DE10147980A1

DE10147980A1 - Isolationskörper für ein Bauteil, Anordnung mit dem Isolationskörper und dem Bauteil und Verfahren zum Herstellen der Anordnung

Info

Publication number: DE10147980A1
Application number: DE2001147980
Authority: DE
Inventors: Ute Liepold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Isolationskörper (2) zur elektrischen und/oder thermischen Isolierung mindestens eines Bauteils (3, 11), wobei der Isolationskörper mindestens ein Isolationsmaterial (4) aufweist, das gegenüber Sauerstoff im Wesentlichen inert ist und das einen Porositätsgrad aufweist, der aus dem Bereich von einschließlich 50 Vol.-% bis einschließlich 90 Vol.-% ausgewählt ist, gekennzeichnet dadurch, dass der Isolationskörper ein Formkörper (5) ist. Das Isolationsmaterial ist beispielsweise eine Schaumkeramik, die in einem Formgussverfahren zum Formkörper verarbeitet wurde. Das Bauteil ist ein elektrisches Bauteil oder ein Kunststoffbauteil. Die Anordnung ist vorzugsweise ein Hausgerät, beispeilsweise ein Fön, eine Kaffeemaschine oder ein Wasserkocher. Durch die elektrische und/oder thermische Isolierung wird eine Brandausbreitung in dem Hausgerät unterdrückt. Durch die Verwendung des Formkörpers können wärmeempfindliche Bauteile isoliert werden. Vorzugsweise ist ein gesamter Innenraum des Hausgeräts mit dem Isolationskörper ausgestattet. Durch die hohe Porosität und die damit verbundene geringe Dichte weist das Hausgerät ein geringes Gewicht auf.

Description

Die Erfindung betrifft einen Isolationskörper zur elektrischen und/oder thermischen Isolierung mindestens eines Bauteils, wobei der Isolationskörper mindestens ein Isolationsmaterial aufweist, das gegenüber Sauerstoff im Wesentlichen inert ist und das einen Porositätsgrad aufweist, der aus dem Bereich von einschließlich 50 Vol.-% bis einschließlich 90 Vol.-% ausgewählt ist. Neben dem Isolationskörper werden eine Anordnung mit mindestens einem Bauteil und mindestens einem Isolationskörper und ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung angegeben.

Ein Isolationskörper der genannten Art ist aus DE 198 51 713 A1 bekannt. Der Isolationskörper wird beispielsweise in der Elektrotechnik zur elektrischen und/oder thermischen Isolierung eines Bauteils in Form eines Hochleistungselektromotors eingesetzt. Der Isolationskörper kann auch zur Auskleidung eines Bauteils in Form eines Hochtemperaturofens verwendet werden. Zur Herstellung der Anordnung aus Bauteil und Isolationskörper wird beispielsweise ein bestehender Hohlraum des Bauteils mit einer Ausgangsverbindung eines keramikähnlichen Schaumstoffs befüllt. In Gegenwart eines Aushärtekatalysators kommt es zur Bildung des Schaumstoffs bei erhöhten Temperaturen von bis zu 200°C. Über die beschriebene Herstellung des bekannten Isolationskörpers kann ein schwer zugänglicher oder kompliziert geformter Hohlraum ausgefüllt werden.

In einem Hausgerät, beispielsweise einem Fön, einer Kaffeemaschine oder einem Wasserkocher ist eine Vielzahl von Bauteilen mit Kunststoff enthalten. Ein Nachteil der Kunststoffe besteht in ihrer Brennbarkeit. Sie sind bei erhöhten Temperaturen gegenüber Sauerstoff nicht inert. Wenn das Hausgerät über eine Wärmequelle verfügt, kann es bei einem Betriebsfehler des Hausgeräts zum Erhitzen und zum Entzünden Kunststoffs kommen. Auch ein schadhafter elektrischer Kontakt kann zum Entzünden des Kunststoffs führen. Da vielfach ein Gehäuse des Hausgeräts aus Kunststoff besteht, bleibt oft ein im Inneren des Hausgeräts entstehender Brand nicht auf das Hausgerät selbst beschränkt. Der Brand breitet sich in der Umgebung des Hausgeräts aus.

Der bekannte Isolationskörper ist bei einem beschriebenen Hausgerät nicht ohne Weiteres einsetzbar. Nach einem Befüllen eines Hohlraums des Hausgeräts mit der Ausgangsverbindung der Schaumkeramik muss zum Aushärten der Schaumkeramik die Temperatur erhöht werden. Eine Erhöhung der Temperatur kann zu einer Verformung oder auch zum einem Brand des im Hausgerät enthaltenen Kunststoffs führen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher aufzuzeigen, wie ein wärmeempfindliches Bauteil auf einfache Weise elektrisch und/oder thermisch isoliert werden können.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Isolationskörper zur elektrischen und/oder thermischen Isolierung mindestens eines Bauteils angegeben, wobei der Isolationskörper mindestens ein Isolationsmaterial aufweist, das gegenüber Sauerstoff im Wesentlichen inert ist und das einen Porositätsgrad aufweist, der aus dem Bereich von einschließlich 50 Vol.-% bis einschließlich 90 Vol.-% ausgewählt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolationskörper ein Formkörper ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird darüber hinaus eine Anordnung mit mindestens einem Bauteil und mindestens einem Isolationskörper mit den genannten Merkmalen angegeben.

Schließlich wird zur Lösung der Aufgabe auch ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung angegeben mit den Schritten: Bereitstellen des Isolationskörpers und aneinander Anordnen des Bauteils und des Isolationskörpers.

Der grundlegende Gedanke der Erfindung besteht darin, einen vorgeformten Körper (Formkörper) als Isolationskörper einzusetzen. Das bedeutet, dass der Isolationskörper nicht erst in Gegenwart des Bauteils erzeugt wird. Der Isolationskörper mit dem Isolationsmaterial ist weitgehend fertiggestellt. Beispielsweise ist dadurch eine Erhöhung der Temperatur zum Herstellen des Isolationskörpers in Gegenwart des Bauteils nicht mehr nötig ist. Es kann ein wärmeempfindliches Bauteil, insbesondere ein elektrisches Bauteil oder ein Kunststoffbauteil, mit Hilfe des Isolationskörpers isoliert werden.

Das Isolationsmaterial ist im Wesentlichen gegenüber Sauerstoff inert. Dies bedeutet, dass das Isolationsmaterial nicht oder nur schwer brennbar bzw. entflammbar ist. Dazu ist insbesondere ein anorganisches Isolationsmaterial geeignet, beispielsweise eine Keramik oder ein Glas. Durch den hohen Porositätsgrad zeichnet sich das Isolationsmaterial durch eine geringe Dichte aus. Die Dichte ist beispielsweise aus einem Bereich von 0,5 g/cm³ bis 1,2 g/cm³ ausgewählt.

In einer besonderen Ausgestaltung ist der Formkörper ein Trägerkörper des Bauteils. Der Formkörper kann als Montagegrundlage für das Bauteil fungieren.

Insbesondere verfügt der Formkörper über eine Aussparung zum Anordnen des Bauteils. Das Bauteil, beispielsweise eine elektrische Leitung, kann in einer Rille des Isolationskörpers oder eine Bohrung des Isolationskörpers verlegt sein.

Insbesondere ist der Formkörper mehrteilig. Der Formkörper besteht aus mindestens zwei Einzelteilen, die zusammengesetzt den Formkörper bilden. Auf diese Weise ist eine besondere Ausgestaltung der Erfindung zugänglich, nach der der Formkörper eine Einkapselung des Bauteils ist. Das Bauteil ist im Wesentlichen vollständig vom Isolationskörper umgeben. Auf diese Weise kann das Bauteil weitgehend isoliert werden. Denkbar ist auch, dass der Formkörper eine Einbettung des Bauteils ist. Das Bauteil ist wie etwa bei einer Rille nur teilweise vom Isolationskörper umgeben.

Vorteilhaft ist das Isolationsmaterial ein Schaumstoff. Dadurch ist eine effiziente thermische Isolierung des Bauteils möglich. Insbesondere ist das Isolationsmaterial zumindest ein aus der Gruppe Schaumgips und/oder Schaumglas und/oder Schaumkalk und/oder Schaumkeramik und/oder Schamott ausgewählter Stoff. Unter Schaumkeramik ist beispielsweise ein aus DE 198 51 713 A1 bekannter anorganischer keramikähnlicher Schaumstoff zu verstehen. Schaumglas ist die Bezeichnung für einen erstarrten Glasschaum mit luftdicht geschlossenen, Gas gefüllten Zellen. Das Gas kann Luft sein. Denkbar ist auch ein Schutzgas wie Stickstoff. Ein Schutzgas führt zu einer verringerten Brennbarkeit der gesamten Anordnung. Schamott ist ein keramischer Werkstoff, der als feuerfester Baustoff zum Auskleiden einer Feuerung, eines Hochofens und dergleichen verwendet wird.

In einer besonderen Ausgestaltung der Anordnung aus Bauteil und beschriebenem Isolationskörper ist das Bauteil ein elektrisches Bauteil. Insbesondere ist das elektrische Bauteil in einem Kunststoffbauteil und der Isolationskörper in einem Zwischenraum zwischen dem Kunststoffbauteil und dem elektrischen Bauteil angeordnet. Das Kunststoffbauteil ist beispielsweise ein Gehäuse aus Kunststoff.

Vorzugsweise ist der Zwischenraum zwischen dem Kunststoffbauteil und dem elektrischen Bauteil im Wesentlichen vollständig durch den Isolationskörper ausgefüllt. Aufgrund der geringen Dichte des Isolationsmaterials resultiert bei einer vernachlässigbaren Gewichtserhöhung der Anordnung eine verbesserte elektrische und thermische Isolierung. Durch eine Verringerung eines Luftvolumens ist zudem die Brennbarkeit der gesamten Anordnung erniedrigt.

Die Anordnung kann ein beliebiges Elektrogerät sein. Insbesondere ist die Anordnung ein Hausgerät. Das Hausgerät ist beispielsweise ein tragbares Gerät wie ein Fön, eine Kaffeemaschine oder ein Wasserkocher. Dabei ist die geringe Gewichtszunahme bei hohem Isolationsvermögen besonders vorteilhaft. Denkbar ist aber auch ein Hausgerät in Form eines Standgerätes, beispielsweise eine Waschmaschine oder ein Wäschetrockner.

Zum Herstellen der Anordnung erfolgt ein Bereitstellen des Isolationskörpers. Der Isolationskörper wird vorgeformt. Dies beinhaltet beispielsweise einen Formguss oder Spritzguss des Isolationsmaterials, bei dem mit Hilfe einer Maske ein Formkörper mit einer Aussparung geschaffen wird. Denkbar ist auch, dass in einem Rohling aus dem Isolationsmaterial mechanisch und/oder chemisch die Aussparung erzeugt wird. Das mechanische Erzeugen umfasst beispielsweise ein Bohren oder Fräsen. In der Aussparung des so geschaffenen Formkörpers wird das Bauteil angeordnet.

Zusammenfassend ergeben sich mit der Erfindung folgende Vorteile:

- Durch den Isolationskörper mit hochporösem, nicht brennbaren Isolationsmaterial gelingt eine effiziente elektrische und thermische Isolierung verschiedenster Bauteile.
- Da der Isolationskörper ein Formkörper ist, können brennbare und thermisch nicht stabile Bauteile thermisch und elektrisch voneinander isoliert werden.
- Insbesondere eignet sich der Isolationskörper zur thermischen und/oder elektrischen Isolierung eines elektrischen Bauteils und/oder eines Kunststoffbauteils. Durch die Isolierung der Bauteile voneinander ist die Wahrscheinlichkeit dafür gering, dass es zu einer Ausbreitung eines Brandes kommt.
- Durch den angegebenen Porositätsgrad zeichnet sich der Isolationskörper durch eine geringe Dichte aus. Ein Gesamtgewicht der Anordnung bestehend aus elektrischen Bauteilen und dem Isolationskörper ist relativ niedrig. Der Isolationskörper eignet sich insbesondere zum Einsatz in einem Hausgerät.
- Der Isolationskörper kann als Montagegrundlage für die in einem Gerät einzusetzenden elektrischen Bauteile fungieren. Kleinere elektrische Bauteile werden getrennt voneinander in passende Aussparungen am Isolationskörper versenkt und elektrische Leitungen in Rillen oder Bohrungen (Durchbohrungen) des Isolationskörpers geführt.
- Besonders vorteilhaft ist ein Isolationskörper aus mehreren Teilen. Dadurch ist eine vollständige Einkapselung der Bauteile auf einfache Weise möglich.

Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und der dazugehörigen Figuren wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Die Figuren sind schematisch und stellen keine maßstabsgetreuen Abbildungen dar.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung mit einem Isolationskörper und elektrischen Bauteilen im Querschnitt.
Fig. 2 zeigt eine weitere Anordnung mit einem Isolationskörper und elektrischen Bauteilen in Querschnitt.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer Anordnung aus elektrischen Bauteilen und Isolationskörper.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel besteht die Anordnung 1 aus einem Isolationskörper 2 in Form eines Formkörpers 5 und im Formkörper 5 enthaltenen elektrischen Bauteilen 3 ( Fig. 1). Der Formkörper 5 besteht aus mehreren Teilen. Der Formkörper 5 weist ein Isolationsmaterial 4 auf, das gegenüber Sauerstoff im Wesentlichen inert ist und das einen Porositätsgrad von 80 Vol.-% aufweist. Das Isolationsmaterial 4 des Formkörpers 5 ist eine Schaumkeramik. Der Formkörper 5 verfügt über Aussparungen 7, in denen die elektrischen Bauteile 3 angeordnet sind. Der Formkörper 5 stellt dabei eine Einkapselung 8 und eine Einbettung 9 der Bauteile 3 dar. Die elektrischen Bauteile 3 sind elektrische Zuleitungen und komplette elektrische Schaltungen.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung 1 ein Hausgerät 10 (Fig. 2). Das Hausgerät 10 weist über das Ausführungsbeispiel 1 hinaus ein Kunststoffgehäuse (Kunststoffbauteil) 11 auf. Der Formkörper 5 ist in einem Zwischenraum 12 zwischen Kunststoffgehäuse 11 und den elektrischen Bauteilen 3 angeordnet.
Zum Herstellen der Anordnungen 1 und 10 mit den elektrischen Bauteile 3 und dem Isolationskörper 2 wird zunächst ein Formkörper 5 bereitgestellt. Der Formkörper 5 wird mit Hilfe eines Formgusses der Ausgangsverbindung der Schaumkeramik hergestellt. Dabei werden mit Hilfe einer Maske die nötigen Aussparungen 7 für die elektrischen Bauteile 3 geschaffen. Nach dem Aushärten der Schaumkeramik und dem Entfernen der Masken ist der Formkörper 5 mit den Aussparungen 7 vorhanden. Im nächsten Schritt 13 werden die elektrischen Bauteile 3 und der Formkörper 5 aneinander angeordnet (Fig. 3). Die elektrischen Bauteile 3 werden in die Aussparungen 7 eingesetzt. Der Formkörper 5 fungiert als Trägerkörper 6 der elektrischen Bauteile 3.

Claims

1. Isolationskörper (2) zur elektrischen und/oder thermischen Isolierung mindestens eines Bauteils (3, 11), wobei der Isolationskörper (2)
mindestens ein Isolationsmaterial (4) ausweist, das
gegenüber Sauerstoff im Wesentlichen inert ist und das
einen Porositätsgrad aufweist, der aus dem Bereich von einschließlich 50 Vol.-% bis einschließlich 90 Vol.-% ausgewählt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Isolationskörper (2) ein Formkörper ist.

2. Isolationskörper nach Anspruch 1, wobei der Formkörper (2) ein Trägerkörper des Bauteils ist.

3. Isolationskörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Formkörper (2) eine Aussparung (7) aufweist zum Anordnen des Bauteils (3).

4. Isolationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Formkörper (3) mehrteilig ist.

5. Isolationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Formkörper (3) eine Einkapselung (8) des Bauteils (3) ist.

6. Isolationskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Isolationsmaterial (4) zumindest ein aus der Gruppe Schaumgips und/oder Schaumglas und/oder Schaumkalk und/oder Schaumkeramik und/oder Schamott ausgewählter Stoff ist.

7. Anordnung (1) mit
mindestens einem Bauteil (3, 11) und
mindestens einem Isolationskörper (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.

8. Anordnung nach Anspruch 7, wobei das Bauteil (3) ein elektrisches Bauteil ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, wobei das elektrische Bauteil (3) in einem Kunststoffbauteil (11) und der Isolationskörper (2) in einem Zwischenraum (13) zwischen dem Kunststoffbauteil (11) und dem elektrischen Bauteil (3) angeordnet ist.

10. Anordnung nach Anspruch 9, wobei der Zwischenraum (13) im Wesentlichen vollständig durch den Isolationskörper (2) ausgefüllt ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Anordnung (1) ein Hausgerät (10) ist.

12. Verfahren zum Herstellen einer Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit den Schritten:

a) Bereitstellen des Isolationskörpers (2) und

b) aneinander Anordnen des Bauteils (3) und des Isolationskörpers (2).