Verfahren zur Herstellung einer von einer Isolierung freizu¬ haltenden Stelle eines isolierten Leiters und Trennmittel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mit einer Isolierung versehenen elektrischen Leiters mit min¬ destens einer von der Isolierung freizuhaltenden Stelle, wo¬ bei der Leiter einschließlich der freizuhaltenden Stellen an- fangs mit einem flüssigen, elektrisch-nichtleitenden Verbin¬ dungsmittel, insbesondere ein Epoxydharz, umgeben ist und das flüssige, elektrisch-nichtleitende Verbindungsmittel nach seiner Verfestigung die Isolierung bildet. Weiterhin be¬ trifft die Erfindung ein flüssiges Trennmittel für ein zur elektrischen Isolierung von Leitern und/oder zum Verbinden von Einzelleitern zu einem Leiter dienendes Verbindungsmit¬ tel, insbesondere Epoxydharz, zur selektiven und räumlich de¬ finierten Verhinderung der Verbindungswirkung des Verbin¬ dungsmittels auf den Leiter.

Bei der Herstellung von elektrischen Maschinen mit Wicklungs¬ anordnungen, insbesondere Transformatoren im Hochspannungsbe¬ reich, müssen bei der Konfiguration und Herstellung der Wick¬ lungsanordnungen die elektrischen und wärmepysikalischen Be- dingungen während des Betriebes der elektrischen Maschinen mit berücksichtigt werden. Aus diesem Grunde bieten sich Gießharztransformatoren aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des ausgehärteten Gießharzes zur Verwendung in den unter¬ schiedlichen industriellen und klimatischen Bedingungen an. Weiterhin werden zur Herstellung dieser Wicklungsanordnungen sehr häufig so genannte Drillleiter verwendet, die aus mehre ^¬ ren gestapelten, sich miteinander kreuzenden Einzelleitern bestehen, wobei die Einzelleiter gegeneinander zusätzlich

elektrisch isoliert sind. Zur Stabilisierung der Einzelleiter werden diese miteinander verklebt, z.B. mit Epoxydharz, und gewährleisten in Verbindung mit dem stapelweisen, gekreuzten Aufbau der Einzelleiter eine hohe Formstabilität des Leiters. Gleichzeitig eröffnet Epoxydharz bei Drilleitern die Möglich¬ keit, zwischen den Einzelleitern aufgrund seiner elektrischen Eigenschaften nach der Aushärtung eine ausreichende elektri¬ sche Isolierschicht zwischen den Einzelleitern zu bilden. Die Verwendung von aus mehreren Einzelleitern bestehenden Drill- leitern für die Wicklungsanordnung einer elektrischen Ma¬ schine ist daher vorteilhaft, da der Aufbau der Drillleiter die Streufeldverluste während des Betriebs des Transformators wesentlich reduziert.

So beschreibt z. B. die DE 34 19 336 A2 ein Verfahren zur

Herstellung von Drillleitern für elektrische Maschinen, wobei während des Verdrillens der Einzelleiter zu einem einzigen Leiter eine pastöse Masse auf den Leiter aufgebracht wird und diese sich in die Zwischenräume zwischen die Einzelleiter ausbreitet, so dass nach der Trocknung und damit Aushärtung der pastösen Masse eine stabile Verbindung zwischen den Ein¬ zelleitern einerseits existiert und andererseits die Einzel ^¬ leiter gegeneinander elektrisch isoliert sind. Die dabei ver¬ wendeten Epoxydharze werden zumeist durch zusätzliche chemi- sehe Komponenten oder feste Füllstoffe angereichert, um somit die Verbindungs- und/oder Isoliereigenschaften des Epoxydhar¬ zes zwischen den Einzelleiter zu erhöhen. Beispielhaft be¬ schreibt die DE 102 24 587 Al eine Vergussmasse, die aus einer Grundkomponente und wenigstens zwei Zusatzstoffen be- steht, wobei es sich bei den Zusatzstoffen um Quarzgutmehl als ersten Zusatzstoff handelt. Als zweiten Zusatzstoff wer ^¬ den kurzfasrige Glasfasermaterialien und/oder mineralischen Fasern oder Quarzmehl verwendet .

Nachteilig bei allen bisherigen Verfahren im Stand der Tech¬ nik ist jedoch, dass nach der Aushärtung des Epoxydharzes - und damit der Formversteifung des Leiters- bestimmte Teile der Wicklungsanordnungen nicht mehr gebogen werden können. Eine nach dem Aushärten des Gießharzes notwendige Formverän ^¬ derung der Wicklungsanordnung bzw. von bestimmten Stellen des Leiters der Wicklungsanordnung ist gemäß dem Stand der Tech¬ nik nicht mehr möglich. Weiterhin verhindert das zwischen den Einzelleitern ausgehärtete Epoxydharz als Isolator ebenfalls die Möglichkeit eine elektrische Kontaktierung zwischen den Einzelleitern für bestimmte Stelle der Wicklungsanordnungen bzw. der verwendeten Leiter, welche nur nach der Aushärtung des Epoxydharzes wieder durch ein aufwendiges Entfernen des ausgehärteten, isolierenden Verbindungsmittels von dem Leiter hergestellt werden kann. Insbesondere die Herstellung einer Anschlusskontaktierung der elektrischen Maschine mit den äußeren elektrischen Versorgungsspannungsleitungen erfordert eine vollständige Kontaktierung aller Einzelleiter mit dem äußeren Versorgungsanschluss . Dies erfolgt bisher nur mit einem hohen Aufwand entsprechend dem Stand der Technik.

Gemäß dem Stand der Technik werden vor der Aufbringung des Epoxydharzes auf einen Drillleiter im Bereich der Anschluss- kontakte die Einzelleiter entflechtet und diese voneinander separiert. Nach der Aufbringung und der anschließenden Aus¬ härtung des Epoxydharzes auf den Leiter der Wicklungsanord ^¬ nung werden die Einzelleiter im Bereich der Anschlusskontakte wieder miteinander verdrillt und manuell verflochten. Diese Arbeiten können jedoch nur mit hohem Aufwand von Hand vorge¬ nommen werden und führen zuweilen zu einer nicht immer repro¬ duzierbaren elektrischen Kontaktierung der so hergestellten Leiter.

Weiterhin ist es entsprechend dem Stand der Technik bekannt, die ausgehärtete Epoxydharzschicht durch geeignete Lösungs ^¬ mittel, insbesondere durch organische Kohlenwasserstoffe, von dem Leiter im Bereich der vorzunehmenden Anschlusskontaktie- rungen abzulösen. Nachteilig ist hierbei, dass die hierzu ge ^¬ eigneten Lösungsmittel zum Teil brennbar und/oder gesund¬ heitsschädlich sind. Darüber hinaus muss für die verwendeten Lösungsmittel gewährleistet sein, dass diese weder kurz- noch langfristig einen chemisch-physikalischen Einfluss auf die Bestandteile des Leiters oder der Wicklungsanordnung haben.

Eine weitere Alternative gemäß dem Stand der Technik ist das Abbrennen der ausgehärteten Epoxydharzbeschichtung von der zu kontaktierenden Stelle des Leiters der Wicklungsanordnung und den zugehörigen Zwischenräumen zwischen den Einzelleitern der zu kontaktierenden Stelle des Leiters. Die durch die Verdamp¬ fung des Epoxydharzes entstehenden giftigen Gase und toxi ^¬ schen Dämpfe müssen aufgefangen und anschließend mit hohem Kostenaufwand entsorgt werden. Weiterhin kommt es aufgrund der hierzu notwendigen hohen Temperaturen zu einem Abbrennen der Epoxydharzschicht nicht nur im Bereich der gewünschten Anschlusskontaktierungsstelle, sondern auch in den Umgebungs ^¬ bereichen, die anschließend dann wieder aufwendig per Hand beschichtet und damit nachisoliert werden müssen. Weiterhin können die hohen Temperaturen auch die elektrischen und me¬ chanischen Eigenschaften der Einzelleiter - und damit des Leiters - aufgrund der hohen Temperaturen beim Abbrennen nachteilig beeinflussen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine schnelle und einfache Möglichkeit zur Herstellung eines mit einer Iso ^¬ lierung versehenen elektrischen Leiters mit mindestens einer

von der Isolierung freizuhaltende Stelle, wobei der Leiter anfangs mit einem flüssigen, elektrisch-nichtleitendem Ver¬ bindungsmittel umgeben ist, bereitzustellen, die die oben ge ^¬ nannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass nach dem Aufbringung des flüssigen Verbindungsmittels auf den Lei ^¬ ter ein flüssiges Trennmittel an die freizuhaltenden Stelle des Leiters aufgetragen wird. Das auf dem Leiter schon aufge ^¬ tragene, nicht ausgehärtete Verbindungsmittel, insbesondere ein Epoxydharz, befindet sich noch in einem nicht ausgehärte¬ ten Zustand - so genannter B-Zustand- und liegt noch in einer hochviskosen Form vor. Mit der Erwärmung des nichtausgehärte- ten Verbindungsmittels ohne die Zugabe des flüssigen Trenn ^¬ mittels würde die Viskosität abnehmen und das Verbindungsmit ^¬ tel zerfließen bzw. bei einem Drilleiter in die Zwischenräume der Einzelleiter des Leiters fließen, wodurch die Einzellei¬ ter miteinander verkleben und gegeneinander isoliert sind. Im Laufe des Erwärmungsprozesses würde ohne das Trennmittel dann das Verbindungsmittel verkleben und zu einer festen Form ^¬ struktur aushärten. Das flüssige Verbindungsmittel dient zum Isolieren und/oder Verbinden von Einzelleitern.

Flüssiges Trennmittel im Sinne der vorliegenden Erfindung um- fasst einen großen Viskositätsbereich von sehr niedrigen Vis¬ kositäten bis hin zu Viskositäten die eine nahezu pastöse Masse definieren.

Die von der Isolierung freizuhaltende Stelle umfasst im Sinne der Erfindung alle Stellen eines Leiters, auf denen eine Ver¬ bindung und/oder elektrische Isolierung des Leiters oder von Einzelleiter nach dem Auftragen des Verbindungsmittels nicht

gewünscht ist, z.B. da die freizuhaltenden Stellen noch gebo¬ gen oder mechanisch bearbeitet werden müssen. Nach der Auf¬ bringung des flüssigen Trennmittels auf das Verbindungsmittel im B-Zustand wird der gesamten Leiter anschließend erwärmt und damit das Verbindungsmittel und das aus Verbindungsmit ^¬ tel und Trennmittel bestehende Gemisch verfestigt. An den von der Isolierung freizuhaltenden Stellen des Leiters, auf denen das flüssige Trennmittel aufgebracht wurde, ist zwischen den einzelnen Leitern keine Verbindungswirkung eingetreten, da das entstandene Gemisch dies verhindert hat. Das flüssige

Trennmittel diffundiert durch das nicht ausgehärtete Verbin ^¬ dungsmittel und bildet ein Gemisch mit veränderten chemisch¬ physikalischen Eigenschaften im Vergleich zum ausschließli¬ chen nicht ausgehärteten Verbindungsmittel. An einer von der Isolierung freizuhaltenden Stelle auf die das flüssige Trenn¬ mittel aufgetragen wurde, hat sich nach der Aushärtung des Verbindungsmittels eine ausschließliche Ummantelung aus dem Gemisch um den Leiter gebildet. Bei der Anwendung des Verfah¬ rens auf Drillleiter sind die Einzelleiter nach diesem erfin- dungsgemäßen Verfahren nicht miteinander verklebt und/oder gegeneinander isoliert. Das im B-Zustand befindliche Verbin ^¬ dungsmittel kann bei dieser Vorgehensweise während des Erwär ^¬ mungsvorganges nicht in die Zwischenräume der Einzelleiter eindringen und diese miteinander verbinden und/oder gegenein- ander isolieren. Das flüssige Trennmittel verhindert durch die Bildung des Gemisches einen Übergang des flüssigen Ver¬ bindungsmittels als dem hochviskosen B-Zustand bis zur Aus ^¬ härtung und damit Fixierung dieses Stoffzustandes des Verbin ^¬ dungsmittels .

Bevorzugt im Sinne der vorliegenden Erfindung ist, dass das flüssige Trennmittel im Bereich der von der Isolierung frei¬ zuhaltenden Stelle auf den Leiter aufgestrichen, aufgesprüht

und/oder die von der Isolierung freizuhaltenden Stelle des Leiters in das flüssige Trennmittel getaucht wird. Für groß ^¬ flächig freizuhaltende Stellen des Leiters bietet sich das Eintauchen der entsprechenden Stellen des Leiters in das flüssige Trennmittel an. Für lokal sehr begrenzte Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Aufsprühen oder Bestreichen auf das flüssige Trennmittel der von der Isolie ^¬ rung freizuhaltenden Stelle des Leiters vorzuziehen. Auch das Einpressen des flüssigen Trennmittels unter Hochdruck zwi- sehen die Einzelleiter bietet sich als Auftragungsart an, wo ^¬ bei das flüssige Trennmittel hierbei in Form einer pastösen Masse vorliegt und unter Hochdruck eingepresst wird.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass das flüssige Trennmittel nach dem Aufbringen auf das noch nicht ausgehärtete Verbindungsmittels angetrocknet wird. Durch diesen Verfahrensschritt ist gewährleistet, dass das auf das flüssige Verbindungsmittel aufgebrachte flüssige Trennmittel den Stoffzustand des so entstandenen Gemisches vorfixiert. Die Gefahr eine Entmischung des so entstandenen

Gemisches ist damit verhindert und bei der anschließenden ei ^¬ gentlichen Erwärmung und Aushärtung kommt es nicht zu einem Zerfließen von nicht mehr gemischten Verbindungsmittelantei ^¬ len. Insbesondere bei Drilleitern besteht die Gefahr, dass ohne Vortrocknung des entstandenen Gemisches das Gemisch in die Zwischenräume zwischen den Einzelleitern fließen und diese verkleben könnte.

Bevorzugt enthält das flüssige Trennmittel Polyvinylalkohol. Alternativ enthält das Trennmittel als Basisverbindung lang- kettige Kohlenwasserstoffgemische. Vorteilhafterweise werden als langkettige Kohlenwasserstoffgemische alle im Transforma ^¬ torbau verwendeten Öle und Ölgemische verwendet, da diese be-

reits hinsichtlich ihrer chemisch-physikalischen Verträglich¬ keit im Transformatorbau seit Jahrzehnten im Einsatz sind und daher unbedenklich im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt werden können. Weiterhin ist zur Beeinflussung des Viskositätsgrades des flüssigen Trennmittels dem flüssigen Trennmittel ebenfalls Wasser zugesetzt. Darüber hinaus enthält das flüssige Trenn ^¬ mittel Alkoholanteile in Form eines primären, sekundären oder tertiären Alkohols bzw. eines Alkoholgemisches.

Vorzugsweise enthält das flüssige Trennmittel einen Füllstoff auf der Basis eines Polysaccharides, der in einer Körnung von lμm bis 500μm, bevorzugt von 30μm bis 90 μm, vorliegt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht innerhalb des flüssigen Trennmittels ein bevorzugtes Mischungsverhältnis von Polyvinylalkohol oder lanbgkettigen Kohlenwasserstoffgemischen und Wasser von 1:5 bis 1:20. Alkohol wird dem Trennmittel als Lösungsmittel hin- zugefügt, wobei entsprechend den gewünschten Lösungsmittelei ^¬ genschaften der Alkoholanteil an dem Mischungsverhältnis Po- lyvinylalkohol/Wasser stark variieren kann. Bevorzugt wird Alkohol in Anteilen von 1:1 bis 5:1 relativ zur Basisverbin¬ dung aus Polyvinylalkohol oder langkettigen Kohlenwasser- stoffgemischen dem Polyvinylalkohol/Wasser-Gemisch bzw. dem langkettigen Kohlenwasserstoffgemisch/Wasser-Gemisch hinzuge¬ fügt. Erfindungsgemäß liegt ein Verhältnis der flüssigen Mi ^¬ schung zum festen Füllstoff von 10 Volumen% bis 70 Volumen% vor.

Die Aufgabe wird ebenfalls erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 12 oder 14. Erfindungsgemäß ist ein flüssiges Trennmittel für ein Verbindungsmittel zur

elektrischen Isolierung von Leitern. Insbesondere bei Drill¬ eitern werden die Einzelleiter durch das Verbindungsmittel miteinander verbunden und elektrisch gegeneinander isoliert. Das Trennmittel enthält dabei die folgenden Komponenten: Po- lyvinylalkohol, Wasser, Alkohol und einen Füllstoff auf der Basis eines Polysaccharides. Erfindungsgemäß ist ein Mi ^¬ schungsverhältnis des Polyvinylalkohols und des Wasser von 1:1 bis 1:20 bevorzugt. Alkohol wird in Anteilen von 1:1 bis 5:1 relativ zum Polyvinylalkohol dem Polyvinylalkohol/Wasser- Gemisch beigegeben. Ebenfalls liegt der Füllstoff in einer bevorzugten Körnung von lμm bis 500μm, bevorzugt von 30μm - 90 μm, vor. Das Verhältnis der flüssigen Mischung zum festen Füllstoff beträgt bevorzugt 10% - 70%.

Alternativ besteht das flüssige Trennmittel aus langekettigen Kohlenwasserstoffgemischen mit einem Siedepunkt zwischen 8O ⁰ C und 300 ⁰ C, Wasser, Alkohol und einen Füllstoff auf der Basis eines Polysaccharides. Bevorzugt werden als langkettige Koh ^¬ lenwasserstoffgemische alle im Transformatorbau verwendeten Öle und Ölgemische verwendet, da diese unbedenklich als

Grundlage für das erfindungsgemäße Trennmittel genutzt werden können. Erfindungsgemäß ist ein Mischungsverhältnis des Koh ^¬ lenwasserstoffgemisches und des Wasser von 1:1 bis 1:20 be ^¬ vorzugt. Alkohol wird in Anteilen von 1:1 bis 5:1 relativ zum Kohlenwasserstoffgemisch dem Kohlenwasserstoff/Wasser-Gemisch hinzugefügt. Ebenfalls liegt der Füllstoff in einer bevorzug ^¬ ten Körnung von lμm bis 500μm, bevorzugt von 30μm - 90 μm vor. Das Verhältnis der flüssigen Mischung zum festen Füll¬ stoff beträgt bevorzugt 10 Volumen% bis 70 Volumen%.

Im Folgenden wird ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Zu ^¬ sammensetzung des Trennmittels beschrieben. Das Trennmittel besteht dabei aus Polyvinylalkohol, das mit 40 Volumen% des

primären Alkohols Ethanol versetzt ist. Zur Beeinflussung der viskosen Eigenschaften des Trennmittels wird diesem Wasser mit 50 Volumen% zugesetzt. Diesem Gemisch wird ein Füllstoff aus Zellulose beigefügt, wobei die Körnung der Zellulose 250 μm aufweist und in einem Volumenprozentanteil bezüglich des Trennmittels 50 Volumen% vorliegt. Als Alkohol können sämtli ^¬ che Formen von primären, sekundären und tertiären Alkoholen verwendet werden. Weiterhin können alle möglichen Formen von Zellulose in reiner oder modifizierter Form verwendet werden, die über einen entsprechenden Körnungsgrad verfügen. Vorteil dieses Verfahrens ist insbesondere, dass organische Lösungs ^¬ mittel zur Entfernung des Epoxydharzes vermieden werden. Wei¬ terhin ist bei der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, dass alle verwendeten Stoffe im Transformatorbau üblich und seit Jahren bzw. Jahrzehnten zugelassen sind, so dass evtl. verbleibende Rückstände des Trennungsmittels bzw. von Be ^¬ standteilen des Trennungsmittels zu keiner Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit, des Betriebsverhaltens und/oder der Lebenslaufzeit des Transformators führen.