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In Giessharz eingegossener elektrischer Wandler und Verfahren zu dessen Herstellung Eine der grössten zu überwindenden Schwierigkeiten beim Herstellen von Wandlern mit Giessharzisolation besteht darin, dass durch den Schwund beim Härten des Harzes und vor allem durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Harze und der übergossenen Apparateteile beim Abkühlen Spannungen im Material entstehen. Der hierdurch auftretenden Rissgefahr des gehärteten Harzes kann im allgemeinen durch geeignete Formgebung und vor allem durch Beimischen von anorganischen Füllstoffen gesteuert werden, da hierdurch Schwund und Differenzen der thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten vermindert werden können.
Diese Massnahmen genügen aber nicht, um extrem druckempfindliche Apparateteile, wie z. B. Magnetkerne der Wand- ler aus geglühtem hochlegiertem Si-Blech und speziell aus Nickeleisenblech, zufriedenstellend zu entlasten. Die magnetische Permeabilität des Kernmaterials verschlechtert sich bei Druckbeanspruchung derart stark, dass der Wandler für die Arbeit in den üblichen Genauigkeitsklassen unbrauchbar wird.
Es ist schon vorgeschlagen worden, den druck- empfindlichen Wandlerkern durch einen Überzug aus elastischem Kunststoff oder durch Einbettung in Schaumgummi gegen den Schrumpfdruck des Giessharzes zu schützen, aber diese Vorschläge vermögen nicht zu befriedigen, weil mit einem elastischen überzug der Schrumpfdruck höchstens etwas ausgeglichen, aber nicht ferngehalten werden kann und die Einbettung in Schaumgummi nicht immer anwendbar oder vorteilhaft ist.
Mit der vorliegenden Erfindung sollen die genannten Schwierigkeiten behoben werden. Die Erfindung betrifft einen in Giessharz eingegossenen elektrischen Wandler und das Verfahren zu dessen Herstellung.
Der Wandler mit einem Kern aus hochpermeablem Eisen, der zum Schutz gegen den Schrumpfdruck des Giessharzes durch einen Überzug vom Giessharzmantel getrennt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug mindestens teilweise aus einem Polymerisat von ungesättigtem fettem öl besteht.
Das Verfahren zur Herstellung des Wandlers ist dadurch gekennzeichnet, dass man zur Herstellung des Überzuges ungesättigtes fettes Öl in einer Giessform durch Polymerisation zu einer kompressiblen Masse, die praktisch keine Zugfestigkeit besitzt, verfestigt, und dass man dann den Wandler mit dem Giessharz umgiesst und das Giessharz in der Hitze härtet, wobei die Hitze die Weiterpolymerisation des Überzuges bewirkt und wobei der Überzug Risse bekommt und sich vom Giessharz absetzt. Dabei kann der Überzug in der Giessform direkt auf den zu schützenden Kern gegossen werden, oder er kann in mehreren Teilen gegossen und in käsigem Zustand auf den zu schützenden Kern gekettet werden.
Für den Überzug kommen als polymerisierbare ungesättigte fette Öle z. B. Tung- und Oiticiaöle in Frage, welche öle auf bekannte Weise durch Zusatz von geeigneten Katalysatoren, z. B. Ferrichlorid mit Zugabe von Rizinusöl, polymerisiert werden können.
Diese Öle ergeben im polymerisierten Zustand eine Reihe spezifischer Eigenschaften, welche sie als Überzugsmaterial zum Zwecke der Druckentlastung sehr geeignet machen, da a) es sich hier um einen thermohärtenden Stoff handelt, was erst die Verwendung im Zusammenhang mit den warmhärtenden Giessharzen auf einfache Art ermöglicht, wobei die zum Härten der Giessharze notwendigen Temperaturen oder bemerkenswerte Ver- änderungen der Eigenschaften des überzugsstoffes ausgehalten werden, b) die Haftfestigkeit mit andern Stoffen, z.
B. mit Metallen und auch mit den Giessharzen, sehr schlecht ist,
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c) der Härteschwund und der thermische Dehnungskoeffizient grösser sind als bei den üblichen Giessharzen, speziell, wenn letztere mit Streckmitteln versetzt sind, wodurch sich das Material während des Härteprozesses des darumgegossenen Harzes und während des Abkühlens - speziell auch mit Hilfe der Eigenschaft wie unter b) genannt - vom Harz absetzen kann, d) die mechanische Zugfestigkeit des polymerisierten Öls ausserordentlich gering ist, so dass eine nennenswerte Druckbelastung durch Aufschrumpfen auf den zu schützenden Kern nicht entstehen kann,
sondern höchstens Risse im überzugsmaterial auftreten können, die nicht schaden, da sie erst in der Endphase der Aushärtung des Giessharzkörpers entstehen, e) das polymerisierte Öl gut druckelastisch ist und diese Eigenschaft die unter c) genannten Vorteile vorteilhaft ergänzen kann, wobei allerdings nicht feststeht, wieweit das Material in sich selbst allseitig kompressibel ist, die Kompressibilität aber nach bekannten Methoden durch Bildung eines Schaumes im Öl wesentlich erhöht werden kann, falls sich das als notwendig erweist und f)
das genannte überzugsmaterial mindestens bis 100 C dauernd wärmebeständig ist, also in dieser Hinsicht keine Verschlechterung des Wandlers gegen- über dem nur in Giessharz vergossenen darstellt.
Die fabrikationstechnischen Vorteile bestehen in der leichten Verarbeitbarkeit des genannten Stoffes. Die Härtezeit kann durch zweckmässige Anwendung von Katalysator und Wärme in weiten Grenzen gesteuert werden. Das überzugsmaterial kann in beliebiger Menge angebracht werden durch Giessen desselben in entsprechende Giessformen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt einen in Giessharz eingegossenen Stromwandler im Schnitt.
Der Stromwandler hat einen dreischenkligen Eisenkern mit den beiden Aussenschenkeln 1 und dem mittleren Schenkel 2, welcher von den Wicklungen umschlossen ist. Der Kern besteht aus einem lamel- lierten Paket von hochpermeablen Eisenblechen. Der mittlere Schenkel 2 ist von einer Isolierhülse 3 umgeben, auf welche die Sekundärwicklung 4 mit dem Wicklungsanfang 5 und dem Wicklungsende 6 gewickelt ist. Auf die Sekundärwicklung 4 ist direkt die Primärwicklung 7 gewickelt, welche aus nur wenigen Windungen eines dicken Kupferleiters 8 besteht, welcher von einer Isolationsschicht 9 umgeben ist.
Die Eisenkernlamellen sind in bekannter Weise in die Wicklung eingeschachtelt. Alles aus der Wicklung vorstehende Eisen ist mit einem Überzug 10 versehen und das ganze in Giessharz 11 eingegossen, so dass der Wandler ein starrer Block ist.
Der Überzug 10 dient dazu, das bei der Aushärtung und Abkühlung stark schrumpfende Giessharz vom Eisenkern fernzuhalten, damit es nicht auf diesen drückt. D.er Überzug besteht aus mit Ferrichlorid und einem Zusatz von Rizinusöl polymerisiertem Tungöl (ungefähres Mengenverhältnis: 100 Teile Tungöl, 20 Teile Rizinusöl und 1 Teil Ferrichlorid). Dieses Öl wird unpolymerisiert in Formen gegossen und durch Polymerisation zu einer kompressiblen Masse, die praktisch keine Zugfestigkeit besitzt, verfestigt.
Die Polymerisation verläuft anfänglich rasch und wird nach und nach langsamer. Bei einer Polymerisations- temperatur von etwa 100 C erreicht das Öl in 50 bis 60 Sekunden einen käsigen Zustand, in welchem es der Form entnommen und weiter verarbeitet werden kann. Es hat einen thermischen Ausdehnungskoeffizient, der etwas grösser als derjenige von Giessharz ist, und .es hat praktisch keine Zugfestigkeit, weshalb es als Überzug beim Abkühlen und dem damit verbundenen Schwund Risse bildet, ohne einen wesentlichen Druck auf den empfindlichen Eisenkern auszuüben. Zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit können dem Öl anorganische Füllstoffe, z. B. Quarzsand, zugesetzt werden.
Zum Eingiessen wird der Wandler in eine erste Giessform gebracht, die um die zu schützenden Wand- lerteile so viel freien Raum aufweist, als die Dicke des Überzuges betragen soll. Die Dicke des Überzuges muss nicht gleichmässig sein, sondern der Überzug kann eine von der Wandlerform unabhängige Aussenfläche aufweisen, was den Vorteil hat, dass einfache Giessformen verwendet werden können. Die Dicke des Überzuges soll jedoch wenigstens .einen, vorzugsweise einige Millimeter, betragen.
Das unpoly- merisierte Öl wird direkt in die geheizte Form um den Wandler gegossen und in der Form während 1 Minute bis zu einem käsigen Zustand vorpolymerisiert. Hierauf wird der Wandler aus der Form genommen und in eine zweite Giessform gebracht, in welcher er in das Giessharz, z. B. Epoxydharz, eingegossen wird. Unter der Hitze des Giessharzes polymerisiert der Überzug weiter aus. Nach einer Aushärtungszeit des Giessharzes von 2 bis 3 Stunden wird der Wandler aus der Form genommen.
Die bei der Abkühlung auftretende Schrumpfung des Giessharzes kann nicht schaden, weil auch der Überzug unter Rissbildung schrumpft, und zwar stärker als das Giessharz und sich dabei vom Giessharz abhebt, was aber nicht schadet, weil das Giessharz bereits so weit ausgehärtet ist, dass ausser der Schrumpfung keine Formänderung mehr möglich ist.
Je nach der Form des zu schützenden Kernes kann es auch zweckmässig sein, den Überzug in der ersten Giessform statt auf dem Wandler in einzelnen Teilen zu giessen und diese nach der Vorpolymeri- sation in käsigem Zustand vor dem Eingiessen auf den zu schützenden Kern zu betten.
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Electrical transducer encapsulated in cast resin and process for its production One of the greatest difficulties to be overcome in the manufacture of converters with cast resin insulation is that, due to the shrinkage during hardening of the resin and above all due to the different thermal expansion coefficients of the resins and the overmolded parts of the apparatus, tension occurs during cooling arise in the material. The risk of cracking of the cured resin that occurs as a result can generally be controlled by suitable shaping and, above all, by adding inorganic fillers, since this can reduce shrinkage and differences in the coefficients of thermal expansion.
However, these measures are not sufficient to deal with extremely pressure-sensitive apparatus parts, such as B. Magnetic cores of the converter made of annealed high-alloy Si sheet and especially made of nickel iron sheet, to relieve satisfactorily. The magnetic permeability of the core material deteriorates so much when it is subjected to pressure that the transducer is unusable for work in the usual accuracy classes.
It has already been proposed to protect the pressure-sensitive transducer core against the shrinkage pressure of the casting resin by means of a coating made of elastic plastic or by embedding it in foam rubber, but these proposals are unsatisfactory because the shrinkage pressure is at most compensated for with an elastic coating, but cannot be kept away and encapsulation in foam rubber is not always applicable or beneficial.
The aim of the present invention is to overcome the difficulties mentioned. The invention relates to an electrical converter cast in cast resin and the method for its production.
The transducer with a core made of highly permeable iron, which is separated from the casting resin jacket by a coating to protect against the shrinkage pressure of the casting resin, is characterized in that the coating consists at least partially of a polymer of unsaturated fatty oil.
The method for producing the transducer is characterized in that, to produce the coating, unsaturated fatty oil is solidified in a casting mold by polymerization to form a compressible mass that has practically no tensile strength, and that the casting resin is then poured around the transducer and the casting resin hardens in the heat, the heat causing the further polymerization of the coating and the coating cracking and separating from the casting resin. The coating can be poured directly onto the core to be protected in the casting mold, or it can be cast in several parts and chained to the core to be protected in a cheesy state.
For the coating come as polymerizable unsaturated fatty oils z. B. Tung and Oiticiaöle in question, which oils in a known manner by adding suitable catalysts, eg. B. ferric chloride with the addition of castor oil, can be polymerized.
In the polymerized state, these oils have a number of specific properties that make them very suitable as a coating material for the purpose of pressure relief, since a) it is a thermosetting substance, which only enables use in connection with the thermosetting casting resins in a simple manner, the temperatures required to harden the casting resins or noticeable changes in the properties of the coating material are withstood, b) the adhesive strength with other substances, e.g.
B. with metals and also with the casting resins, is very bad,
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c) the hardness shrinkage and the thermal expansion coefficient are greater than with the usual casting resins, especially if the latter are mixed with extenders, whereby the material changes during the hardening process of the resin cast around it and during cooling - especially with the help of the property as under b) called - can settle from the resin, d) the mechanical tensile strength of the polymerized oil is extremely low, so that a significant pressure load cannot arise from shrinking onto the core to be protected,
Rather, at most cracks in the coating material can occur, which do not cause any damage, since they only arise in the final phase of hardening of the cast resin body, e) the polymerized oil has good compressive elasticity and this property can complement the advantages mentioned under c), although it is not certain the extent to which the material is in itself compressible on all sides, but the compressibility can be increased significantly by known methods through the formation of a foam in the oil, if this proves necessary and f)
the above-mentioned coating material is permanently heat-resistant up to at least 100 ° C., so in this respect there is no deterioration of the transducer compared to that which is only cast in casting resin.
The advantages in terms of manufacturing technology are the ease with which the said substance can be processed. The hardening time can be controlled within wide limits by the appropriate use of catalyst and heat. Any amount of the coating material can be applied by pouring it into appropriate molds.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
The drawing shows a section of a current transformer cast in cast resin.
The current transformer has a three-legged iron core with the two outer legs 1 and the middle leg 2, which is enclosed by the windings. The core consists of a laminated package of highly permeable iron sheets. The middle leg 2 is surrounded by an insulating sleeve 3, on which the secondary winding 4 is wound with the winding beginning 5 and the winding end 6. The primary winding 7, which consists of only a few turns of a thick copper conductor 8 which is surrounded by an insulating layer 9, is wound directly onto the secondary winding 4.
The iron core lamellas are nested in the winding in a known manner. All of the iron protruding from the winding is provided with a coating 10 and the whole is cast in resin 11 so that the transducer is a rigid block.
The coating 10 is used to keep the casting resin, which shrinks strongly during curing and cooling, away from the iron core so that it does not press on it. The coating consists of tung oil polymerized with ferric chloride and an addition of castor oil (approximate proportions: 100 parts of tung oil, 20 parts of castor oil and 1 part of ferric chloride). This oil is poured into molds in unpolymerized form and solidified through polymerization to form a compressible mass that has practically no tensile strength.
The polymerization is initially rapid and gradually slows down. At a polymerisation temperature of around 100 C, the oil reaches a cheesy state in 50 to 60 seconds, in which it can be removed from the mold and processed further. It has a thermal expansion coefficient that is slightly greater than that of cast resin, and it has practically no tensile strength, which is why it forms cracks as a coating when it cools and the associated shrinkage without exerting any significant pressure on the sensitive iron core. To increase the thermal conductivity, inorganic fillers, e.g. B. quartz sand are added.
For pouring, the transducer is placed in a first casting mold that has as much free space around the transducer parts to be protected as the thickness of the coating should be. The thickness of the coating does not have to be uniform, but the coating can have an outer surface that is independent of the transducer shape, which has the advantage that simple casting molds can be used. However, the thickness of the coating should be at least one, preferably a few millimeters.
The unpolymerized oil is poured directly into the heated mold around the transducer and prepolymerized in the mold for 1 minute to a cheesy state. The transducer is then removed from the mold and placed in a second mold, in which it is poured into the casting resin, e.g. B. epoxy resin, is poured. The coating polymerizes further under the heat of the casting resin. After the casting resin has hardened for 2 to 3 hours, the converter is removed from the mold.
The shrinkage of the casting resin that occurs during cooling cannot do any harm, because the coating also shrinks with cracking, and more so than the casting resin and stands out from the casting resin Shrinkage no change in shape is possible.
Depending on the shape of the core to be protected, it can also be expedient to cast the coating in the first casting mold instead of on the transducer in individual parts and to bed these in a cheesy state after the prepolymerization before pouring onto the core to be protected.