DE1085577B - Hochbelastbare Isolation fuer gekapselte, in Kuehlmitteln aus Kohlenwasserstoffen oder OElen liegende Motoren und Leistungswicklungen - Google Patents

Description

• Hochbelastbare Isolation fÜr gekapselte, in Kühlmitteln aus Kohlenwasserstoffen oder Ulen liegende Motoren und Leistungswicklungen In der Kältetechnik sind gekapselte Motorverdichter bekannt, bei denen der den Kaltdampfverdichter antreibende Elektromotor innerhalb des Kältekreislaufes in einer druckfesten Kapsel zusammen mit dem Verdichter eingebaut ist. Die Vorteile dieser Konstruktion bestehen darin, daß die bei normalen Verdichtern vorhandene Wellenabdichtung und damit ein Grund für viele Störungen entfällt und außerdem die mechanischen Verluste durch Wegfall der zusätzlichen Motorlager und des Kupplungsgliedes erniedrigt werden. Schließlich bringt die kompaktere material- und raumsparende Konstruktion auch wirtschaftliche Vorteile.
• Es sind allerdings auch erhebliche Schwierigkeiten bei der Konstruktion und Fertigung solcher Motorverdichter zu überwinden: So müssen sämtliche innerhalb des Kältekreislaufs verwendeten Materialien, insbesondere also auch die Isoliermaterialien des Motors, kälternittelbeständig sein, dürfen sich nicht im Kälternittel an- oder auflösen dürfen auf das Kältemittel keine schädlichen Rückwir ' kungen haben und dürfen sich nicht durch den Einfluß des Kältemittels oder des Öles in ihren mechanischen oder elektrischen Eigenschaften ändern.
• Weiterhin muß der gesamte Motorverdichter frei von Schmutz, Fasern oder nur teilweise löslichen Extrakten sein, um eine einwandfreie Funktion des Kältekreislaufes zu garantieren, Verstopfungen durch Ausfällungen, Verharzungen und ähnliches zu vermeiden. Die Isolierstoffe des Motors müssen daher möglichst faserfrei und möglichst frei von Extraktstoffen sein.
• Ferner ist das in dem Motorverdichter befindliche Öl, welches auch zwangläufig an den Motor gelangt, dem Einfluß des Kältemittels und dem Einfluß der sonstigen im Motor und Kältekreislauf befindlichen Stoffe ausgesetzt. Das Öl kann - da im allgemeinen ein solcher Motorverdichter absolut dicht verschweißt und nicht mehr montagemäßig zu öffnen ist - während der Lebzeiten des Verdichters nicht ausgewechselt werden. Es müssen daher an Alterungsbeständigkeit dieses Öles bzw. an ein absolut neutrales Verhalten der im Kältekreislauf verwendeten Materialien, insbesondere Isolierstoffe des Motors bezüglich der Alterungsbeeinflussung des Öles, hohe Anforderungen gestellt werden.
• Es haben sich derartige Motoren und deren Isolierstoffe im letzten Jahrzehnt gewisse sehr konkret faßbare Erfahrungswerte herausgebildet, die bei allen Herstellern solcher Motoren mit geringen Abwandlungen die gleichen sind.
• So werden für die Wicklungen lackisolierte Drähte auf verschiedener Basis verwendet, denen jedoch allen gemeinsam ist, daß sie eine hoheLösungsmittelbeständigkeit gegenüber Kältemittel aufweisen, neben der Erfüllung der sonstigen für derartige Drähte notwendigen Bedingungen elektrischer und mechanischer Art.
• Die bekannten Isolierstoffe sind in der Regel auf derBasis natürlich gewachsener cellulosehaltigerRohmaterialien aufgebaut. Als Bindernaterial wird im allgemeinen Baumwolle, Hanf oder Zellwolle verwendet. Als Isoliermaterial für Nutauskleidung, Nutverschluß und Beilagen wird Preßspan, der aus Zellstoff, Baumwollumpen oder ähnlichen Materialien hergestellt ist, verwendet.
• Es ist auch bekannt, bei gekapselten in Kühlmitteln arbeitenden Motoren für einzelne Teile der Isolation cellulosefreies elektrisch isolierendes Polymerisationsprodukt zu verwenden.
• An diese bekannten Isolierstoffe werden gewisse Anforderungen hinsichtlich des Gehaltes an extrahierbaren Stoffen gestellt bzw. werden diese Materialien vorher von diesen Extraktstoffen durch eine entsprechende Behandlung befreit. Weiterhin müssen die Materialien weitgehendst faserfrei sein bzw. einen faserfreien Schnitt aufweisen oder durch eine geeignete Vorbehandlung von ihren Fasern befreit sein.
• Den cellulosehaltigen Isoliermaterialien ist aber gemeinsam, daß sie bei Temperaturen über 1051 C langsam beginnend und mit der Temperatur schnell ansteigend, Zellwasser abspalten bei einer gleichzeitigen Verkohlung der Restsubstanz. Dieses Zellwasser ist im Kältekreislauf von äußerst schädlicher Wirkung, da es zum Einfrieren des Regelorgans führt und außerdem die chemische Zersetzung des Kältemittel-Öl-Gemisches fördert. Die entstehenden Kohlepartikelchen wirken dabei durch ihre große Oberfläche zum Teil katalytisch auf die Alterungsvorgänge im Öl.
• Es ist deshalb für den Konstrukteur bisher unabdingbar, die Motorverditliter bezüglich ihres Abwärmeverhaltens so auszulegen, daß bei schärfsten Betriebsbedingungen der Motor sich nicht über 105' C erwärmen kann.
• Weiterhin ist den cellulosehaltigen Isolierstoffen gemeinsam, daß sie eine -relativ hohe sogenannte Gleichgewichtsfeuchtigkeit enthalten, das ist die aus der Umgebungsluft hygroskopisch auf dem Faserkörper gebundene Feuchtigkeit.
• Bei der Herstellung der Motorverdichter muß auf einen äußersten Trocknungsgrad der fertigen Maschine geachtet werden. Diese Trocknung wird bei erhöhten Temperaturen, die ebenfalls durch die beginnende Zellwasserabspaltung begrenzt sind, und meistens bei Vakuum durchgeführt. Der Trocknungsvorgang wird durch die dabei anfallende große Wasserdampfmenge, die etwa ein Zehntel des Gewichts der verwendeten Isoliermaterialien entspricht, stark belastet und die Troknungszeit bei gegebenen Pumpenleistungen und Absaugquerschnitten verlängert.
• Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die bisher in kältemittelfesten Einbaumotoren verwendeten zellulosehaltigen Isolierstoffe zwar alle an sie gestellten Anforderungen im großen und ganzen erfüllt haben, den Konstrukteur und Fertigungsmann jedoch zu einer Reihe von Einschränkungen zwingen, die durch die Eigenschaften dieser Stoffe bedingt sind. Die wesentlichsten sind dabei: die Begrenzung der Betriebs- und Trocknungstemperatur und damit die Notwendigkeit größerer Motoren und längerer Trocknungszeiten und die dauernde Gefahr, daß durch kurzzeitige Übererwärmung des Motors bei anomalen Betriebsbedingungen Zellwasserabspaltung eintritt.
• Der Zweck der Erfindung ist es, die oben geschilderten Mängel der bisher verwendeten Isolierstoffe durch die Wahl geeigneterer Isolierstoffe zu beseitigen. Es war dabei die Verwendung von Kunststoffen naheliegend, zumal für andere Arten von Motoren sich die Verwendung von Kunststoffen jeweils geeigneter Eigenschaften schon eingeführt hat. Wesentlich und für den Umfang der Erfindung bestimmend ist die Erforschung der speziell für die Betriebsbedingungen des kältemittelfesten Einbaumotors geeigneten Kunststoffe und die Untersuchung, welche besonderen Maßnahmen, Auswahlmethoden und chemischen Vorgänge berücksichtigt werden müssen, um die auch bei Kunststoffen mögliche schädliche Rückwirkung auf den Kältekreislauf und dessen Beständigkeit auszuschalten.
• Es geht bei der Erfindung dabei nicht lediglich um den Ersatz cellolosehaltiger Isoliermaterialien durch Kunststoffe bei Beibehaltung der bisher üblichen Temperaturbegrenzung und des bisher bekannten Feuchtigkeitsverhaltens, sondern es soll gleichzeitig, soweit erforderlich, eine Vorbehandlung der Isolierstoffe gefunden werden, die wesentlich höhere Dauerbetriebstemperaturen und damit eine höhere Ausnutzung des Antriebsmotors zuläßt, dabei aber die Kunststoffe kältemittel- und ölfest bleiben oder werden, wobei diese Isolierstoffe sich durch kleinste Wassergehalte für einfache und schnelle Trocknungsprozesse eignen. Ein Teil der gestellten Aufgabe besteht auch darin, daß sämtliche zellulosehaltigen Isoliermaterialien im Motor durch andere ersetzt werden müssen.
• In konsequenter Verfolgung des Erfindungsgedankens, ausschließlich Kunststoffisolierungen einzusetzen, können auch die völlig anderen Einsatzmöglichkeiten des Kunststoffes, die durch dessen Verspritzbarkeit, Schweißbarkeit und durch seine anderen mechanischen Eigenschaften gegeben sind, berücksichtigt worden.
• Es besteht kein Zweifel, daß die Verwendung von Kunststoffen in Motoren nicht neu ist und daß auch in kältemittelfesten Einbaumotoren schon Kunststoffe bei einzelnen Teilen verwendet worden sind. Wenn hier daher von Motoren gesprochen wird, die für den Einbau von Kältekreisläufen als »geeignet« betrachtet werden, so sind damit eine Reihe von speziellen Eigenschaften des gesamten Motors verknüpft, nämlich z. B. völlige Faserfreiheit und geringster Schmutzgehalt (für einen Motor von 118 PS Leistung z. B. weniger als 2 mg) neben geringstem Extraktgehalt (bis höchstens 0,1"'/o) des Einsatzgewichtes der Isolierstoffe und keine negative Beeinflussung des Öles oder des Kältemittels (Kältemittelbeständigkeit aller im Motor eingesetzter Stoffe einzeln und in ihren Kombinationen), insbesondere dürfen alle eingesetzten Stoffe einzeln oder in ihren Kombinationen keine Kupferplattierung an Teilen des Kompressors und keine Zersetzung des Kältemittels unter Abscheidung von CI-Ionen hervorrufen.
• Für den Einsatz als Nutauskleidung, Nutverschlüsse, Bandagen, Stützkeile und Beilagen eignen sich in der Regel nicht alle in Frage kommenden Kunststoffe gleichartig. Es sind bekanntlich Differenzierungen zu machen hinsichtlich der Verarbeitbarkeit der Kunststoffe zu Folien, endlosen Fäden, die zu Bändern verspinnbar sind, Spritzformteilen oder Stanzformteilen.
• Es hat sich nun gezeigt, daß eine Reihe schon bisher für Isolierzwecke eingesetzter Kunststoffe sich für den vorliegenden Fall unter wesentlich schärferen Bedingungen verwenden läßt, als dies bekannt war. Die gegen die Verwendung von Kunststoffisolationen in gekapselten Kältemittelverdichtermotoren bestehenden Bedenken werden nämlich dann gegenstandslos, wenn der Kältemittelverdichter und die verwendeten Kunststoffe von möglichen schädlichen Bestandteilen, die eine nachträgliche chemische oder physikalische nachteilige Beeinflussung verursachen können, befreit sind oder durch geeignete Vorbehandlung befreit werden. Diese Vorbehandlungen müssen so geführt werden, daß je- weils alle bei der maximalen Betriebstemperatur sich abscheidenden Bestandteile vorher entfernt werden, so daß sie nicht mehr im Kältekreislauf wirksam werden können bzw. die mechanischen und thermischen Eigenschaften bis in den Bereich der höchstmöglichen Betriebstemperaturen stabilisiert werden. Die Wahl der verschiedenen im - Kältekreislauf miteinander reaktionsfähigen Materialien kann so getroffen werden, daß bei den betrJebsmäßig auftretenden Druck- und Temperaturbedingungen keine chemischen Zersetzungen, insbesondere auch keine Wasserabspaltung, auftreten und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Kältemittel und öl gewährleistet bleibt.
• Um diese Bedingungen zu erfüllen, besteht bei einer hochbelastbaren Isolation für durch Kapselung vor dem Zutritt von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit geschützte, in Kühlmitteln aus halogenierten Kohlene wasserstoffen, ölen oder Mischungen derselben liegende Motoren und- Leistungswicklungen gemäß der Erfindung die gesamte Isolation, wie die Nutauskleidungen, die Nutverschlüsse, die Bandagen, Zwischenlagen, Stützteile oder Beilagen ebenso wie die Wicklungsisolationen und die Isolierschläuche, ausschließlich aus cellulosefreien elektrisch isolierenden Kunststoffen, die gegenüber Kältemitteln und Schmieröl bei Abkapselung gegenüber Luftsauerstoff und Feuchtigkeit bei Temperaturen über 130 bis höchstens 150' C keine nachteiligen chemischen Reaktionen verursachen.
• Das Wesen der Erfindung liegt hierbei in der ausschließlichen Verwendung von an sich bekannten cellulosefreien elektrischen Isolierstoffen in Kombinationen mit an sich bekannten, gegen Sauerstoff und Feur-htig'keit gekapselten und in Kühlmittel arbeitenden Motoren oder Leistungswicklungen.
• Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können hierbei an sich bekannte Kunststoffe ausgewählt werden, die an sich bereits gegenüber Kältemitteln und Schmieröl in dem angegebenen Temperaturbereich keine nachteiligen chemischen Reaktionen verursachen.
• Es ist aber auch möglich, daß die für die Isolation verwendeten Kunststoffe durch künstliche Alterung, Bestrahlung, Auswaschung oder Extraktion von ihren monomeren oder niedermolekularen Anteilen befreit werden und dadurch gegenüber Kältemitteln und Schmieröl in dem betrachteten Temperaturbereich keine nachteiligen chemischenReaktionenverursachen.
• Nachstehend werden einige Beispiele für geeignete Kunststoffe und ihre Vorbehandlung herausgegriffen, unter der Voraussetzung des Einsatzes dieser Kunststoffe in als Kältemitteln verwendbaren halogenierten Kohlenwasserstoffen und Schmierölen unter Abschluß von Sauerstoff und Feuchtigkeit.
• Werden z. B. für die Herstellung der Bandagen, Zwischenlagen oder Isolierschläuche Folien oder Fäden aus Polyäthylenterephthalat benutzt, dann müssen die Monomere durch künstliche Alterung ausgeschieden und durch eine Nachbehandlung, vorzugsweise durch Waschen oder Abstreifen in einem geeigneten Lösungsmittel, z. B. Trichloräthylen, entfernt werden.
• Bestehen dagegen die angeführten Teile aus unendlichen Polyacrylnitril-, Polyäthylenterephthalat- oder Polyamidfäden, die zu Bändern oder Schläuchen versponnen sind, dann dürfen diese Teile nicht mechanisch geschnitten, sondern sie müssen thermisch getrennt werden, so daß durch die dabei eintretende Verschweißung der Schnittkanten eine Faserbildung an den Rändern vermieden ist.
• Lineare Polyamide sind für die Herstellung der Bandagen, Zwischenlagen und Isolierschläuche nur dann verwendbar, wenn sie weitestgehend weichmacherfrei sind (0,0 bis etwa 0,5'%) und diese Weichmacher keine katalytisch wirkenden Gruppen enthalten.
• Handelt es sich dagegen um Nutauskleidungen, Nutverschlüsse oder ähnliche im Spritzguß herstellbare Teile, so hat es sich gezeigt, daß man hierfür Polyamide, Polyvinylkarbazol oder Polvurethane benutzen und die Teile hieraus in Einzelstücken, aber auch als einen zusammenhängenden Gesamteinsatz herstellen kann. Letzteres ist für den vorliegenden Fall besonders vorteilhaft. In einigenFällen ist es auch möglich, die Isolation des kältemittelfesten Einbaumotors zum großen Teil aus dem gleichen Kunststoff als Grundmaterial herzustellen.
• Polyvinylkarbazol ist besonders geeignet, wenn durch eine Vaktiumbehandlung die enthaltenen Monomere weitestgehend ausgedampft und entfernt sind.
• Werden für die im Spritzguß hergestellten Isolierteile Polyäthylene benutzt, so lassen sich, wie es sich gezeigt hat, die erforderlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften durch Elektronenbestrahlung erreichen, während sich bei den im Spritzguß verwendbaren Polyamiden die entsprechende Wirkung durch eine mechanische Nachbehandlung, beispielsweise durch Recken, erzielen läßt.
• Nach der in Ausführungsbeispielen erläuterten Vorbehandlung, insbesondere nach Beseitigung der Monomere, sind die angeführten Isolierstoffe in gleicher Weise auch zur Erzielung einer höheren Belastbarkeit von Motoren oder Leistungswicklungen (z. B. Transformatoren) anwendbar, bei denen durch Kapselung ein Zutritt von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit verhindert ist und die in Kühlmitteln aus halogenierten Kohlenwasserstoffen, ölen oder Mischungen derselben arbeiten.

Claims (2)

1. PATENTANSP-RüCHE: 1. Hochbelastbare Isolation für durch Kapselung vor dem Zutritt von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit geschützte, in Kühlmitteln aus halogenierten Kohlenwasserstoffen, Ölen oder Mischungen derselben liegende Motor-en und Leistungswicklun.-gen, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Isolation, wie die Nutauskleidung, die Nutverschlüsse, die Bandagen, Zwischenlagen, Stützteile oder Beilagen ebenso wie die Wicklungsisolation und die Isolierschläuche ausschließlich aus cellulosefreien elektrisch isolierenden Kunststoffen, die gegenüber Kältemitteln und Schmieröl bei Abkapselung gegenüber Luftsauerstoff und Feuchtigkeit bei Temperaturen über 130 bis höchstens 150' C keine nachteiligen chemischen Reaktionen verursachen, besteht.
2. 2. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Isolation verwendeten an sich bekannten Kunststoffe an sich gegenüber Kältemitteln und Schmieröl bei Temperaturen über 130 bis höchstens 150' C keine nachteiligen chemischen Reaktionen verursachen. 3. Isolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Isolation verwendeten Kunststoffe durch künstliche Alterung, Bestrahlung, Auswaschung oder Extraktion von ihren monomeren und niedermolekularen Anteilen befreit sind und dadurch gegenüber Kältemitteln und Schmieröl bei Temperaturen über 130 bis höchstens 150' C keine nachteiligen chemischen Reaktionen verursachen. 4. Isolation nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandagen, Zwischenlagen und Isolierschläuche aus Folien oder Fäden aus Polyäthylenterephthalat bestehen, bei dem durch künstliche Alterung die Monomere abgeschieden und durch eine Nachbehandlung, vorzugsweise durch Waschen oder Abstreifen in einem Lösungsmittel, z. B. Trichloräthylen, entfernt sind. 5. Isolation nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandagen, Zwischenlagen und Isolierschläuche vorzugsweise aus Polyamiden bestehen, die keine oder nur geringe Mengen von Weichmachern (0,0 bis 0,5 Offl enthalten, die ihrerseits frei von katalytisch wirkenden Gruppen sind. 6. Isolation nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Bandagen, Zwischenlagen, Isolierschläuche, Nutauskleidungen und Nutverschlüsse vorzugsweise aus Polyamiden bestehen, bei denen durch Kochen in Methanol die Monomere und Niedermolekulare ausgewaschen sind und gleichzeitig bereits das zur Hydrolyse füh- rende Wasser extrahiert ist. 7. Isolation nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Isolation oder die Gesamtisolation aus Polyvinylkarbazol bestehen, aus welchen durch Vakuumbehandlung die enthaltenen Monomere weitestgehend ausgedampft sind. 8. Isolation nach Anspruch 1 bis 3 aus Polyamiden, dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte Polyami d in an sich bekannter Weise durch mechanische Nachbehandlung, insbesondere durch Rekken, in seinen mechanischen und thermischen Eigenschaften verbessert ist. 9. Isolation nach Anspruch 1 bis 3 aus Polyäthylenen, dadurch gekennzeichnet, daß die benutzten Polyäthylene in an sich bekannter Weise durch Elektronenbestrahlung in ihren mechanischen und thermischen Eigenschaften verbessert sind. 10. Isolation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutauskleidungen, Nutverschlüsse und Abstandhalter als Einzelstücke, insbesondere aber als zusammenhängender Gesamteinsatz, gespritzt sind. 11. Isolation nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandagen, Zwischenlagen und Isolierschläuche aus unendlichen, zu Bändern oder Schläuchen versponnenen Polyacrylnitril-, Polyäthylenterephthalat- oder Polyamidfäden bestehen, die bei der Bearbeitung nicht mechanisch geschnitten, sondern thermisch getrennt sind. 12. Anwendung der nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorbehandelten Isolationen zur Erzielung einer höheren Belastbarkeit von Motoren und Leistungswicklungen, bei denen durch Kapselung ein Zutritt von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit verhindert ist und die in Kühlmitteln aus halogenierten Kohlenwasserstoffen, Ölen oder Mischungen derselben arbeiten. In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 705 047.