Wärmeleitende Folien für Slotliner und Lagenisolationen in Transformatoren und Elektromotoren

Wärme(ab)leitung ist in der Elektronikbranche in aller Munde. Höhere Leistungsdichte, höhere Belastung durch nicht-sinusförmige Ströme, höhere Sicherheit – die Liste der von einem Entwickler zu bedenkenden Anforderungen lässt sich noch weiter fortführen.

Besonders bei großen Transformatoren im Megawattbereich, aber auch bei industriellen Elektromotoren wird in vielen Fällen Nomex der Firma DuPont eingesetzt. Oft als Mehrschicht-Isolierstoff (NMN benannt nach dem Aufbau Nomex-Mylar-Nomex) oder mit Glimmer (Nomex 418) versetzt für erstklassige Coronabeständigkeit. Beide Produktgruppen verfügen allerdings nur über eine geringe Wärmeleitfähigkeit.

Ist gute Wärmeleitung gefordert, stehen den Transformatoren- wie den Elektromotorenbauern zwei Hochleistungswerkstoffe in Form von dünnen Isolationsfolien zur Verfügung.

Besonders im Bereich der Hybridisierung von Fahrzeugen (Elektroantrieb, Elektrofahrzeug) werden neue Anforderungen an die elektrischen Antriebe gestellt. Anders wie im stationären Dauerbetrieb werden hier viel öfter thermische Zyklen durchfahren. Auch ist die Belastung durch Vibrationen und Umwelteinflüsse meist intensiver und der Kurzzeit-Hochlastbetrieb eher die Regel denn die Ausnahme. Das führt zu gänzlich veränderten Anforderungen an solche Motorwicklungen. Eine dieser „neuen“ Belastungen ist eine hohe Energiedichte im möglichst kompakten Wicklungsaufbau. Das führt zu einem erhöhten Wärmestau, der möglichst optimal abgeführt werden muß. Alle Elemente des verwendeten Isoliersystems (Isolierlack auf dem Draht, Vergussmasse, Slotliner usw.) sollten daher auch gute Wärmeleiteigenschaften haben.

CMC Klebetechnik beschichtet technische Folien mit Klebstoff, sodass sie einfach montiert werden können. Für wärmeleitende Applikationen werden Folien wie Kapton® MT+ (PI) oder Aptiv™ 1103 (PEEK) eingesetzt. Beide Produkte verfügen über eine gute Wärmeleitfähigkeit, hohe Spannungsbelastbarkeit, eine hohe Wärmebeständigkeit und widerstehen Corona-Teilentladungen. Vorteil der Aptiv™ Folie ist die sehr hohe chemische Beständigkeit und die geringe Wasseraufnahme. Selbst unter langfristiger Hydrolysebelastung (warmfeucht) behält PEEK seine guten Eigenschaften. Kapton® hingegen wird bereits sehr lange in der Elektrobranche verwendet und zeichnet sich durch höchste Temperaturbeständigkeit aus. In der Ausführung Kapton® MT+ verfügt das Material über eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig guter Corona-Beständigkeit.

Besonders in modernen Antriebssträngen gibt es keine sinusförmigen Spannungsverläufe mehr. Frequenzumrichter, Reflexionen auf der Motorzuleitung und Transienten auf der Versorgungsspannung belasten Isolationen viel stärker wie bei klassischen 50/60 Hz – Anwendungen. Neben diesen zusätzlichen Belastungen bleibt Wärme dabei der Alterungsgrund Nummer 1. Daher ist die Reduktion der „Stauwärme“ nach wie vor vorrangiges Ziel von Maßnahmen, damit die positiven Eigenschaften (z.B. Spannungsfestigkeit) der Isolationsmaterialien über die Lebensdauer des Produktes in ausreichender Höhe erhalten bleiben.

CMC Klebetechnik bietet als Standard Kapton® MT und Kapton® MT+ als Isolationsklebeband oder Stanzteil für z.B. Nutisolationen (Slotliner) an. Bei Bedarf kann jedoch auch das chemisch hochbelastbare Aptiv™ von Victrex verwendet werden.

Wärmeleitende Folien für Slotliner und Lagenisolationen in Transformatoren und Elektromotoren