Araldite® CW 1302 / Aradur® HY 1300 für Eisenbahn-Trockentransformatoren und Verguss von Elektrogeräten

Hilfstransformatoren, Drosseln und elektrische Geräte für die Signalgebung und Messung, die in explosionsgefährdeten Bereichen auf Schienenfahrzeugen installiert sind, stellen hohe Anforderungen an die isolierende Vergussmasse. Das Material muss die elektrische Isolationsintegrität unter langfristiger thermischer Wechselbelastung aufrechterhalten, die Eisenbahn-Brandschutzstandards erfüllen und die von Wicklungen oder elektronischen Modulen erzeugte Wärme in begrenzten Räumen effektiv ableiten. Als vorimprägniertes, lösungsmittelfreies Epoxid-Gießsystem bietet Araldite® CW 1302 Harz / Aradur® HY 1300 Härter ein Eigenschaftsprofil, das eng auf diese Anforderungen abgestimmt ist.

Das System wurde hauptsächlich aufgrund mehrerer wichtiger Eigenschaften, die durch Standardprüfverfahren verifiziert wurden, in die engere Wahl gezogen.

Thermisch gesehen liegt die Glasübergangstemperatur nach DSC bei 74–76 °C, die Systemtemperaturklasse ist UL 1446 Klasse 180 (H) und der Temperaturindex beträgt 181 °C (IEC 60216). Dies zeigt, dass die Vergussmassen eine zertifizierte Langzeit-Alterungsreserve unter der Auslegungstemperaturerhöhung eines Isolationssystems der Klasse H aufweisen. Für Hilfstransformatoren, deren Wicklungstemperaturen kontinuierlich 120–130 °C erreichen oder überschreiten können, bietet diese Klassifizierung eine grundlegende Sicherheitsgrenze. Die Wärmeleitfähigkeit von 0,87–0,89 W/mK liegt im oberen mittleren Bereich für gefüllte Epoxidsysteme und unterstützt die Wärmeableitung vom Wicklungsinneren zu Oberflächenableitungspfaden, wodurch die Entstehung lokaler Hotspots verzögert wird.

Im Brandschutz verfügt das System über die bahnspezifische Zertifizierung EN 45545-2 R22 HL2 / R23 HL3, erreicht UL 94 V0 bei 3,0 mm Dicke und hat einen Sauerstoffindex (LOI) von 36,1 %. Für Trockentransformatoren, die unter Fahrgastabteilen oder in Wagenkästen montiert sind, entsprechen R22 und R23 unterschiedlichen Materialverwendungs- und Standortgefährdungsstufen, während HL2/HL3 akzeptable Grenzwerte für Rauchdichte und Rauchtoxizität festlegt. Diese Daten zeigen, dass das Material nicht nur auf Entflammbarkeit, sondern auch auf sekundäre Brandgefahren unter Brandbedingungen bewertet wird.

Elektrisch und gegen Feuchtigkeit beträgt der spezifische Durchgangswiderstand 1×10¹&sup4; Ω·cm bei 25 °C, CTI überschreitet 600 und die Wasseraufnahme nach 1 Tag bei 23 °C beträgt nur 0,03–0,05 %. Eine geringe Wasseraufnahme ist besonders kritisch für Eisenbahnausrüstungen, die Feuchtigkeit oder wechselnden Temperatur-Feuchtigkeitsumgebungen ausgesetzt sind: Feuchtigkeitsaufnahme senkt gleichzeitig den spezifischen Durchgangswiderstand und erhöht den dielektrischen Verlust, und die geringe Aufnahme dieses Systems untermauert die langfristige Isolationszuverlässigkeit. Darüber hinaus hat das gemischte System eine Gelzeit von 50–75 Minuten bei 40 °C und eine Topfzeit (Zeit bis 15.000 mPas) von 36–38 Minuten, was ein angemessenes Verarbeitungsfenster für das Vakuumgießen von mittelgroßen Wicklungen ohne übermäßige offene Zeit bietet, die zu unkontrollierter Füllstoffabsetzung führen könnte.

In der Produktion wird das System im Vakuumgießverfahren verarbeitet. Die folgenden Parameter werden gemäß den TDS-Verarbeitungsrichtlinien und allgemeinen technischen Praktiken für das Vakuumgießen eingestellt; sie führen keine Anforderungen über die TDS hinaus ein, sondern operationalisieren deren Logik.

Harzvorwärmung und Homogenisierung. Araldite CW 1302 enthält anorganische Füllstoffe, die sich während der Lagerung unweigerlich absetzen. Vor Gebrauch wird das Harz in seinem Originalbehälter auf 40–50 °C erwärmt (z. B. über Nacht), um die Viskosität auf ein für das Rühren und Umfüllen geeignetes Maß zu reduzieren und abgesetzten Füllstoff wieder zu dispergieren. Die Vorwärmung sollte 50 °C nicht überschreiten, um nachteilige Auswirkungen auf die Lagerstabilität zu vermeiden. Das Rühren muss die gesamte Tiefe des Behälters umfassen, um sicherzustellen, dass der Bodenfüllstoff wieder in die flüssige Phase eingemischt wird. In Lagerbehältern wird während des Gießens eine intermittierende sanfte Rührung aufrechterhalten, um eine erneute Trennung des Füllstoffs zu verhindern, was das Mischungsverhältnis verzerren würde.

Mischen und Entgasen. Die Dosierung erfolgt nach Gewicht im Verhältnis 100 : 11 (Harz : Härter) oder nach Volumen im Verhältnis 100 : 19. Nach gründlichem Mischen erfolgt eine kurze Entgasung unter 5–10 mbar Vakuum. Der Zweck ist nicht nur die Entfernung von Makroblasen, die durch mechanisches Mischen eingebracht wurden, sondern auch die Eliminierung von Mikroluftblasen, die sich an den Oberflächen der Füllstoffpartikel und an der Harz-Härter-Grenzfläche angesammelt haben. Bei der Vergussung von Wicklungen von Trockentransformatoren wirken Restlufteinschlüsse in Bereichen konzentrierter elektrischer Felder als Initiationsstellen für Teilentladungen; der geringe Blasenanteil nach der Entgasung bildet eine Materialgrundlage für die langfristige Teilentladungsfestigkeit der Wicklungsisolierung.

Gießen und Aushärten. Die entgaste Mischung wird unter Vakuum oder Druckunterstützung in eine vorgeheizte Form/Wicklungskavität injiziert. Der von der TDS empfohlene Aushärtungsplan sieht 24 Stunden bei Raumtemperatur (ca. 25 °C) gefolgt von 6 Stunden bei 60 °C vor. Die anfängliche Gelierungsphase bei Raumtemperatur ermöglicht die Bildung des Netzwerks unter relativ geringer innerer Spannung, während die anschließende Nachhärtung bei 60 °C die Vernetzung näher an die Vollständigkeit treibt, was zu geringem Schrumpfen und einer guten Oberflächengüte führt. Die Mindestaushärtungsbedingung beträgt 48 Stunden bei 25 °C, anwendbar für Werkstätten ohne Heizmöglichkeit oder für große dünnwandige Teile, die sehr anfällig für Verzug sind. Die Angemessenheit der Aushärtung sollte auf der Grundlage der Messung der Glasübergangstemperatur am tatsächlichen Gussstück und nicht allein auf der nominalen Einhaltung eines Zeit-Temperatur-Profils beurteilt werden, da unterschiedliche Gelierungs- und Aushärtungshistorien zu unterschiedlichen Vernetzungsdichten und End-Tg-Werten führen.

In explosionsgefährdeten Bereichen dient die Vergussschicht elektrischer Geräte dazu, stromführende Teile, die Funken oder erhöhte Temperaturen erzeugen können, physikalisch von der explosionsgefährdeten Atmosphäre zu isolieren. Die Eignung des Systems in diesem Szenario ergibt sich aus dem Zusammenspiel von drei Eigenschaften. Erstens bieten der ausgehärtete spezifische Durchgangswiderstand und die Durchschlagsfestigkeit (26–28 kV/mm, 2 mm Platte) eine ausreichende Isolierbarriere durch die Vergussmasse. Zweitens macht die geringe Wasseraufnahme das vergossene Teil resistent gegen Rückgänge des Isolationswiderstands oder Oberflächenleckagen, die durch Feuchtigkeitsaufnahme im langfristigen Betrieb verursacht werden. Drittens reduzieren die Entflammbarkeitsklasse UL 94 V0 und der hohe Sauerstoffindex das Risiko, dass die Vergussmasse selbst als Zündquelle oder Flammenausbreitungspfad wirkt. Die TDS listet explizit "elektrische Geräte, die in explosionsgefährdeten Umgebungen arbeiten" als Kernanwendung auf, und in der industriellen Praxis wird das System häufig als Epoxidkandidat für explosionsgeschützte Vergussdesigns (Ex m) bewertet.

Der Wert von Araldite CW 1302 / Aradur HY 1300 für die Vergussung von Trockentransformatoren und explosionsgeschützten elektrischen Geräten in der Eisenbahn liegt nicht in einem extremen Wert einer einzelnen Eigenschaft, sondern in der Ausgewogenheit, die es zwischen thermischer Klasse, Brandschutzkonformität, elektrischer Isolierung, geringer Feuchtigkeitsaufnahme und einem praktikablen Verarbeitungsfenster erzielt. UL 1446 Klasse 180 (H) und EN 45545-2 HL2/HL3 legen von Dritten geprüfte Leistungsbasiswerte aus der Perspektive der langfristigen thermischen Alterung bzw. des Eisenbahn-Brandschutzes fest. Der Vakuumgießprozess übersetzt das geringe Lufteinschlusspotenzial und die Füllstoffdispersionsstabilität des Systems in eine praktische Teilentladungsfestigkeit der Wicklungsisolierung. Geringe Wasseraufnahme und hoher CTI bieten Redundanz auf Materialebene für langfristige Isolationszuverlässigkeit unter feuchten, verschmutzten oder explosionsgefährdeten Atmosphären. Für kleine bis mittelgroße Trockentransformatoren und explosionsgeschützte elektrische Module, die gleichzeitig Wärmemanagement, Brandschutz und elektrische Isolierung in begrenzten Volumina erfüllen müssen, bietet dieses System eine Vergussoption, die durch standardbasierte Daten gestützt wird.