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Rheologie Qualitätskontrolle an Isolationsmaterialien

| Autor / Redakteur: Christine Maitz* und Jacob Perner** / Dr. Ilka Ottleben

Elektrische Systeme sollten gut geschützt sein – insbesondere vor hohen Temperaturen und Feuer. Die Qualität der zur Isolation eingesetzten Materialien und ihre Verarbeitung sind für den Schutz entscheidend – die Rheologie hilft bei der schnellen und sensitiven Materialanalyse.

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Abb. 1: Aarathana Seevaratnam (Von Roll Schweiz) am Rheometer MCR 302
Abb. 1: Aarathana Seevaratnam (Von Roll Schweiz) am Rheometer MCR 302
(Bild: Anton Paar )

Wenn ein Hochgeschwindigkeitszug mit einer Gesamtmotorleistung von über 13 000 kW durch die Landschaft zieht, und zwar mit Spitzengeschwindigkeiten von bis zu 400 km/h, muss der Traktionsmotor (etwa 3,3 kV, 1800 kW) mit sehr hohen Temperaturen zurechtkommen. Und höchstwahrscheinlich fährt Von Roll in Form von Isolierwerkstoffen mit. Denn das Schweizer Unternehmen mit Sitz in Breitenbach ist globaler Marktführer im Bereich der Elektroisolation: Hochspannungs- und Niederspannungsmotoren, Generatoren, Traktionsmotoren oder Transformatoren werden von Von Roll Schweiz mit der jeweils optimalen Isolierung ausgestattet.

Über hundert Jahre Forschung, Entwicklung und Produktion haben das Unternehmen zum Spezialisten für Glimmerbänder und andere Isolationsmaterialien für die Industrie und den Elektrotechnologiebereich gemacht. Das Produktportfolio der Division Insulation umfasst Glimmerbänder, Koronabänder, Harze, Lacke, Rund- und Flach-Drähte sowie Litzen, Flechtprodukte, Hilfsbänder usw. Eine zweite Division des Unternehmens stellt Verbundwerkstoffe für dieselben Zielgruppen und für Märkte wie die Elektronik-, Industriemaschinen-, Papier-, Medizintechnik-, Automobil-, Schiffs- und Flugzeugindustrie her.

Glimmer und Silikon für höchste Anforderungen

Von Roll Schweiz produziert u.a. technisch ausgereifte Glimmerbänder für feuerfeste Kabel, die ihren Einsatz in unterschiedlichsten Anwendungen finden: die Cablosam-Bänder. „Die Materialien, die verarbeitet werden, sind Muskovit und Phlogopit, die ihre Schichtstruktur bis zum Erreichen ihrer Zersetzungstemperatur bei 1200 °C bis 1300 °C beibehalten. Sie werden mit Glasgewebe als Träger verstärkt und mit einem Silikonkleber kaschiert“, erklärt Mitarbeiter Benjamin Bomastyk. Er sorgt u.a. dafür, dass der Silikonkleber die gewünschten Eigenschaften hat. Für die Überprüfung und die Qualitätskontrolle verwendet er ein Anton-Paar-Rheometer, das MCR 302: „Die rheologischen Eigenschaften vor und nach der Vernetzung sind von Bedeutung. Mit dem Rheometer können die Qualität der Aushärtung und der Vernetzungsgrad des bei verschiedenen Temperaturen im Ofen behandelten Materials genau überprüft werden.“

Materialunterschiede sehr fein feststellen

„Ein sehr wichtiges Thema ist auch die Schmelzviskosität von Klebstoffen, denn der Verklebungsprozess führt nur dann zu einem guten Ergebnis, wenn das Material beim Auftragen die geeignete Viskosität hat. Man kann mit dem Rheometer Materialunterschiede viel feiner feststellen als mit der GPC (Gel-Permeations-Chromatographie).“ Daher arbeitet Benjamin Bomastyk mit dem Rheometer aus der MCR-Serie. „Außerdem messen wir die Viskosität von Imprägnierharzen – die mehrlagige Isolation muss ja bis in die untersten Lagen durchtränkt werden – und wir messen die thermische Aushärtung von einigen Lacken. Auch die Schmelzviskosität von Thermoplasten oder die Alterung eines Harzes untersuchen wir mit dem MCR 302.“

Er und seine Kollegin Aarathana Seevaratnam schätzen das Gerät sehr, „weil man damit wirklich schnell und einfach zu absoluten Werten kommt und weil eine gleichmäßige und zuverlässige Temperierung der Probe durch den Aufbau der Messkammer, die die Probe vollständig umschließt, gewährleistet ist.“ Für die Messung der Probeneigenschaften sei besonders bei Harzen eine korrekte und gleichförmige Temperierung notwendig, um sinnvolle Aussagen über deren Verhalten im Prozess treffen zu können. Die Temperierkammer kann bis zu einer Temperatur von 400 ºC verwendet werden. Das sei ideal, da man bei bestimmten Materialien hohe Temperaturen benötige, um sie aufzuschmelzen und dann zu messen. „Auch die Software zur Steuerung des Gerätes und Auswertung der Messdaten macht einem die Arbeit leicht. Die Zahlen können leicht extrahiert werden, das Definieren von bestimmten Bereichen ist einfach und man kann schnell Messmethoden erstellen.“ Benjamin Bomastyk arbeitet ständig an der Entwicklung neuer Methoden, die Untersuchung des Silikonklebers gehört aber zu den Messungen, die er am häufigsten durchführt.

Glimmerbänder halten 30 bis 90 Minuten einem Brand stand

Weil sie extrem weich sind – und das ist auf das besondere Fertigungsverfahren für das Glimmerpapier zurückzuführen – erfüllen die feuerfesten Cablosam-Bänder die anspruchsvollsten Standards und können für eine definierte Zeit (zw. 30 und 90 Minuten) einem Brand standhalten und damit für die Sicherheit sorgen.

* C. Maitz: Anton Paar GmbH, 8054 Graz/Österreich

* *J. Perner: Anton Paar Switzerland, 5033 Buchs AG, Schweiz

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