Der Stator und sein lieber Freund - das Epoxyd

Hallo,

auf einigen Seiten bei otherpower.com kann man nachlesen, daß zum Epoxidharz noch ein bestimmter Anteil an Talkum dazugegeben wird. Außerdem auch Glasfasersplitter. Es ändert jedoch nichts an der Tatsache, daß sich bei größerer Leistung die Spulen erwärmen und es zu einer Verformung der Statorplatte kommt, ganz einfach auf Grund der unterschiedlichen Temperaturkoeffizienten und der Scheibenform des Stators. Das fängt so bei ca. 50 °C-60°C an. Außerdem habe ich festgestellt, daß die Oberfläche wieder leicht klebrig wird. Ich habe mich vorher auch mit Experten von R&G beraten, das ist ein großer Zulieferer von Epoxidharzen, z.B. für den Flugmodellsport. Aber so richtig ist es nicht gelungen. Man kann dort auch online einkaufen; wenn man will, jedenfalls hat man eine Riesenauswahl. Die bessere Variante ist sicher die, daß man die Spulen ins Gehäuse oben und unten eingießt und sich dann in der Mitte der Rotor mit den Magneten dreht. Dadurch werden sie (die Spulen) auch gleich gekühlt (durch`s Gehäuse natürlich). Bei industriellen Scheibengeneratoren wird das jedenfalls so gemacht. Leider bin ich erst seit drei Tagen im Board und weiß noch nicht so genau, wie ich ein Bild direkt in den Text einfügen kann.
Dann würde ich meine Konstruktion mal reinstellen. Für ein paar Tips in dieser Richtung wäre ich dankbar.
Viel Erfolg beim Eigenbau!

Hallo zusammen,
die letzten Berichte von DanB (otherpower) bestätigen die Annahme,
daß reine Epoxyd (oder Polyester)Harze mit Füller nicht optimal sind für die Statorherstellung.
Er hat gute Erfahrungen gemacht mit Vinyl Ester, er vergießt seine Spulen
aber immer noch kpl. Dies ist schlecht für die Wärmeableitung.

Mein neuer Stator wird genau wie der alte wieder eine bis ca.220°C
hitzebeständige Gfk Spezialplatte erhalten. Sie hat eher einen
keramikartigen Character (jedenfalls was die Verarbeitung betrifft).




Ich bin kein Freund von diesen kpl. vergossenen Statoren.
Preislich liegt man natürlich mit den gegossenen Statoren besser, aber
mit dieser Spezialplatte habe ich wesentlich mehr Sicherheit.
Meine Platte 1cm dick und ca 50cm X 50cm Abmessungen kostet beim
Hersteller ca 130€.
Nachteil dieser Konfiguration:
Man kann die Spulen nicht so dicht aneinander bringen wie beim
Vergießen, aber hiervon war ich nie so begeistert. Dies unmittelbar
aneinander gepresste Montieren der Spulen geht meiner Meinung nach
auch auf Kosten der Stabilität. Hier ist der Ärger förmlich
vorprogrammiert.

Meine Anordnung erfordert etwas mehr Platz für die Stege, die
Statorplatte muß also immer etwas größer angelegt sein im Vergleich zu
einer kpl. vergossenen.

Gruß
Günter
Westerwald

Aha, wirklich interessant.

Wenn man annimmt, daß die schlechten Wärmebeständigkeitseigenschaften von vielen günstigen Epoxydharzen sich ungünstig beim Stator auswirken, müsste man allerdings einschränkend sagen, daß bei qualitativ genauerer Auswahl des verwendeten Epoxydharzes, sich dieses schon für diesen Zweck eignet. Nur halt nicht jedes x-beliebiges.

Vinylester habe ich bisher nicht näher betrachtet und daher mal etwas herumgestöbert. Konnte aber bei der Betrachtung von Vinylester keine Eigenschaften entdecken, die es für mich optimaler erscheinen lassen (ausser vielleicht unter Verarbeitungsgesichtspunkten). Gibt es vielleicht von DanB weitere Infos dazu, warum Vinylester besser geeignet sein soll?



Aus welchem Material sind diese denn hergestellt?



Auch dies würde wohl auf die schlechte Wärmebeständigkeit einiger Epoxydharze hindeuten.

Talkum bzw. Glasfasern werden als Füllstoffe wohl z.T. zur Erhöhung der Steifigkeit beigemengt. Ob sich dadurch auch die Temperaturbeständigkeit verändert, weiß ich allerdings nicht. Vielleicht weiß da jemand anderes mehr?

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Wenn man über den Tellerrand zu den Solarmodulherstellern blickt, sieht man übrigens, daß die ähnliche Probleme beim Verguss der Zellen haben, zumindest was die Wärmebeständigkeit des verwendete Kunststoffes angeht.

Die benutzen dafür übrigens meist EVA-Kunststoffe. Allerdings bringt uns das nicht viel weiter, da es sich dabei um zu Folien verarbeitetes Granulat handelt und nicht vergossen wird. Und das unter Hitze und Vakuum zu verarbeiten, dürfte wohl im Selbstbau eher nicht sooo praktikabel sein.
(Die Kunststoffauswahl in diesem Bereich ist aber interessant und man kann da sicher was von lernen...)

Was mich außerdem interessieren würde, wäre welche Eigenschaften der Kunststoff in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit haben sollte. Eigentlich müsste man ja davon ausgehen, daß es zu höherer Abwärme führt, wenn durch die Kupferwickelungen eine Spannung geht und der Kunststoff einen hohen Wiederstand hat und isolierend wirkt. Aber ich bin da ja kein Fachmann.

Und meine Recherchen haben hier ergeben, daß es sich genau anders herum verhält. Und das leitfähige Kunststoffe sich magnetisch abschirmen und wie eine EMV wirken.

Übrigens ist das wohl genau das Prinzip das der Stealth-Technologie in militärischen Fahrzeugen innewohnt. Der verwendete Kunststoff besitzt wohl eine gute elektrische Leitfähigkeit und schützt so davor eine Radarsignatur abzustrahlen.

Insofern muss der zum Zuge kommende Kunststoff aus der Natur der Sache heraus (keine Abschirmung gegen Magnete) wohl eher destealthed (isolierend) sein. :roll:

Mich würde dann aber interessieren, was es mit diesen speziellen Elektro-Vergussmassen auf sich hat und welche besonderen Eigenschaften die haben? *grübel* Hat jemand dazu genaueres Wissen???

Meine persönlichen Überlegungen gehen z.Zt. eher in Richtung Silikonharze bzw. Silikonkautschuk, da diese besonders wärmebeständig sind, einfach zu beschaffen und durch wesentlich geringere Toxizität auch wesentlich ungefährlicher zu verarbeiten sind als Epoxyd.

Ich denke, daß man auch gerade die gesundheitlichen Risiken, die mit Verwendung von Epoxyd einhergehen in die Betrachtung stärker einbeziehen sollte. Wenn ich Bilder sehe, wo in geschlossenen Räumen ohne Atemschutz und mit unzureichenden Latex-Handschuhen mal eben der Stator vergossen wird, krieg ich z.T. schon das Grausen. Unglaublich! :evil:

Dazu mal einige Auszüge zur Aufklärung aus Wikipedia:



Denke, daß dies auch ein Aspekt ist, den man mal deutlich in die Betrachtung einbeziehen sollte. Denn selbst durch Schutzhandschuhe aus Vinyl soll das Zeug (Epoxyd) nach einer gewissen Zeit durchdiffundieren. Und ob ein selbstgebauter Stator eine Gesundheitsschädigung wert ist, glaube ich wohl kaum...

Silikon ist da schon wesentlich gesundheitsfreundlicher und bietet auch ansonsten gute Eigenschaften mit. Nachteil ist natürlich, daß es nicht so steif wird wie Epoxyd und dass man vielleicht zusätzliche Stabilisierungsmaßnahmen in Kauf nehmen müsste.

Vielleicht hat ja jemand in diese Richtung schon Erfahrungen gesammelt und kann dazu bisserl was sagen? Würde mich jedenfalls sehr interessieren weitere Meinungen und Erfahrungen zu lesen...

Hab jetzt bei Otherpower paar Sachen dazu angelesen. U.a. einen Forenbeitrag von DanB, indem er sagt, daß der Vinylester auch bis 400 Fahrenheit - also ~ 150° C stabil sein soll.

Viel zu Alu Trihydroxid hab ich net gefunden, außer das es als Compound also Füllstoff beschrieben wird. Genaue Eigenschaften k.A.



Da gebe ich Dir Recht, allerdings dürfte auch das komplette Vergießen dann kein Problem darstellen, wenn der Kunststoff von der Wärmebeständigkeit her mit der auftretenden Wärme klar käme.

Sicher ist es so, daß eine bessere Wärmeabführung das Problem schon gar nicht so entstehen läßt. Zumal die Temperatur sich nicht nur auf den Kunststoff negativ auswirken kann, sondern auch auf die verbauten Neos (wir hatten ja schon die Frage der nötigen Güteklasse der Neodyms in Bezug auf magnetische Stabilität).



Hab mir das mal angeschaut. Die schreiben da was von Glasfaser-Polymer als Material, wobei das nicht viel weiterhilft. Allerdings ist eine Beständigkeit bis 220° C schon ein extremer Wert, den - nachdem was ich bisher gelesen habe - nur ein bis zwei Polymere überhaupt erreichen.

Die Hauptverdächtigen wurden schon genannt, nämlich die Silikone. Die für solche Extremwerte berüchtigt sind. Der andere ist glaub ich Teflon/PTFE. Viele andere, die jenseits 200°C noch stabil bleiben, gibt´s wohl nicht bzw. sind für den Selbstbau nicht so einfach zu erwerben,

Daher glaub ich, daß das mit Diesen Platten im Grunde vom Material her in die gleiche Richtung läuft, wie ich mir das vorgestellt habe.

Zumal ich des auch von der Steifigkeit her sehr interessant finde. Wobei man vielleicht auch über einen eigenen Teilverguß mit Silikon-Vergussmasse und Glasfaser nachdenken könnte, statt die Spulen mühsam fest zu verdrahten. Spart man sich vielleicht etwas Fusselarbeit...

Nachtrag 2:

Die oben benannte Idee ist teilweise bzw. ähnlich vor gerade mal 1 1/2 Jahren von der Siemens AG zu einem weltweiten Patent angemeldet worden. *grmpf* *heul* *am Boden lieg*

Und der benannte Erfinder wohnt keine 10 km von mir entfernt.

Sachen gibt´s, die gibt´s garnet. *kopfschüttel*

Naja, vielleicht finde ich ja beim näheren Durchsehen der Patentunterlagen noch ´ne Möglichkeit. Aber das ist schon verdammt ärgerlich, zumal es bestätigt, daß die Idee wohl net so schlecht gewesen sein kann, wenn Siemens es für nötig hält ein internationales Patent dafür anzumelden.

Allerdings kann man diese Idee noch weiterentwickeln. Das hat Siemens wohl noch nicht getan. Also frage ich mich gerade zwangsläufig, ob die Weiterentwicklung eines bestehenden Patents dann wieder eine eigenständige Erfindung ist oder nicht?

Hallo backdoor2,

Du schriebst:

Wobei man vielleicht auch über einen eigenen Teilverguß mit Silikon-
Vergussmasse und Glasfaser nachdenken könnte, statt die Spulen
mühsam fest zu verdrahten. Spart man sich vielleicht etwas
Fusselarbeit...

Die Spulen werden mit Hilfe dieser 2Windungen Draht zunächst einmal
fixiert. Dann presse ich mit Hilfe von zwei Platten und entsprechenden
Abstandhaltern den kpl. Stator mit eingefügten Spulen mit Hilfe von
Schraubzwingen auf ein ebenes Maß. Diese Genauigkeit ist extrem wichtig,
damit der Luftspalt zwischen Magneten und Spulen so schmal wie möglich
gehalten werden kann.

Danach werden die Spulen mit Epoxi von den Rändern her mit der
Statorscheibe verklebt, eigentlich könnte ich dann diese 2Windungen
entfernen, aber es hat sich gezeigt, daß wenn Du den Spalt etwas zu
schmal eingerichtet hast und die Magnete beginnen zu schleifen, daß sie
zunächst an diesen Windungen schleifen, also nicht direkt die
Spulendrähte beschädigen. Ich habe dies als durchaus praktisch
empfunden und deshalb diese Windungen so belassen.

Gruß
Günter
Westerwald

Hattest du nicht gesagt daß Siemens dir schon zuvorgekomen ist...?

Ich wollte auch schon mal was patentieren lassen....habs mir dann aber nochmal überlegt. Ist verdammt teuer kann ich dir sagen.

Gruß
Menelaos

Na dann wünsch ich viel Erfolg beim Tüfteln

Nun, von den Eigenschaften her, ist im Bereich des Stators wohl besonders wichtig etwas zu wählen, dass von der Wärmebeständigkeit her möglichst wiederstandsfähig gegen auftretende Wärmebelastungen ist (siehe obige Diskussion). Beim Epoxyd gibt es hier allein schon heftige Unterschiede, da einige günstige Varianten z.T. nur bis 60°C stabil sind. Daher wäre es besonders sinnvoll, wenn Du den Verkäufer bittest, Dir die genauen Werte zu geben und Deine Entscheidung für oder gegen ein Produkt in erster Linie von der Qualität abhängig machst und dann erst vom Preis.

Habe selbst vor kurzem erst ein sehr gutes Epoxydharz mit ausgezeichneten Wärmeeigenschaften bei Ebay ersteigert, daß zwar ein klein wenig teurer als die günstigsten Angebote war, was aber durch den qualitativen Mehrwert vom Preis-/Leistungsverhältnis her im Grund ein besseres Schnäppchen dargestellt hat. Will sagen: Du musst nicht extrem viel mehr ausgeben als für diese Zwecke "minderwertiges" Epoxyd. Und es lohnt sich wohl spätestens dann, wenn die Einsparung an der falschen Stelle zu einem durchgebrannten Stator führt.

Was das Verhältnis Harz zu Härter angeht, ist dies auf dem Produkt angegeben (50:50, 55:45 alles in diesem Rahmen). Das Einhalten des Verhältnisses zwischen Harz und Härter ist für den chemischen Prozess beim Aushärten wichtig. Ein Nichteinhalten würde dazu führen, daß die jeweiligen Molekühle nicht vollständig miteinander reagieren können und dies dann in (gewünschten oder weniger gewünschten) veränderten Eigenschaften resultiert. Bspw. trägt das u.a. dazu bei, daß der Grad der Aushärtung ein anderer ist und das "Endprodukt" u.a. zwischen extrem hart und elastisch variiert.

Füllstoffe verändern in erster Linie die Steifigkeit, wobei natürlich auch Füllstoffe gibt, die auch andere Eigenschaften des "Endprodukts" in die gewünschte Richtung verändern. Dies hat aber erstmal nichts (zwangsläufig) mit dem chemischen Aushärtungsprozess zu tun, so daß die Beimischungsmenge auch etwas mit dem persönlichen Gusto des Anwenders zu tun hat. Hoffe das als Nicht-Chemiker bestmöglich erklärt zu haben.

An sich, ist es aber mehr als fraglich (siehe ebenso obige Diskussion), ob die Verwendung von Epoxydharz die Optimallösung für den Verguss der Wickelungen darstellt. Neben den besseren Eigenschaften verschiedener Polymere ist meines Erachtens die hohe Toxizität von Epoxyd ein extrem gravierender Nachteil.

Wenn Du Dich dennoch für Epoxyd entscheidest, solltest Du Dich bestmöglich schützen, indem Du Atemschutz und Vinylhandschuhe bei der Verarbeitung trägst. Außerdem wäre eine zügige Verabeitung zu empfehlen, da das Epoxyd selbst durch die Vinylhandschuhe nach einer gewissen Zeit hindurchdiffundiert und selbst dann z.T. extreme allergische Reaktionen zu Tage treten können (im Netz gibt es dazu sehr viele Erfahrungsberichte dazu von Leuten, die beruflich mit Epoxyd zu tun hatten und aus Ihrer Erfahrung heraus deutlich dazu anraten, die Sicherheitsmaßnahmen auch wirklich einzuhalten).

Hoffe, dass Dir meine Antwort etwas bei der Entscheidung hilft...

Hallo,
das mit den Füllstoffen ist ein extrem weites Thema.
Hierzu ein paar Infos.


Füllstoffe
Ein Füllstoff ist nach DIN EN 923 und DIN 55943 eine feinteilige Substanz in körniger oder Pulverform, die im Anwendungsmedium unlöslich ist. Füllstoffe werden in Bindemitteln aller Art verwendet, um bestimmte physikalische Eigenschaften zu erreichen oder zu beeinflussen.

Die Funktionen eines Füllstoffs können sehr vielfältig sein. Eine der wichtigsten Aufgabe fester Füllstoffe ist die mechanische Stärkung einer organischen oder anorganischen Matrix. Dabei unterscheidet man chemisch inerte Füllstoffe (z.B. Holzmehl, Tonerde) und reaktive Füllstoffe (z.B. Silikate, Ruß, Metallpulver). Füllstoffe gehen in das Volumen und das Gewicht einer Matrix ein. Häufig werden sie als sog. Streckmittel zur Verbilligung der Mischung eingesetzt. Es gibt viele Möglichkeiten, Füllstoffe in Klassen einzuteilen und einzeln oder in Mischung miteinander für den gewünschten Zweck auszuwählen.

Für die Verarbeitung in duroplastischen Werkstoffen ist oft die Klassifizierung nach chemischen Eigenschaften günstig:

- Carbonate der Erdalkalimetalle: Calcit, Kreide , Kalkspat, Marmor, Dolomit. - Sulfate der Erdalkalimetalle: Baryt, Blanc fixe, Schwerspat. - Silikate der Leichtmetalle: Talkum, Kaolin, Wollastonit, Schiefer, Bentonit, Feldspat, Mullit, Glimmer. - Oxide der Leichtmetalle: Korund, Gibbit, Aluminium-/Magnesiumhydroxide.

Aluminiumhydroxid

Als Mineral kommt es mit der Bezeichnung Gibbsit in der Natur vor. Technische Produkte werden ausschließlich synthetisch aus Bauxit hergestellt. Sie stellen auch einen Zwischenschritt in der Herstellung von Aluminiummetall dar. Der Füllstoff Aluminiumhydroxid ist als Flammschutzmittel bedeutsam, weil 35 % seines Gewichtes aus chemisch gebundenem Wasser bestehen, das im Temperaturbereich von 200 – 400 °C unter Verbrauch einer großen Wärmemenge (ca. 1200 kJ/kg Füllstoff) freigesetzt wird. Dadurch wird der Brandherd gekühlt, Wasserdampf verdrängt den Sauerstoff aus der Umgebung des Brandherdes und vermindert die Rauchgasdichte deutlich. Die Einsatzmöglichkeiten und Verbrauchsmengen von Aluminiumhydroxid sind in den letzten Jahren stark gewachsen, weil in faserverstärkten Duroplasten zum Erreichen bestimmter Brandklassen hohe Ladungsmengen erforderlich sind.

Glaskugeln

Glasschrott mit ausgewählter chemischer Zusammensetzung, in der Regel A-Glas, wird gewaschen und zerkleinert. Übergroße Partikel und der zu schnell schmelzende Feinstaub werden ausklassiert, bevor das Glasgranulat in einen aufsteigenden Heißgasstrom eingegeben wird. Bei Gastemperaturen, die 50 bis 100 °C über dem Erweichungspunkt des Glases liegen, schmelzen die Partikeloberflächen schnell auf und werden von der Oberflächenspannung des flüssigen Glases zu Kugeln verformt. Bevor das Ende der Flugstrecke erreicht ist, hat das Glas auch an der Oberfläche der Kugeln die Erweichnungstemperatur unterschritten. Der gesamte Schmelzprozeß dauert nur ca. 1 Sekunde. Im Anschluß an den Schmelzprozeß werden die Glaskugeln in die gewünschten Fraktionen zerlegt und bei Bedarf oberflächenbehandelt.

Ursprünglich wurden Glaskugeln ausschließlich als Reflexperlen für Verkehrszeichen und Fahrbahnmarkierung verwendet. Die dazu nicht geeigneten Körnungen, vor allem unter 50 µm, haben sich danach einen bemerkenswerten Füllstoffmarkt in höherwertigen Thermoplasten und Duroplasten erschlossen. In der GFK – Industrie werden sie zur Herstellung abriebfester Oberflächen verwendet, z. B. für Tabletts. Sie verursachen wegen ihrer Form einen niedrigeren Maschinen- und Werkzeugverschleiß und haben einen niedrigen Bindemittel – Bedarf.

Hohlglaskugeln

Als speziellen Füllstoff kann man auch Hohlglaskugeln ansehen. Sie werden dort eingesetzt, wo das spezifische Gewicht der Formmasse reduziert werden soll. Die in einem speziellen Prozeß hergestellten Hohlglaskugeln sind in einer Kornverteilung von 20 – 100 µm in Duroplasten im Einsatz. Die gröberen Hohlglaskugeln bringen zwar die größere Reduzierung des spezifischen Gewichts, sind aber sehr empfindlich in der Einarbeitung und beim Verpressen.
Zum Verdicken von Polyester- und Epoxydharzen.
Häufig eingesetzt als Zusatz in Harzen (Faserharz) (auch zusammen mit anderen Füllstoffen).
Die Glaskügelchen müssen sorgfältig untergerührt werden, um eine gute Vermischung zu erreichen.
Hohlglaskugeln sind ein weißer Füllstoff mit geringem Gewicht und großem Volumen.
Folgende Eigenschaften von UP- und EP-Laminaten sollen damit erzielt werden:
* Gewichtsreduzierung
* Reduzierung von Schrumpf
* Reduzierung der Laminat kosten
* reduzierte Brennbarkeit
* verbesserte Bearbeitbarkeit der Laminate wie: Nageln, Tackern, Schleifen, Bohren, Sägen
* reduzierte Rissbildung
* reduzierte exotherme Temperatur
* erhöhte Thixotropie
* verbesserte Schallisolierung
* geringere Temperaturleitfähigkeit


Glasfaserschnitzel zum Einrühren erhöhen die Festigkeit des Gemisches. Es bleibt fließfähig.

Baumwollflocken sind ein natürlicher Füllstoff und erhöhen die mechanische Festigkeit einer Formmasse. Auf eine trockene Lagerung ist zu achten, da Baumwolle bis zu 10 % Luftfeuchtigkeit aufnimmt



Mit Hilfe von Zusätzen können Kleber und Spachtelmassen für verschiedene Anwendungen auf Polyester - bzw. Epoxidharzbasis hergestellt werden.
Zulässiger Füllstoffanteil bei Handmischverfahren bis 30 %, bei Maschinellem Verfahren bis 60 %.

Gruß
papamaus