DE19702278B4

DE19702278B4 - Pastöse Kittmasse

Info

Publication number: DE19702278B4
Application number: DE1997102278
Authority: DE
Inventors: Robert Dipl.-Ing. Fuchs; Frank Dipl.-Ing. Birkenzöller; Herbert Bauer
Original assignee: August Krempel Soehne GmbH and Co KG
Current assignee: August Krempel Soehne GmbH and Co KG
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 2004-07-22
Anticipated expiration: 2017-01-24
Also published as: DE19702278A1

Abstract

Pastöse Kittmasse mit
– 25 Gew.% bis 40 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse vom Novolaktyp,
– 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse auf Basis Bisphenol A,
– 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer aminischen Härtermasse,
– 20 Gew.% bis 40 Gew.% Glimmer-Pulver als anorganischen Füllstoff und
– 3 Gew.% bis 8 Gew.% Ruß- und/oder Graphitpartikel,
– wobei die Kunstharzkomponente im B-Zustand vorliegt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine pastöse Kittmasse, die ein Kunstharz im B-Zustand und einen anorganischen Füllstoff beinhaltet.
Pastöse Kittmassen dieser Art werden beispielsweise auf die Schmalseiten von sogenannten Stäben und Spulen von Hochspannungsmaschinen, wie z.B. Turbogeneratoren, zwecks Oberflächenglättung aufgebracht. Häufig sind solche Generatorstäbe zur Vermeidung des Skineffektes in Form einer sogenannten Verroebelung verdrillt angeordnet und bilden dadurch eine sehr unebene Oberfläche. Durch Auftragen der Kittmasse läßt sich diese Oberfläche glätten, so daß ein homogeneres elektrisches Feld erzielt werden kann.
Für diesen Verwendungszweck bekannte Kittmassen bestehen aus einem pastös eingestellten Kunstharz im noch reaktionsfähigen, sogenannten B-Zustand, dem ein anorganischer Füllstoff, z.B. Glimmerpulver, und elektrisch leitfähige Pigmente, wie Ruß und/oder Graphit, beigemischt sind. Bei der bisherigen Verwendungsweise wird diese Kittmasse in beliebiger Bandform, z.B. mit rechteckigem Querschnitt, extrudiert und unter Aufwickeln auf Trennpapiere als Rollenmaterial bereitgestellt. Der Anwender nimmt dann eine jeweilige Rolle mit geeignetem Querschnitt, legt es auf den Untergrund auf, z.B. auf die Schmalseiten der Generatorstäbe oder -spulen, und verbringt das Ganze unter Zuhilfenahme von Trennpapieren oder Trennfolien in eine Heißpresse. In dieser Heißpresse verteilt sich die Kittmasse unter dem Preßdruck in die an der zu glättenden Oberfläche vorhandenen Vertiefungen des Untergrunds und härtet aus. Damit wird eine z.B. für Hochspannungsanwendungen günstige, gleichmäßig glatte und elektrisch leitfähige Stab- bzw. Spulenoberfläche erzielt.
Analog kann die Kittmasse durch Weglassen der elektrisch leitfähigen Pigmente in einer elektrisch isolierenden Variante bereitgestellt werden. Diese elektrisch isolierende Kittmasse kann dann beispielsweise für Isolationszwecke bei Generatorstäben oder -spulen verwendet werden, wozu sie z.B. auf die Breitseite der Stäbe oder Spulen aufgebracht und dem erwähnten Heißpreßvorgang unterzogen wird.
Bei dieser bekannten Vorgehensweise wird ersichtlich für jede Stab- oder Spulengeometrie ein eigenes Rollenmaterial der extrudierten Kittmasse mit jeweils speziellem, angepaßtem Materialquerschnitt benötigt. Dies bedingt eine umfangreiche Lagerhaltung, die zudem dadurch erschwert wird, daß die Kittmassen nur eine eingeschränkte Lagerdauer haben. Denn nach einer gewissen Lagerzeit ändern sich die Reaktivität und das Fließverhalten der Kittmasse derart, daß eine Verarbeitung nicht mehr möglich ist.
In der Offenlegungsschrift JP 03-170545 A sind flüssige Epoxidharzzusammensetzungen auf der Basis von Bisphenol-A, Phenol-Novolak, Cresol-Novolak, Glycidylester oder Glycolepoxyharz unter Zumischung eines flurhaltigen Glimmerminerals, z.B. Fluortetrasilicid-Glimmer mit einem Gewichtsan teil zwischen 40% und 160% bezogen auf 100 Anteil an Epoxidharz, offenbart. Als Härter werden unter anderem verschiedene Amine vorgeschlagen. Das flüssige Epoxidharz ist zur Verwendung bei der Herstellung elektrischer oder elektronischer Teile vorgesehen.
Aus der Offenlegungsschrift JP 03-208221 A ist ein schichtförmiges Abdichtelement bekannt, das dadurch hergestellt wird, daß eine ungehärtete Epoxidharzzusammensetzung aus 100 Gewichtsanteilen Epoxidharz, 5 Gewichtsanteilen bis 50 Gewichtsanteilen eines thermoplastischen Harzes mit einem durchschnittlichen Molekülgewicht von mindestes 5000, 5 Gewichtsanteilen bis 300 Gewichtsanteilen eines anorganischen Füllstoffs sowie einem Härter auf eine Kunststoffschichtoberfläche mit einer Dicke zwischen 20 Mikrometer und 200 Mikrometer aufgebracht und dann die erhaltene Schicht in einer gewünschten Form ausgestanzt wird. Als Epoxidharz wird z.B. eines vom Typ Bisphenol-A oder vom Novolak-Typ verwendet, das thermoplastische Harz kann z.B. ein Polyamin-Material sein, und der anorganische Füllstoff kann z.B. Glimmer sein. Als Härter kann ein Amin-Material verwendet werden. Das Abdichtelement ist für Abdichtzwecke bei elektronischen Bauteilen einsetzbar.
Aus der Patentschrift DE 30 49 574 C2 ist es bekannt, daß zur Herstellung von latent wärmehärtbaren Jodonium/Kupfersalz-katalysierten Epoxidharzmassen ein Epoxid-Vorpolymerisat verwendet wird, das aus einem Epoxidester mit zwei Epoxidcykloalkylgruppen, aus einem überwiegend aus dem monomeren Diglycidyläther von Bisphenol-A bestehenden Epoxidharz-Vorpolymerisat, aus polyepoxidiertem Phenolnovolak oder Kresolnovolak, aus einem Polyglycidyläther eines mehrwertigen Alkohols, aus dem Diepoxid eines Cycloalkyl- oder Alkylcycloalkyl-Kohlenwasserstoffs oder Äthers oder aus einem Gemisch irgendwelcher dieser Komponenten gebildet sein kann.
Aus der Patentschrift US 4.180.514 ist es bekannt, daß in einer Kittmasse ein mineralischer Füllstoff, vorzugsweise eine Kombination verschiedener Füllstoffe, enthalten sein kann, z.B. auch Ruß. In ähnlicher Weise ist es aus der Offenlegungsschrift GB 2 174 994 A bekannt, in einer Kittmasse zur Verbindung von dünnen Stahlplatten einen elektrisch leitenden Füllstoff z.B. in Form von Ruß oder Graphit vorzusehen.
In dem Zeitschriftenaufsatz Kostensenkung oder Konvention, Kunststoff-Journal, September 1995, Seite 34 wird eine FIPFG (formed in place foam gasket)-Technik zum Auftragen von Dichtungsmassen in-situ beschrieben. Dabei werden in der Regel zweikomponentige Polyurethan- bzw. Silikonschaumsysteme in flüssiger oder thixotroper Form dosiert, vermischt und über Konturroboter in frei programmierbarer Geometrie appliziert.
In der Patentschrift DE 695 17 824 T2 ist eine Vorrichtung zum Auspressen von viskosem Material durch Öffnungen in einer Schablone hindurch offenbart, um beispielsweise eine Lötpaste auf gewünschte Bereiche einer Leiterplatte aufzutragen. Das viskose Material ist in einer Kartusche bevorratet, an deren einem Ende eine Druckquelle und an deren anderem Ende ein Presskopf angekoppelt werden können. Dabei sind Pressköpfe mit unterschiedlich großen Austragöffnungen verwendbar.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer pastösen Kittmasse zugrunde, die lange lagefähig ist und sich rasch aushärten lässt.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer pastösen Kittmasse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2.
Die in Anspruch 1 angegebene, pastöse Kittmasse ist aufgrund des Zusatzes eines ausreichenden Anteils von Ruß- und/oder Graphitpartikeln elektrisch leitfähig. Sie beinhaltet eine spezielle Zusammensetzung mit zwei Kunstharzkomponenten, einem aminischen Härter und Glimmerpulver. Es zeigt sich, daß die Kittmasse mit dieser Zusammensetzung vergleichsweise rasch ausgehärtet werden kann, typischerweise mit Aushärtezeiten zwischen 10min und 20min. Des weiteren besitzt die so zusammengesetzte Kittmasse eine Viskosität, die es möglich macht, sie langlebig in Kartuschen unter Luftabschluß zu lagern und sie bei Gebrauch durch geeignete Austrittsdüsen aus den Kartuschen herauszudrücken.
Die Kittmasse mit den Merkmalen des Anspruchs 2 ist mangels zugesetzter leitfähiger Partikel elektrisch isolierend, besitzt ansonsten jedoch eine zu derjenigen von Anspruch 1 analoge Zusammensetzung. Es zeigt sich, daß auch diese Kittmasse die zu derjenigen von Anspruch 1 genannten Vorteile, insbesondere hinsichtlich kurzer Aushärtezeit und Lagerbarkeit in ausdrückbaren Kartuschen, aufweist.
Mit einer geeigneten Vorrichtung können pastöse Kittmassen mit relativ geringem Aufwand sehr variabel auf Untergrundflächen unterschiedlicher Ausdehnung aufgetragen werden. Hierzu beinhaltet die Vorrichtung eine Kartusche, in der die Kittmasse bevorratet ist und die mit unterschiedlichen Austrittsdüsen bestückt werden kann, so daß für jede Untergrundflächengeometrie eine geeignete Austrittsdüse verwendbar ist. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, die Kittmasse als extrudiertes Rollenmaterial in verschiedenen Querschnitten bereithalten zu müssen. Durch entsprechende Mittel kann mit der Vorrichtung die Kittmasse selbsttätig aus der Kartusche herausgedrückt und durch die jeweils verwendete Austrittsdüse auf den Untergrund aufgetragen werden.
Die Vorrichtung beinhaltet beispielsweise eine verschieblich gelagerte Halterung für die Kartusche und zugehörige Antriebsmittel, so daß die Kartusche, vorzugsweise mit gleichmäßiger Geschwindigkeit, über den Untergrund hinwegbewegt werden kann, auf dem die Kittmasse aufzutragen ist, die vorzugsweise mit einstellbarer, konstanter Geschwindigkeit aus der Kartusche ausgebracht wird.
Mit derartigen, Vorrichtungen lasset sich die Kittmasse auf Bauteile von Hochspannungsmaschinen , z.B. auf Stäbe oder Spulen von Turbogeneratoren, aufwagen. Damit lassen sich derartige. Bauteile komfortabel, rasch und gleichmäßig mit einer oberflächenglättenden, wahlweise elektrisch leitfähigen oder isolierenden Kunstharzbeschichtung versehen.
Derartige Vorrichtungeg sind beispielsweise in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine mit der pastösen Kittmasse gefüllten Kartusche und
2 eine schematische Perspektivansicht einer Vorrichtung zum Auftragen der pastöserz Kittmasse unter Verwendung der Kartusche von 1.
Die in 1 gezeigte Kartusche 1 ist mit einer pastös eingestellten Kittmasse 2 spezieller Zusammensetzung befüllt. Die Kittmasse kann je nach Bedarf in einer elektrisch leitfähigen oder einer elektrisch isolierenden Variante bereitgestellt werden. In der elektrisch leitfähigen Variante beinhaltet die Kittmasse zwischen 25 Gew.% und 40 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse vom Novolacktyp, zwischen 10 Gew.% und 20 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse auf Basis Bisphenol A, zwischen 10 Gew.% und 20 Gew.% einer aminischen Härtermasse, zwischen 20 Gew.% und 40 Gew.% Glimmer-Pulver als anorganischen Füllstoff sowie zwischen 3 Gew.% und 8 Gew.% Ruß und/oder Graphit, wobei der letztgenannte Bestandteil die gewünschte elektrische Leitfähigkeit bereitstellt. In der elektrisch isolierenden Variante beinhaltet die Kittmasse zwischen 25 Gew.% und 40 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse vom Novolaktyp, zwischen 10 Gew.% und 20 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse auf Basis Bisphenol A, zwischen 10 Gew.% und 20 Gew.% einer aminischen Härtermasse und zwischen 30 Gew.% und 50 Gew.% Glimmerpapier als anorganischen Füllstoff. Die Kunstharzkomponenten liegen jeweils im noch reaktionsfähigen, aushärtbaren, sogenannten B-Zustand vor. Es zeigt sich, daß Kittmassen, welche aus den obigen Bestandteilen mit Anteilen bestehen, die innerhalb der genannten Bereiche liegen, zum einen eine geeignete Viskosität aufweisen, um in einer Kartusche gelagert und aus einer zugehörigen Kartuschenaustrittsdüse herausgedrückt werden zu können, und sich zum anderen vergleichsweise rasch aushärten lassen. So liegt die Aushärtezeit für diese Kittmassen typischerweise in der Größenordnung von einer Viertelstunde, während die Aushärtezeiten der eingangs erwähnten, herkömmlichen, als Rollenmaterial extrudierten Kittmassen typischerweise im Bereich von einer Stunde und mehr liegen.
Die Kartusche 1 besteht aus einem Aufnahmezylinder 3, der an einem Stirnende bis auf eine mittige Öffnung 4 geschlossen ist, durch die eine Kolbenstange 5 hindurchgeführt ist. Die Kolbenstange 5 trägt an ihrem im Aufnahmezylinder 3 liegenden Ende einen Kolben 6 mit einer dem Hohlquerschnitt des Aufnahmezylinders 3 entsprechenden Ausdehnung. Am entgegengesetzten Stirnendbereich ist der Aufnahmezylinder 3 offen und besitzt ein Außengewinde, auf das eine jeweilige Austrittsdüse 7 aufgeschraubt ist. Auf diese Weise kann die Kartusche 1 mit unterschiedlichen Austrittsdüsen bestückt werden, die in der Form ihres Düsenaustrittsquerschnitts auf den jeweiligen An wendungsfall abgestimmt sind. So können beispielsweise Austrittsdüsen mit rechteckförmigem Austrittsquerschnitt verwendet werden, die sich in der Breite des Austrittsquerschnitts unterscheiden, um die in der Kartusche 1 enthaltene Kittmasse 2 auf Untergrundflächen verschiedener Breite gleichmäßig aufbringen zu können. Es versteht sich, daß alternativ beliebige andere Düsenaustrittsquerschnitte, z.B. solche mit runder Form, verwendbar sind.
Die Kittmasse 2 kann beispielsweise in luftdicht verschlossenen Würsten bevorratet werden, mit denen die Kartusche 1 wiederholt befüllt werden kann. Durch Ausüben einer Druckkraft D auf die Kolbenstange 5 läßt sich die pastöse, zähflüssige Kittmasse 2 aus der Kartusche 1 durch die Austrittsdüse 7 in der jeweils gewünschten Querschnittsform herausdrücken und auf den jeweiligen Untergrund auftragen, welcher mit der Kittmasse versehen werden soll. Alternativ zu der gezeigten Kartusche 1 mit steifen Wandungen des Aufnahmezylinders 3 kann auch eine Kartusche mit einem Aufnahmezylinder verwendet werden, dessen Außenwandungen wenigstens bereichsweise nachgiebig sind. In diesem Fall kann die darin aufgenommene Kittmasse dadurch herausgedrückt werden, daß die betreffenden Wandungen des Aufnahmezylinders zusammengedrückt werden.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung eignet sich zum Auftragen pastöser Kittmassen, die in einer Kartusche der Art von 1 bevorratet sind, auf einen jeweiligen Untergrund. Speziell veranschaulicht 2 die Verwendung einer solchen Vorrichtung zum Auftragen einer pastösen Kittmasse auf eine Schmalseite 8a eines Generatorstabes 8 einer Hochspannungsmaschine in Form eines Turbogenerators. Beispielhaft ist das Auftragen der Kittmasse 2 der oben angegebenen Zusammensetzung in der elektrisch leitfähigen Variante beabsichtigt. Es versteht sich jedoch, daß beliebige andere, pastöse Kittmassen geeigneter Viskosität mit dieser Vorrichtung auf einen jeweiligen Untergrund aufgetragen werden können.
Die Vorrichtung beinhaltet eine Kartuschenhalterung 9, an der die mit der aufzutragenen Kittmasse 2 befüllte Kartusche 1 angebracht ist. Die Kartuschenhalterung 9 ist verschieblich an einem geradlinigen, alternativ auch gekrümmt geformten Führungsstab 10 gelagert, wobei die Verschiebebewegung B über eine mit der Kartuschenhalterung 9 gekoppelte Gewinde-Antriebswelle 11 bewirkt wird, die von einer Antriebseinheit 12 zur Ausführung einer Rotationsbewegung R antreibbar ist. Zur Bewegungsbegrenzung der Kartuschenhalterung 9 sind am Führungsstab 10 zwei entsprechende Endschalter 13, 14 vorgesehen. Zum Herausdrücken der Kittmasse 2 aus der Kartusche 1 wird der von der Kolbenstange gebildete Preßstempel mit Druckluft L beaufschlagt, die von einer nicht gezeigten Drucklufterzeugungseinheit über eine Druckluftleitung 15 zugeführt wird.
Der Vorgang zum Auftragen der Kittmasse 2 auf die Schmalseite 8a des Generatorstabs 8 erfolgt so, daß die Kittmasse 2 mit einer dosierten, konstanten Geschwindigkeit aus der Kartusche 1 herausgedrückt wird, wozu der von der Druckluft L bewirkte Preßdruck geeignet eingestellt wird. Am austragsseitigen Ende ist die Kartusche 1 mit der zur Generatorstab-Schmalseite 8a passenden Austrittsdüse 7 bestückt. Wenn Untergrundflächen anderer Abmessung mit der Kittmasse versehen werden sollen, wird diese Austrittsdüse von der Kartusche 1 abgeschraubt und eine Düse mit anderer, geeigneter Austrittsquerschnittsform aufgeschraubt. Die Antriebseinheit 12 versetzt die Antriebswelle 11 in eine gleichmäßige Rotationsbewegung, die über die Gewindeankopplung in eine Translationsbewegung der Kartuschenhalterung 9 mit konstanter Geschwindigkeit umgesetzt wird. Somit kann der Generatorstab 8 ortsfest gehalten werden, während die Kittmasse 2 gleichmäßig auf seine Schmalseite 8a aufgebracht wird.
Mit der solchermaßen aufgebrachten Kittmasse 2 können Unebenheiten der Oberfläche des Generatorstabs 8, beispielsweise auch solche, die durch Verroebelung entstehen, eliminiert werden. Nach dem Aushärten der aufgebrachten Kittmasse mit den oben erwähnten, erfindungsgemäß kurzen Aushärtezeiten stehen dann glattflächige Leiteraußenseiten zur Verfügung, die bei angelegter Spannung zu vergleichsweise homogenen elektrischen Feldern führen, was besonders im Hochspannungsbereich, z.B. im Bereich zwischen 20kV und 30kV, von Bedeutung ist. Das Aushärten kann z.B., wie eingangs erwähnt, in einer Heißpresse erfolgen.
Es versteht sich, daß zahlreiche Varianten der gezeigten Vorrichtung realisierbar sind. So kann die Druckkraft für das Herausdrücken der Kittmasse aus der Kartusche statt pneumatisch durch einen elektromotorischen Antrieb erfolgen, an den der Kartuschenpreßstempel angekoppelt ist. Analog kann die Verschiebebewegung der Kartuschenhalterung statt des gezeigten elektrisch-mechanischen Antriebs pneumatisch erfolgen. Alternativ zur gezeigten, aktiven Bewegung der Kartuschenhalterung kann vorgesehen sein, diese stationär anzuordnen und den mit der Kittmasse zu versehenden Untergrund an einer aktiv bewegbaren Halterung anzubringen und an der Kartusche vorbeizubewegen. Durch jeweils geeignete Auslegung der nicht gezeigten Steuereinheit der Vorrichtung kann die Kittmasse in jeder gewünschten Charakteristik auf den jeweiligen Untergrund aufgebracht werden, z.B. mit zeitlich variierender Kittmassen-Austrittgeschwindigkeit und/oder zeitlich variierender Kartuschenhalterungsgeschwindigkeit. Des weiteren kann die Vorrichtung beispielsweise dazu verwendet werden, eine Kittmasse der oben erwähnten, erfindungsgemäßen Zusammensetzung in der elektrisch isolierenden Variante auf die Breitseite des gezeigten Generatorstabes 8 aufzubringen, die nach dem Aushärten als elektrische Isolierung zwischen benachbarten Generatorstäben dient.

Claims

Pastöse Kittmasse mit – 25 Gew.% bis 40 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse vom Novolaktyp, – 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse auf Basis Bisphenol A, – 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer aminischen Härtermasse, – 20 Gew.% bis 40 Gew.% Glimmer-Pulver als anorganischen Füllstoff und – 3 Gew.% bis 8 Gew.% Ruß- und/oder Graphitpartikel, – wobei die Kunstharzkomponente im B-Zustand vorliegt.
Pastöse Kittmasse mit – 25 Gew.% bis 40 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse vom Novolaktyp, – 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer flüssigen Epoxidharzmasse auf Basis Bisphenol A, – 10 Gew.% bis 20 Gew.% einer aminischen Härtermasse und – 30 Gew.% bis 50 Gew.% Glimmerpapier als anorganischen Füllstoff, – wobei die Kunstharzkomponente im B-Zustand vorliegt.