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Verfahren zur Isolierung eines elektrischen Bauteiles Vielfach ist
es erwünscht, elektrische Bauteile durch vollständiges Einschließen in eine isolierende
Umhüllung zu schützen. So ist es bereits vorgeschlagen worden, hierfür Metallbehälter,
die mit einer isolierenden Einbettungsmasse gefüllt sind, zu verwenden. Neben dem
großen Umfang von solchen Behältern ist auch noch die Benutzung von Durchführungen
und anderen Einrichtungen erforderlich. Dadurch werden nicht nur die Kosten für
die Bauteile sehr erhöht, sondern auch ihr Gewicht.
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Schon lange sucht die Elektroindustrie eine Methode, um elektrische
Teile vollständig mit einem relativ dünnen, die Formen abrundenden isolierenden
Überzug abdichten und einkapseln zu können und das Bauteil imprägnieren zu können.
Solch eine gleichzeitig einkapselnde und imprägnierende Masse muß ferner auch relativ
lange und bei relativ hohen Temperaturen, nämlich bei 200 bis 250°C, zufriedenstellend
arbeiten.
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Hierfür sind bereits verschiedene Polyesterharze vorgeschlagen worden.
Diese Harze zersetzen sich aber bei diesen hohen Temperaturen unter Bildung von
Rissen und Spalten, und beim Einsatz bilden sich Zwischenräume und Risse, in welche
Feuchtigkeit eindringen kann, wodurch die isolierende Wirkung verringert oder zerstört
wird.
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Es ist bekannt, elektrische Bauteile in eine Kunststoffhülle einzukapseln
unter Freilassung einer Öffnung, durch welche nach Erhärten der Hülle das Bauelement
mit einer dünnflüssigen Harzverbindung imprägniert und anschließend die genannte
Öffnung geschlossen wird. Die erhaltene Harzschicht ist den Konturen des Bauteiles
dicht angepaßt.
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Demgegenüber entsteht ein einheitliches, abgerundetes Bauteil mit
einer gleichmäßigen Oberfläche, bei dem die Isolation auch in dicken Schichten noch
frei von Rissen und Sprüngen ist, sowie die guten mechanischen und elektrischen
Eigenschaften selbst bei hohen Temperaturen erhalten bleiben, durch ein Verfahren
zur Isolierung durch Umhüllen mit einem Isolierstoff unter Freilassen einer Öffnung
und Imprägnieren des Bauteiles durch diese Öffnung unter Vakuum mit einem dünnflüssigen
Imprägniermittel auf der Basis eines polymerisierbaren Kunststoffes und anschließendem
Auspolymerisieren. Dieses Verfahren wird gemäß der Erfindung so durchgeführt, daß
man vor dem Umhüllen die Öffnungen und Hohlräume an dem Bauteil, die größer als
etwa 3 mm sind, schließt bzw. füllt und die Ecken abrundet, und zwar mit einer pastenartigen
Masse eines hitzehärtbaren Organopolysiloxans, das durch Erhitzen in einen porösen
Festkörper umgewandelt wird, daß man die freiliegenden metallischen Außenteile,
vornehmlich Kupferteile, in bekannter Weise mit einem einen Titansäureester enthaltenden
Grundlack überzieht, daß für die Umhüllung des Bauteiles ein an sich bekanntes,
viskoses flüssiges Organopolysiloxan, das in bekannter Weise unter Zugabe eines
Säureperoxydkatalysators zu einem relativ dicken elastomeren Überzug auspolymerisiert
wird, verwendet und daß man zum Imprägnieren sowohl der noch freien Zwischenräume
im Inneren des elektrischen Bauteiles als auch der porösen Füllung der bereits ausgefüllten
Öffnungen und Hohlräume eine flüssige, an sich bekannte hitzehärtbare Organopolysiloxanlösung
verwendet.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Aufriß eines Transformators, Fig. 2 einen Aufriß des behandelten Transformators
von Fig. 1 im ersten Behandlungsstadium, Fig. 3 einen Aufriß des behandelten Transformators
von Fig. 2 mit dem einkapselnden Überzug und Fig. 4 einen Aufriß eines vollständig
eingekapselten und imprägnierten Transformators.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Transformator 5 dargestellt. Dieser
enthält eine Konsole 10 auf der Basis 12, Beine 14 und Füße
16. Diese sind gewöhnlich mit Stutzen versehen für die Montageschrauben
oder
andere Armaturen. Auf der Basis 12 der gebogenen Klammer 10 sind die Magnetkerne
20 und 22 befestigt, wobei jeder aus einem gewundenen Streifen eines
magnetischen Materials hergestellt ist.
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Die Kerne können nach allgemein bekannten Verfahren, beschrieben z.
B. in der USA.-Patentschrift 2 318 095, hergestellt sein. Der Kern 20 ist
mit einem rechteckigen Fenster 24 und der Kern 22 mit einem solchen,
26, versehen, und durch beide Fenster 24 und 26 ist eine Spule
gelegt, die die beiden Kerne miteinander verbindet. Die Spule 28 kann zwei oder
mehr getrennte Windungen enthalten. Die Leitungen 30 und 32 erweitern die Spule
28 nach außen. Es ist selbstverständlich, daß in der Praxis dort eine beträchtliche
Anzahl von Anzapfungen sein kann, z. B. vier, sechs oder auch mehr, die alle von
der Spule 28 ausgehen.
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Im zusammengesetzten Transformator 5 sind zahlreiche Zwischenräume
und Hohlräume vorhanden. Diese variieren beträchtlich von Transformator zu Transformator
und sind durch die Unterschiede der einzelnen Bauteile bedingt. Zum Beispiel besteht
ein dreieckiger Zwischenraum 34 zwischen den Kernen 20
und
22 und der Basis 12. Keilförmige Zwischenräume 36 und 37 sind an den
äußeren Ecken der Basis 12 und an den gewickelten Magnetkernen 20 und 22 jeweils
vorhanden. An der oberen Verbindungslinie von zwei Kernen ist eine Senkung 38 vorhanden.
Dort ist auch ein Zwischenraum (nicht gezeichnet) in das Innere der Spule 28 geführt.
Die Leitungen 30 und 32 sind relativ dünn, flexibel und trägerlos. Um der in Benutzung
befindlichen Apparatur eine hinreichende Lebensdauer und zufriedenstellende elektrische
Eigenschaften zu sichern, ist es wünschenswert, den Transformator vollständig einzukapseln
in eine glatte, abgerundete Form, die frei von scharfen Ecken und Vertiefungen ist,
und die Leitungen 30 und 32 zu schützen.
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Im Transformator 5 von Fig. 1 werden vor dem Umhüllen die Öffnungen
und Hohlräume, die größer als etwa 3 mm sind, vollständig gefüllt. Kleinere Öffnungen
an der Oberfläche sind erlaubt. Scharfe Ecken oder Vorsprünge werden abgerundet.
Für das Füllen und Abrunden wird erfindungsgemäß die pastenartige Masse eines hitzehärtbaren
Organopolysiloxans verwendet. Diese ist bereits verwendet worden, um im Transformator
5 alle Öffnungen zu füllen, die Ecken abzurunden und die Leitungen oder andere vorspringenden
Teile des elektrischen Bauteiles zu halten.
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Diese pastenartige Masse erhält man aus 5 Volumteilen eines faserigen
Isoliermaterials, 10 bis 20 Volumteilen eines feinverteilten anorganischen Festkörpers,
10 bis 40 Volumteilen eines hitzehärtbaren Organopolysiloxans und einer genügenden
Menge eines flüchtigen Lösungsmittels. Von dem Lösungsmittel wird so viel zugegeben,
daß die Masse von der Hand verarbeitet und verformt werden kann, ohne zu gleiten
oder abzufließen. Hierfür sind meist 10 bis 30 Volumteile eines flüssigen organischen
Lösungsmittels, z. B. Toluol, hinreichend. Geeignete faserige Isoliermaterialien
sind z. B. zerkleinerte Asbestfasern oder zerhackte Glasfasern oder deren Gemische.
Geeignete feinverteilte anorganische Festkörper sind z. B. Diatomeenerde oder gepulverte
Kieselerde. Zahlreiche Organopolysiloxane können als Binder verwendet werden, so
z. B. Organopolysiloxane, die im Molekül pro Siliciumatom 1,25 bis 2,25 Kohlenwasserstoffgruppen
enthalten, und zwar gewöhnlich Methyl-und Phenylgruppen. Beispiele solcher geeigneter
hitzehärtbarer Organopolysiloxane sind (1) ein Polymeres, enthaltend 35 Molprozent
Methylphenylsiloxygruppen, 25 Molprozent Monomethylsiloxygruppen, 20 Molprozent
Monophenylsiloxygruppen, 15 Molprozent Dimethylsiloxygruppen und 5 Molprozent Diphenylsiloxygruppen,
(2) ein Methylpolysiloxan mit 1,7 Methylgruppen pro Siliciumatom und (3) ein Phenylmethylpolysiloxan
mit 1,8 Kohlenwasserstoffgruppen pro Siliciumatom und 2 Methylgruppen auf eine Phenylgruppe.
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Das hitzehärtbare Organopolysiloxan wird nach Entfernen des Lösungsmittels
- z. B. durch Erwärmen - durch Erhitzen in einen porösen Festkörper umgewandelt.
Er kann bearbeitet werden, ohne abzubrechen oder abzubröckeln. In einigen Fällen
kann die pastenartige Masse an der Luft getrocknet werden, wobei das flüchtige organische
Lösungsmittel entweicht und das Harz erhärtet. Die Masse muß im gehärteten Zustand
genügend porös sein, um sie mit einer flüssigen harzartigen Masse imprägnieren zu
können.
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Durch die Verwendung der pastenartigen Masse erhalten die fertigen
elektrischen Bauteile eine äußerlich gleichmäßige Erscheinung.
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Wie die Fig. 2 der Zeichnung zeigt, werden bei dem Transformator 5
vor dem Umhüllen der Zwischenraum 34 zwischen der Basis 12 und den
Kernen 20 und 22 erfindungsgemäß gefüllt und alle Ecken abgerundet
mit einer pastenartigen Masse eines hitzehärtbaien Organopolysiloxans, das durch
Erhitzen in einen porösen Festkörper umgewandelt wird, desgleichen ein Pfropfen
42 an jeder der äußeren Ecken zwischen der Basis 12 und den Kernen
20 und 22 und ein Pfropfen 44 an dem oberen Teil, um den V-förmigen
Zwischenraum zwischen den Kernen 20 und 22 zu füllen. Ein Stützkörper
46 der pastenartigen Masse wird verwendet, um jede der Leitungen
30 und 32 zu halten und zu befestigen. Andere Teile, die Hohlräume
enthalten, werden ebenfalls mit einer pastenartigen Masse eines hitzehärtbaren Organopolysiloxans
gefüllt oder abgerundet, um die Ecken des Transformators abzurunden und ihm eine
relativ glatte, gleichmäßige Oberfläche zu verleihen.
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Da die Beine und Füße für eine starre Montage des Transformators
5 auf einer Platte oder einem anderen Teil zu sorgen haben, ist es im allgemeinen
erwünscht, daß dieselben nicht mit merklichen Harzschichten bedeckt sind.
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Deshalb wird eine Abdeckmasse 48, welche vom Metall leicht
abstreifbar ist und welche durch die relativ hohe Verarbeitungstemperatur des Siloxans
nicht nachteilig beeinflußt wird, hierfür angewandt, um eine Verklebung mit nachfolgend
angewandtem Harz zu vermeiden. Als Abdeckmasse wird erfolgreich eine 15gewichtsprozentige
Lösung von Celluloseacetat in Aceton, welche in der Lösung 5 Gewichtsprozent eines
Weichmachers, z. B. Dimethylphthalat oder -propionat, enthält, angewandt. Jedoch
können hiervon, wie bekannt ist, auch Gemische von Äthylcellulose und Mineralöl
oder anderen abstreifbaren harzartigen Zusammensetzungen verwendet werden. Um auf
dem Metall eine Haftung von später angewandtem Harz zu verhüten, kann ein dünner
Film von Polytetrafluoräthylen oder ein Überzug von flüssigem Dimethylsilicon verwendet
werden. An der Oberseite des Transformators, dort, wo beide Kanäle zu dem innersten
Teil des Transformators führen und
sich zur äußeren Oberfläche hin
öffnen, verwendet man Stopfen 52, bestehend aus einem geeigneten Elastomeren oder
einem Harz, der festgehalten wird durch einen Pfropfen 50. Der Stopfen 52 kann beispielsweise
bestehen aus Neoprengummi, Silicongummi, Polytetrafluoräthylen oder Celluloseacetat.
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Der behandelte Transformator wird getrocknet und wärmebehandelt, um
das Lösungsmittel aus den verwendeten pastenartigen Massen 40-42-44-46 und 50 zu
vertreiben. Dadurch härtetet der Binder, bleibt aber sehr porös. Der Transformator
5 kann dann in einem Ofen innerhalb einer oder mehrerer Stunden bei 135°C gehärtet
werden. Durch eine vorausgehende Lufttrocknung erreicht man gute Ergebnisse. Die
Ofentemperatur kann zwischen 80 und 175°C schwanken, und die Zeit variiert umgekehrt
mit der Temperatur.
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Die freiliegenden metallischen Außenteile des Transformators werden
dann gereinigt und in bekannter Weise mit einem stark haftenden Lack, der einen
Titan- und Kieselsäureester enthält, grundiert, z. B. mit einer 2°/oigen Lösung
von Tetra-n-butyltitanat in einem wasserfreien organischen Lösungsmittel, z. B.
in Hexan. Der Grundlack hydrolysiert an der Luft in ungefähr 8 Stunden bei 25 bis
35°C. Gegen Ende dieser Zeit ist das Hexan vertrieben, und es hinterbleibt ein trockener
Überzug. Kupfer und ähnliche Metalle verhindern, wie bekannt ist, die Polymerisation
der Organopolysiloxane. Durch Überziehen der Metallteile mit einem stark haftenden
Grundlack wird die Haftung der nachfolgend angewandten Organopolysiloxane gefördert.
Als Grundlack eignen sich z. B. Äthylsilicat, Tetraisopropyltitanat, Tetra-2-äthylhexyltitanat
und Tetrastearyltitanat.
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Dann wird der Transformator 5 mit einem die Formen einhüllenden Überzug
oder einer Einkapselung versehen. Hierzu verwendet man ein an sich bekanntes, viskoses,
flüssiges Organopolysiloxan, das in bekannter Weise unter Zugabe eines Säureperoxydkatalysators
zu einem relativ elastomeren Überzug auspolymerisiert. Gearbeitet wird nach dem
Tauchverfahren. In dem flüssigen Organopolysiloxan sind die Siliciumatome über Sauerstoffatome
verbunden, unter Entstehung von Siliciumsauerstoffbrücken. Das Verhältnis von R
zu Si beträgt 1,98 bis 2,25. Sie enthalten die folgende periodisch wiederkehrende
Gruppe
worin R ein einwertiger organischer Rest ist, ausgewählt aus der Gruppe der Alkylreste
mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen und Phenyl-, Tolyl- und Xylylreste, wobei
wenigstens 5001, Alkylgruppen sind. Diese flüssigen Verbindungen können einige
cyclische Silicone einschließen.
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Gute Ergebnisse werden mit Siliconen erhalten, in welchen die Mehrzahl,
wenn nicht alle der einwertigen organischen Reste Methylreste sind. Ein Gummi, welcher
nur wenig Phenylreste enthält, vorzugsweise:
erwies sich günstig. Ähnliche Ergebnisse sind auch erhalten worden, wenn die Phenylreste
durch Tolyl-oder Xylylreste ersetzt wurden.
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Das Organopolysiloxan kann auf bekannte Weise dargestellt sein durch
Hydrolyse eines Dialkylsil.ans oder eine Mischung eines Dialkyl- und Diphenylsilans,
wobei die Silane im Durchschnitt zwei leicht hydrolysierbare Gruppen pro Siliciumatom
enthalten. Die direkt an Silicium gebundenen Alkylgruppen sind vorzugsweise Methylgruppen.
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Wünschenswert ist der Zusatz von Füllstoffen zu den Siliconölen oder
zu den hochviskosen flüssigen Siliconen vor der Umwandlung in die Elastomeren, um
die thixotropen Eigenschaften zu erhöhen. Hierfür verwendet man vorzugsweise hitzebeständige
anorganische Stoffe, z. B. Asbest, Ton, Bariumtitanat, Eisenoxyde, Bentonite, Zinkoxyd,
Lithopon, Titandioxyd, Magnesia, Graphit, Schiefer, Glimmer, Diatomeenerde, Calciumcarbonat,
Bleioxyd, Tonerde und Calciumsilicate.
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Geeignete Säureperoxyde für die Überführung der Siloxanöle, Gummi
oder Gele in Elastomere enthalten wenigstens einen aromatischen Säurerest. Beispiele
solcher Peroxyde sind Benzoylperoxyd, Benzoylacetylperoxyd, Dinaphthylperoxyd und
Benzoyllaurylperoxyd. Der Säurerest in solchen Peroxyden kann einen anorganischen
Substituenten enthalten, z. .B eine Halogen- oder Nitrogruppe. Für die Umwandlung
eines flüssigen Silicons in ein Elastomeres benutzt man gewöhnlich 10 Gewichtsprozent
Säureperoxyd bezogen auf das Gewicht des Silicons. Im allgemeinen genügen 2 bis
40/,.
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Wenn das flüssige Siloxan so hochviskos ist, daß das Arbeiten nach
dem Tauchverfahren Schwierigkeiten bereitet, kann es durch Hinzufügen eines organischen
Lösungsmittels, wie z. B. Toluol, Hexan u. ä., auf die gewünschte Vikosität verdünnt
werden.
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Die dem flüssigen Siloxan hinzugefügte Menge von anorganischen Füllstoffen
kann sehr schwanken. Bei 25 Teilen anorganischer Füllstoffe auf 100 Teile flüssigen
Siloxans erhält man gute Ergebnisse. Im allgemeinen variiert jedoch die Menge des
feinverteilten Füllstoffes zwischen 100 und 200 Teilen und mehr für je 100 Teile
des flüssigen Siloxans.
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Der Transformator 5 wird in das viskose flüssige Organopolysiloxan
getaucht und dann ungefähr 1 Stunde in einem Ofen teilweise gehärtet. Das Äußere
des eingekapselten Transformators 5 entspricht dann der Fig. 3 der Zeichnung. Ein
glatter, die Formen einhüllender einkapselnder Überzug 54 von gleicher Stärke ist
überall vorhanden, ausgenommen die Beine 14 und die Füße 16 und die freien Enden
der Leitungen 30 und 32. Diese werden durch eine Schicht 56 vor dem einkapselnden
Harz geschützt. Das Innere der Spule und der Kerne wird jedoch nicht imprägniert.
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Um das Innere der Spule 28 und der Kerne 20 und 22 zu füllen, wird
der Stopfen 52 entfernt. Dadurch entsteht eine Öffnung 60, welche bis zum Überzug
54 reicht und in das Innere des Transformators 5 führt. Die Öffnung 60 führt zu
den Zwischenräumen in der Spule 28, welche dann wieder in Verbindung stehen mit
den Zwischenräumen in den Kernen 20 und 22. Es können auch mehrere Stopfen 52 verwendet
werden, die beim Entfernen viele Öffnungen 60 an der Oberfläche des elektrischen
Teils hinterlassen.
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Das eingekapselte Aggregat, dargestellt in Fig. 3 der Zeichnung, wird
dann in einen evakuierbaren Behälter gestellt und auf mindestens 127 mm Hg evakuiert.
Die
Öffnung 60, die nach Entfernung des Stopfens 52 erhalten wird,
soll ganz oben sein. Wenn das gewünschte Vakuum erreicht ist, wird in den Behälter
eine flüssige, an sich bekannte, hitzehärtbare Organopolysiloxanlösung eingeführt,
welche leicht in die Zwischenräume im Innern des Transformators eindringt und alle
Zwischenräume im Überzug 54 füllt. Es soll so viel von dieser Verbindung verwendet
werden, daß der ganze Transformator mit wenigstens 6 mm bedeckt wird. Nachdem der
Transformator einige Minuten vollständig eingetaucht wurde, kann das Vakuum unterbrochen
werden, und bei normalem Druck oder Überdruck läßt man die Verbindung in die Zwischenräume
eindringen. Die Imprägnierung kann mehrmals wiederholt werden, um eine vollständige
Imprägnierung zu sichern.
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Nach dem Imprägnieren kann der Transformator vorsichtig aus dem Behälter
entfernt werden, wobei die Öffnung 60 bzw. der Stopfen 52 zuoberst sein muß. Anschließend
wird erhitzt, bis die flüssige Verbindung vollständig zu einem festen Körper polymerisiert.
Der Transformator wird in derselben Weise mindestens noch einmal imprägniert, um
irgendwelche Schrumpfungszwischenräume, welche bei der ersten Polymerisation eventuell
entstanden sind, zu füllen. Die nachfolgende Imprägnierung wird ebenfalls durch
Erwärmen polymerisiert. Nachdem die zweite oder die späteren Harzimprägnierungen
vollständig polymerisiert worden sind, erhält man ein vollständig imprägniertes
und eingekapseltes Aggregat, das in Fig. 4 der Zeichnung dargestellt ist. Die Abdeckmasse
48 wird dann von den Füßen und Beinen der Konsole entfernt, indem bis zum Metall
alles entfernt wird. Die Leitungen 30 und 32 des Transformators werden gut gehalten,
wodurch die Isolationsfehler der Leitungen möglichst klein gehalten werden. Es sind
keine Risse oder oberflächlichen Öffnungen oder andere Defekte vorhanden, was der
Fall wäre, wenn der Transformator alle die oberflächlichen Unregelmäßigkeiten gemäß
Fig. 1 hätte und wenn nicht die Ecken verstärkt und abgerundet worden wären, wie
das in Fig. 2 der Zeichnung gezeigt wird.
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Die zum Imprägnieren sowohl der noch freien Zwischenräume im Innern
des Transformators als auch der porösen Füllung der bereits ausgefüllten Öffnungen
und Hohlräume verwendete an sich bekannte hitzehärtbare Organopolysiloxanlösung
enthält wenigstens 10 Gewichtsprozent eines niederviskosen Organopolysiloxans, das
bis zu 100°C und höher eine niedrige Viskosität und einen geringen Dampfdruck hat
und der folgenden Formel entspricht:
worin R ein einwertiger Rest ist, wie z. B. ein Alkylrest mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen,
oder ein substituierter Arylrest, wie z. B. Phenyl, Tolyl oder Xylyl, R1 ein einwertiger
Rest, wie z. B. Vinyl oder Methyl. Pro Molekül sind mindestens zwei Vinylreste vorhanden,
und n ist mindestens gleich 2. Hat n einen Durchschnittswert von 2 bis 10,
dann ist die Viskosität 0,1 bis 1 Poise bei 25'C. Die thermisch beständigsten und
niedrigstviskosen Organopolysiloxane werden erhalten, wenn R in der Formel (1) Methyl
ist.
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Die Organopolysiloxane, in denen n gleich 1 in obiger Formel (1) ist,
sind leicht flüchtig. Erhitzt man mit solchen Organopolysiloxanen imprägnierte Spulen
auf 100 bis 140°C, so setzt eine reichliche Rauch- und Dampfentwicklung ein. Verbindungen
mit n gleich 2 zeigen eine merkliche Abnahme des Dampfdruckes. Sie sieden z. B.
noch nicht bei 85 bis 100°C und 0,1 mm Hg. Zweckmäßig ist es, wenn nur ein Minimum
an Organopolysiloxanen mit n gleich 1 vorhanden ist. Wenn mehr als einige Gewichtsprozent
Organopolysiloxane mit n gleich 1 zugegen sind, erfolgt zunächst Abtrennung durch
fraktionierte Destillation. Kleine Mengen der Trisiloxanverbindungen können für
gewisse Verwendungen zugegen sein, im besonderen dann, wenn zwei Vinylgruppen vorhanden
sind.
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Besonders günstige Organopolysiloxane entsprechen der folgenden Formel:
worin R' ein einwertiger Rest ist, wie z. B. Methyl und Phenyl, und R, ein einwertiger
Rest, wie z. B. Methyl und Vinyl, die im Durchschnitt mindestens zwei Vinylgruppen
pro Molekül enthalten, und n mindestens gleich 2 ist.
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Besonders geeignete niedrigviskose Flüssigkeiten enthalten Verbindungen
der Formel:
worin n mindestens gleich 2 ist und einen Durchschnittswert von 2 bis 10 hat.
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Für Flüssigkeiten - entsprechend der Formel (1) -mit einer Viskosität
von 10 bis 40 cP bei 25'C ist n gleich 2,0 bis 3,5. Ist n in der Formel (3)
2,5, so beträgt die Viskosität der Flüssigkeit annähernd 15 cSt bei 25°C, und wenn
rz einen Durchschnittswert von 3 hat, dann ist die Viskosität fast 20 cSt bei 25°C.
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Organopolysiloxane, die der Formel (1) entsprechen, können für sich
allein zum Imprägnieren elektrischer Teile verwendet werden. Sie werden jedoch beim
Härten relativ hart und spröde. Flexiblere und zähere Festkörper werden erhalten,
wenn diese niedrigviskosen Organopolysiloxane im Gemisch mit viskoseren Organopolysiloxanen,
welche reaktionsfähige >C = C<-Gruppen wie z. B. Vinyl, Allyl und Metallyl enthalten,
die direkt über Kohlenstoff an Silicium gebunden sind. Es können mindestens 10 Gewichtsprozent
des Polysiloxans der Formel (1) mit einer Viskosität unter 1 Poise, vorzugsweise
unter 50 cP bei 25°C, und die entsprechende Menge an langkettigen Organopolysiloxanen
mit > C = C<-Gruppen
und einer Viskosität größer als 1 Poise,
vorzugsweise größer als 10 Poise bei 25°C, im Gemisch enthalten sein.
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Geeignete langkettige hochviskose Organopolysiloxane können nach bekannten
Verfahren hergestellt sein.
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Alle gemäß der Erfindung verwendeten Organopolysiloxane, nämlich die
pastenartigen Massen 40-42r44-46-50, der Überzug 54 und die flüssige Imprägniermasse
können durch Wärme oder durch Bestrahlung mit aktinischem oder UV-Licht gehärtet
werden, im besonderen wenn ein Polymerisationskatalysator zugegen ist. Im allgemeinen
sollen hiervon 0,1 bis 0,2 Gewichtsprozent zugegen sein. Ferner können Polymerisationsbeschleuniger,
wie z. B. Kobaltnaphthenat, vorhanden sein. Man verwendet hiervon 0,01 bis 0,05
Gewichtsprozent.
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Die Organopolysiloxane können auch ohne Zugabe eines Katalysators
gehärtet werden, entweder durch UV-Licht oder durch energiereiche Strahlen wie y-Strahlen
oder Elektronenstrahlen. Letztere erhält man aus einem Vari-de-Graaff-Generator
oder einem radioaktiven Material wie radioaktivem Kobalt, welches als Elektronen-
und y-Strahler verwendet wird. Die Verbindungen können einer Elektronenbestrahlung
von wenigstens 0,05 MEV unterworfen werden, um daraus feste Polymere zu erzeugen.
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Mehrere Transformatoren wurden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung
isoliert und verschiedenen Testen unterworfen, welche später beschrieben werden
sollen.
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Zunächst wurden fünf Transformatoren einer Wärmealterungsprüfung in
einem Ofen unter Druck unterworfen. Eine Potentialdifferenz von 500 V wurde zwischen
der Primär- und der Sekundärspule angelegt, um während der Wärmeprüfung die Isolationen
zu beanspruchen. Während des Testes wurde die Temperatur auf 160°C gehalten. Verluste
im Transformator erzeugen einen zusätzlichen inneren Anstieg. Man erhielt so die
gewünschte lokale thermische Beanspruchung (Heißpunkt). Der Druck wurde variiert,
um die gewünschte Temperaturerhöhung zu erreichen. Nach 500 Stunden wurde der Test
unterbrochen. Jedes Bauteil war noch arbeitsfähig, und es wurden keine Mängel in
der verwendeten Isolation beobachtet.
| Tabelle I |
| Wärmealterungsprüfung |
| Bauteil Heißpunkt Testdauer |
| Bemerkungen |
| Nr. a C Stunden |
| 1 200 500 |
| 2 180 500 Es wurden |
| 3 200 500 keine Mängel |
| 4 225 500 beobachtet |
| 5 250 500 |
Anschließend wurde der kleinste Isolationswiderstand an jedem Bauteil gemessen,
und es wurden drei Tests, nämlich der Wärmestoßtest, der Feuchtigkeitstest und der
Salzsprühtest ausgeführt. Der niedrigste Wert des Isolationswiderstandes für einen
der fünf Transformatoren bei einem dieser drei Tests war
1 50 000 Megohm.
Beim Wärmestoßtest wurden die Bauteile 4 Stunden einer Umgebungstemperatur von 85°C
ausgesetzt und dann unmittelbar darauf 4 Stunden einer Temperatur von -55'C. Dieser
Zyklus wurde dreimal wiederholt. Die kleinsten Werte für den Isolationswiderstand
nach Abschluß der Hitzebeanspruchung (85°C) und nach Abschluß der Kältebeanspruchung
(-55°C) sind in der Tabelle 1I angegeben.
| Tabelle II |
| Wärmestoßtest |
| Bauteil Endzustand bei +850C Endzustand bei
-55-C |
| Nr. Bemerkungen |
| Wicklung MP Wicklung I MS2 |
| i |
| 1 primär gegen Erde 150000 Gesamtwicklung
500000 |
| 2 Gesamtwicklung 100000 primär gegen Erde 200000 |
| 3 primär gegen Erde 100000 primär gegen Erde I 200000
keine Rißbildung |
| 4 primär gegen Erde 150000 primär gegen Erde
200000 |
| 5 primär gegen Erde 150000 primär gegen Erde 200000 |
Wie aus der Tabelle II zu ersehen ist, war der beim Wärmestoßtest beobachtete kleinste
Wert für den Isolationswiderstand 100 000 MÜ.
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Beim Feuchtigkeitstest setzte man die Aggregate bei
71'C 6
Stunden einer relativen Feuchtigkeit von 95 °/Q aus. Dann ließ man innerhalb von
16 Stunden die Temperatur langsam auf 30°C fallen. Nach zehn solchen Zyklen wurde
der Isolationswiderstand gemessen, wobei also pro Tag ein Zyklus abläuft. Nach weiteren
fünf Zyklen, also nach 15 Tagen, und nach anschließend 2tätigem Lagern bei Raumtemperatur
wurden wiederum Messungen gemacht. Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in der Tabelle
III zusammengestellt.
| Tabelle III |
| Feuchtigkeitstest |
| Bauteil Nach 10 Tagen Nach 15 Tagen 15 Tage + 2 Tage Bemer- |
| Nr. bei Raumtemperatur kungen |
| Wicklung I MSZ Wicklung I Mg Wicklung I MSZ |
| 1 primär gegen 500 primär gegen 200 primär gegen 10000 |
| sekundär sekundär sekundär |
| 2 primär gegen 1200 primär gegen 10 sekundär gegen 1200 |
| sekundär sekundär Erde keine |
| 3 primär gegen 500 sekundär gegen 1 sekundär gegen I 0,6 |
| sekundär Erde Erde bil- |
| 4 primär gegen 750 primär gegen 310 primär gegen ' 1200 Jung |
| sekundär sekundär Erde |
| 5 primär gegen 800 primär gegen 150 sekundär gegen 5000 |
| sekundär sekundär Erde |
Dann wurden die fünf Typen in eine Kammer gebracht und 50 Stunden dem Salzsprühtest
ausgesetzt, um ihren kleinsten Isolationswiderstand zu bestimmen. Nach dem Herausnehmen
aus der Kammer wurden die Typen mit destilliertem Wasser gespült, und die oberflächliche
Feuchtigkeit wurde abgewischt. Die Widerstandsmessungen wurden 1 Stunde, nachdem
die Bauteile aus der Kammer entfernt worden waren, gemacht. Die Ergebnisse dieser
Prüfung sind in der Tabelle IV angegeben.
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3 Tage und 5 Tage nach Entfernen der Bauteile aus der Salzsprühregenkammer
wurden Widerstandsmessungen gemacht (Tabelle V). Nach 5tätigem Lufttrocknen bei
Raumtemperatur und Raumfeuchtigkeit hatte sich der Isolierwiderstand in allen Aggregaten,
ausgenommen Aggregat 2, erhöht. Nach eintägiger Belassung unter diesen Bedingungen
erhöhte sich der Widerstand in allen Aggregaten auf über 1000 OOOMn.
| Tabelle IV |
| Salzsprühtest |
| Bauteil nach 50 Stunden Bemer- |
| Nr. Wicklung I MQ kungen |
| 1 sekunkär gegen ' 1300 |
| Erde |
| 2 sekundär gegen 10 |
| Erde |
| 3 sekundär gegen 0,8 keine |
| Erde Riß- |
| 4 primär gegen 180 bd |
| Erde dung |
| 5 sekundär gegen unter 0,1 |
| Erde |
| primär gegen 800 |
| sekundär |
Tabelle V Bauteil Nach 3tägiger Salmprühprüfung Nach 5tägiger Salzsprühprüfung Nach
24 Stunden Belastungsprüfung Nr. Wicklung I MSZ Wicklung I MSZ Wicklung I MQ 1 primär
gegen 20000 Gesamtwicklung 100000 Gesamt- über 1000000 Erde wicklung 2 primär gegen
12000 primär gegen 30 Gesamt- über 1000000 Erde Erde wicklung 3 primär gegen 1,6
primär gegen 6 Gesamt- über 1000000 Erde Erde wicklung 4 primär gegen 75 primär
gegen 800 Gesamt- über 1000000 Erde Erde wicklung 5 primär gegen 10000 primär gegen
50000 Gesamt- über 1000000 Erde 1 Erde wicklung Zwei weitere Transformatoren, welche
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt waren, wurden auch den angeführten
Tests unterworfen, jedoch in einer anderen Reihenfolge. Zuerst wurde der Feuchtigkeitstest
gemacht. Nach 15 Tagen wurde der niedrigste Isolationswiderstand bestimmt. Er war
700 Mü. Nach drei Zyklen im Wärmestoßtest war der niedrigste Isolationswiderstand
100 000 MSZ. Nach 15 ständigem Aussetzen im Salzsprühregen war der niedrigste Isolationswiderstand
12 000 MSZ. Diese zwei Transformatoren wurden dann 500 Stunden auf annähernd 250°C
erwärmt. Bei der elektrischen Prüfung zeigten sich keine Nachteile, obwohl nach
dieser Prüfung an der Oberfläche eines Transformators ein Riß beobachtet wurde.
Dann wurde eine Spannung von
1500 V zwischen den Windungen und der Erde angelegt.
Es wurde kein Durchschlagen beobachtet. Die Ergebnisse der vorausgegangenen Tests
zeigen
die hervorragende Isolierfestigkeit elektrischer Teile bis
zu Temperaturen von 250°C, wenn die Teile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingekapselt
und imprägniert waren. Bei Bauteilen, die mit den bekannten Polyestern eingekapselt
und imprägniert waren, wurden nicht zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Solche
Bauteile versagen nach 2stündigem Erwärmen auf 250°C. Es bilden sich meist Risse
in der Isolation. Nach weiterem 3i/zstündigem Erwärmen auf 270°C zeigen die mit
Polyesterharz isolierten Bauteile durch zunehmende und vergrößernde Rißbildung eine
weitere Zerstörung der Isolation. Eine schwarze Flüssigkeit trat aus den Rissen
aus und verfärbte die Isolation.
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Selbstverständlich kann nicht nur ein einziger Überzug 54,
sondern es können auch zwei oder mehrere Überzüge verwendet werden, um eine Isolation
der erforderlichen Dicke für das entsprechende Bauteil zu erhalten.