Kleben von Laminierstapeln: Wie man einen Klebstoff für Hitze- und Ölexposition auswählt

Wenn ein Laminierstapel heiß laufen, Öl sehen und zyklischen Belastungen ausgesetzt sind, sollte der Klebstoff nach den Stack-Hotspot-Temperatur, Ölexpositionsprofilund Ermüdungsrisiko-nicht nur gegen die Scherfestigkeit bei Raumtemperatur. Bei Verklebungen Elektrostahlbleche, Diese Unterscheidung ist wichtig, weil die Klebelinie zwei Aufgaben auf einmal erfüllt: Sie hält den Stapel zusammen und trägt dazu bei, die elektrische Trennung zwischen den Blechen zu erhalten. Veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigen auch, dass die magnetische Leistung beim Kleben besser erhalten werden kann als beim Schweißen, da die Isolierschicht nicht auf die gleiche Weise beschädigt wird.

Zusammenfassung

• Verwenden Sie die Hot-Spot-Temperatur des Laminierungsstapels, und nicht die Umgebungstemperatur, als ersten Prüfwert für die Auswahl des Klebstoffs. NEMA-Isolationsklassen wie Klasse B 130°C, Klasse F 155°C und Klasse H 180°C beschreiben die Fähigkeit des Isoliersystems, aber sie garantieren nicht, dass eine bestimmte Klebeverbindung bei diesen Temperaturen ihre Bruchfestigkeit behält.
• Zugelassene Klebstoffe mit Leistungsdaten bei Ölalterung und erhöhter Temperatur, und nicht nur die Werte der Frischprobenfestigkeit. Kürzlich durchgeführte Ermüdungsarbeiten an epoxidgebundenen Elektrostahl-Laminaten haben ergeben, dass die Temperatur und die Grenzflächenbeschaffenheit einen starken Einfluss auf die Risswachstumsfestigkeit haben und dass Heißluft und ölbasierte Kühlmedien unter bestimmten Prüfbedingungen ein ähnliches Risswachstumsverhalten erzeugen können.
• Die Bondlinie beibehalten dünn und kontrolliert. In einer Studie nahm die Abziehfestigkeit mit zunehmender Klebstoffschichtdicke bis zu etwa 20 μm, und pendelte sich dann bei höheren Dickenwerten ein. Mehr Klebstoff führte nicht zu einer Verbesserung der Verbindung.

Warum wird die Klebeverbindung für Kaschierstapel verwendet?

Bei Stator- und Rotorblechen von Motoren wird das Kleben verwendet, weil es einen ganzen Stapel zusammenhalten kann, ohne dass die Isolierschicht auf den einzelnen Elektroblechen durchtrennt oder überhitzt wird. Das ist kein kleines Detail. Die Isolierbeschichtung ist dazu da, um interlaminare Wirbelströme zu reduzieren. In der Fachliteratur über laminierte Elektrobleche wird festgestellt, dass die Klebeverbindung weniger Schäden durch Eisenverlust und Erregerstrom als das Schweißen, während Schweißen und andere Fügeverfahren die magnetischen Eigenschaften durch Beschädigung der Beschichtung, mikrostrukturelle Veränderungen und Eigenspannungen verschlechtern können.

Aus diesem Grund ist die Wahl des Klebstoffs für die Laminierung von Stapeln nicht nur eine Frage der mechanischen Festigkeit. Es ist eine Systementscheidung. Ein geklebter Stapel, der zwar eine gute statische Festigkeit aufweist, aber die elektrische oder magnetische Funktion schwächt, ist nicht wirklich ein besserer Stapel. Er ist nur einfacher zu montieren.

Wie sich die Temperatur auf die Auswahl des Stapelklebstoffs auswirkt

Die Temperatur ist normalerweise der erste Filter. Das sollte so sein.

Viele Industriemotoren werden nach Isolationsklassen eingeteilt.Klasse B 130°C, Klasse F 155°C und Klasse H 180°C-und diese Werte sind nützlich, um die thermische Umgebung einzugrenzen. Aber eine Klebstoffschicht in einem Lamellenstapel erbt nicht automatisch diese Temperaturfähigkeit, nur weil das umgebende Motorisolationssystem eine höhere Klasse aufweist. Die NEMA-Richtlinien beschreiben diese Temperaturklassen auf der Ebene des Isolationssystems; sie besagen nicht, dass jede Klebeschicht in der Maschine das gleiche mechanische Verhalten aufweist.

Veröffentlichte Arbeiten über Epoxidharzlacke auf Wasserbasis für Elektrostahl-Laminate machen die Lücke deutlich. In dieser Studie zeigten vollständig ausgehärtete Klebstoffschichten Glasübergangstemperaturen im Bereich von 81°C bis 102°C. In demselben Papier wird auch über einen starken Verlust der Rollschälfestigkeit bei 100°C und 140°C, mit einem Rückgang der Stärke um etwa 50% bei 100°C und 75% bei 140°C für die untersuchten Systeme. Das Auswahlproblem ist also nicht abstrakt. Ein Stapel kann in einer Maschine arbeiten, die für höhere Wärmeklassen gebaut wurde, und dennoch eine Klebeschicht enthalten, deren mechanische Reaktion sich viel früher stark verändert.

Das ist die praktische Regel: Prüfen Sie den Klebstoff auf den Hot Spot der Laminierung, nicht auf die Gehäusetemperatur, nicht auf die durchschnittliche Ölsumpftemperatur und nicht auf die Marketingtemperatur in einem allgemeinen Datenblatt.. Wenn die Bondlinie lange Zeit in der Nähe ihres Übergangsbereichs lebt, kann der Stapel neue Labortests bestehen und trotzdem falsch ausgelegt sein.

Wie Ölexposition die Klebstoffleistung verändert

Öl verändert das Problem, aber nicht immer auf die einfache Art und Weise, die man erwartet.

Für ölgekühlte Motoren oder andere Lamellenpakete, die Spritzern, Nebel oder ständigem Ölkontakt ausgesetzt sind, ist die chemische Beständigkeit von Bedeutung. Öl ist jedoch nur ein Teil der tatsächlichen Betriebsbedingungen. In einer kürzlich durchgeführten Studie über Elektrostahl-Laminate auf Epoxidbasis wurde die Delaminierung bei erhöhten Temperaturen, zyklischer Belastung und in verschiedenen Umgebungen untersucht. Sie ergab, dass die getesteten Laminate Folgendes zeigten ähnliches Risswachstumsverhalten in heißer Luft und in einem Kühlmittel auf Ölbasis, während der Übergang im Ermüdungsschwellenverhalten den Klebstoffübergangsbereich verfolgte. Das weist auf etwas Nützliches hin: Wärme und viskoelastische Veränderungen können genauso wichtig sein wie der Kontakt mit Flüssigkeiten, manchmal sogar noch wichtiger.

Die richtige Frage lautet also nicht: “Ist dieser Klebstoff ölbeständig?” Das ist zu dünn. Die bessere Frage ist: Hält dieser Klebstoff nach der Ölalterung bei der tatsächlichen Betriebstemperatur und unter der tatsächlichen Belastung? Ein dünner Verbundstapel versagt unter zyklischer Belastung anders als eine dicke strukturelle Verbundlinie in einem einfachen Überlappungs-Scherprobenstück. Es ist die Kombination aus Temperatur, Grenzfläche, Öl und Ermüdung, die über das Ergebnis entscheidet.

Dicke der Klebestreifen, Oberflächenbehandlung und Ermüdungswiderstand

Die Dicke der Klebelinie verdient mehr Aufmerksamkeit, als ihr normalerweise in Diskussionen über Laminierungsstapel zuteil wird.

In einer Studie aus dem Jahr 2022 über Elektrostahl-Laminate mit Epoxidschichten aus 7 bis 48 μm, erhöht sich die Rollschälfestigkeit auf etwa 20 μm und pendelte sich dann ein. In derselben Studie wurde berichtet, dass die auf der Bruchmechanik basierende Prüfung empfindlicher war als die monotone Roll-Peel-Prüfung und dass die Temperatur die Einstufung bei 60°C als bei 23°C weil sich die Reaktion des Klebstoffs verschob, als sich der Test dem Übergangsbereich näherte. Das ist nützlich, denn es zeigt zwei Dinge auf einmal: Erstens ist “mehr Klebstoff” keine verlässliche Strategie; zweitens erfasst eine statische Ablösezahl nicht das gesamte Versagensbild.

Auch die Oberflächenbeschaffenheit spielt eine Rolle. In der Studie zur Ermüdung durch Umwelteinflüsse 2024 wurden Laminate mit Vorbehandelte Bleche und Katalysator erreichte Schwellenwerte für die Dehnungs-Energie-Freisetzungsrate von 16 bis 62 J/m² Die vorbehandelten Versionen wiesen höhere Schwellenwerte und eine langsamere Rissausbreitung bei stabilem Wachstum auf. Das bedeutet, dass es bei der Auswahl des Klebstoffs nicht nur um die Harzchemie geht. Die Stahloberfläche, die Vorbehandlung und der Aushärtungsprozess sind Teil des Klebstoffsystems, unabhängig davon, ob die Spezifikation dies zulässt oder nicht.

Auswahl eines Klebstoffs für Kaschierstapel

Im Folgenden wird ein praktischer Weg aufgezeigt, wie man die Wahl treffen kann, ohne in die allgemeine Klebstoffsprache abzugleiten.

1. Beginnen Sie mit der echten Wärmekarte

Verwenden Sie die ungünstigste Stapeltemperatur, einschließlich lokaler Hot Spots und Verweilzeit. Kurze Spitzen und langes Eintauchen sind nicht gleichwertig. Wenn Ihr Entwurf in der Nähe von Betriebsbereichen der Klasse F oder H angesiedelt ist, sollten Sie nicht davon ausgehen, dass die Klebefuge eine vergleichbare Bruchfestigkeit aufweist, es sei denn, die Klebstoffdaten sagen dies unter vergleichbaren Bedingungen aus.

2. Fragen Sie nach Daten über Verbindungen bei erhöhten Temperaturen

Die Festigkeit bei Raumtemperatur ist ein Screening, kein Auslösekriterium. Bei Laminatstapeln sind Daten über Schälung, Delaminierung oder Bruch bei erhöhter Temperatur aussagekräftiger als eine einzelne Scherzahl bei Raumtemperatur.

3. Aufnahme von Ölalterungstests in den Genehmigungsplan

Wenn der Stapel mit Öl in Berührung kommt, ist der Test nach der Ölalterung bei Betriebstemperatur durchzuführen. Nicht nur nach dem Eintauchen bei Raumtemperatur. Nicht nur nach einer kurzen Einwirkung. Die Zulassungsbedingungen sollten den Feldbedingungen entsprechen.

4. Kontrolle der Bondliniendicke

Eine dünne, gleichmäßige Verbindungslinie ist Teil der Leistung. Sobald die Dicke nach oben wandert, steigt die Festigkeit nicht mehr linear an, und das Ermüdungsverhalten kann sich je nach Versagensart ändern.

5. Behandeln Sie das Substrat und den Aushärtungszyklus als Auswahlvariablen

Vorbehandlung, partielle Aushärtung, endgültige Aushärtung der Laminierung und Oberflächenchemie können das Schwellenverhalten und das Risswachstum verändern. Wenn diese Faktoren in der Produktion instabil sind, verhält sich der “gleiche Klebstoff” möglicherweise nicht mehr wie der gleiche Klebstoff.

Klebstoffauswahlmatrix für Laminierstapel

Tabelle: Eine praktische Auswahlmatrix für Stapelklebstoffe unter Hitze- und Öleinwirkung

Diese Tabelle folgt demselben Muster wie die veröffentlichten Arbeiten: Die Haltbarkeit von Laminierstapeln hängt weniger von einer bestimmten Kopfstärke ab als vielmehr davon, wie sich der Klebstoff, das Substrat und die Umgebung im Laufe von Temperatur und Zeit verhalten.

Qualifizierungstests, die wichtiger sind als die Behauptungen im Datenblatt

Ein sinnvoller Qualifizierungsplan für das Laminatstapelkleben sollte Folgendes beinhalten:

1. Prüfung im Neuzustand für die Grundqualität der Anleihen.
2. Prüfung bei erhöhter Temperatur in der Nähe des eigentlichen Stack-Hotspots.
3. Prüfung mit Ölalterung wenn die Konstruktion mit Öl in Berührung kommt.
4. Ermüdungs- oder Delaminationsprüfungen wenn zyklische Drehmomente, Vibrationen oder Temperaturschwankungen Teil des Betriebs sind.
5. Elektrische Funktionsprüfungen nach dem Verkleben und der Alterung, da das Verkleben häufig in erster Linie zur Erhaltung der Dämmleistung gewählt wird.

Dieser letzte Punkt wird übersehen. Mechanischer Halt ist notwendig, ja. Aber für Elektrostahlbleche ist sie nicht ausreichend. Eine Verbindung, die mechanisch überlebt und gleichzeitig die interlaminare Isolierung oder das magnetische Verhalten beeinträchtigt, ist keine erfolgreiche Wahl.

Wie die beste Wahl des Klebstoffs normalerweise aussieht

Der beste Klebstoff für die Laminierung von Stapeln ist selten derjenige mit der höchsten veröffentlichten Raumtemperaturfestigkeit. In der Praxis ist in der Regel das Klebstoffsystem die bessere Wahl, das die Anforderungen erfüllen kann:

• a dünne, stabile Verbindungslinie,
• elektrische Isolierung zwischen Platten,
• Beibehaltung der Leistung nach Ölalterungund
• akzeptable Ermüdungs- oder Delaminationsbeständigkeit in der Nähe der tatsächlichen Betriebstemperatur.

Das kann ein Epoxid-Haftlack sein. Oft ist es das auch. Aber die wirkliche Antwort hängt vom thermischen Profil, der Art des Ölkontakts, der Art der Oberflächenvorbereitung und der Art und Weise ab, wie das Versagen im Stapel am wahrscheinlichsten beginnt. Vielleicht eine etwas umständliche Antwort. Dennoch ist sie nützlich.

FAQ: Klebstoffauswahl für Laminierstapel