CH658336A5

CH658336A5 - Verfahren zur herstellung eines elektrischen geraetes und nach dem verfahren hergestelltes elektrisches geraet.

Info

Publication number: CH658336A5
Application number: CH4878/82A
Authority: CH
Inventors: Kenichi Sato; Hikaru Okunoyama
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co; Toshiba Chem Prod
Priority date: 1981-09-19
Filing date: 1982-08-13
Publication date: 1986-10-31
Also published as: AU534655B2; KR870001453B1; US4472482A; DE3230426A1; JPS5850717A; KR840001377A; DE3230426C2; AU8664282A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Gerätes und ein nach dem Verfahren hergestelltes elektrisches Gerät.

Beim bekannten Verfahren zum Isolieren einer elektrischen Gerätespule wird im allgemeinen die Spule z.B. mit einem elektrisch isolierenden Material umwickelt, um eine Isolationsschicht zu erzeugen, die Isolationsschicht mit einem durch Wärme härtbaren Harz im Vakuum imprägniert und das Harz schliesslich thermisch gehärtet.

Um eine Isolationsschichtz.B. ein elektrisch isolierendes Band mit einem durch Wärme härtbaren Harz zu imprägnieren, sind nachfolgende Bedingungen einzuhalten.

1 ) Feuchtigkeit oder Staub neigen dazu, sich auf der Isolalionsschicht abzulagern, wenn sie nur aus einem elektrisch isolierenden Band gebildet wird. Es ist deshalb erwünscht, deren Eindringen zu verhindern, um einen effektiveren Schutz zu erhalten.

2) Es ist erforderlich, dass Hohlräume in der Isolationsschicht vermieden werden, um die Koronabildung zu verhindern.

3) Die Wärmeleitfähigkeit eines elektrischen Gerätes sollte verbessert werden, um die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges zu verringern.

Um die vorstehend genannten Bedingungen zu erfüllen, ist es wesentlich, dass die Isolationsschicht ausreichend mit durch Wärme härtbarem Harz imprägniert wird, um Hohlräume in der Isolationsschicht zu vermeiden.

Das bekannte Verfahren hat jedoch die Nachteile, dass das durch Wärme härtbare Harz während der Imprägnierung gehärtet wird, dass die Viskosität durch die Anwendung von Wärme zeitweilig verringert wird und dass ein Teil des imprägnierten Harzes aus der Isolationsschicht herausfliesst, wodurch Hohlräume in der Isolationsschicht entstehen können.

Ferner hat das bekannte Verfahren die Nachteile, dass ein Härtungsmittel, der Katalysator, das Monomer usw. dazu neigen, sich während des Zeitraumes der Härtung des Harzes auszubreiten, wodurch sich nachteilige Effekte bezüglich der Sicherheit und der Vermeidung von Verschmutzungen ergeben.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Gerätes zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile der bekannten Verfahren nicht auftreten.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein nach dem Verfahren hergestelltes elektrisches Gerät zu schaffen, das erfindungsgemäss durch die Merkmale des Anspruches 6 gekennzeichnet ist.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schcmalische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Aufbringen eines durch Lichteinwirkung härtbaren Harzes auf eine Schicht aus durch Wärme härtbarem Harz,

Fig. 3 eine Darstellung des Verfahrens zur Durchführung der Photopolymerisation des durch Lichteinwirkung härtbaren Harzes durch UV-Bestrahlung, und

Fig. 4 und 5 Kurven, welche einen Vergleich zwischen den Eigenschaften eines elektrischen Gerätes das nach dem erfindungsgemässen und den bekannten Verfahren isoliert worden ist.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine isolierte elektrische Spule, die mit einer aus einem elektrisch isolierenden Band hergestellten Isolationsschicht lose umwickelt ist. Die Spule 1 ist in einem Behälter 3 angeordnet, der in einem Vakuumbehälter 4 gehalten ist. Der Vakuumbehälter 4 wird über die Ventile 5a, 5b mittels einer externen Einrichtung 6 evakuiert. Während der Evakuierung wird der in einem Tank 7 befindliche, durch Wärme härtbare Harz 8 durch Öffnen eines Ventiles 9 vom Deckel des Vakuumbehälters aus in den Behälter 3 fallen. Mit der Zeit wird die im Vakuumbehälter 4 angeordnete elektrische Spule 1 fortschreitend mit durch Wärme härtbarem Harz 8 imprägniert.

Ist die um die Spule 1 gewickelte elektrische Isolationsschicht mit dem durch Wärme härtbaren Harz 8 vollständig imprägniert, wird der Vakuumbehälter 4 mittels der Einrichtung 6 wieder unter Druck gesetzt.

Die mit dem durch Wärme härtbaren Harz 8 imprägnierte Spule 1 wird sofort aus dem Behälter 3 und dem Vakuumbehälter 4 herausgenommen. Die so imprägnierte Spule 1 wird in einen Tauchbehälter 10 mit durch Lichteinwirkung härtbarem Harz 11 eingetaucht (Fig. 2). Nachdem die Spule 1 vollständig mit dem durch Lichteinwirkung härtbaren Harz 11 getränkt ist, wird die Spule 1 aus dem Tauchbehälter 10 herausgenommen. Durch eine UV-Lampe 12 wird die Oberfläche der Spule 1 bestrahlt, um das durch Lichteinwirkung härtbare Harz 11 zu härten. Die Bestrahlung erfolgt nur wenige Minuten und ist abhängig vom Gehalt eines Sensibili-sators in dem durch Lichteinwirkung härtbaren Harz 11.

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Gerade die Dauer der Beslrahlung bewirkt die Photopolymerisationsvernetzung des auf der Isolationsschicht 2 aufgebrachten Harzes 11. Die Vernetzung ergibt einen dreidimensionalen maschenartigen Aufbau, der das durch Wärme härtbare Harz 8 vollständig umschliesst und dadurch verhindert, dass das in die Isolalionsschicht 2 eingedrungene, durch Wärme härtbare Harz 8 aus dieser Isolationsschicht 2 herauslaufen kann.

Später wird die Spule in einen nicht dargestellten Ofen gelegt, um den durch Wärme härtbaren Harz 8 zu härten. In diesem Fall verhindert die durch das mittels Lichteinwirkung härtbare Harz 11 gebildete Ummantelung, dass das durch Wärme härtbare Harz 8 herauslaufen kann, so dass z.B. die Viskosität des Harzes nicht abnehmen kann. Demzufolge kann das Harz langsam gehärtet werden.

Das hierbei verwendete, durch Wärme härtbare Harz unterscheidet sich nicht wesentlich von den bisher für diese Zwecke verwendeten Harzen. Jedoch ist die bevorzugte Harzart frei von einem Lösungsmittel und hat eine Viskosität von ca. 0,1 bis 10 poise bei 60-70°C. Ein durch Wärme härtbares Harz mit niedriger Viskosität kann leichter in die Isolationsschicht 2 eindringen. Die Viskosität des durch Wärme härtbaren Harzes 8 kann durch Erwärmung oder durch ein reaktives Verdünnungsmittel verringert werden. Nach Aufbringen eines dicken Überzuges aus durch Lichteinwirkung härtbarem Harz 11 mit einer höheren Viskosität (z.B. 10 bis 100 poise bei Raumtemperatur) als das durch Wärme härtbare Harz 8, kann das Abfliessen des niederviskosen Harzes 8 wirksam verhindert werden, bevor das durch Lichteinwirkung härtbare Harz 11 gehärtet ist. Beim bevorzugten Verfahren zur Isolation eines elektrischen Gerätes wird die Temperatur des durch Wärme härtbaren Harzes 8 während der Imprägnierung auf einen höheren Wert gebracht, als jener für das durch Lichteinwirkung härtbare Harz 11 ; die Temperatur des Harzes 8 wird abgesenkt, wenn die Spule 1 mit dem durch Lichteinwirkung härtbaren Harz 11 imprägniert ist und die Viskosität des Harzes 8 wird in der Weise gesteuert, dass die Viskosität niedrig ist, wenn mit dem durch Wärme härtbaren Harz 8 imprägniert wird, und hoch ist, wenn die Spule 1 in den durch Lichteinwirkung härtbaren Harz 11 eingetaucht wird.

Das hier verwendete, durch Wärme härtbare Harz, kann ohne Einschränkung aus irgend einem polyfunktionellen Prepolymer, einem Härtungsmittel, das zusammen mit dem polyfunktionellen Prepolymer angewendet wird, und einem Monomer hergestellt werden. Epoxyharz kann als das typische Material angesehen werden. Das Epoxyharz enthält z.B Bisphenol A-arligen Glycidylether, alicyclische Epoxy-harze und Novolac-artiges Epoxyharz. Jede dieser Epoxy-harz-Verbindungen können in Kombination mit einem Härtungsmittel aus der Reihe der Amine, einem sauren, wasserfreien Härtungsmittel, einem reaktiven Verdünner oder einem Härtungs-Beschleunigungsmittel angewendet werden.

Mit dem Epoxyharz kann eine grosse Anzahl von den genannten Härtungsmitteln aus der Reihe der Amine verwendet werden. Es sind jedoch auch Amin-Komplex-Verbin-dungen von Tetrafluorbor und latentem Härtungsmittel, wie etwa Dicyan-diamid anwendbar. Die wirksame Art des sauren, wasserfreien Härtungsmittel umfasst z.B. eine oder mehrere polybasische Säureanhydride, wie etwa Phthalsäure-anhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid, Methyl-tetrahy-drophthalsäureanhydrid, Methyl-nadic-anhydrid, Methyl-lelrahydrophthalsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid, Dodecylbernsteinsäureanhydrid und Pyromellitinsäureanhy-drid.

Der vorstehend genannte reaktive Verdünner umfasst z.B. Glycidylmelhacrylat, Allyl-glycidyl-etherund Butandiol-

diglycidyl-ether. Diese Verdünnerwerden in geringen Mengen einem hochviskosen Harz zugefügt, welches die Schwierigkeiten beim Imprägnieren einer Isolationsschicht verursacht, um dadurch die Viskosität des Harzes zu verrin-5 gern und die Imprägnierung zu erleichtern.

Das vorstehend erwähnte Härtungs-Beschleunigungs-mittel enthält z.B. Benzyl-dimelhyl-amin, Tri-dimethyl-aminomethylphenyl, Salze davon, tertiäre Amine, wie etwa Methylbenzyldimethyl-amin, oder Salze oder Komplexe von io Übergangsmetallen, wie etwa Zink-octylat und Koball-octylat. Diese Härlungs-Beschleunigungsmillel zeigen eine volle Wirkung, wenn sie im allgemeinen in einer Menge von 0,1 bis 5 Gewichtsteilen zu 100 Gewichtsteilen (die nachfolgend der Einfachheit halber als «Teile» bezeichnet werden) 15 aus Epoxyharz zugegeben werden.

Ein hier verwendetes, durch Lichteinwirkung härtbares Harz umfasst ein Polymer oder Prepolymer, dessen Molekül zwei oder mehrere ungesättigte Reste enthält. Diese Polymeren werden allein, oder falls notwendig, mit einem Vinyl-20 Monomer verwendet. Eine besonderes bevorzugte Harzart ist jene, dessen Molekülende einen photopolymerisierbaren vernetzten Rest enthält. Die folgenden Verbindungen können als bevorzugte, durch Lichteinwirkung härtbare Harze genannt werden : Methacrylate von mehrwertigen Alko-25 holen, wie etwa Dimethacrylat von Ethylenglycol, Dimeth-acrylat von Propylenglycol und Dimethacrylat von Polyethy-lenglycol ; Acrylester, und Ester von Acrylaten oder Meth-acrylaten von Polyesteroligomeren, deren Molekül einen Hydroxy-Rest aufweist, wie etwa Dimethyl-acrylat von bis-(ß-30 Hydroxylethyl)-hexahydrophthaIat, Dimethyl-acrylat von bis-(ß-Hydroxylethyl)-phthalat, und Dimethyl-acrylat von bis-(ß-Hydroxylethyl)-isophthalat. Es ist erwünscht, eine geringe Menge eines Sensibilisators zu dem vorstehend erwähnten durch Lichteinwirkung härtbarem Harz hinzuzufügen. 35 Dieser Sensibilisator umfasst die Typen, welche ein besonders schnelles Ansprechen auf einen Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge bewirken, wie etwa Verbindungen der Chinon-Reihe wie etwa Anthrachinon und Naphtho-chinon und Disulfid-Verbindungen, wie etwa Diphenyldi-40 sulfid. Diese Sensibilisatoren stellen die vollständige Photo-polymerisierungsvernetzung des vorstehend erwähnten Harzes sicher. Falls erforderlich, können ferner Peroxide zusätzlich zu den Sensibilisatoren angewendet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen 45 erläutert, wobei die Bezeichnung «Teile» für «Gewichtsteile» steht.

Beispiel 1

Eine Transformatorwicklung wurde mit einem Glasband so mit einer Dicke von 0,25 mm umwickelt. Das Band wurde viermal so herumgewickelt, dass die entsprechenden Lagen um die halbe Breite zueinander versetzt waren. Die so bewik-kelteTransformatorenwicklung wurde während 12 Stunden bei 100°C vorgewärmt und danach in einem Vakuumbe-55 hälter angeordnet. Das Band wurde mit einem durch Wärme härtbaren Harz mit einer Viskosität von 0,9 poise bei 60°C imprägniert, das durch gleichmässiges Mischen von 100 Teilen von bis-Phenol-A-artigem Glydicylether («Epicoat 828» von der Shell Chemical Company) mit einem Epoxy-60 équivalent von ca. 190, 75 Teilen eines Phthalat-anhydrid-Härtungsmittels («HN-2200» von der Hitachi Kasei KK) und 2 Teilen Zink-octylat erzeugt worden ist. Die Wicklung wurde in ein durch Lichteinwirkung härtbares Harz mit einer Viskosität von 40 poise bei 20°C eingetaucht, das durch 65 gleichmässiges Mischen von lOOTeilen von mehrwertigem ß-Hydroxyacrylat(«Repoxy E-1000» von derShow High Polymer K.K.), 20Teilen von Ethylen-glycol-acrylat und 3 Teilen Benzoyn-methylether als Sensibilisator hergestellt

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worden ist. Danach wurde das Ganze in eine sich drehende Spannvorrichtung eingesetzt und unterhalb einer Queck-silber-Hochdrucklampe (80 W/cm) angeordnet. Die Spannvorrichtung drehte mit 10 U/Min., um daseingetauchte Band mit UV-Strahlen zu bestrahlen. Danach wurde das Band während 5 Stunden bei 110°Cund 10 Stunden bei 150°C getrocknet und dann langsam auf Raumtempertaur abgekühlt.

Beispiel 2

Ein Glasband, das um die gleiche Art von Transformatorwicklung wie beim Beispiel 1 gewickelt worden war, wurde mit dem gleichen, durch Wärme härtbaren Harz wie im Beispiel 1 imprägniert. Das Ganze wurde dann in durch Lichteinwirkung härtbares Harz getaucht, das durch gleichmässiges Mischen von lOOTeilen Olygoester-acrylat («alonix 8060» von derToa Gosei K.K.), 10 Teilen von Glycidylmeth-acrylat und 2,5 Teilen von Benzoyn-methyl-ether als Sensibilisator hergestellt wurde. Die Härtung erfolgte wie beim Beispiel 1.

Kontrolle

Ein Glasband, das um die gleiche Art von Transformatorwicklung wie beim Beispiel 1 gewickelt worden war, wurde mit einem durch Wärme härtbaren Harz imprägniert, das durch Mischen von lOOTeilen von Epicoat 828,75Teilen Phthalsäureanhydrid und 2 Teilen Zink-octylat hergestellt worden ist. Das imprägnierte Band wurde während 5 Stunden bei 1I0°C getrocknet und dann langsam auf Raumtemperatur abgekühlt.

Bei bekannten Isolierverfahren, die auf der Imprägnierung mit nur einem durch Wärme härtbaren Harz basieren (dargestellt durch die vorstehend beschriebene Kontrolle), traten Hohlräume in der Isolationsschicht auf und die Isolationseigenschaften nahmen mit steigender Eintauchzeit in Wasser allmählich ab, wie das aus Fig. 4 ersichtlich ist. Im Gegensatz dazu hatte eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren isolierte Transformatorwicklung eine sehr gute Isolationsschicht, die keine Änderung im Durchgangswiderstand zeigt, selbst dann, als diese während 150 Stunden in Wasser einge-s taucht wurde (siehe Kurve b in Fig. 4).

Die mildem Isolierband bewickelteTransformalorwick-lung wurde einer vorgeschriebenen Anzahl von Erwärmungszyklen bei Raumtemperatur und bei 220°C unierzogen. Die Transformatorwicklung wurde während jedem io Erwärmungszyklus mil einem vorgeschriebenen Wert eines elektrischen Stromes gespeist, und dabei wurde der Temperaturanstieg in der Wicklung gemessen (das Ergebnis ist in Fig. 5 dargestellt). Bei Transformatorwicklungen, die nach dem bekannten Verfahren isoliert wurden, führte die Ein-speisung des Stromes zu einem deutlichen Temperaturanstieg, wenn die Anzahl der Erwärmungszyklen erhöht wurde, wie dies aus der Kurve c in Fig. 5 ersichtlich ist. Im Gegensalz dazu wurde bei einer entsprechend dem vorstehend beschriebenen Beispiel ausgeführten Isolation kein Temperaturanstieg bei Einspeisung eines Stromes festgestellt, obwohl die Anzahl der Erwärmungszyklen erhöht wurde, wie dies aus der Kurve d in Fig. 5 ersichtlich ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, hat das vorstehend beschriebene erfindungsgemässe Verfahren die Vorteile, dass es möglich ist, das Ausfliessen des durch Imprägnierung eines Bandes, das um ein elektrisches Gerät gewickelt ist, im Band vorhandenen Harzes zu unterdrücken, und dadurch weist das elektrische Gerät wegen der fehlenden Hohlräume in der Isolationsschicht sehr gute elektrische Eigenschaften auf, und die Umhüllung durch das durch Lichteinwirkung härtbare Harz verhindert die nachteiligen Effekte in den elektrischen Anforderungen, die durch die Verteilung z.B. eines Härtungsmittels, eines Katalysators oder eines Monomers hervorgerufen werden, welche während der Härtung des durch Wärme härtbaren Harzes auftreten können.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Herstellung eines Gerätes, gekennzeichnet durch die Schritte a) Imprägnieren einer lose um die Umfangsfläche des elektrischen Gerätes gewickelten Isolationsschicht mit einem durch Wärme härtbaren Harz im Vakuum,

b) Aufbringen eines durch Lichteinwirkung härtbaren Harzes auf das durch Wärme härtbare Harz mit dem die 1 ose um die Umfangsfläche gewickelte Isolalionsschicht imprägniert ist,

c) Photopolymerisierung des aufgebrachten, durch Lichteinwirkung härtbaren Harzes durch Bestrahlung mit UV-Strahlen, und d) thermische Härtung des imprägnierten, durch Wärme härtbaren Harzes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) die Isolalionsschicht im Vakuum mit einem lösungsmittelfreien, durch Wärme härtbaren Harz mit einer Viskosität von 0,1 bis 10 poise bei 60-70°C imprägniert wird.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt b) ein durch Lichteinwirkung härtbares Harz mit einer Viskosität von 10 bis 100 poise bei Bezugstemperatur aufgebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a) das elektrische Gerät vor der Imprägnierung mit dem durch Wärme härtbaren Harz erwärmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmtcmperatur auf 100°C eingestellt ist.

6. Elektrisches Gerät, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, welches Gerät eine lose um die Umfangsfläche des Gerätes gewickelte Isolationsschicht aufweist, die mit einem durch Wärme gehärteten Harz imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des imprägnierten, durch Wärme gehärteten Harzes mit einem durch Lichteinwirkung aushärtenden Harz versehen ist.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das durch Wärme härtbare Harz ein Epoxyharz ist.