Koronafestigkeit von Lackdrähten in der Kältetechnik

Für die sichere Arbeit von Maschinen, Komponenten und Materialien der elektrischen Antriebstechnik sind zielgerichtete und effiziente Prüfverfahren erforderlich. Das ILK Dresden verfügt über vieljährige Erfahrungen der Prüfung von Durchschlagfestigkeit und Isolationseigenschaften, von Durchschlagspannung und Materialverträglichkeit. Schwerpunktmäßig wurden Verfahren der komplexen (thermisch-chemisch-elektrisch-mechanischen) Alterung von Komponenten und Materialien der elektrischen Antriebs- und Kältetechnik entwickelt.

Speziell in der Kältetechnik erhöhen sich die Umweltanforderungen durch Rahmengesetzgebungen der Europäischen Union (F-Gase-Verordnung, MAC-Richtlinie) erheblich. Neben der notwendigen Umstellung des Kältemittels auf einen GWP-Wert (Global Warming Potential) kleiner 150 ist man bestrebt, die Dichtheit der Kälteanlagen durch Einsatz von Halb- oder Vollhermetikverdichtern zu erhöhen. Für diese neuen Generationen mobiler und stationärer, elektrisch direkt angetriebener Verdichter wurden im ILK methodische Prüfstandards und Messapparaturen entwickelt, die die kältemittelberührenden Komponenten umfassen sowie sicher und zuverlässig unerwünschte Wechselwirkungen detektieren (sealed tube test). Kritisch zu betrachtende Komponenten sind dabei Drähte, Isolierlacke und alle Rotor- und Statorwerkstoffe sowie die Arbeitsmedien selbst.
Im Ergebnis des Vorhabens wurden anwendungsspezifische Prüfmethoden und robuste Nachweisverfahren zur Qualifizierung der genannten Arbeits- und Werkstoffe elektrischer Kältemittelverdichter erarbeitet, die auch sensitiv hinsichtlich möglicher Alterungserscheinungen der Kältemittel-Öl-Systeme sind.

Besondere Bedeutung – weit über das engere Gebiet der Kältetechnik hinaus – hat dabei die Methodik zur Untersuchung und vergleichenden Bewertung der Qualität und Lebensdauer von Drahtlacken und speziell die Frequenzumrichter-basierte Prüfung der Koronabeständigkeit von Lackdrahttwisten als Teilgebiet der elektrischen und komplexen Alterung von Isolationen. Die komplexe Alterung ist eine Kombination von Spannungsprüftechnik mit elektrisch-thermischer, chemisch-thermischer und mechanischer Alterung von Isolationslacken.

Der Betrieb eines Frequenzumrichters (FU) resultiert in hohen Spannungsspitzen mit hohen Änderungsgeschwindigkeiten. Der Prüfplatz zeichnet sich bei einer Zwischenkreisspannung am FU von ca. 800 V_dc und einer Taktfrequenz von 16 kHz durch Rechteckpulse +/- 800 V_dc  mit Überschwingen auf max. ca. 1,5 kV_ac bei einer Flankensteilheit von 300 ns aus. Der Prüfplatz umfasst eine 60fache(!) Probenaufnahme, einen stufenlos bis 300 °C einstellbaren Temperaturbereich und eine vollautomatische Einzeldrahtabschaltung.

Das ILK bietet für Interessenten neben der Herstellung von Twisted-Pair-Prüflingen nach DIN EN 60851-5: 2009-05 und einer komplexen Voralterung der Prüflinge die FU-Prüfung von 60 Einzelproben (z. B. 6 Serien à 10 Prüflingen) in einem simultanen Test. Mit einer qualitativen und quantitativen vergleichenden Bewertung der Koronafestigkeit der Lackisolierung (basierend auf einer statistischen Auswertung der Lebensdauern verschiedener Lackisolationen), ergänzt durch mikroskopische Untersuchungen des Materialgefüges der Lackisolationen, stellen die vergleichenden Tests für verschiedene Materialien ein effizientes Prüfverfahren für die Material- und Technologieentwicklung von Lackdrähten dar.