem     Drahtlack    verarbei  tet, der in an sich bekannter Weise auf einen elektri  schen Leiterdraht aufgebracht wurde.

   Als     Alternative     wurden nach 5 Drahtpassagen durch das     Isoherlack-          bad    2 Drahtpassagen durch ein     Überzugslackbad    ange  schlossen, das ein Kondensationsprodukt von     Tere-          phthalsäuredimethylester,        p-Hydroxybenzoesäure    und         Äthylenglykol    mit einem 10%igen Gehalt an Äther  bindungen     enthielt.        Alls    elektrische Leiter wurden hier  bei     0,6-mm-Kupferdrähte    verwandt.

   Die so überzogenen       Kupferdrähte    mit oder ohne     zusätzliche    Lackschicht zur  Erhöhung der     Oberflächenglätte    wurden auf eine Ofen  temperatur von 420  C erhitzt, um in üblicher Weise  ein Einbrennen der Lackschichten zu erreichen.

      <I>Beispiel 2</I>  194 g     Dimethylterephthalat,    170 g     Tris-(2-carboxy-          äthyl)-isocyanurat,    186 g     Äthylenglykol    und 1 g     Li-          thiumnaphthenat    wurden wie in Beispiel 1 bei etwa  170  C bis zu einer Säurezahl unter 50     verestert        und     anschliessend mit 300 g eines wie     in    Beispiel 1 gewonne  nen Kondensationsproduktes von     TrimeTl'ithsäuretri'äthy-          lenglykol    und     Diaminodiphenylmethan    versetzt sowie bei  Temperaturen um 220  C bis zu einer Viskosität von  2500 

      .cP        kondensiert.    Die     Herstellung    des Drahtlackes  und Aufbringung auf     Kupferdrähte    mit einer Dicke von  0,6 mm erfolgte ebenfalls wie in Beispiel 1.  



  Zum Vergleich .der physikalischen     Eigenschaften    der  nach der Erfindung hergestellten isolierten elektrischen  Leiter mit bekannten isolierten elektrischen Leitern wur  den nach bekannten Methoden die folgenden beiden     Iso-          lierlacke    hergestellt:

    <I>Vergleichsbeispiel 3</I>  In 45     Gewichtsteilen        Kresol    wurden 27 Gewichts  teile     Desmo:phen    F 950     (Terephthalsäurepolyester    der  Firma Farbenfabriken Bayer, Leverkusen) 8 Gewichts  teile     Desmodur        CT        (blockiertes        trimerisiertes        Isocyanat),     19     Gewidhitsteile        Solventnaphtha    und 1 Gewichtsteil  polymeres     Butyltitanat    gelöst.  



  <I>Vergleichsbeispiel 4</I>  115g     Trimeldithsäureanhydrid    wurden bei 150  C  in 500 g     Kresol    gelöst, worauf 60 g     Diaminodiphenyl-          methan    zugesetzt wurden. Sechs Stunden wurde dieses  Gemisch auf 140  C gehalten und anschliessend abge  kühlt, worauf die ausfallenden     Kristalle        durch    Filtra  tion und mehrmaliges Waschen mit Alkohol und Äther  isoliert wurden.  



  Getrennt hiervon wurden 385g     Dimethylterephtha-          lat,    112 g     Äthylenglykol    und 75g Glycerin miteinan  der umgesetzt und nach Zugabe von 137 g des wie oben  gewonnenen Produktes aus     Trime#llithsäureanhydrid    und       Diaminodiphenylmethan    bei 215 C im Vakuum kon  densiert.  



  Zur Gewinnung eines Drahtlackes wurden 35 Ge  wichtsteile :dieses     Kondensationsproduktes    zusammen  mit 1 Gewichtsteil     polymerem        Butyltitanat    in 45 Ge  wichtsteilen     Kresol    und 19 Gewichtsteilen Solvent  naphtha gelöst.  



  Die     nach    -den Vergleichsbeispielen 3 und 4 gewon  nenen     Drahtlacke    wurden in bekannter Weise auf Kup  ferdrähte mit einer Dicke von 0,6 mm aufgebracht und  bei     einer    Ofentemperatur von 420  C eingebrannt.  



       Ein    Vergleich der     physikalischen    Eigenschaften er  gab, dass die     isolierten        elektrischen    Leiter nach der Er  findung eine wesentlich bessere Wärmedruckfestigkeit,       Wärmestandfestigkeit    und     Emerson        Abriebfestigkeit    so  wie eine erhöhte     Lebensdauergrenztemperatur    gegen  über den     bekannten    isolierten elektrischen Leitern be  sassen. Die     physikalischen        Eigenschaften    sind in der  nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

   Dabei sind die Lacke  1 und 2, die nach den     Beispielen    1 und 2 nach der Er-           findung    gewonnenen     Drahtlacke    ohne     überzugsschicht     zur     Verbesserung    der Oberflächenglätte     und    die Draht-    lacke 3 und 4 die nach den Vergleichsbeispielen 3 und  4 gewonnenen Lacksysteme.

    
EMI0003.0006     
  
    <I>Tabelle</I>
<tb>  Lack <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb>  Ofentemperatur <SEP> beim <SEP> Einbrennen <SEP> 420  <SEP> C <SEP> 420  <SEP> C <SEP> 420  <SEP> C <SEP> 420  <SEP> C
<tb>  Drahtdurchmesser <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm
<tb>  Lackzunahme <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm
<tb>  Abzugsgeschwindigkeit <SEP> 7 <SEP> m/min <SEP> 8 <SEP> m/min <SEP> 4 <SEP> m/min <SEP> 5 <SEP> m/min
<tb>  Max. <SEP> Aussenfaserdehnbarkeit <SEP> <B>100% <SEP> 100% <SEP> 80% <SEP> 100%</B>
<tb>  Max. <SEP> Aussenfaserdehnbarkeit <SEP> nach
<tb>  Alterung <SEP> von <SEP> 50 <SEP> Std. <SEP> - <SEP> 200  <SEP> C <SEP> <B>60%</B> <SEP> 40% <SEP> <B>80%</B> <SEP> 35
<tb>  Max.

   <SEP> Hitzeschockfestigkeit <SEP> einer
<tb>  einfachen <SEP> Wickelrolle <SEP> 200  <SEP> C <SEP> 240  <SEP> C <SEP> 140  <SEP> C <SEP> 240  <SEP> C
<tb>  Wärmedruckfestigkeit <SEP> 300  <SEP> C <SEP> 340  <SEP> C <SEP> 280  <SEP> C <SEP> 260  <SEP> C
<tb>  Wärmestandfestigkeit <SEP> bei <SEP> 180  <SEP> C
<tb>  (bei <SEP> 500 <SEP> Volt <SEP> und <SEP> 500 <SEP> g <SEP> Belastung) <SEP> 100 <SEP> h <SEP> 100 <SEP> h <SEP> 40 <SEP> h <SEP> 20 <SEP> h
<tb>  Standfestigkeit <SEP> von <SEP> AIEE <SEP> 510
<tb>  Motorettenspulen <SEP> im <SEP> Kurzschluss <SEP> 25 <SEP> Min. <SEP> 35 <SEP> Min. <SEP> 4 <SEP> Min. <SEP> 8 <SEP> Min.
<tb>  Emerson-Abriebfestigkeit <SEP> 25 <SEP> pound:

   <SEP> 29 <SEP> pound <SEP> 12 <SEP> pound <SEP> 8 <SEP> pound
<tb>  Temperaturknickpunkt <SEP> des
<tb>  Verlustfaktors <SEP> 190  <SEP> C <SEP> 210  <SEP> C <SEP> 130  <SEP> C <SEP> 170  <SEP> C
<tb>  Lebensdauergrenztemperatur <SEP> nach
<tb>  AIEE <SEP> 57 <SEP> 205  <SEP> C <SEP> 210  <SEP> C <SEP> 165<B><I>0</I></B> <SEP> C <SEP> 185<B>0</B> <SEP> C

Claims

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstelung eines isolierten elektri schen Leiters mit einer Kunstharzisolierung, .dadurch ge kennzeichnet, dass man den elektrischen Leiter mit einem Umsetzungsprodukt eines Polyesters aus a) Tere- phthalsäure, b) mindestens einem mehrwertigen Alko hol, der von Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat verschie- den ist, und c) Tris-(2_hydroxyäthyl)

-isocyanurat und/ oder Tris-(2-carboxyäthyl)-isocyanurat mit einem Kon densationsprodukt aus Trimellithsäureäthyleng@ykoltri- ester und einem aromatischen Diamin überzieht. Il. Isolierter elektrischer Leiter, erhalten nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man als mehrwertigen Alkohol Äthy- lenglykol verwendet. 2.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man ein Molverhältnis von Tere- pyhthalsäure zu Isocyanurat von mindestens angenähert 1 :0,5 ,und ein Gewichtsverhältnis von Polyester zu Kondensationsprodukt aus Trimellithsäureäthylenglykol- triester und aromatischem Diamin von mindestens an genähert 1 : 1 verwendet. 3.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man als aromatisches Diamin ein Diamin der Formel EMI0003.0039 worin X (CH2)n, O, S oder S02 bedeutet, wobei n eine ganze Zahl von 1-4 ist, z. B. Diaminodiphenylmethan, Diaminod'iphenyläther, Diaminodiphenylpropan oder Diaminodiphenylsulfon, verwendet. 4.

Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass man auf dem isolierenden Überzug einen zusätzlichen Polyesterüberzug aufbringt, der aus einem linearen Polyester aus Terephthalsäured'imethyl- ester, p-Hydroxybenzoesäure und Äthylenglykol besteht. 5. Verfahren nach Unteranspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, dass man den zusätzlichen Polyesterüber zug aus einer Kresollösung aufbringt. 6.

Isolierter elektrischer Leiter nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, d-ass er über dem isolieren den Überzug einen zusätzlichen Polyesterüberzug mit einem Gehalt an Ätherbindungen von etwa10%, bezo gen auf die Esterbindungen, besitzt. Anmerkung des Eidg. Amtes für geistiges Eigentum: Sollten Teile der Beschreibung mit der im Patentanspruch gegebenen Definition der Erfindung nicht in Einklang stehen, so sei daran erinnert, dass gemäss Art. 51 des Patentgesetzes der Patentanspruch für den sachlichen Geltungs bereich des Patentes massgebend ist.