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Verfahren zum blasenfreien Ausfüllen von Räumen im Schleuderguss
Es ist bereits bekannt, bei elektrischen Gegenständen einzelne Bauteile, wie Spulen, in Kunstharz einzubetten, indem man sie mit flüssigen Monomeren des betreffenden Kunstharzes, vorzugsweise im Vakuum, durchtränkt und alsdann die Polymerisation des Monomeren bis zur völligen Verfestigung und Erhärtung durchführt. Es sind auch Kunstharze bekannt, welche sich für dieses Verfahren besonders eignen, indem die Polymerisation ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile erfolgt, S0 dass ein blasenfreies Ausfüllen der zu füllenden Räume durch das hergestellte Kunstharz erreichbar ist.
Jedoch haben sich bei der praktischen Ausführung dieses Verfahrens insofern Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten ergeben, als vorerst das Monomere nach dem Einfüllen zwar die gesamten zu füllenden Räume wirklich ausfüllt, während der anschliessenden Polymerisation jedoch teilweise wieder ausfliesst, so dass nicht sämtliche Räume vollständig mit Kunstharz ausgefüllt sind und daher ein unbefriedigendes Resultat entsteht. Dieser Schwierigkeit kann man allerdings dadurch begegnen, dass man den Gegen stand, z. B. also die Spule, in eine Giessform einsetzt.
Dieses Verfahren ist jedoch insofern verhältnismässig kostspielig, weil jede Spulengrösse eine besondere Form erfordert, und ist auch unzulänglich, da bei den bisher verwendeten Kunstharzen während der Verfestigung in der Form ein Schwinden eintritt, so dass das Herausnehmen des fertigen Giesskörpers aus der Form Schwierigkeiten bereiten kann oder unmöglich ist. Die letzteren Unzulänglichkeiten treten natürlich auch dann auf, wenn Spulen nicht nur mit Kunstharz ausgefüllt, sondern in einen meist zylindrischen Kunstharzkörper eingebettet werden sollen.
Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, diese Schwierigkeiten und Unzulänglichkeiten zu beheben. Sie betrifft ein Verfahren zum blasenfreien Ausfüllen von Räumen im Schleuderguss, insbesondere bei der Herstellung elek- trotechnischer Gegenstände, mit fliessfähigem Material unter anschliessender überführung desselben in feste, mindestens zum Teil aus Polymerisationskunstharzen bestehende Körper, wobei jeder der einzubettenden Gegenstände in einer zur Drehachse im wesentlichen konzentrischen Lage in eine Schleudergiessform eingesetzt und durch Antrieb der letzteren mit einer vorbestimmten Drehzahl um deren Rotationsachse unter Zuführung des fliessfähigen Materials so lange in Drehung versetzt wird, bis die vorbestimmten Räume vorerst mit dem zugehörigen Material, das mindestens zum Teil aus Kunstharzausgangsstoffen besteht,
welche bei der überführung in den festen Zustand ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile irreversibel aushärten, gefüllt sind und anschliessend das zugeführte Material in den festen Zustand übergeführt ist.
Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung kann der Schleuderraum unter überdruck gehalten werden. Fernerhin wird gemäss der Erfindung als fliessfähiges Material ein Gemisch von Stoffen unterschiedlicher spezifischer Gewichte verwendet, wobei der für einen bestimmten Raum mengenmässig vorbestimmte Materialbestandteil ein umso grösseres spezifisches Gewicht aufweist, je grösser der radiale Abstand dieses Raumes von der Rotationsachse ist. Nach einem andern Kennzeichen der Erfindung werden in das Material mindestens auf der der Rotationsachse, abgekehrten Seite einzubettende Gegenstände in einem Abstand von der Giessformwandung angeordnet, welcher der zu bildenden Materialwandstärke entspricht.
Gemäss der Erfindung werden auch in die gleiche Giessform eingesetzte Gegenstände, zwischen denen leere Räume liegen, durch entfernbare Distanzkörper voneinander getrennt, welche mindestens an den mit dem fliessfähigen Material in Berührung kommenden Stellen eine die Adhäsion des fliessfähigen Materials hindernde Oberflächenbeschaffenheit aufweisen. Das Ma-
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terial kann gemäss der Erfindung auch in mehreren Schichten eingebracht werden, wobei das Material einer jeden Schicht noch vor dem Einbringen der nächsten Schichte in einen formbeständigen Zustand überführt wird.
Endlich ist das Verfahren nach der Erfindung auch dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Festwerden einer in der Schleudergiessform bereits eingebrachten und geschleuderten Schicht der einzubettende Bestandteil des elektrischen Gerätes, insbesondere Kondensatorbelag oder Spule, auf die innere zylindrische Fläche der bereits geschleuderten Materialschicht aufgebracht, (z. B. aufgestrichen, eingelegt, aufgespritzt oder aufgeklebt) wird, wonach eine weitere Schicht des fliessfähigen Materials eingebracht, geschleudert und anschliessend in den festen Zustand übergeführt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist nachstehend an Hand der Zeichnung, welche einige Ausführungsbeispiele verschiedener Giessformen und in diesen hergestellter bzw. in Herstellung begriffener Gegenstände veranschaulicht, beschrieben.
Die Figuren 1-8 zeigen im senkrechten
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waagrechter Achse A-A, welche als Rotationsachse dient, vorgesehen. Auf Einzelheiten bezüglich der Ausbildung des Antriebes und der Materialzufuhr braucht hier nicht eingegangen zu werden, da es sich dies- bezüglich um dieselben Verhältnisse handelt, wie bei den bekannten Anwendungsgebieten des Schleudergussverfahrens, z. B. auch zum Herstellen von Röhren aus in geschmolzenem Zustand eingeführtem Metall.
In das Rohr 1 ist eine elektrische Spule 2 eingesetzt, deren Aussendurchmesser dem Innendurchmesser des Rohres 1 entspricht, so dass die Spule auf ihrem ganzen Umfang satt an der Rohrwandung anliegt. Die Spule wird gegen Relativverschiebungen und Drehungen gegenüber dem Rohr 1 durch geeignete Massnahmen gesichert. Aldann wird das Rohr unter Mitnahme der Spule mit der vorbestimmten Drehzahl um die Rotationsachse in kontinuierliche Drehung versetzt. Alsdann wird fliessfähiges Material, welches zur Herstellung einer Einbettung der Spule bestimmt ist, in üblicher Weise in das Rohr eingeführt, z. B. in Form eines flüssigen Monomeren bzw. eines flüssigen Vorpolymerisats desselben auf Kunstharzbasis.
Infolge der Rotation lagert sich, wie beim Schleudergussverfahren allgemein bekannt, das fliessfähige Material in Form eines Rotationskörpers 3 ab, der am Rohrmantel an den nicht von der Spule besetzten Stellen anliegt und einen von der eingeführten Materialmenge abhängigen Innen- durchmesser- aufweist. Infolge der Zentrifugalkraft dringt das fliessfähige Material in alle offenen Zwischenräume der Spule ein, so dass durch den gebildeten Rotationskörper 3 sowohl die Zwischenräume zwischen den Spulenwindungen ausgefüllt, als auch die ganze Spule in das Material eingebettet sind.
Sobald der gewünschte Endzustand erreicht ist, wird die Zufuhr an fliessfähigem Material beendet. Unter Fortsetzung der Rotation erfolgt nun die überführung des fliessfähigen Materials durch Polymerisation in den festen Zustand. Die Rotation kann beendet werden, wenn das zugeführte Material einen formbeständigen Zustand erreicht hat. Die Polymerisation selbst kann z. B. durch entsprechende Erwärmung des Materials samt der Giessform erreicht werden, bzw. kann das fliessfähige Material bereits Katalyten enthalten oder es kann eine Gasatmosphäre in die Giessform eingeführt werden, welche die Polymerisation begünstigt. Nach Beendigung der Rotation wird der fertige Gegenstand, das ist im vorliegenden Fall die eingebettete und ausgefüllte Spule, aus der Giessform entfernt.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist wieder die gleiche Giessform 1 mit der Rotationsachse A-A verwendet, in welcher wieder eine elektrische Spule 5 eingesetzt ist, welche gegen Verschieben und Verdrehen relativ zur Giessform durch geeignete Mittel gesichert ist. Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 1 soll jedoch die Spule auf ihrer Aussenseite in einen Kunst- harzhohlzylinder eingebettet werden, wogegen die Innenseite freibleiben soll. Um die Einbettung auf der der Rotationsachse abgekthrten Seite der Spule 5 herbeizuführen, ist die Spule in einem solchen Abstand von der Giessformwandung angeordnet, dass ihre Oberfläche mit der letzteren einen durch Kunstharz auszufüllenden Raum vorbestimmter Materialwandstärke bildet.
Wird nun fliessfähiges Material in die Giessform während der Rotation derselben eingeführt, dann bildet dieses unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft einen Rotationskörper 6, welcher entsprechend der eingeführten Materialmenge so bemessen ist, dass seine freie, der Rotationsachse zugekehrte Oberfläche mit der Spuleninnenseite bündig abschliesst. Das fliessfähige Material dringt wieder in sämtliche Zwischenräume der Spule ein, so dass die Spule sowohl porenfrei ausgefüllt, als auch in das Material, wie vorbestimmt, eingebettet ist. Nach der während der Rotation erfolgten Überführung des Materials in den festen Zustand kann der gebildete Gegenstand in Form der ausgefüllten und eingebetteten Spule aus der Giessform herausgenommen werden.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3 ist
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wieder eine rohrförmige Giessform 1 mit horizontaler Rotationsachse A-A verwendet. In diese ist wieder eine Drahtspule 5 in der in Fig. 2 erläuterten relativen Lage zur Giessformwandung eingesetzt. Ausserdem ist jedoch in einem Abstand innerhalb derselben noch eine Drahtwicklung 7 angeordnet. Beide Bauteile 5 und 7 sollen derart eingebettet werden, dass die innere freie Begrenzungsfläche des Einbettungskörpers bündig mit der Innenseite der Drahtwicklung 7 abschliesst. Auch die Drahtwicklung 7 ist'durch geeignete Massnahmen gegen relatives Verschieben und Drehen gegenüber der Giessform gesichert.
Es wird nun während der Rotation fliessfähiges Einbettungsmaterial in der erforderlichen Menge eingeführt. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft bildet sich ein Rotationskörper 8 der vorbestimmten Form und Ausdehnung, der alle offenen Räume ausfüllt, also sowohl den Raum zwischen der Rohrwandung und der Spule 5, als auch denjenigen zwischen letzterer und der Drahtwicklung 7, sowie sämtliche Zwischenräume und Poren innerhalb der beiden Bauteile 5 und 7. Nach überführung des eingefüllten Materials in den festen Zustand wird die Rotation beendet und der gebildete Gegenstand aus der Form entnommen. Letzteres kann nach dem völligen Aushärten oder aber schon nach Erreichen der Formbeständigkeit des Materials erfolgen.
Die vollständige Aushärtung kann in einem nachfolgenden Prozess geschehen, sei es, um die Schleuderform nicht lange zu beanspruchen, sei es, um das Einbettungsmaterial gut bindefähig für eine weitere aufzubringende Harzschicht zu erhalten.
Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 4 ist wieder als Giessform ein Rohr 1 mit horizontaler Rotationsachse A-A vorgesehen. Einzubetten sind zwei Drahtwicklungen 9 und 10, dergestalt, dass zwischen beiden Drahtwicklungen ein freier Raum bestehen bleibt.
Die Drahtwicklungen 9 und 10 sind daher in einem diesen freien Raum entsprechenden Abstand voneinander, im übrigen konzentrisch zueinander in das Rohr 1 eingesetzt und relativ zu diesem gegen Drehen und Verschieben gesichert. Es wird nun in drei Stufen gearbeitet. In der ersten Stufe wird, wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 erläutert, ein Rotationskörper 6 hergestellt, wobei fliessfähiges Material der gewünschten Beschaffenheit und vorbestimmten Menge verwendet wird. Nach überführen-in den festen Zustand wird jedoch ohne Unterbrechen der Rotation ein fliessfähiges Material anderer Beschaffenheit in die Form eingefüllt u. zw. in einer solchen Menge, dass der hohlzylinderförmige Zwischenraum 11 ausgefüllt wird, dessen Wandstärke dem Abstand der beiden Wicklungen 9 und 10 entspricht.
Dieses Material wird ebenfalls in den festen Zustand übergeführt und hat im festen Zustand eine Beschaffenheit, die sich zum nachträglichen Wiederentfernen eignet. Es kann z. B. ein Material mit niedrigem Schmelzpunkt, wie z. B. ein Wachs, verwendet werden. Nach Vollendung der zweiten Verfahrensstufe wird ohne Unterbrechung des Rotationsvorganges in der dritten Stufe flüssiges, zum Einbetten der Wicklung 10 bestimmtes Material eingeführt und hiebei wie im Prinzip an Hand der Fig. 1 beschrieben, ein Rotationskörper J hergestellt. Nach überführung desselben in den festen Zustand wird nun die Rotation beendet und nach Herausnehmen des Gegenstandes aus der Form das im Hohlzylinderraum 11 befindliche Material, z. B. durch Herausschmelzen entfernt.
Es resultieren dann zwei in der vorbestimmten Weise eingebettete Drahtwicklungen aufeinander abgestimmter Abmessungen, die mechanisch nicht zusammenhängen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 handelt es sich darum, eine Kondensatordurchführung herzustellen. Es wird wieder als Giessform ein Rohr 1 mit waagrechter Rotationsachse A-A verwendet. In dieses Rohr wird vorerst die äussere Kondensatorelektrode 12 eingesetzt, deren Aussendurchmesser mit der lichten Weite des Rohres 1 übereinstimmt.
Der Bauteil 12 wird wieder gegen relatives Verschieben und Drehen gegenüber dem Rohr 1 gesichert. Alsdann wird bei rotierender Form fliessfähiges Material zur Bildung der hohlzylindrischen Kunstharzschicht 13 eingeführt, welches die Elektrode 12 einbettet. Nach Überführung des eingefüllten Materials in den festen Zustand ist die erste Verfahrensstufe beendet. Es wird nun auf die freie gebildete Oberfläche des Hohlkörpers 13, z. B. durch Bestreichen mit Graphit, ein Kondensatorbelag 14 aufgetragen. Alsdann wird die Form wieder in Rotation gesetzt und durch Einführen von geeignetem fliessfähigem Material d : r Rotationshohlkörper 15 gebildet, welcher den Kondensatorbelag 14 einbettet.
Es ist zweckmässig, die Verfestigung des vorher ge- bildeten Hohlkörpers 13 nur soweit vorzutreiben, als zur Erreichung der Formbeständigkeit unbedingt erforderlich ist, damit sich der in der zweiten Verfahrensstufe eingefüllte Hohlkörper 15 mit dem erstgei- nannten einwandfrei verbindet, was z. B. dann der Fall ist, wenn der Hohlkörper 13, der aus Kunstharz besteht, noch nicht weitgehend auspolymerisiert ist. Es wird nun nach entsprechender Verfestigung des Hohlkörpers 15 der nächste Kondensatorbelag 16 auf die freie Oberfläche des Hohlkörpers 15 aufgebracht und dann in einer weiteren Verfahrensstufe der Rotationskörper 17 gebildet usw.
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Nach Beendigung der letzten Verfahrensstufe wird die Rotation beendet und der gebildete Gegenstand aus der Giessform herausgenommen. Wie ersichtlich, ist durch die erläuterte Unterteilung des Verfahrens in mehrere Stufen unter zwischenzeitlichem sukzessivem Einbringen von Bauteilen in Form der Kondensatorbeläge die vollständige Einbettung der letzteren in einen zusammenhängenden Kunstharzkörper ermöglicht worden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 handelt es sich um die Herstellung eines Hochspannungstransformators. Es wird eine Giessform verwendet, die aus einem Rohr 18 mit waagrechter Rotationsachse A-A besteht, welches mit zwei nach aussen gerichteten becherförmigen Ansätzen 19 ausgerüstet ist, deren Hohlraum unmittelbar in den Rohrhohlraum übergeht. Um einen Massenausgleich zu erzielen, können, wie auf der gegenüberliegenden Seite in Fig. 6 in gebrochenen Linien angedeutet ist, entsprechende Gegenansätze 19'gleicher Gestalt vorgesehen sein, die in gleicher Weise mit ihren Hohlräumen in den Rohrhohlraum übergehen, so dass ein symmetrischer Schleuderkörper gebildet wird.
Die Hochspannungswicklung 20 der Spule wird nun in die Giessform eingesetzt und in der vorbestimmten Lage gegen Verschieben und Drehen relativ zur Giessform gesichert.
Die Spule 20 ist an beiden Enden an Stromanschlussleitungen 21 bzw. 22 angeschlossen, welche durch dig Ansätze 19 zentral und zur Spulenachse radial hindurchgeführt sind. Die Spulenachse stimmt mit der Rotationsachse A-A überein. Die Stromanschlussleitungen sind durch passende Bohrungen in den Ansätzen 19 hindurchgeführt.
Die Giessform wird nun in Drehung versetzt und es wird fliessfähiges Material zugeführt in der vorbestimmten Beschaffenheit und in einer Menge, die ausreicht, um sowohl die Spule 20 und Anschlussleitungen 21 und 22 einzubetten, als auch die Hohlräume der Ansätze 19 sowie gegebenenfalls 19'auszufüllen. Alsdann erfolgt die überführung des fliessfähigen Materials in den festen Zustand.
Hierauf wird die Rotation beendet und durch Auseinandernehmen der zweiteilig ausgebildeten Giessform der gebildete Gegenstand freigelegt. Sind Ansätze 19'verwendet worden, so werden die betreffenden, in diesen gebildeten Materialteile nachträglich weggeschnitten, da sie lediglich als Verfahrenshilfsmittel gebildet worden sind, um ein vollkommenes Auswuchten der rotierenden Teile zu erzielen.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 handelt es sich um die Herstellung eines Hochspannungstransformators mit offenem Eisenkern. Es wird eine becherförmige Giessform 23 verwendet, welche eine vertikale Rotationsachse A-A aufweist und nach unten durch einen kugelig schalenförmigen Boden 24 geschlossen ist. In die Giessform 23 ist längs der zylindrischen Wandung eine Hochspannungswicklung 25 eingesetzt, welche an der Becherwandung satt anliegt. Vor dem Einsetzen weiterer Bauteile wird nun die Giessform mit der dieser gegenüber gegen Verschieben und Drehen gesicherten Hoch- pannungswicklung in Drehung versetzt. Alsdann wird von oben fliessfähiges Material mit vorbestimmter Beschaffenheit und Menge eingeführt.
Infolge der Zentrifugalkraft wird das Material nach aussen und infolge der unten geschlossenen Form nach oben getrieben, wobei sich wegen des gleichzeitigen Einflusses der Schwerkraft eine freie Begrenzungsfläche 26 bildet. die im zylindrischen Giessformteil einen von unten nach oben in vorbestimmtem Ausmasse kontinuierlich zunehmenden radialen Abstand von der Rotationsachse aufweist. Das fliessfähige Material nimmt daher eine Form mit in Richtung der Achse nach unten zunehmende Wandstärke an, in welcher die Hochspannungswicklung 25 unter Ausfüllen aller Zwischenräume und Poren eingebettet ist. Am Bodenteil 24 der Giessform ist die Wandstärke am grössten. Die gesamte freie Begrenzungsfläche hat kelchförmige (parabololdische) Gestalt.
Die Rotation wird fortgesetzt, bis das fliessfähige Material in den festen Zustand, z. B. durch Polymerisation in ein Kunstharz übergeführt worden ist. Das Material bildet nun den Isolierkörper 27, welcher in der Achsrichtung von oben nach unten einen zunehmenden Isolierwiderstand aufweist, wie er dem Spannungsverlauf der Hochspannungswicklung im Sinne der Bildung einer gleichbleibenden Isolierfestigkeit dem Sinne nach angepasst ist. Der gebildete Gegenstand wird nun nach Stillsetzen der Rotation aus der Form herausgenommen. Alsdann wird die unterhalb der Wicklung 25 befindliche Aussenfläche 28 des Isolierkörpers mit einer leitenden Schicht überzogen, ebenso die Innenfläche 26 des Isolierkörpers. Ein Eisenkern 29, welcher eine Niederspannungswicklung 30 trägt, wird nun in den Isolierkörper eingesetzt, wodurch im Prinzip der Transformator fertiggestellt ist.
Dieser steht allerdings in der in Fig. 7 dargestellten Lage gegenüber der Gebrauchslage auf dem Kopf.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 handelt es sich um die Herstellung eines Stützisolators. Es wird eine unten geschlossene, auf der Innenseite kelchförmige Giessform 31 mit vertikaler Rotationsachse A-A verwendet. In die Giessform 31 ist eine zum Aufschrauben der Sammelschiene bestimmte
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Kopfarmatur 32 zentrisch zur Rotationsachse auf dem Boden aufsitzend eingesetzt.
Nun wird fliessfähiges Material in der zur Bildung des Isolationskörpers erforderlichen Beschaffenheit und Menge in die Form eingefüllt und alsdann auf das Oberende der Form eine den oberen Drehzapfen 33 für die Form 31 aufweisende Fussarmatur 34 zentrisch zur Rotationsachse aufgesetzt. Die Form 31 samt den Armaturen 32 und 34 wird dann in Drehung versetzt. Unter dem Einfluss der Zentrifugalkraft und der Schwerkraft nimmt das eingefüllte fliessfähige Material die Gestalt 35 an, in welche die beiden Armaturen 32 und 34 eingebettet sind. Die Rotation wird fortgesetzt, bis das fliessfähige Material in den festen Zustand übergeführt worden ist.
Das Material bildet nun den Isolierkörper von der Gestalt 35, der nach Herausnahme aus der Form und nach Drehung um 1800 in der Gebrauchslage unten die Fussarmatur 34 und oben die Kopfarmatur 32 trägt.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zum blasenfreien Ausfüllen von Räumen im Schleuderguss, insbesondere bei der Herstellung elektrotechnischer Gegenstände, mit fliessfähigem Material unter anschliessender überführung desselben in feste, mindestens zum Teil aus Polymerisationskunstharzen bestehende Körper, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der einzubettenden Ge-
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einer vorbestimmten Drehzahl um deren Rotationsachse (A-A) unter Zuführung des fliessfähigen Materials so lange in Drehung
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dem zugehörigen Material, das mindestens zum Teil aus Kunstharzausgangsstoffen besteht, welche bei der überführung in den festen Zustand ohne Abspaltung flüchtiger Bestandteile irreversibel aushärten, gefüllt sind und anschliessend das zugeführte Material in den festen Zustand übergeführt ist.