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Anwendung, Herstellung und Verarbeitung eines elektrisch bzw.
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thermisch leit- oder isolierfähigen Gieß-, Einbettungs- und Uberzugsmaterials
für den entsprechenden Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie.
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Die Erfindung betrifft die Anwendung, Herstellung und Verarbeitung
eines elektrisch bzw. thermisch leit- oder isolierfähigen Gieß-, Einbettungs- und
Uberzugsmaterials für den entsprechenden Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie.
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Der Zweck der Erfindung ist es, ein für andere Zwecke bereits bekanntes,
vom wirtschaftlichen Standpunkt aus sehr preiswertes und technisch überdies sehr
einfach zu handhabendes Material, chemisch und verfahrenstechnisch so Zu verarbeiten,
dass es für den speziellen Anwendungsbedarf in der Elektroindustrie eingesetzt werden
kann.
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Der jetzige Stand der Technik ist bekannterweise derart, dass bereits
eine Vielzahl von Verguß-, Einbettungs- und Uberzugsmassen und Materialien in der
Elektroindustrie verwendet werden.
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Von den Materialien, die nach dem neueren Stand der Technik verwendet
werden, sind diverse Silicon-Kautschuke und Epoxydharze am gebräuchlichsten und
am meisten verbreitet.
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Vom wirtschaftlichen Standpunkt ist dazu zu bemerken, dass z.B. dafür
geeignete Epoxydharze auch in grösseren Mengen über DM 10,-- / kg. kosten, und die
Silicon-Kautschuke kaum unter DM 25,-- / kg. zu haben sind.
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Rein technisch gesehen ist zu bemängeln, dass zwar die elektrischen
Werte dieser Materialien ausgezeichnet sind, dafür aber einige andere Nachteile
in Kauf genommen werden müssen.
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Beim isolationstechnisch hervorragenden Silicon-Kautschuk z.B., die
geringe Reiß- und Abriebfestigkeit, die es kaum zuläßt, dieses Material als Endüberzug
einzusetzen, da dann große mechanische Beschädigungsgefahr besteht.
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Beim Epoxydharz wiederum, welches neben guten elektrischen Werten
auch eine sehr gute Oberflächenhärte aufweist, ist zu bemängeln, dass die chlag-
und Splitterfestigkeit nicht besonders hoch ist, und somit mechanische Beschädigungen
durch spontane Rißbildung bis auf stromführende Teile durchgehen können, wodurch
so eingegossene Teile, die hohe Spannzungen führen, unbrauchbar werden. Da in diesem
Material außerdem, durch die chemische Aushärtung bedingt, keinerlei Elastizität
zurückbleibt und auch eine gewisse innere mechanische Vorspannung entsteht, ist
sehr oft zu beobachten, dass so vergossene Teile bereits bei normalen srbeitsbedingungen,
besonders aber bei den unvermeidbaren kurzzeitig auftretenden Überlastungen und
der dadurch von innen heraus entstehenden wärme- und kältebedingten Ausdehnung bzw.
Schrumpfung, von innen heraus das starre Vergußmaterial sprengen und sich ständig
vergrössernde bis an die Oberfläche durchgehende Risse bilden, was gleichfalls zur
Unbrauchbarkeit des Teiles führt.
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Um dieser Erscheinung zu begegnen behilft man sich teilweise dadurch,
dass man die dimensionsverändernden Teile mit S con-Kautschuk vergießt und diese
dann wiederum mit Epoxydharz umhüllt. Die verfahrens- und verarbeitungstechnisch
recht hohe Aufwendigkeit dieses Verfahrens liegt auf der Hand.
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Ausserdem ist noch die lange, sich meist über mehrere Stunden erstreckende
Aushärtungszeit dieser Materialien zu bemängeln, wodurch die eo behandelten Teilfabrikate
bis zur ileiterverarbeitung meist pauaieren müssen, was einer hochrationalisierten
kontinuierlichen Fertigung nicht sehr zutraglich ist und ausserdem einen erheblichen
zusätzlichen räumlichen Platzbedarf erfordert, um die Teile bis zum Abschluß der
iushärtungsreaktion lagern zu können.
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Ausserdem wird bei Verarbeitung der Materialien, wenn diese nach Herstellervorschrift
erfolgen soll, eine recht aufwendige und komplizierte Verarbeitungsmaschinerie empfohlen,
wie z.B.
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Mehrkomponenten-Vacuum-Vergießmaschinen etc.
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In der meist üblichen Handverarbeitung zuviel angesetztes Material
xtrd aufgrund der hohen Preise pro Kilogramm eine sehr teure Angele!fenFei fr den
Verarbeiter.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einem sehr preiswerten
Grundmaterial, welches sich durch einfache Zusätze fUr en jeweiligen Verwendungszweck
variieren läßt und sich für geringe Ansprüche auch unmodifiziert verarbeiten läßt,
die biser bekannten Nachteile auf dem gleichen Anwendungsgebiet weitgehendst auszuschalten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein bereits
einige Zeit auf dem Markt befindliches und in der Großverarbeitung bekanntes chemisches
Material, welches für die entsprechende Anwendung in der Elektroindustrie bisher
nicht geeignet erschien, durch Auswahl in letzter Zeit neu in den Handel gekommener
geeigneterer Materialmodifikationen, oder entsprechender Änderungen in seiner chemischen
Zusammensetzung anwendungstechnisch so verbessert wird, dass es für die genannten
Zwecke brauchbar wird.
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Bei diesem material handelt es sich um verschiedene unter dem Sammelbegriff
"Polyurethane" bes-anntgewordene chemische Stoffe.
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Man unterscheidet hier in Polyurethan-b^haumstnffe und Polyurethan-Elastomere.
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Die gemeinsame chemische Grundlage für beide, sind die sogen.
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Polyole als die das Endprodukt überwiegend best.amende Komponente
und als zweites die sogen, Isocyanate, welch bei Vermischung mit der Polyolkomponente
die chemische Reaktion hervorrufen. Polyurethanschäume sind wie schon der Name sagt,
chemische Stoffe, welche durch entsprechende chemische Reaktion in der Lage sind,
ein mehrfaches des Volumens der ursprünglichen Komponentenmischung zu erreichen
und auszufüllen.
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Polyurethanelastomere sind chemisch grundsätzlich das gleiche wie
die Schäume, mit dem einzigen Unterschied, dass Elastomere durch das Fehlen des
chemischen oder physikalischen Treibmittelanteils in den Komponenten durch den Ablauf
der chemischen Reaktion keine Volumenvergrösserung im Sinne der Schäume erfahren.
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Durch entsprechende Versuche hat sic nun gezeigt, dass bei richtiger
Auswahl geeigneter Polyureth~1»Komponentensysteme,
vor allem der
neueren Systemreihen der Duromer- und Integralschäume, diese Materialien teilweise
bereits im handelsüblich konfektionierten Zustand und teilweise durch entsprechende
Zusätze verbessert, sehr wohl für den Bedarf der Elektroindustrie in punkto Gieß-,
Einbettungs- und Uberzugsmaterialien, mit zufriedenstellenden Ergebnissen zu verwenden
sind.
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Als besonders interessantes Versuchsergebnis ist zu werten, dass man
durch nachträgliches Zusetzen verschiedener pu7verförmiger Füllstoffe in die Polyolkomponente
das Endprodukt soweit variieren kann, dass es nicht mehr mit den ursprünglich laut
Herstellerangabe erreichbaren technischen, physikalischen und chemischen Werten
identisch ist, also ein völlig neues Produkt entsteht.
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Voraussetzung ist, dass die Teilchengrösse der Füllstoffe auf die
Suspensionsfähigkeit des Polyols abgestimmt ist. Die Füllstoffe selber können sowohl
aus metallischen als auch aus nichtmetallischen Stoffen oder Gemischen aus beiden
bestehen.
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So z.B. Al, Cu, Zn, Fe Pulver etc., Kaolin, Quarz, Keramik, Emaillepulver
usw.
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Durch Zugabe einzelner Füllstoffe oder Gemischen davon zum Polyol
lassen sich je nach Wunsch thermische und elektrische Leit- und Isolierfähigkeit
und auch die sonstigen technischen, physikalischen, chemischen und mechanischen
Werte des Endproduktes in weitem Rahmen gezielt und reproduzierbar beeinflussen.
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Die mit dem erfindungegemässen Verfahren erzielten Vorteile liegen
einmal darin, dass die ausgewählten Polyurethankomponentensysteme im Durchschnitt
nur DM 3,-- bis DM 4,-pro kg kosten. Bei Verarbeitung von Polyurethanschaumsystemen
wird zum ausfüllen eines bestimmten Gesamtvolumens mengenmäßig nur ein Bruchteil
der Materialmenge benötigt, die sonst erforderlich wäre um das gewünschte Volumen
auszufüllen. Die Au8härtungazeiten bis zur Entformbarkeit und somit weiteren Verarbeitungsmöglichkeit
der so behandelten Teile betragen nur wenige Minuten, lassen sich also in normalen
Fabrikationstakt unterbringen und bieten somit eine bedeutende Zeit- und
Raumersparnis.
Wo aus Gründen von sehr hohen Anforderungen der Wärmeleitfähigkeit statt mit einem
Polyurethanschaumsystem mit einem Polyurethanelastomersystem gearbeitet werden muss,
bietet dieses Material zwar keine zusätzliche Kostenersparnis durch Volumenvergrösserung,
wohl aber durch den gleichen billigen Grundpreis und die gleiche schnelle Taktzeit
wie die Polyurethanschaumsysteme. Dass sich bei den verfahrensgemäss behandelten
Teilen eine Gewichtsersparnis ergibt, welche sich frachtkostensenkend auswirkt,
liegt auf der Hand.
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Der besondere Vorteil liegt jedoch darin, dass man mit einem Lageraufwand
von wenigen Grundmaterialtypen eine große Zahl einfacher Variationsmöglichkeiten
zur Verfügung hat, um allen geforderten Verwendungszwecken ohne grossen Aufwand
gerecht zu werden.
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Etwa im Uberschuss angesetztes Material, welches durch Abschluss der
Reaktionszeit nicht mehr zu verwenden ist, fällt aus preislichen Gründen weniger
ins Gewicht, als bei konkurier-enden Verfahren.
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Nicht zuletzt ist es wichtig zu betonen, dass aufgrund der bekannten
Eigenschaften der Polyurethansysteme eine thermische und mechanische Beschädigungsmöglichkeit
der verfahrensgemäss behandelten Teile normalerweise auszuschliessen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung des erfindungsgemäusen Universal-ELSKTRO-COAT-Verfahrens
ist vergleichsweise folgendes: Tropenfeste Ausführung eines Stromwandlers für 1000
Volt.
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Bisheriges Verfahren: Einbettung in Epoxyd-Gießharz.
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Auszufüllendes Formvolumen: 200 com.
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1. Einlegen des Wandlers in die Gießform 2. Schliessen der Form 3.
Mischen der zwei Harzkomponenten 4. Hinzufügen von Füllstoffon 5. Evakuieren von
Luftblasen 6. Langsames eingiessen der zähflüssigen Komponentemischung in die Form,
damit die Luft restlos entweicht (Zeit ca.
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5-10 Minuten)
7. Abwarten der Aushärtungszeit bis
zur tntformbarkeit, (Zeit ca. 2 - 5 Stunden) 8. Entformen des Wandlers 9. Lackieren
des Wandlers Kosten: bei DM 12,-- /kg = DS1 2,40 für Material.
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Zu entlohnender Zeitaufwand ca. 30 bis 45 Minuten.
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Gesamt zeit ca. 2 - 5 Stunden Universal-EL:KTRO-CCAT-Verfahrenr Einbettung
in Polyurethan-Duromer-Schaum.
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Auszufüllendes Formvolumen: 200 ccm.
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1. Einlegen des Wandlers in die Gießform 2. Mischen des bereits eingefärbten
Polyols mit demIsocyanat.
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Die Beimischung von Füllst offen entfällt für die geringe Leistungsklasse
von 1000 Volt.
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3. Schnelles eingiessen der leichtlüssigen Mischung in die geöffnete
Form.
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4. Schliessen der Form, Entlüftung nach oben. Das rasch expandierende
Material drückt die überschüssige Luft automatisch heraus.
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5. Abwarten der Aushärtungszeit bis zur Entformbarkeit (Zeitdauer
ca. 10 - 15 Minuten) 6. Entformen des fertigen Wandlers Kosten: bei DM 3.50 / kg
= DM 0,35 für Material.
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Zu entlohnender Zeitaufwand ca. 15 Minuten.
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Gesamtzeit ca. 30 Minuten.