Betriebssicher mit Siliconharzen

1. optimiert die Imprägnierung die elektrische Isolation.

2. verfestigt sie die gesamte Wicklung mechanisch, indem das Harz die einzelnen Windungen und Drahtlagen untereinander verbindet. Als Folge dieser Fixierung können sich die Windungen nicht mehr gegeneinander bewegen, wodurch Vibrationen und Abrieb vermieden werden. Dies beugt Schäden an der Primärisolation der Kupferdrahtwicklungen vor. Die Primärisolation besteht in der Regel aus einer sehr dünnen Lackschicht.

3. unterstützt die Imprägnierung die Wärmeabführung aus der Kupferwicklung in Richtung Stator-Blechpaket, verbessert also das Wärmemanagement und steigert daher die Temperaturbeständigkeit des Stators – ein wichtiger Effekt, gilt doch die Überhitzung als eine der Hauptursachen für den Ausfall von Elektromotoren.

4. schützt das Harz die Wicklung vor Feuchtigkeit, Salznebeln und anderen von außen einwirkenden Medien.

Durch die Auswahl des Harzes kann der Motorenhersteller die Eigenschaften der Imprägnierung bedarfsgerecht einstellen. „Bei vielen Elektromotoren ist es sinnvoll und völlig ausreichend, die Wicklungen mit einem organischen Harz, etwa einem ungesättigten Polyesterharz oder einem Epoxidharz, zu imprägnieren“, weiß WACKER-Chemiker Christian Ochs. Sind allerdings beim späteren Einsatz des Motors erhebliche Belastungen durch Hitze oder Medien zu erwarten, bietet die Imprägnierung mit einem Phenylsiliconharz den bestmöglichen Schutz.

Ausgehärtete Phenylsiliconharze sind thermisch und chemisch resistent. Sie altern unter Temperatur- und Witterungseinflüssen deutlich langsamer als organische Harze. Ihre hohe Beständigkeit macht sich in der Wicklungsimprägnierung besonders bei solchen Motoren bemerkbar, die im Betrieb mit starken Strömen belastet werden, kompakt gebaut sind und nicht aktiv gekühlt werden. Im Ergebnis verleiht eine Siliconharz-Imprägnierung den Motoren auch unter Überlast eine hohe Betriebssicherheit.

Als einkomponentige Formulierung enthält SILRES^® H62 C einen Inhibitor, der die Vernetzungsreaktion verlangsamt. Dies ist vorteilhaft, wenn das Harz im klassischen Tauchverfahren oder im Vakuum-Druck-Verfahren (vacuum pressure impregnation, VPI) auf die Wicklungen appliziert wird. Diese Verfahren werden vor allem bei großen Maschinen angewendet, etwa zur Imprägnierung von Eisenbahn-, Straßenbahn- und U-Bahn-Traktionsmotoren und von Traktionsmotoren der dieselelektrisch angetriebenen Großmuldenkipper für den Tagebau. Hierbei muss das flüssige Harz beim Durchtränken der Wicklung lange in einem verarbeitungsfähigen Zustand verbleiben, darf also nicht zu schnell gelieren und aushärten. In der Automobilindustrie gilt dagegen die niedrige Vernetzungsgeschwindigkeit des einkomponentigen Siliconharzes als Nachteil – steht doch die langsame Aushärtung dem Ziel im Weg, Statorwicklungen in großen Stückzahlen in kurzer Zeit zu imprägnieren.

„Unsere Kunden aus der Automobilindustrie gaben den Anstoß, eine anwendungsfertige Phenylsiliconharz-Formulierung zu entwickeln, die einen schnellen und automatisierten Imprägnierungsprozess ermöglicht und hinsichtlich der Imprägnierungswirkung dem etablierten einkomponentigen Produkt entspricht“, berichtet WACKER-Manager Dr. Klaus Angermaier. Dies gelang WACKER mit SILRES^® H60. Bei diesem Imprägnierharz handelt es sich um eine zweikomponentige Formulierung, die auf den gleichen Siliconharz-Präpolymeren basiert, die auch im einkomponentigen Produkt enthalten sind.

Weil das neue Produkt SILRES^® H60 zweikomponentig formuliert ist, konnten die Entwickler für eine kurze Vernetzungszeit sorgen. So wurde es beispielsweise möglich, auf den Einsatz eines Inhibitors zu verzichten, wie er bei einkomponentigen Silicon-Imprägnierharzen notwendig ist. Damit entfiel ein Faktor, der die Vernetzungsgeschwindigkeit begrenzt. Darüber hinaus formulierten die WACKER-Fachleute neben dem Platinkatalysator einen weiteren Beschleuniger für die Hydrosilylierungsreaktion ein. Dieser ist vor allem in der Anfangsphase der thermischen Aushärtung wirksam und bewirkt somit eine besonders schnelle Gelierung.

Seine schnelle Vernetzung prädestiniert SILRES^® H60 für die Träufelimprägnierung von Wicklungen aus einem Kupferrunddraht. Zur Verarbeitung im Tauchverfahren oder durch VPI eignet sich das neue Harz wegen seiner kurzen Gelierzeit nicht.

Bei der Träufelimprägnierung wird der zu imprägnierende Stator auf einen Klemmdorn gespannt, leicht schräg gestellt und in Rotation versetzt, sodass er sich um seine eigene Längsachse dreht. Aus mehreren Dosierdüsen wird das Imprägnierharz kontinuierlich auf den Wickelkopf des sich fortwährend drehenden Stators aufgeträufelt. Die Schwerkraft und die Kapillarkräfte ziehen die Flüssigkeit in die Wicklung und sorgen zusammen mit der Drehbewegung dafür, dass sich das Harz gleichmäßig im Stator verteilt. Zugleich hält die Rotation das flüssige Harz in der Spule und verhindert dadurch, dass das Imprägnierharz ungenutzt aus dem Stator ausfließt. Nach dem Beträufeln durchläuft der sich drehende Stator eine Heizstrecke, wobei das Harz geliert und aushärtet.

Auf diese Weise wird in einem schnellen, ressourcenschonenden und sauberen Prozess eine hohe Imprägnierungsqualität bei geringen Harz-Auftragsmengen erreicht. Die Träufelimprägnierung wird in Anlagen durchgeführt, in denen der gesamte Prozess automatisiert abläuft. Die Kunst des Harz-Verarbeiters besteht darin, an der Träufelanlage alle Prozessparameter korrekt einzustellen – von der Auftragsmenge des Harzes über den Neigungswinkel der Wicklung und die Rotationsgeschwindigkeit bis hin zum Temperatur- und Zeitprogramm für die Vernetzung. Moderne Träufelanlagen lassen sich problemlos in Motorenfertigungslinien integrieren.

„Mit SILRES^® H60 steht den Herstellern von Elektromotoren erstmals ein Phenylsiliconharz für die Wicklungsimprägnierung zur Verfügung, das sich so zügig verarbeiten und aushärten lässt wie ein organisches Harz“, fasst Dr. Klaus Angermaier die Vorteile des neuen Produkts zusammen. „Damit öffnet es das Tor zu einer schnellen Großserienfertigung von besonders zuverlässigen und langlebigen Antriebsmotoren.“