Elektroisolierlack (Tränklack)

Aufgabe

Zu den Elektroisolierlacken gehören Draht-, Tränk- und Träufellacke sowie Gießharze. Tränklacke sind weder Klebstoffe noch klassische Lacke: Sie sind Imprägniermassen, die die Hohlräume zwischen den Wicklungsdrähten vollständig ausfüllen. Nach dem Aushärten entsteht ein fester Polymer-Verbundkörper (Duromer) — nicht schmelzbar, nicht reversibel. Der ausgehärtete Tränklack (1) stabilisiert die Wicklung mechanisch gegen Erschütterungen und Fliehkräfte, (2) verbessert die Wärmeleitung Draht→Blechpaket (weniger Lufteinschlüsse = weniger thermische Isolation), (3) isoliert elektrisch, (4) schützt gegen Feuchtigkeit und Chemikalien. Anforderungen: Beständigkeit gegen thermische, chemische und mechanische Belastung, elektrische Isolierung (hoher Durchgangswiderstand, hohe Durchschlagfestigkeit) sowie gute Penetration in feinste Hohlräume bei der Applikation.

Polyesterimid

Polyesterimide entstehen aus drei Bausteinen: (1) Polyol (z. B. Ethylenglykol, Glycerin) für die Ester-Verknüpfungen; (2) Trimellithsäureanhydrid (TMA) — liefert sowohl Estergruppen als auch den Imidring-Vorläufer; (3) Diamin (technisch üblich: 4,4'-Diaminodiphenylmethan, MDA) für die Imidringbildung.

Reaktion in zwei Stufen: (1) Polykondensation bei 150–180 °C: TMA-Anhydrid + Diamin → Amic-Säure (–CO–NH– + freie Carboxylgruppe) + Esterbindungen mit dem Polyol → H₂O wird abgespalten. (2) Cyclodehydratisierung ab 180–220 °C: Die Amic-Säure-Gruppen schließen unter H₂O-Abspaltung zum planaren, mit dem Aromaten kondensierten Imidring (Phthalimid-Struktur, –CO–N–CO–). Der Imidring ist thermisch extrem stabil; er bestimmt die Wärmeklasse (nach IEC 60085: Klasse F = 155 °C, Klasse H = 180 °C).

Warum taucht Styrol auf? Manche Polyesterimid-Vorpolymere enthalten ungesättigte Doppelbindungen (UP-Polyesterimid-Hybrid). Styrol copolymerisiert radikalisch mit diesen Doppelbindungen und vernetzt das Polymer zusätzlich — Ergebnis: nahezu 100 % Festkörper ohne schwerflüchtige Lösemittel. Früher wurden Kresole (Methylphenole) als Lösemittel eingesetzt (hohe Lösekraft für PI-Vorpolymere), die aber physiologisch bedenklich sind (niedriger Arbeitsplatzgrenzwert, hautresorptiv — H-Markierung nach TRGS 900); sie werden heute durch Styrol oder kresolfreie Alternativsysteme ersetzt.

Applikation

Wickelgüter werden durch Tauchen imprägniert. Mit zusätzlichem Vakuum (Vakuumimprägnierung) werden die Hohlräume sehr gut ausgefüllt; Aushärten unter Rotation verbessert das Ergebnis. Bei der Träufelimprägnierung wird das Tränkharz über Düsen auf das vorgewärmte, sich drehende Objekt geträufelt und dann durch Erwärmen ausgehärtet.

Isolationskennwerte

Lufteinschlüsse verschlechtern die Isolation; bei hohen Spannungen kann es zum Durchschlag (direkte Leitung von Draht zu Draht) kommen. Kennwerte sind der spezifische Durchgangswiderstand (in Ω·m bzw. Ω·cm) und die Durchschlagfestigkeit (in kV/mm). Pigmente und Füllstoffe können die elektrischen Eigenschaften beeinflussen; deshalb werden Zusammensetzung und Einsatzmenge bei Elektroisolierlacken gezielt ausgewählt.

Umwelt und Sicherheit

Styrol als Reaktivverdünner hat einen niedrigen Arbeitsplatzgrenzwert und gilt als reproduktions-/gesundheitsbedenklich — lösemittelarm arbeiten, gut lüften, Schutzausrüstung tragen. Kresole sind physiologisch bedenklich. Das Diamin MDA ist als krebserzeugend (Carc. 1B, H350) eingestuft und in REACH Anhang XIV gelistet (zulassungspflichtig; für die Verwendung als isoliertes Zwischenprodukt in der Harzsynthese gilt die Zulassungspflicht nicht, wohl aber streng kontrollierte Bedingungen); im ausgehärteten Tränklack liegt es chemisch gebunden vor, beim Umgang mit den Rohstoffen sind strenge Schutzmaßnahmen einzuhalten. Bei Prüfung und Anwendung ist die Gefahr durch elektrischen Strom zu beachten.

Merksatz