DE102014209007B4

DE102014209007B4 - Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für ein elektrisches Bauelement oder einen Bauelementabschnitt sowie Anordnung dazu

Info

Publication number: DE102014209007B4
Application number: DE102014209007.5A
Authority: DE
Inventors: Mathias Diekjakobs; Dirk Bartholmai; Rene Pletscher
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-05-13
Filing date: 2014-05-13
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2034-05-14
Also published as: DE102014209007A1

Abstract

Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement (7) oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen und/oder vor mechanischer Beschädigung, mit folgenden Schritten:a) Anordnung des zumindest einen elektrischen Bauelements (7) oder Bauelementabschnitts in einem eine Öffnung (8) aufweisenden Behälter (9), wobei besagte Öffnung (8) mittels eines Deckelelements (10) verschließbar ist,b) Bereitstellung eines Vergussmaterials (11),c) Auffüllen des Behälters (9) mit dem Vergussmaterial (11) derart, dass das zumindest eine elektrische Bauelement (7) oder der Bauelementabschnitt vom Vergussmaterial (11) umschlossen ist,d) Bereitstellung des Deckelelements (10), wobei dasselbe vergussmaterialseitig eine Beschichtung (12) aus einem Fasermaterial aufweist,e) Aufsetzen des Deckelements (10) samt Beschichtung (12) auf die Öffnung (8) des Behälters (9), und dabeif) Tränken des Fasermaterials mit Vergussmaterial (11), sowieg) Befestigung des Deckelelements (10) am Behälter (9), wobei im Hinblick auf den Schritt g) das Deckelelement (10) derart am Behälter (9) befestigt wird, dass das Deckelelement (10) unter Vermittlung der Beschichtung (12) aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial (11) ausübt, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter (9) und in der Beschichtung (12) aus Fasermaterial mit Vergussmaterial (11) vollständig aufgefüllt werden.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruch 1 der Erfindung ein Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen, und/oder vor mechanischer Beschädigung. Gemäß der Merkmalskombination des Patentanspruchs 7 der Erfindung betriff dieselbe ferner eine Anordnung zur Erstellung besagten Schutzes.
Aus der Praxis ist es seit geraumer Zeit bekannt, offene Metall-, insbesondere Kupferbereiche an elektrischen Bauelementen von insbesondere elektrischen Maschinen zum Schutz des Kupfers vor nachteiligen Umwelteinflüssen und chemischer Alterung sowie Korrosion zu vergießen. Hierzu finden die unterschiedlichsten Vergussmaterialien, insbesondere jedoch Gieß- respektive Kunstharze Verwendung, die ihrerseits im Wesentlichen aus einem Harz und einem Härter bestehen und durch Vernetzungsreaktion aushärten. Die besagte Vernetzungsreaktion kann beispielsweise durch Wärme oder ultraviolette Strahlung eingeleitet oder beschleunigt werden. Kommen im Hinblick auf bestimmte Temperaturanforderungen sehr spröde Gießharze, wie Epoxidharz und Polyurethane, zum Einsatz, kann es infolge von thermischer und/oder mechanischer Beanspruchung zu Rissbildungen im Gießharz kommen. Damit besteht die Gefahr des Vordringens von Feuchtigkeit zum besagten Bauelement oder Bauelementabschnitt.
Um diesem nachteiligen Umstand zu begegnen, wird mit der DE 10 2010 009 299 A1 vorgeschlagen, dass der elektrisch aktive Teil eines elektrischen Bauelements in ein Vergussmaterial eingeschlossen ist, welches eine Armierung aufweist. Diese Armierung soll thermische Zugspannungen aufnehmen und einem Reißen des Vergussmaterials entgegenwirken. Die Armierung kann dabei durch ungerichtet im Vergussmaterial liegende Kurzfasern oder durch gezielt ausgerichtete oder als Knäul in das Vergussmaterial eingelegte Langfasern gebildet sein.
Aus der DE 33 43 534 A1 ist ferner ein Verfahren zum Ausgießen von einseitig offenen Hohlräumen, vorzugsweise mit Bauteilen bestückten Hohlräumen von Gehäusen elektrischer Geräte derart bekannt, dass in den Hohlraum eine abgemessene Menge einer Ausgussmasse eingebracht wird, hiernach die Öffnung durch ein durchlässiges, saugfähiges Gewebe abgedeckt und mittels elastischer oder starrer Auflage abgedeckt und nach Aushärten der Ausgussmasse von der Oberfläche abgezogen wird. Die Ausgießmasse kann ein Polyurethanschaum oder ein Gießharz sein.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, bei Beibehaltung der Vorteile des Standes der Technik ein einfaches und kostengünstig auszuführendes Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen, und/oder vor mechanischer Beschädigung sowie eine Anordnung zur Erstellung eines derartigen Schutzes anzugeben.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch ein Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen, und/oder vor mechanischer Beschädigung, mit folgenden Schritten:

a) Anordnung des zumindest einen elektrischen Bauelements oder Bauelementabschnitts in einem eine Öffnung aufweisenden Behälter, wobei besagte Öffnung mittels eines Deckelelements verschließbar ist,
b) Bereitstellung eines Vergussmaterials,
c) Auffüllen des Behälters mit dem Vergussmaterial derart, dass das zumindest eine elektrische Bauelement oder der Bauelementabschnitt vom Vergussmaterial umschlossen ist,
d) Bereitstellung des Deckelelements, wobei dasselbe vergussmaterialseitig eine Beschichtung aus einem Fasermaterial aufweist,
e) Aufsetzen des Deckelements samt Beschichtung auf die Öffnung des Behälters, und dabei
f) Tränken des Fasermaterials mit Vergussmaterial, sowie
g) Befestigung des Deckelelements am Behälter, wobei im Hinblick auf den Schritt g) das Deckelelement derart am Behälter befestigt wird, dass das Deckelelement unter Vermittlung der Beschichtung aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial ausübt, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter und in der Beschichtung aus Fasermaterial mit Vergussmaterial vollständig aufgefüllt werden.

Durch diese Maßnahme ist vorteilhaft ein besonders wirkungsvoller Schutz für das zumindest eine elektrische Bauelement oder einen Bauelementabschnitt desselben erzielbar und die Erstellung des besagten Schutzes vereinfacht, da in einem Arbeitsschritt, d. h., mit dem Verschließen der Öffnung des Behälters gleichzeitig das Vergussmaterial mit Fasermaterial komplettiert wird und so eine Armierung des Vergussmaterials bewirkt wird, die sich vorteilhaft auf das thermischer und mechanische Verhalten des Vergussmaterials im Belastungsfall auswi rkt.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Danach ist im Hinblick auf die Schritte b) und c) vorgesehen, dass als Vergussmaterial ein aushärtbares Gießharz bereitgestellt und verwendet wird, welches sich einfach und kostengünstig an bestimmte Belastungsanforderungen anpassen sowie leicht verarbeiten lässt. Im Hinblick auf den Schritt d) ist des Weiteren vorgesehen, dass als Fasermaterial bewährte Kunstfasern, beispielsweise Glas- oder Kohlenstofffasern und/oder Naturfasern, vorzugsweise Pflanzenfasern verwendet werden. Wie die Erfindung weiter vorsieht, wird im Hinblick auf den Schritt d) als Beschichtung vorteilhafterweise wenigstens ein Mattenelement aus besagtem Fasermaterial verwendet. Das vorzugsweise vorgefertigte Mattenelement ist einfach zu handhaben und vorteilhaft am Deckelelement vorfixierbar. Des Weiteren ist vorteilhaft vorgesehen, dass sich an den Schritt g) ein Schritt h) anschließt, der ein Aushärten des Vergussmaterials vorsieht, welches vorzugsweise durch chemische Vernetzungsreaktion desselben, beispielsweise unter Wärmezufuhr oder mittels UV-Strahlung erfolgt.
Die Anordnung zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen, insbesondere Feuchtigkeit und chemischen Einflüssen, und/oder vor mechanischer Beschädigung, zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass das zumindest eine elektrische Bauelement oder der Bauelementabschnitt in einem eine Öffnung aufweisenden und mittels eines Deckelelements verschließbaren Behälter angeordnet ist, wobei der Behälter mit einem Vergussmaterial derart aufgefüllt ist, dass das zumindest eine elektrische Bauelement oder der Bauelementabschnitt vom Vergussmaterial umschlossen ist, wobei das Deckelelement vergussmaterialseitig eine Beschichtung aus einem Fasermaterial aufweist, welches infolge Aufsetzens des Deckelelements auf die Öffnung des Behälters mit Vergussmaterial getränkt ist, und wobei das Deckelelement derart am Behälter befestigt ist, dass das Deckelelement unter Vermittlung der Beschichtung aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial ausübt, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter und in der Beschichtung aus Fasermaterial mit Vergussmaterial vollständig aufgefüllt werden.
Vorteilhaft ist dabei die Beschichtung durch wenigstens ein Mattenelement aus besagtem Fasermaterial gebildet. Weiter vorteilhaft ist das Vergussmaterial bevorzugt durch ein aushärtbares Gießharz gebildet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Die einzige Figur (1) zeigt äußerst schematisch eine elektrische Maschine mit der erfindungsgemäßen Anordnung im Halbschnitt.
Die elektrische Maschine 1 besteht gemäß diesem Ausführungsbeispiel aus einem Stator 2 mit aufgesteckten Spulen 3 sowie aus einem in Lagerstellen 4 drehbar gelagerten Rotor 5. Die Spulen 3 sind elektrisch, insbesondere mittels Drähten 6 mit elektrischen Bauelementen 7 in Form von Schaltelementen kontaktiert. Die besagten Bauelemente 7 bzw. Schaltelemente weisen Bauelementabschnitte in Form von offenen Kupferbereichen zur Kontaktierung auf. Insbesondere diese sind vor nachteiligen Umwelteinflüssen zu schützen, da Kupfer beispielsweise zu chemischen Reaktionen und zu nachteiliger Kupfersulfidbildung bei Kontakt mit z.B. Getriebeöl neigt.
Um diesem vorbeschriebenen nachteiligen Umstand zu begegnen, sind zunächst die besagten elektrischen Bauelemente 7 bzw. Schaltelemente in einem eine Öffnung 8 aufweisenden wannenförmigen Behälter 9 angeordnet, der seinerseits Bestandteil des Stators 2 ist bzw. mit demselben starr verbunden ist. Die Öffnung 8 des Behälters 9 ist mittels eines Deckelelements 10 verschließbar.
Der wannenförmige Behälter 9 fungiert als sogenannte Vergussaufnahme. Insoweit ist/wird der Behälter 9 mit einem Vergussmaterial 11 aufgefüllt und zwar derart, dass die elektrischen Bauelemente 7 vom Vergussmaterial 11 umschlossen sind. Als Vergussmaterial 11 findet vorzugsweise ein aushärtbares Gießharz Verwendung. Die offenen Kupferbereiche sind somit vom Gießharz umschlossen. Als Gießharz kommt bevorzugt ein Epoxidharz oder ein Polyurethan zum Einsatz.
Das Deckelelement 10, welches bevorzugt aus einem Kunststoff besteht, weist vergussmaterialseitig eine Beschichtung 12 aus einem Fasermaterial auf. Das Fasermaterial kann durch Kunstfasern, wie Glas- oder Kohlenstofffasern, und/oder durch Naturfasern, insbesondere Pflanzenfasern, gebildet sein. Weiter bevorzugt ist die Beschichtung 12 durch wenigstens ein vorgefertigtes Mattenelement aus besagtem Fasermaterial gebildet. Das Mattenelement ist vorzugsweise am Deckelelement 10 vorfixiert, wozu Mittel kraft-, form- und/oder stoffschlüssiger Art Verwendung finden. So können besagte Mittel zur Vorfixierung beispielsweise durch einstückig mit dem Deckelelement 10 ausgebildete Hakenelemente gebildet sein, die sich mit dem Mattenelement verhaken (nicht zeichnerisch dargestellt).
Wird das Deckelelement 10 samt der besagten Beschichtung 12 aus Fasermaterial in Form des wenigstens einen Mattenelementes in Pfeilrichtung zur Öffnung 8 des Behälters 9 hingeführt und an demselben befestigt, wird zum einen das Fasermaterial mit Vergussmaterial 11 getränkt und übt zum anderen das Deckelement 10 unter Vermittlung der Beschichtung 12 aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial 11 aus, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter 9 und in der Beschichtung 12 aus Fasermaterial mit Vergussmaterial 11 vollständig aufgefüllt werden. Die Befestigung des Deckelelements 10 am Behälter 9 kann dabei kraft-, form- und/oder stoffschlüssiger Art sein, beispielsweise durch Verschraubung, Verrastung und/oder Klebung realisiert sein (nicht zeichnerisch dargestellt).
Im Anschluss daran härtet das Vergussmaterial 11 respektive das Gießharz durch chemische Vernetzungsreaktion aus, welches aus mehreren Komponenten, insbesondere aus einem Harzbestandteil und einem Härter besteht. Das Aushärten kann z.B. mittels Wärme eingeleitet oder beschleunigt werden.
Bezugszeichenliste

1: elektrische Maschine
2: Stator
3: Spule
4: Lagerstelle
5: Rotor
6: Draht
7: elektrisches Bauelement
8: Öffnung
9: Behälter
10: Deckelelement
11: Vergussmaterial
12: Beschichtung

Claims

Verfahren zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement (7) oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen und/oder vor mechanischer Beschädigung, mit folgenden Schritten: a) Anordnung des zumindest einen elektrischen Bauelements (7) oder Bauelementabschnitts in einem eine Öffnung (8) aufweisenden Behälter (9), wobei besagte Öffnung (8) mittels eines Deckelelements (10) verschließbar ist, b) Bereitstellung eines Vergussmaterials (11), c) Auffüllen des Behälters (9) mit dem Vergussmaterial (11) derart, dass das zumindest eine elektrische Bauelement (7) oder der Bauelementabschnitt vom Vergussmaterial (11) umschlossen ist, d) Bereitstellung des Deckelelements (10), wobei dasselbe vergussmaterialseitig eine Beschichtung (12) aus einem Fasermaterial aufweist, e) Aufsetzen des Deckelements (10) samt Beschichtung (12) auf die Öffnung (8) des Behälters (9), und dabei f) Tränken des Fasermaterials mit Vergussmaterial (11), sowie g) Befestigung des Deckelelements (10) am Behälter (9), wobei im Hinblick auf den Schritt g) das Deckelelement (10) derart am Behälter (9) befestigt wird, dass das Deckelelement (10) unter Vermittlung der Beschichtung (12) aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial (11) ausübt, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter (9) und in der Beschichtung (12) aus Fasermaterial mit Vergussmaterial (11) vollständig aufgefüllt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf die Schritte b) und c) als Vergussmaterial (11) ein aushärtbares Gießharz bereitgestellt und verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Schritt d) als Fasermaterial Kunst- und/oder Naturfasern verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Hinblick auf den Schritt d) als Beschichtung (12) wenigstens ein Mattenelement aus besagtem Fasermaterial verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Schritt g) ein Schritt h) anschließt, der ein Aushärten des Vergussmaterials (11) vorsieht.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten des Vergussmaterials (11) durch chemische Vernetzungsreaktion desselben erfolgt.
Anordnung zur Erstellung eines Schutzes für zumindest ein elektrisches Bauelement (7) oder einen Bauelementabschnitt desselben vor nachteiligen Umwelteinflüssen und/oder vor mechanischer Beschädigung, wobei das zumindest eine elektrische Bauelement (7) oder der Bauelementabschnitt in einem eine Öffnung (8) aufweisenden und mittels eines Deckelelements (10) verschließbaren Behälter (9) angeordnet ist, wobei der Behälters (9) mit einem Vergussmaterial (11) derart aufgefüllt ist, dass das zumindest eine elektrische Bauelement (7) oder der Bauelementabschnitt vom Vergussmaterial (11) umschlossen ist, wobei das Deckelelement (10) vergussmaterialseitig eine Beschichtung (12) aus einem Fasermaterial aufweist, welches mit Vergussmaterial (11) getränkt ist, und wobei das Deckelelement (10) derart am Behälter (9) befestigt ist, dass das Deckelelement (10) unter Vermittlung der Beschichtung (12) aus Fasermaterial einen Verdrängungsdruck auf das Vergussmaterial (11) ausübt, wodurch bewirkt wird, dass etwaige noch zu verzeichnende Hohlräume im Behälter (9) und in der Beschichtung (12) aus Fasermaterial mit Vergussmaterial (11) vollständig aufgefüllt werden.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (12) durch wenigstens ein Mattenelement aus besagtem Fasermaterial gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergussmaterial (11) durch ein aushärtbares Gießharz gebildet ist.