Elektrische Isolierung: Markttrends, Herstellungsherausforderungen und Hochleistungsprodukte

Die Nachfrage nach leistungsstarken elektrischen Isolierbändern wird durch industrielle Anforderungen angetrieben. Alternde elektrische Infrastruktur, steigender Energiebedarf, Modernisierung des Stromnetzes, Verkäufe von Elektrofahrzeugen, eine wachsende Nachfrage nach effizienteren Elektromotoren und der Ausbau von Ladestationen für Elektrofahrzeuge werden die Nachfrage auf ein Rekordhoch treiben. Die Auswirkungen dieser erhöhten Nachfrage umfassen Rohstoffknappheit, logistische Herausforderungen und Komplikationen in der Lieferkette, die zu Inflation und verlängerten Lieferzeiten führen könnten. Saint-Gobain® Tape Solutions ist einzigartig positioniert, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Unsere dezentralisierten Betriebsstrukturen, umfassendes Branchenwissen und integrierte Qualitätsmanagementsysteme ermöglichen kontinuierliche Verbesserungen innerhalb der Lieferkette. Wir haben operative Exzellenz entwickelt und können unsere bewährte Marke von leistungsstarken elektrischen Isolierbändern weltweit mit pünktlicher Lieferung anbieten, während wir mit unseren Fähigkeiten zur kurzfristigen Produktion kurze Lieferzeiten bewältigen. Saint-Gobain ist ein zuverlässiger Partner, der ein breites Portfolio an hochwertigen Lösungen bietet, die anspruchsvolle Anforderungen an elektrische Isolierung erfüllen.

Markttrends

Aktuelle Fertigungstrends konzentrieren sich auf Designqualität mit einem Schwerpunkt auf kurzfristiger Produktion, pünktlicher Lieferung und Unterstützung von Wachstumschancen im Vertrieb.

Transformatoren

Steigende Energiebedarfe, erneuerbare und dezentrale Energiequellen, Mikronetze und der erwartete Ausbau digitalisierter Umspannwerke zur Unterstützung eines intelligenten Stromnetzes werden erhebliche Kapitalinvestitionen erfordern. Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren und Instrumententransformatoren werden voraussichtlich eine Phase schnellen Wachstums erleben. Insbesondere intelligente Transformatoren sollen laut Grand View Research in ihrem jüngsten Marktbericht „Solid State (Smart) Transformer Market Size, Industry Report 2018-2025“ zwischen 2017 und 2025 eine durchschnittliche jährliche Wachstumsrate (CAGR) von bis zu 24,4 % erreichen.

Eine breite Palette von Transformatoren ist erforderlich, um die Anforderungen von Stromerzeugungs- und Verteilungssystemen zu erfüllen, wobei jeder Typ spezifische Anforderungen mit sich bringt. Einzigartige elektrische Isolierungslösungen sind notwendig, um Betriebstemperaturen, Materialkompatibilitätsprobleme und allgemeine Isolierungsanforderungen zu bewältigen.

Elektromotoren

Die IEC hat die Norm IEC 60034-30-1:2014 überarbeitet, die ein Klassifizierungssystem für Elektromotoren definiert. Um die Mindestanforderungen an Premium-Effizienz (IE3) und Super-Premium-Effizienz (IE4) gemäß dieser Norm zu erfüllen, integrieren Motorenhersteller leistungsstarke elektrische Isolierbänder, und diese effizienteren Motoren werden voraussichtlich ihren Marktanteil erhöhen.

Traktionsmotoren verzeichnen insbesondere die höchsten Wachstumsraten. IHS Markit prognostiziert eine fünfjährige CAGR von 43,1 % zwischen 2016 und 2021, wie auf der Coil Winding, Electric Motor & Transformer Manufacturing Exhibition (CWIEME) 2017 in Berlin vorgestellt. Die hohe Nachfrage wird durch den gestiegenen Marktanteil von Elektrofahrzeugen und die breitere Einführung von Elektrolokomotiven im Transportsektor angetrieben.

UL-Zulassungen für CHR^® und h-old^®-Produktmarken

Die thermische Zersetzung von Isoliermaterialien ist die größte Sorge für elektrische Isoliersysteme (EIS) und elektrische Isoliermaterialien (EIM), die Hotspot-Temperaturen von über 105 °C ausgesetzt sind. Um EIS und EIM für den Einsatz bei erhöhten Temperaturen zu zertifizieren und ihre Umweltverträglichkeit zu bestimmen, hat Underwriters Laboratory (UL) die Norm UL 1446 „Systeme von Isoliermaterialien“ entwickelt.

Tabelle 1. Thermische Klassifizierungen gemäß UL 1446.

UL 1446 ist der De-facto-Standard, der Richtlinien und Testmethoden zur Bewertung der thermischen Leistung von EIM und ihrer Interaktion als vollständiges System definiert. Vollständige thermische Alterungstests, Hochspannungs-Thermalalterungstests und Kurzzeit-Thermalalterungstests werden verwendet, um die thermische Zersetzung im Laufe der Zeit zu überwachen. Diese strengen Überlebensfähigkeitstests unterziehen Materialien und Systeme für 20.000 Stunden den spezifizierten Betriebstemperaturen, bei einer Temperatur, die 20 Grad höher ist als ihre erwartete Betriebstemperatur für 5.000 Stunden, und bewerten die Leistung von Hochspannungssystemen. Eine thermische Klassifizierung wird basierend auf den Testergebnissen vergeben, und ein UL-Zertifizierungsbericht wird anschließend bereitgestellt.

Saint-Gobain Tape Solutions bietet CHR und h-old leistungsstarke elektrische Isolierbänder, die gemäß den thermischen Klassen von UL 1446 zertifiziert sind. Endprodukthersteller müssen UL 1446-Materialien verwenden, wenn die Hotspot-Temperatur des EIS 105 °C überschreitet. Durch die Partnerschaft mit Saint-Gobain Tape Solutions erhalten Partner Zugang zu einem breiten Portfolio an leistungsstarken elektrischen Isolierbändern, die diese Anforderungen für eine Vielzahl von Anwendungen erfüllen, einschließlich Hochspannungs-Rotationsmaschinen und einer Vielzahl von Transformatoren.

Leistungsstarke elektrische Isolierbänder

Saint-Gobain bietet zwei Marken von leistungsstarken elektrischen Isolierbändern. Unsere CHR- und h-old-Produktmarken bieten ein umfassendes Portfolio an elektrischen Isolierbändern für die nordamerikanischen und europäischen Märkte. Diese Marken bieten eine Kombination aus Trägermaterialien und Klebstoffen, um die Anforderungen von Anwendungen in einer Vielzahl von Märkten zu erfüllen, darunter Luft- und Raumfahrt, Öl und Gas, Elektronik, Elektrotechnik und Industrie.

Hochtemperatur-Elektroisolierbandmaterialien — UL-Klasse N (200 °C) und UL-Klasse H (180 °C)

Glasgewebebänder bieten eine hohe Temperaturbeständigkeit (bis zu 220 °C), hohe Zugfestigkeit und Abriebfestigkeit. Aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften und ihrer herausragenden flammhemmenden Leistung sind sie eine ideale elektrische Isolierungslösung für mittelgroße und große Elektromotoren.

Polyimid (PI)-Folie (Kapton^®) Klebebänder sind gemäß UL 510 flammhemmend, bieten eine hohe Temperaturbeständigkeit (>180 °C) und herausragende dielektrische Leistung. Diese dünnen Hochtemperaturbänder erfüllen die Isolierungsanforderungen von Traktionsmotoren, Hochspannungsmotoren und Trockentransformatoren.

PEN (Teonex^®)-Folie bietet hervorragende chemische Beständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit (bis zu 180 °C). Teonex wird für die Isolierung von Transformatoren und Spulen empfohlen.
Nomex^®-Aramidpapierbänder werden mit Acryl- und Gummiklebstoffen angeboten. Sie bieten höhere Zugfestigkeiten sowie hohe dielektrische und Imprägnierungseigenschaften und sind eine ideale Wahl für erhöhte Haltbarkeit in Motoren und Transformatoren.

Glasfadenverstärkte PET-Folien- und Papierbänder bieten hohe chemische und mechanische Beständigkeit. Sie werden mit Acrylklebstoff angeboten, der eine bessere chemische Beständigkeit gegen Öle und Lösungsmittel für Anwendungen in trockenen oder ölgefüllten Transformatoren bietet.

PTFE-Bänder mit Silikonklebstoff weisen eine hervorragende Temperaturbeständigkeit und einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Sie sind ein idealer Isolator für Hochfrequenzmotoren.

Mittlere Temperatur-Elektroisolierbandmaterialien — UL-Klasse F (155 °C), UL-Klasse B (130 °C) und UL-Klasse A (105 °C)

PET-Folien-/Vlies- und Papierlaminierte Bänder bieten gute Anpassungsfähigkeit, Festigkeit und sind durchstoßfest. Sie werden häufig für Phasenisolierung und Spulenwicklungen verwendet.

PET-Folien-Klebebänder werden mit Gummi-, Silikon- oder Acryl-Druckempfindlichen Klebstoffen angeboten und sind in einer Vielzahl von Dicken und Farben erhältlich. Sie weisen hohe Haftungseigenschaften für eine gute Haftung auf eine Vielzahl von Substraten auf. Sie bieten auch gute Anpassungsfähigkeit, Durchschlagspannung und Zugfestigkeit. Sie sind flammhemmend und bedruckbar mit guter Kompatibilität mit Lacken und Harzen. Sie werden für Zwischenschichtisolierung und Endbindung sowie für die Isolierung kleiner Trockentransformatoren oder Toroidspulen verwendet.

Acetatstoff-Trägerbänder werden mit einem wärmehärtenden Gummiklebstoff angeboten, der eine sehr gute Anfangshaftung bietet. Sie sind hoch anpassungsfähig und werden für die Wicklung von Spulen und kleineren Transformatoren verwendet.

Doppelseitige Klebebänder bieten gute Anfangshaftung und elektrische Eigenschaften. Sie werden verwendet, um Isoliermaterial durch das anfängliche Abwickeln bei der Herstellung von Transformatoren zu fixieren.

Kupferfolienbänder werden mit leitfähigem Acrylklebstoff angeboten. Sie werden zur Ableitung statischer Elektrizität sowie zur Abschirmung vor elektromagnetischen und elektrostatischen Feldern verwendet.

Co-Entwicklungsprogramm

Saint-Gobain Tape Solutions bietet endlose Austauschmöglichkeiten für Trägermaterialien und Klebstoffe. Wir bieten eine große Auswahl an CHR- und h-old-leistungsstarken elektrischen Isolierbändern, die jeweils auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten sind. Von unseren h-old PS.249 Polyesterfolien-/Glasfaden-Elektroisolierbändern mit bester Ölkompatibilität für Niedertemperatur-Öltransformatoren bis hin zu unserem CHR G565 Glasgewebeträger-Silikonklebstoff-Druckempfindlichen Band für große und mittelgroße Elektromotoren streben wir danach, eine Lösung für jeden Bedarf zu haben.

In Fällen, in denen keine Lagerlösung der Marken CHR und h-old für eine bestimmte Anwendung verfügbar ist, stehen unsere Bandentwicklungstechniker zur Verfügung, um eine kundenspezifische Bandlösung zu formulieren, um einzigartige Anforderungen und anspruchsvolle Anwendungen zu erfüllen. Durch die Co-Entwicklung mit unseren Partnern können wir ein hochwirksames Bandprodukt entwickeln.

Co-Entwicklungs-Fallstudie

Ein Batteriemodul für Elektrofahrzeuge erfordert ein elektrisches Isolierband, das verbesserte Wärmeleitfähigkeit, elektrische Isolierung und mechanische Eigenschaften bietet und gleichzeitig die Herstellungszeit und -kosten berücksichtigt. Saint-Gobain Tape Solutions hat diese Anforderungen durch die Co-Entwicklung eines silikonbeschichteten Klebstoffs und einer PTFE-Folie erfüllt, die für die EV-Batterieanwendung gestanzt wurde.

WCM ist das Produktions‑Exzellenzprogramm von Saint‑Gobain Tape Solutions, das eine kontinuierliche Verbesserung von Durchlaufzeiten und Bauteilqualität ermöglicht. Es handelt sich um eine Sammlung von Werkzeugen und Prozessen, die implementiert wurden, um die fortlaufende Verbesserung in acht zentralen Bereichen zu steuern:

Gesundheit und Sicherheit
Umwelt und Risikoprävention
Zuverlässigkeit
Industrielle Effizienz
Qualität und Prozesskontrolle
Kundenorientierung und Service
Mitarbeiterentwicklung
Innovationsentwicklung und Wachstum

Diese strukturierte Herangehensweise bildet die Grundlage für eine nachhaltige Leistungssteigerung in Produktion und Organisation.

Fazit

The anticipated CAGR of emerging markets and technologies creates a need for innovation. As product manufacturers address performance and efficiency challenges, they require a reliable partner who can readily supply high-performance electrical insulation tapes.

Saint-Gobain Tape Solutions offers a wide range of high-performance electrical insulation tapes that are developed for specific applications. Our broad portfolio of CHR and h-old electrical insulation tapes addresses a diverse set of needs, and in cases where a stock product is insufficient, a co-development programme exists to address the most demanding and specialised applications with short lead times for both low- and high-volume orders.

For more information on our high-performance electrical insulation tapes and co-development capabilities, view our Tape Solutions for Electro-Mechanical applications, or contact us today.

Teonex and Nomex are registered and owned by Dupont.