DE1286599B

DE1286599B - Verfahren zum Herstellen von geformten elektrischen Bauteilen

Info

Publication number: DE1286599B
Application number: DE1964S0091904
Authority: DE
Inventors: Dipl-Met Hans-Werner; Lindenberger Helmut; Rotter
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-07-07
Filing date: 1964-07-07
Publication date: 1969-01-09
Also published as: AT261055B; BE666496A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von geformten elektrischen Bauteilen mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung, in dem auf das Leitermaterial durch Elektrophorese aus einer wäßrigen Glimmersuspension, die ein in Wasser dispergierbares Harz, z. B. eine Siliconharzemulsion, enthält, ein Uberzug aufgebracht, das beschichtete Material verformt und nachbehandelt wird.
In bekannter Weise elektrophonetisch auf Leitermaterial aufgebrachte Deckschichten aus Glimmer oder in gleicher Weise hergestellte Deckschichten, die aus einer wäßrigen, Glimmer und Silicon enthaltenden Dispersion niedergeschlagen werden, ergeben Isolierschichten sehr hoher thermischer Beständigkeit, haben aber den Nachteil, daß sie nicht oder nur wenig biegsam sind. Es werden deshalb damit meistens nur bereits fertig gebogene Leiter isoliert. Müssen dagegen die elektrophonetisch isolierten Leiter bei der Verarbeitung noch gebogen werden oder sollen z. B. mit einer solchen Deckschicht hochtemperaturbeständig isolierte Drähte zu Spulen gewickelt werden, dann treten häufig beim Biegen Risse auf oder die Isolierschichten platzen sogar ab.
Diese Nachteile können erfindungsgemäß dadurch beseitigt werden, daß die Dispersion oder Emulsion feinstaufgeschlossene Glimmerteilchen mit einer Größe unter 1 #L, Siliconharz und wenigstens ein zusätzliches, in Wasser emulgierbares thernioplastisches oder wärmehärtbares Harz enthält, das sich an der nämlichen Elektrode abscheidet wie Glimmer, mit Siliconharz mischbar und verträglich ist und das nach der Verformung gegebenenfalls wieder entfernt werden kann. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Isolierschichten sind flexibel und biegsam. Es können z. B. hiermit isolierte Drähte zu Spulen gewickelt werden, ohne daß Risse oder sonstige mechanische Beschädigungen bei der Verarbeitung auftreten.
Die so mittels Elektrophorese erhaltenen Uberzugsschichten, die noch biegsam sind, können die gestellten Forderungen in höherem Maße erfüllen als die bisher bekannten Uberzugsschichten. Die Uberzugsschichten, die vorwiegend aus Glimmer und Siliconharz bestehen, erlauben ein nachträgliches Biegen und Verformen, beispielsweise von beschichteten elektrischen Leitern ohne Abkreiden, Bildung von Rissen, Sprüngen usw. und unter Beibehaltung der guten Isolationswerte. So hat sich das erfindungsgemäße Verfahren in der Praxis bestens bewährt, und zahlreiche neue Einsatzmöglichkeiten wurden dadurch erschlossen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren sind in besonderem Maße organische Harzdispersionen und -emulsionen von Thermoplasten geeignet, beispielsweise solche auf Basis von Polyacrylsäureester, Polyvinylacetat, Polyvinylacetal, Polyvinylpropionat und Polyacrylnitril.
Es war besonders überraschend, daß durch Zusatz dieser thermisch nicht beständigen Stoffe hochtemperaturbeständige Isolierungen entstehen und daß andererseits schon sehr geringe Zusätze die gewünschte Biegsamkeit hervorrufen. So können bereits durch Zugabe eines Thermoplasten in einer Menge von einigen Prozenten, bezogen auf das Gesamtgewicht des elektrophonetischen Niederschlages (des Gesamtfestkörpergehalts) biegsame Uberzüge erhalten werden. Besonders geeignet erwiesen sich Zusätze in der Größenordnung von 1 bis 25 Gewichtsprozent, bezogen auf den Gesamtfestkörpergehalt.
Man hat gefunden, daß die Verwendung von wäßrigen Epoxydharzemulsionen oder -dispersionen als Harzzusatzkomponente besonders vorteilhaft ist. Das Epoxydharz, beispielsweise auf Bisphenol-A-Basis, wird bei der Nachbehandlung beispielsweise durch Erwärmen in die Glimmerschicht eingebaut. Die so isolierten elektrischen Formteile zeichnen sich durch besondere Abriebfestigkeit und hohe Durchschlagfestigkeit aus.
Es kann jedes übliche elektrisch leitende Material zur Herstellung der Formteile verwendet werden, beispielsweise Eisen, Kupfer, Aluminium, Nickel und die Legierungen dieser Metalle sowie andere übliche Materialien. Besonders geeignet erwies sich das erfindungsgemäße Verfahren bei Verwendung von Kupfer und Eisen.
Bei der Herstellung des elektrischen Bauteiles wird zuerst das Leitermaterial nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit einer elektrophonetischen Deckschicht versehen. Man erhält eine äußerst gleichmäßige und porenfreie Isolierschicht, die fest auf dem Leitermaterial haftet und flexibel ist, so daß das beschichtete Leitermaterial leicht in jede gewünschte Form gebracht werden kann, ohne daß die Lackierung bricht oder reißt. Das erfindungsgemäß isolierte Leitermaterial wird dann in die gewünschte Form gebracht, beispielsweise auch zu einer Spule gewickelt und dann nachbehandelt. Dieser Verfahrensschritt ist selbstverständlich von der Art des zugesetzten Harzes abhängig. So wird beispielsweise erwärmt, damit die zugesetzte Harzkomponente mit dem Glimmer sich verbinden kann, beispielsweise unter Härtung, oder es wird lediglich gewartet, bis bereits bei Raumtemperatur das Lösungsmittel des Bindemittels und das Wasser entwichen sind, so daß die Schichten wohl klebfreiend verarb2itbar, aber doch noch biegsam sind.
An Hand der F i g. 1 und 2 sei die Erfindung erläutert. In F i g. 1 ist eine bisher übliche Läuferstabisolation dargestellt, bei der nutseitig das Kupfer 1 durch Umfassen mit einer Glimmer-Papierisolation 2 isoliert ist. Diese Isolation ist nicht biegsam, so daß erst nach dem Durchschieben der Stäbe durch das Läuferblechpaket 3 diese abgebogen werden können. Die Isolation an den abgewinkelten Teilen der Kupferstäbe muß dann nachträglich durch Aufwickeln von Bändern 4 aufgebracht werden, wobei sich an dei' Ubergangsstelle 5 zwischen den Isolationen in elektrischer Hinsicht eine Schwachstelle ergibt.
In F i g. 2 ist die erfindungsgemäße biegsame Stabisolation 6 über die gesamte Stablänge aufgebracht und nach dem Durchstecken der Stäbe durch das Blechpaket 3 ohne Beschädigungen in die endgültige Form gebogen worden. Man hat jetzt eine einheitliche durchgehende Isolation.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist von ganz besonderem Vorteil beispielsweise bei Teilleitern einer elektrischen Maschine mit geschlossenen Nuten, da in diesem Falle die Teilleiter erst nach dem Durchschieben durch das Blechpaket in die endlose Form gebogen werden können. Solche Teilleiter liegen z. B. in Spulen für Schweißumformer vor oder bei Gleich- und Wechselstrommaschinen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für die Herstellung von elektrischen Bauteilen nach der Erfindung angegeben.
Beispiel l Zum elektrophoretischen Beschichten von Teilleitern aus Flachkupfer wurde eine Dispersion, welche 50 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenen Glimmer und 25 Gewichtsprozent Siliconharz in Form einer wäßrigen Methylsiliconharzemulsion enthält, mit 25 Gewichtsprozent eines entionisierten Polyacrylsäureesters versetzt. Die Leitfähigkeit dieser Suspension betrug dann 450 - 10 -s £2 -t cm -t. Die so beschichteten Teilleiter aus Flachkupfer wurden über einen Dorn bis zu einem Biegewinkel von 180° gebogen. Es traten keine Risse auf.

Messungen an Probestäben zeigten, daß bei Daueralterungen bei 180° nach etwa 8 Wochen der gesamte Polyacrylsäureesteranteil thermisch abgebaut ist und die Biegefestigkeit auf 11' zurückgegangen ist, während die sonstigen Eigenschaften, wie z. B. die Durchschlagsfestigkeit, unverändert hoch bleibt. Beispiel 2 Probestäbe aus Kupfer mit den Abmessungen 2 - 10 - 250 mm wurden in einer Suspension, enthaltend 48 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenen Glimmer, 47 Gewichtsprozent Siliconharz und 5% Polyacrylsäureester, elektrophoretisch beschichtet. Bei 42 V wurde innerhalb 20 Sekunden eine 0,2 mm dicke Schicht erzeugt. Die Probestäbe konnten beliebig verformt werden. Nach 24stündigem Trocknen bei Raumtemperatur wurden die Druckfestigkeit und die Biegefestigkeit bei der thermischen Alterung bestimmt. Man erhielt die aus der Tabelle ersichtlichen Werte.

Alterung Biegefestigkeit

Druckfestigkeit bis zur Riß-

Temperatur in kp bildung in

in 'C Zeit Winkelgrad

bei 20 3 Tage 1 65

- bei 20 7 Tage 1 62

bei 70 1. Stunde 5 43

bei 100 1 Stunde 15 30

bei 120 1 Stunde 25 20

bei 140 1 Stunde 25 13

bei 200 1 Stunde 25 11

Beispiel 3 Dynamobleche wurden in eine Suspension aus 50 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenem Glimmer, 25 Gewichtsprozent wäßriger Methylsiliconharzemulsion und 25 Gewichtsprozent eines auf 400 - 10-s 52-1 cm-' entionisierten Polyvinylacetats beschichtet. Innerhalb von 6 Sekunden bei 60 V wurde eine Isolierschicht von 40 [, erhalten, die bereits nach Lufttrocknung aucp in den Zähnen der Bleche fest haftet und abriebfest ist. So lackierte Bleche zeigen bei der Verarbeitung keinerlei Beschädigungen. Werden die zu Blechpaketen geschichteten Bleche zur Erzielung bestimmter magnetischer Eigenschaften einer thermischen Nachbehandlung bei 800 - C ausgesetzt, so wird nur der organische Anteil der Isolierschicht zerstört, die isolierende Wirkung dagegen.bleibt erhalten.

Beispiel 4 Für das fortlaufende Isolieren bzw. Lackieren von Drähten wurde eine wäßrige Suspension, bestehend aus 40 Gewichtsprozent feinstaufgeschlossenem Glimmer, 25 Gewichtsprozent Methylsiliconharz, 30 Gewichtsprozent eines pulverisierten und dispergierten Gemisches einer bei Temperaturen von über 120'C reagierenden Epoxydgießharzmasse auf Bisphenol-A-Basis und 5% eines Vinylpropionats in ein rohrförmiges Elektrophoresegefäß geschüttet, durch dessen Bodenfläche der als Anode geschaltete Draht gezogen wurde und dessen Rohrwandlung als Kathode dient. Der Draht wurde mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/sec durchgezogen, wobei sich auf seiner Oberfläche bei Anlegen einer Spannung von 42 V eine Lackschicht von 80 ;a Dicke bildet, die in einem Ofen bei 80-,C getrocknet wird. Die Drahtisolation ist so biegsam und abriebfest, daß der Draht gut aufgespult werden kann. Nach erfolgter Verarbeitung des Drahtes zur Herstellung von Spulen werden diese während 30 Minuten einer Temperatur von 200'C ausgesetzt, wobei das in die Schicht miteingebaute Epoxydharz und das Siliconharz unter Erhärten reagieren. Man erhält eine gut verbackene Spule. Solche Spulen sind dann sowohl sehr temperaturbeständig als auch wasserfest und können mit Vorteil in den verschiedensten elektrotechnischen Geräten eingesetzt werden.

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von geformten elektrischen Bauteilen mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung, in dem auf das Leitermaterial durch Elektrophorese aus einer wäßrigen Glimmersuspension, die ein in Wasser dispergierbares Harz, z. B. eine Siliconharzemulsion, enthält, ein Überzug aufgebracht, das beschichtete Material verformt und nachbehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion oder Emulsion feinstaufgeschlossene Glimmerteilchen mit einer Größe unter 1 la Siliconharz und wenigstens ein zusätzliches in Wasser emulgierbares thermoplastisches oder wärmehärtbares Harz enthält, das sich an der nämlichen Elektrode abscheidet wie Glimmer, mit Siliconharz mischbar und verträglich ist und das nach der Verformung gegebenenfalls wieder entfernt werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dispersion bzw. Emulsion 1 bis 30 Gewichtsprozent der Harzzusatzkomponente, bezogen auf den Festkörpergehalt, enthalten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrophoretisch isolierte Leitermaterial nach der Verformung chemisch nachbehandelt.
4. Verfahren nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das elektrophoretisch isolierte Leitermaterial nach der Verformung erhitzt: _ S. -Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet. daß -man als Harzzusatzkompönente einen Stoff verwendet,- der zugleich als Härter dient und in das Silicon eingebaut wird.