DE1100114B - Verfahren zum Verschliessen elektrischer Bauelemente, die teilweise oder vollstaendig mit Kunst-stoff umgeben sind - Google Patents

Description

• Verfahren zum Verschließen elektrischer Bauelemente, die teilweise oder vollständig mit Kunststoff umgeben sind Die Erfindung bezieht sich vornehmlich auf elektrische Bauelemente, die mindestens stellenweise mit Kunststoff umhüllt sind, aber auch auf solche Bauelemente, die in ein Becher- oder röhrchenförmiges Gehäuse aus Metall oder Isolierstoff eingebaut und mit Kunststoffen verschlossen sind. Es ist bekannt, elektrische Bauelemente mit heißen Thermoplasten, härtbaren Kunststoffen, beispielsweise auf Phenolharzbasis, oder polymerisierbaren Massen, z. B. den sogenannten Gießharzen auf Polyester- oder Äthoxylinharzbasis zu umspritzen, umpressen, umgießen oder die Bauelemente in diese Massen einzugießen. Trotz aller technologischen, mechanischen und elektrischen Vorzüge, die diese Massen auszeichnen und für die Umhüllung insbesondere elektrischer Kleinbauteile geeignet machen, mußte bald festgestellt werden, daß es nicht ohne weiteres gelingt, das Bauelement absolut dicht zu verschließen. Insbesondere treten im Bereich der Stromanschlußelemente Undichtigkeiten auf. Ein mit einem zunächst heißen Thermoplast umspritztes Bauelement zeigt z. B. nach dem Erkalten längs der Anschlußelemente Kanäle, die vorn atmosphärischen Außenraum bis zum aktiven Bauelement reichen. Zwischen Anschlußelement und Umhüllungssubstanz sind ferner, wie mikroskopische Untersuchungen zeigen, Luft-, Imprägnierreste und sonstige Fremdbestandteile eingeschlossen. Werden die Anschlußelemente mechanisch beansprucht, beispielsweise beim Einlöten bewegt, so werden diese Kanäle noch kraterförmig erweitert. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei Vergußrnassen auf Bitumenbasis. Auch diese Massen zeigen keinerlei Affinität bezüglich der mechanischen Anschlußelemente. Bei mechanischen Beanspruchungen der Anschlußelemente treten zudem Sprünge und Risse auf. Die gleichen Mängel treten auch bei den sogenannten Gießharzumhüllungen sowie bei den Umhüllungen auf der Basis härtbarer Harze, z. B der Phenolgruppe, auf. Da diese Umhüllungsmassen im ausgehärteten Zustand eine beachtliche Härte besitzen, neigen sie nämlich infolge ihrer Sprödigkeit ebenfalls zu Rißbildungen, sobald die Anschlußelemente mechanich beansprucht werden. Sehr nachteilig wirken sich diese Umhüllungen auch insofern aus, als die Anschlußelemente hierbei sehr leicht abbrechen, da diese gewissermaßen an einem einzigen Punkt starr eingespannt sind. Es sind in der Vergangenheit zahlreiche Vorschläge unterbreitet worden, die sich mit diesen Schwierigkeiten auseinandersetzen und Abhilfe zu schaffen versuchen. Es ist beispielsweise bekannt, die Anschlußelemente im Bereich der Vergußmasse aufzurauhen. Weiterhin ist es bekannt, die Anschlußelemente im Bereich der Vergußmasse mittels besonderer Versteifungen, beispielsweise angelöteter und gegebenenfalls noch künstlich aufgerauhter Metallscheiben auszurüsten. Auch ist es bekannt, die Anschlußdrähte an den Austrittsstellen mit starren Metallarmaturen, beispielsweise mittels besonderer Haltebuchsen auszurüsten und diese Buchsen teilweise über die Umhüllungsmasse hinausstehen zu lassen. Diese Maßnahmen konnten in der Praxis keinen nennenswerten Eingang finden, da sie das Bauelement nicht unwesentlich verteuern. Andere Isolierstoffe wiederum zeichnen sich durch eine verhältnismäßig gute Haftfähigkeit an Metall aus, z. B. Schellack. Schellack ist jedoch nicht feuchtigkeitsdicht. Es ist bekannt, daher das Bauelement zunächst mit einer Schellackschicht und anschließend mit einer Kunstharzschicht zu überziehen. Abgesehen davon, daß hier zwei Umhüllungsvorgänge erforderlich waren, konnten die eingangs erwähnten Mängel nicht beseitigt werden. Es hat sich daher auch dieser Vorschlag in die Praxis nicht einführen können. Der bisherige Stand der Technik läßt sich demnach dahingehend zusammenfassen, daß hochwertige Bauelemente für scharfe Betriebsbedingungen trotz aller Fortschritte auf dem Gebiete der Kunststoffe in metallische Gehäuse einzubauen sind oder daß in den Umhüllungen zumindest metallische Sperrzonen vorzusehen sind, da bisher keine Isolierstoffe bekanntgeworden sind, die gegenüber äußeren Atmosphärilien in gleich gutem Maße undurchlässig sind wie die Metalle. Bei in metallischen Gehäusen eingebauten Bauelementen sind jedoch noch besondere Maßnahmen, insbesondere an den Durchführungsstellen, erforderlich. Es ist ferner bekanntgeworden, bei mittels Isolierstoff feuchtigkeitsdicht abgeschlossenen elektrischen Bauelementen an Stelle von diese Umhüllung durchdringenden Stromzuführungen in Form von z. B. Dräh= ten die Umhüllungssubstanz an den gewünschten Stellen mit lötbarem metallischem Pulver zu versetzen, welches die elektrische Verbindung durch die Isolationshülle hindurch zwischen den Anschlußstellen des Bauelementes und den äußeren Stromzuführungen übernimmt. Dieses Verfahren bezieht sich jedoch nicht auf das dichte Verschließen von elektrischen Bauelementen an den Stellen, an denen Stromzuführungen zum Bauelemnt z. B. in Form von Drähten durch die Isolierhülle gelegt sind.
• Die vorliegende Erfindung setzt sich zur Aufgabe, die technisch hochwertigen Eigenschaften einer Metallumhüllung mit den wirtschaftlichen Kunststoffumhüllungen bzw. Kunststoffabdichtungen zu kombinieren. Sie eröffnet einen neuen Weg, metallische Teile, z. B. ein metallisches oder ein gegebenenfalls nur örtlich metallisiertes Gehäuse einerseits und insbesondere in Kunststoff eingebettete bzw. durch Vergußzonen herausgeführte Stromanschlüsse mit isolierenden Kunststoffen andererseits absolut dicht und sehr zugfest miteinander zu verbinden.
• Versuche haben ergeben, daß sich gewisse Kunststoffe nach geeigneter Präparierung und Behandlung entgegen aller bisherigen Erfahrung ebenso gut löten lassen wie z. B. Kupferblech. Bei einem Verfahren zum Verschließen elektrischer Bauelemente, die, gegebenenfalls in röhren- oder becherförmige Gehäuse eingeführt, teilweise oder vollständig mit Kunststoffen, z. B. auf der Basis der Thermoplaste oder der Gieß- oder Niederdruckpreßharze, umgeben sind, wird demnach erfindungsgemäß die flüssige, zähflüssige, teigförmige oder erneut weich gemachte, jedenfalls noch nicht endgültig erhärtete Kunststoffmasse an den kritischen Stellen, nämlich im Bereich der Stromdurchführungen und gegebenenfalls auch im Grenzbereich zwischen Kunststoff und einem an den Stirnseiten lötfähigen oder lötfähig gemachten, für das elektrische Bauelement bestimmten Gehäuse, mit einem gut lötbaren Metallpulver, insbesondere Kupfer, entsprechend einem zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannten Verfahren eingestäubt und die kritischen Stellen nach dem Erhärten des so bestäubten Kunststoffes verlötet.
• Die Metallisierung der Kunststoffsubstanz kann gegebenenfalls unter Druckeinwirkung erfolgen. Weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand ,der Zeichnung am Beispiel eines Wickelkondensators näher erläutert.
• Der Kondensatorwickel 1 mit den stirnseitig herausragenden Stromanschlüssen 2 und 3 ist im rohrförmigen Gehäuse 4 untergebracht. Das Gehäuse kann z. B. aus Metall oder aus Isolierstoff mit lötfähigen Metallisierungen an den Stirnenden bestehen. Die stirnseitigen Vergußzonen können in an sich bekannter Weise mit einem Kunststoff, z. B. einem Thermoplast, verspritzt oder mit einer isolierenden Vergußmasse, z. B. auf der Basis der Äthoxylin- oder Polyesterharze, vergossen sein. Die sich ausbildenden Vergußkörper sind mit 5 und 6 bezeichnet. Die Stirnflächen 7 und 8 der sich noch im flüssigen, zähflüssigen oder teigförmigen, etwa anpolymerisierten, jedenfalls noch nicht erhärteten Zustand befindlichen Vergußmassen werden mit einem gut lötbaren Metallpulver, insbesondere Kupfer, eingefärbt oder eingestäubt derart, daß sich inbestimmten Flächenbereichen eine lückenlose Metallisierungsschicht ausbildet. Diese Metallisierungsschicht ist ebenso gut lötbar wie beispielsweise ein Kupferblech. Die Metallisierungen sind mit 9, 10, 11 und 12 angedeutet. Die Stirnflächen 7 bzw. 8 können dabei insgesamt lükkenlos metallisiert werden. Falls erforderlich, z. B. für den Fäll, däß das Gehäuse 4 aus Metall besteht, können die Metallisierungen durch örtliches Entfernen in voneinander isolierte Zonen 9 und 11 bzw. 10 und 12 so aufgeteilt werden, wie es bereits zeichnerisch dargestellt ist. Diese Metallisierungen stellen bezüglich der äußeren Atmosphärilien sehr dichte Sperrzonen dar. Die Abdichtung wird ganz entscheidend durch Verlöten der Metallisierungen mit den Stromdurchführungen 2 bzw. 3 an den Stellen 13 und 14 und gegebenenfalls durch weiteres Verlöten mit dem metallischen oder metallisierten Gehäuserand an den Stellen. 15 und 16 verbessert. Mit fortschreitender Erhärtung des Kunststoffs bildet sich zwischen. Kunststoff und Metallisierung eine Verbindung zunehmender Festigkeit aus. Die Festigkeit ist im erhärteten Zustand so groß, daß es unmöglich ist, die Metallisierung von der Kunststoffsubstanz abzuziehen oder abzuschälen. Dementsprechend wird auch die Lötverbindung zwischen den Stromanschlüssen bzw. dem Gehäuse und dem metallisierten Kunststoff äußerst fest und absolut dicht. Die früher so nachteilige Ausbildung von Lockkanälen in der Grenzschicht zwischen Kunststoffverschlußkörper und Gehäuse insbesondere längs der Stromdurchführungen ist nunmehr mit Sicherheit ausgeschaltet. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, daß der Kunststoff bei Zug- oder Druckeinwirkung der Stirnanschlüsse nicht mehr nennenswert beansprucht wird und daß die Biegeradien der Stromanschlüsse vergrößert sind. Die Festigkeit und Dichtigkeit zwischen metallisiertem Kunststoff und den verlöteten Metallteilen geht selbst dann nicht verloren, wenn die Verbindungsstellen kurzzeitig erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, z. B. bei Lötarbeiten.
• Mit besonderem Vorteil läßt sich die vorliegende Erfindung auf Wickelkondensatoren mit Kunstfoliendielektrikum, z. B. auf der Basis von Polystyrol, insbesondere gerecktem Polystyrol, Polyäthylen oder auf der Basis von Polyäthylen-Terephthalat, übertragen. Polystyrol-Kondensatoren werden bekanntlich in der Weise hergestellt, daß die dielektrischen Folien unter Verwendung metallischer Bänder oder metallisierter Folien zu einem Wickel aufgerollt und diese Wickel anschließend einer thermischen Stabilitätsbehandlung unterworfen werden, bei der sich gleichzeitig die stirnseitigen Partien der dielektrischen Bänder zusammenziehen. Es entsteht dadurch ein gewisser stirnseitiger Abschluß. Ein absolut dichter Abschluß, insbesondere längs der stirnseitig herausgeführten Stromdurchführungen, läßt sich jedoch auf diese Weise nicht erzielen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden daher die stirnseitigen Partien vor oder nach der Wärmebehandlung kurzzeitig zum Erweichen gebracht, beispielsweise durch lokale Wärmebehandlung, chemische Behandlung oder Auftragen eines zunächst flüssigen oder zähflüssigen, zweckmäßigerweise selbsttätig erhärtenden Kunststofftropfens, nach den oben angegebenen Verfahrensschritten metallisiert und schließlich mit den Stromdurchführungen dicht verlötet. Die Metallisierungen können entweder auf den unmittelbaren Bereich der Stromdurchführungen beschränkt oder auf die gesamte Stirnfläche ausgedehnt werden. Falls die Decklagen vollständig oder zum Teil metallische Sperrzonen enthalten, können diese gleichfalls mit den stirnseitigen-Metallisierungen dicht verlötet werden, wobei natürlich noch Maßnahmen für eine geeignete Isolierung der beiden stirnseitigen Metallisierungen voneinander zu treffen sind, beispielsweise Anordnung und sinnvolle Zuordnung zweier voneinander isolierter metallischer Sperrschichten in der Ummantelung. Der Einbau in besondere Gehäuse, wie es bisher für hochwertige Kunstfolienkondensatoren vielfach erforderlich war, kann nunmehr in Fortfall kommen. In analoger Weise wird bei Kunstfolienkondensatoren mit einem anderen dielektrischen Material verfahren.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Verschließen elektrischer Bauelemente, die, gegebenenfalls in röhren- oder becherförmige Gehäuse eingeführt, teilweise oder vollständig mit Kunststoffen, z. B. auf der Basis der Thermoplaste oder der Gieß- oder Niederdruckpreßharze, umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssige, zähflüssige, teigförmige oder erneut weich gemachte, jedenfalls noch nicht endgültig erhärtete Kunststoffmasse an den kritischen Stellen, nämlich im Bereich der Stromdurchführungen und gegebenenfalls auch im Grenzbereich zwischen Kunststoff und einem an den Stirnseiten lötfähigen oder lötfähig gemachten, für das elektrische Bauelement bestimmten Gehäuse, mit einem gut lötbaren Metallpulver, insbesondere Kupfer, entsprechend einem zur Herstellung gedruckter Schaltungen bekannten Verfahren eingestäubt, und die kritischen Stellen nach dem Erhärten des so bestäubten Kunststoffes damit verlötet werden.
2. 2. Verfahren zum Verschließen elektrischer Bauelemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstäubung unter Druckanwendung erfolgt.
3. 3. Verfahren zum Verschließen elektrischer Bauelemente nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen der Kunststoffverschlüsse vor deren Erhärtung vollständig und lückenlos metallisiert und diese Metallisierungen mit den Stromanschlüssen. einerseits und/oder mit dem Gehäuse andererseits dicht verlötet werden, dergestalt, daß die stirnseitigen Metallisierungen durch teilweise Entfernung des Metallbelages gleichzeitig in voneinander elektrisch isolierte Zonen, insbesondere in jeweils eine der Stromdurchführung unmittelbar benachbarte Zone und in eine dem Gehäuserand unmittelbar benachbarte Zone aufgeteilt werden.
4. 4. Verfahren zum stirnseitigen Abdichten elektrischer Wickelkondensatoren mit Kunststoffolien als Dielektrikum, deren Mantelumhüllung durch mehrere Decklagen der Isolierfolie und gegebenenfalls weitere, in diese Decklagen eingewickelte Metall- oder Metallisierungsschichten oder auch durch ein röhrchenförmiges Gehäuse gebildet ist, nach Anspruch 1 und den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die stirnseitigen Dielektrikumspartien des Kondensatorwickels entweder durch chemische Behandlung oder lokale Wärmebehandlung oder durch Auftragen eines flüssigen oder zähflüssigen Kunststofftropfens vorübergehend zum Erweichen gebracht, die erweichten Stirnflächen mit einem lötbaren Metallpulver, gegebenenfalls unter Druckeinwirkung, eingestäubt und die Metallisierungen mit den stirnseitig herausragenden Stromzuführungen dicht verlötet werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 549 191, 735 682, 736 133, 836 208; deutsche Auslegeschrift S 32602 VIII c/ 21g (bekanntgemacht am 20. 9. 1956) ; Zeitschrift »Elektronische Rundschau«, 1955, Heft 11, S. 390.