-
Verwendung eines Kunststoffmaterials füY elektrische Schaltgeräte
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines Kunststoffmaterials für
die mit dem bei der Betätigung auftretenden Lichtbogen in Berührung kommenden Isolationsteile
elektrischer Schaltgeräte.
-
Die Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte, insbesondere bei Hochspannungsschaltgeräten,
die im Betrieb mit dem Lichtbogen in Berührung kommen, unterliegen hohen mechanischen
und elektrischen Beanspruchungen. Dazu kommt eine thermische Beanspruchung, die
deswegen besonders schädlich wirkt, als sie meist lokal begrenzt ist und schockartig
auftritt. Zudem verursachen die entstehenden heißen Gase, die in der Regel hohe
Strömungsgeschwindigkeiten aufweisen" eine Erosionsbeanspruchung.
-
Als Isolationsmaterial zur Herstellung solcher Teile wurden im Laufe
der Entwicklung zuerst natürliche Isolierstoffe, wie Marmor, Schiefer, Glimmer,
Holz, oder künstliche Isolierstoffe, wie Porzellan, Papier, Hartgummi, verwendet.
In neuerer Zeit wurden diese Isolierstoffe größtenteils durch Kunststoffe ersetzt.
Ein zur Herstellung hoch beanspruchter Isolationsteile auch heute noch oft verwendetes
Material ist Plexiglas. Plexiglas besitzt gute elektische Eigenschaften, jedoch
einen nicht sehr hochliegenden Erweichungspunkt. Bei den hohen im Lichtbogen auftretenden
Temperaturen verliert das Plexiglas seine sonst gute mechanische Festigkeit. Neben
verschiedenen anderen Kunststoffen ist auch schon die Verwendung von Epoxydharzen
für diesen Zweck bekannt. Die bisher hierfür vorgeschlagenen Epoxydharze besitzen
aber eine geringe Lichtbogenfestigkeit, d. h., die ursprünglich guten elektrischen
Eigenschaften werden durch Einwirkung von Lichtbogen verschlechtert.
-
Es wurde nun überraschend gefunden, daß Kunststoffmassen, welche durch
Aushärtung von cycloaliphatischen Polyepoxyden mit cycloaliphatischen oder aliphatischen
Polycarbonsäureanhydriden erhalten werden, die obenerwähnten Nachteile nicht aufweisen.
-
,Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit die Verwendung 'eines
Kunststoffmaterials, das durch Härtung einer cycloaliphatischen 1,2-Epoxydverbindung,
die eine 1,2-Epoxydäquivalenz größer als 1. besitzt, mit einem cycloaliphatischen
oder aliphatischen Polycarbonsäureanhydrid als Härtungsmittel erhalten wird, flür
die mit dem bei der Betät.igung auftretenden Lichtbogen in Berührung kommenden Isolationsteile
elektrischer Schaltgeräte.
-
Unter den als Ausgangsstoffe verwendeten cycloaliphatischen 1,2-Epoxydverbindungen
mit einer Epoxydäquivalenz größer als 1 sind solche Verbindungen zu verstehen,
die, auf die Durchschnittszahl des Molekulargewichtes berechnet, n Gruppen der Formel
enthalten, wobei n eine ganze oder gebrochene Zahl größer als 1 ist. Es kann
sich dabei um endständige oder um innere 1,2-Epoxydgruppen handeln.
-
Als Beispiele cycloaliphatischer Polyepoxyde, welche nur endständige
1,2-Epoxydgruppen enthalten, seien z. B. die Verbindungen der Formeln
und
genannt. Besonders gute Resultate werden erhalten, wenn man solche cycloaliphatische
Polyepoxydverbindungen verwendet, die mindestens eine an einem cycloaliphatischen
Ring sitzende, innere 1,2-Epoxyd--gruppe enthalten. Genannt seien beispielsweise
die Verbindungen nachstehender Formeln:
und
Die verwendeten cycloaliphatischen Epoxyde sind an sich bekannt, und ihr Herstellungsverfahren
ist nicht Gegenstand vorliegender Erfindung.
-
Den cycloaliphatischen Polyepoxydverbindungen können als aktive Verdünner
cycloaliphatische Monoepoxyde, wie 3,4 - Epoxytetrahydrodicyclopentadienol
- 8 oder 3,4 - Epoxycyclohexan - 1,1 - dimethanolacroleinacetal
zugesetzt sein.
-
Als Härtungsmittel verwendet man vorzugsweise cycloaliphatische, gegebenenfalls
halogenierte Polycarbonsäureanhydride, wie Hexahydrophthalsäureanhydrid, Endomethylen-tetrahydrophthalsäureanhydrid
oder Hexachlarendomethylen-tetrahydrophthalsäureanhydrid.
-
Man kann aber auch aliphatische Polycarbonsäureanhydride verwenden,
wie z. B. Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäureanhydrid oder Dodecenylbernsteinsäureanhydrid.
,
Die härtbaren Mischungen aus cycloaliphatischem Polyepoxyd und cycloaliphatischem
oder aliphatischem Polycarbonsäureanhydrid können ferner vor der Härtung in irgendeiner
Phase mit Füllmitteln, Weichmachern, Pigmenten, Farbstoffen, flammhemrnenden Stoffen,
Formtrennmitteln usw. versetzt werden. Als Streck- und Füllmittel können beispielsweise
Rutil, Glimmer, Quarzmehl, Gesteinsmehl, Aluminiumoxydtrihydrat, Calciumcarbonat,
gemahlener Dolomit, Gips oder Bariumsulfat verwendet werden.
-
Zur Erhöhung der mechanischen Eigenschaften können weiterhin Glas-,
Polyester-, Nylon-, Polyacrylnitril-, Seide-, Baumwollfasern oder -gewebe eingesetzt
werden.
-
Die Erfindung sei nun an Hand der Zeichnung näher erläutert, die als
Beispiel eine Löschkammer darstellt.
-
Die Zeichnung zeigt eine Strömungslöschkammer im Schnitt. 2 und 4
sind die beiden Pole, zwischen denen der Lichtbogen 6 zündet. 8 ist
das Gehäuse, das erfindungsgemäß aus dem vorgeschlagenen Material hergestellt ist,
Es hat sich gezeigt, daß Isolationsteile elektrischer Schaltgeräte, die aus dem
vorgeschlagenen Kunststoffmaterial hergestellt sind, gegenüber den eingangs erwähnten,
Beanspruchungen unerwartet widerstandsfähig sind.
-
Beispiel 1
Es wurde eine härtbare Gießharzmischung hergestellt
durch Lösen von 100 Gewichtsteilen 3,4 - Epoxyliexahydrobenzal
- YA'- epoxy - l',1'- bis-(oxymethyl)-cyclohexan in 45 Gewichtsteilen
Hexahydrophthalsäureanhydrid bei etwa 40'C. Ein Teil der so hergestellten Gießharzmischung
wurde zu einer Löschkammer, wie sie in der Zeichnung gezeigt ist, vergossen und
während 24 Stunden bei 140'C ausgehärtet.
-
Aus der gleichen Gießharzmischung wurden Platten 12 - 12
- 0,4 cm vergossen und wie oben gehärtet. Eine solche Platte wurde nach DIN
53 484 (VDE 0303
Teil 5) auf Lichtbogenfestigkeit geprüft und
dabei die hohe Stufe L 4 erreicht.
-
Beispiel 2 Es wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, verfahren,
jedoch wurden an Stelle von Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel 43 Gewichtsteile
Tetrahydrophthalsäureanhydrid (Probe A) oder, 47 Gewichtsteile Endomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid
(Probe B) bei etwa 80 bzw. 100'C in der Diepoxydverbindung gelöst.
Für Probe C wurde eine Gießharzmischung eingesetzt, die durch Lösen bei etwa
40'C von 70 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid in 100 Gewichtsteilen
eines bei Raumtemperatur flüssigen Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt
von 5,3 Epoxydäquivalenten je
Kilogramm (hergestellt durch Umsetzung
von Epichlorhydrin mit Bis-[p-hydroxyphenyl]-dimethylmethan in Gegenwart von Alkali)
erhalten wird.
-
Je ein Teil der so hergestellten Gießharzmischungen wurde wie im Beispiel
1 zu Löschkammern vergossen und während 24 Stunden bei 140`C ausgehärtet.
-
Aus je einem Teil der gleichen Gießharzmischungen wurden Platten
12 - 12 - 0,4 cm und Gießlinge 4 - 14 - 1 cm vergossen
und wie oben gehärtet.
-
Die an den gehärteten Platten und Gießlingen bestimmten Kriechstromfestigkeiten,
Schlagbiegefestigkeiten, Biegefestigkeiten und mechanischen Formbeständigkeiten
in der Wärme nach M -a r t e n s (DIN) sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.
| Proben Lichtbogenfestigkeit Schlagbiegefestigkeit Biegefestigkeit
Mechanische Formbestandigkeit |
| in der Wänne nach |
| Stufe crnkg/cm2 kg/nIM2 Martens (DIN) 'C |
| A L 4 4,0 1,5 175 |
| B L 4 4,0 1,7 127 |
| C L 1 4,5 1,7 93 |
Beispiel
3
Es wurden, wie im Beispiel
1 beschrieben, Löschkammern und
Platten hergestellt, aber an Stelle von
100 Gewichtsteilen 3,4-Epoxyhexahydrobenzal-3',4'-epoxy-l',1'-bis-(oxymethyl)-cyclohexan
und 45 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid verwendet man in Probe
D 100 Gewichtsteile Glycerin-bis-8-(oder 9)-[3,4-epoxy-tetrahydro-exo-dicyclopentadienyl]-äther
mit einem Epoxydgehalt von 4,9 Epoxydäquivalenten
je Kilogramm und
56 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäurcanhydrid als Härtungsmittel, in Probe
E 100 Gewichtsteile Athylenglykol-bis-(3,4-epoxy-tetrahydro-exo-dieyelopentadienyl)#äther
mit einem Epoxydgehalt von
5,05 Epoxydäquivalenten
je Kilogramm und
58 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel; in Probe
F
100 Gewichtsteile der Diepoxydverbindung der Formel
mit einem Epoxydgehalt von 6,4 Epoxydäquivalenten
je Kilogramm und 42 Gewichtsteile
Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel und in Probe
G 100 Gewichtsteile
der Polyepoxydverbindung der Formel
mit einem Epoxydgehalt von 6,4 Epoxydäquivalenten
je Kilogramm und
81,5 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel. Die Härtung
erfolgte bei allen Proben während 24 Stunden bei 140'C +24 Stunden bei
200'C. Die an den Platten bestimmten Lichtbogenfestigkeiten und Kriechstromfestigkeiten
erreichten bei den gehärteten Proben
D, E, F und
G alle die höchste
Stufe L 4 bzw. T
5. -
Beispiel 4 Zur Herstellung von Löschkammern und von Prüfplatten, analog
wie im Beispiel 1, verwendet man folgende Gießharzmischungen: In Probe H
wurden 100 Gewichtsteile der im Beispiel 1 verwendeten Diepoxydverbindung
mit einem Epoxydgehalt von 6,2 Epoxydäquivalenten je
Kilogramm und
75 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel, in Probe
J
100 Gewichtsteile des im Beispiel 2 (Probe Q beschriebenen.
Polyglycidylätherharzes mit einem Epoxydgehalt von 5,3 Epoxydäquivalenten
je Kilogramm und 77 Gewichtsteile Hexahydrophthalsäureanhydrid als Härtungsmittel
eingesetzt. Beiden Proben wurden 6 Gewichtsteile eines Natriumalkoholates,
welches durch Auflösen von 0,82 Gewichtsteilen Natriummetall in
100 Gewichtsteilen 2,4-Dihydroxy-3-hydroxymethyl-pentan bei etwa
130'C erhalten wird, als Beschleuniger sowie 300 Gewichtsteile Siliciumdioxyd
und 50 Gewichtsteile Aluminiumoxydtrihydrat als Füllmittel zugesetzt.
-
Die Härtungsbedingungen waren für Probe H 6 Stunden bei.
1 lO'C und für Probe J 16 Stunden bei 140'C.
-
In der folgenden Tabelle sind die an Hand von Prüfplatten bestimmten
Lichtbogenfestigkeiten, mechanischen Form
' beständigkeiten in der Wärme
nach M a r t e n s
(DIN) und Biegefestigkeiten der' gehärteten Proben H und
J gegenübergestellt:
| Proben Härtungsbedingungen Lichtbogenfestigkeit Mechanische
Forinbeständigkeit Biegefestigkeit |
| in der Wärtne nach |
| Stunden bei 'C Stufe Martens (DIN) 'C kg/mrn2 |
| H 6 110 L 4 138 7,1 |
| J 16 140 L 1 110 7,3 |
Beispiel
5
Zu
je 100 Gewichtsteilen der im Beispiel
1 beschriebenen Diepoxydverbindung mit einem Epoxydgehalt von
6,2
Epoxydäquivalenten
je Kilogramm werden in Probe K Methylendomethylentetrahydrophthalsäureanhydrid,
in Probe L Glutarsäureanhydrid und in Probe M Phthalsäureanhydrid als Härtungsmittel
eingesetzt. Bei allen drei Proben wurden auf
1 Äquivalent Epoxydgruppen
0,9 Äquivalente Anhydridgruppen und als Beschleuniger 12 Teile des im Beispiel
4 beschriebenen Natriumalkoholates eingesetzt.
-
Die -so erhaltenen Gießharzmischungen wurden, wie im Beispiel
1 beschrieben, zu Löschkammern und Platten vergossen. Die Härtungsbedingungen
waren für Probe K 24 Stunden bei 160'C, für Probe L 24 Stunden bei 140'C
und für Probe M 24 Stunden bei 120'C.
-
Während die Proben K und L die höchste Stufe L 4 bei der Bestimmung
der Lichtbogenfestigkeit zeigten, ergab die Probe M die niedrigste Stufe L
1.
-
Beispiel 6
Zur Herstellung von Löschkammern und von Prüfplatten
analog wie im Beispiel 1 verwendet man folgende Gießharzmischungen: Probe
N wurde erhalten durch Lösen von 88,5 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid
bei 400C in 100 Gewichtsteilen des Diglycidyläthers der allgemeinen Formel
mit einem Epoxydgehalt von 6,2 Epoxydäquivalenten je Kilogramm; Probe
0 wurde erhalten durch Lösen von 30 Gewichtsteilen Hexahydrophthalsäureanhydrid
bei 100'C in 100 Gewichtsteilen eines bei Raumtemperatur festen Polyglycidylätherharzes
mit einem Epoxydgehalt von 2,4 Epoxydäquivalenten je Kilogramm, hergestellt
durch Umsetzen von Epichlorhydrin mit Bis-[p-hydroxyphenyll-dimethylmethan in Gegenwart
von Alkali. Beide Gießharzproben wurden wie im Beispiel 1 zu Löschkammern
sowie in Aluminiumformen 12 - 12 - 0,4 cm zu Prüfplatten vergossen
und einheitlich während 24 Stunden bei 140'C gehärtet.
-
Die an den Platten bestimmte Lichtbogenfestigkeit ergab für die gehärtete
Probe N die höchste Stufe L 4 und für die gehärtete Probe 0 die tiefste
Stufe L 1.