DE2042179C3 - Verfahren zur Herstellung von schichtweise aufgebauten Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von schichtweise aufgebauten Hohlkörpern aus Gießharz nach dem Schleudergießverfahren, bei dem zur Erzeugung von jeweils zwei Schichten unterschiedlicher elektrischer Beschaffenheit dem Gießharz feste, pulverförmige Stoffe mit vom Gießharz abweichendem spezifischem Gewicht und elektrischen Eigenschaften zugegeben werden und bei dem sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft die im Gießharz eingelagerten festen Stoffe an einer Grenzfläche zu einer Schicht ansammeln.

Zur Herstellung von mit Kondensatoreneinlagen versehenen Durchführungen aus härtbarem Kunststoff ist es bekannt (deutsche Auslegeschrift 1105491), im Schleudergußverfahren abwechselnd reines Gießharz und mit Zusätzen elektrisch leitflhigen Materials leitend gemachtes Gießharz schichtweise nach jeweiliger Verfestigung der vorausgehenden Schicht auszubilden. Gegenüber ebenfalls bekannten Schleudergußverfahren, bei denen nur ein reines Gießharz verwendet wird und nach jeder Ausbildung einer Schicht die rotierende Srhleuderform angehalten wird, die Schicht mit einem GraphitOberzug bestrichen wird und die Schleuderform erneut zum Einbringen der nächsten reinen Gießharzschicht in Rotation versetzt wird, braucht bei dem vorbeschriebenen Verfahren die Schleuderform nicht stillgesetzt zu werden, sondern kann fortlaufend rotieren. Dadurch wird zwar das Herstellungsverfahren vereinfacht, jedoch lassen sich die leitenden Schichten nicht so dünn ausbilden, wie es beim Bestreichen mit Graphit oder anderem leitenden Material der Fall ist. da eine Schleudergußschicht aus Gießharz sich einigermaßen fehlerfrei nur mit einer minimalen Wandstärke von etwa 1 mm herstellen läßt. Bei einer vorgegebenen Wandstärke der fertigen Durchführung läßt sich daher nur eine relativ geringe Zahl von leitenden Schichten in den Gußkörper einbauen. Aus der genannten Auslegeschrift ist es ferner bekannt, den fertigen Schleudergußkörper durch stufenweises oder kontinuierliches Abdrehen an den Enden zu verjüngen und auf diese Weise zum Zwecke einer bestimmten Po'tentialausbüdung Teile der leitenden Schichten zu entfernen. Anschließend können die so bearbeiteten Enden des Isolierkörpers mit einem durch Tauchen, Spritzen oder Angießen hergestellten Kunstharzüberzug versehen werden.

Aus der schweizerischen Patentschrift 305 231 ist ferner ein Schleudergießverfahren zur Herstellung von Rohrkörpern bekannt, bei dem einzelne Radialbereiche des Isolierkörpers mii unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante ausgebildet werden können, indem man für diese Radialbereiche Materialien mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten verwendet,

₊₀ die sich beim Schleudervorgang entsprechend unterschiedlich absetzen. Auf diese Weise läßt «ich ein bestimmtes Dielektrizitätsprofil im Schleude'gußkörper erreichen, über welches sich die Felohüienverteilung beeinflussen läßt. Für die Herstellung von Kondensatordurchführungen mit elektrisch leitenden Einlageschichten sieht diese Patentschrift ein Bestreichen der jeweils beim Schleuderguß gebildeten inneren Oberfläche des Hohlkörpers mit Graphit vor, ehe die nächste Kunstharzlage eingebracht wird.

Mit den bekannten Verfahren läßt sich im allgemeinen jedoch nur eine relativ unvollständige Trennung der mit Zusätzen versehenen und der reinen Gießharzschichten erreichen. Für die Ausbildung von Schichten mit unterschiedlicher Dielektrizitätskonstante ist dies nicht von besonderer Bedeutung, da diese Schichten ohnehin eine relativ große Dicke haben müssen, wenn sie in der gewünschten Weise wirksam werden sollen. Besteht jedoch die Forderung nach einer Ausbildung möglichst dünner, und zwar leitender, Schichten mit scharfer Abgrenzung gegenüber dem nichtleitenden Material, so sind die aus dem Stande der Technik bekannten Verfahren nicht brauchbar, da infolge der unvollständigen Trennung des Zusatzmaterials vom Gießharz bei der Anlagerung normalerweise noch soviel Zusatzmaterial in der Gießharzschicht verbleibt, welches sich nicht anlagert, daß die Isoliereigenschaften der Gießharzschicht in unzulässiger Weise verschlechtert werden. Aus die-

sem Grunde wird nach der schweizerischen Patentschrift 305 231 für die Herstellung von Kondensatordurchführungen auch nicht mit einer Sedimentation von Graphit oder anderen elektrisch leitenden Materialien gearbeitet, sondern man bestreicht die Innenflächen der jeweils fertigen Schicht mit Graphit und schleudert erst anschließend die nächste Gießharzschicht auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Beseitigung der nach den bekannten Verfahren auftretenden Nachteile der unvollständigen Anlagerung elektrisch leitfähiger Zusätze zu Gießharzmaterialien bei Schleudergußverfahren durch eine besondere Auswahl der Material- und Verfahrensparameter. Insbesondere soll die Erfindusig die Ausbildung von relativ dünnen elektrisch leitenden Schichten mit scharfer Abgrenzung gegen das Gießharzmaterial erlauben.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von schichtweise aufgebauten Hohlkörpern aus Gießharz nach dem Schleudei{?ieß\erfuhren, bei dem zur Erzeugung von jeweils zwei Schichten unterschiedlicher elektrischer Beschaffenheit dem Gießharz feste, pulverförmige Stoffe mit vom Gießharz abweichenden spezifischem Gewicht und elektrischen Eigenschaften zugegeben werden und bei dem sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft die im Gießharz eingelagerten festen Stoffe an einer Grenzfläche zu einer Schicht ansammeln, erfindungsgemaß gelöst durch die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von Hochspannungskondensatordurchführungen, deren Potentialsteuereinlagen in an sich bekannter Weise durch Zugabe der festen, pulverförmiger) Stoffe in Form elektrisch leitender Materialien zum Gießharz hergestellt werden, wobei die Korngröße der pulverförmigen Stoffe, die Viskosität des Gießharzes und die Schleuderdrehzahl so aufeinander abgestimmt sine¹ daß sich die pulverförmigen Stoffe als dünne leitende Schichten an einer Grenzfläche der Gießharzschicht unter so vollständiger Trennung von der Gießharzschicht anlagern, daß deren Isolationseigenschaften nicht durch Reste der puiverförmigen Stoffe verschlechtert werden.

Unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft bildet dieses Material scharf abgegrenzte, zylinderförmige. leitfähige Schichten, die sich bei sedimentierendem Material jeweils an der Grenzfläche mit der vorhergehend eingebrachten und gehärteten Harzschicht befinden. Bei aufschwimmendem Material bilden sich die Leitschichten an der Oberfläche der neuen Harzschicht. Dadurch läßt sich der Durchmesser der LeitschicHer. genau dimensionieren.

Die Länge der Leitschichlen kann durch nachträgliches mechanisches Abarbeiten des gehärteten Schleuderpießlings, z. B. durch Abdrehen, eingestellt werden. Es ist auch möglich, Jen Durchführungskörper in einer konischen oder treppenförmig abgestuften Form zu schleudern. In diesem Fall müssen nach dem Entformen nur noch die an der Oberfläche befindlichen Reste des leitfähigen Materials entfernt werden, um einen fertig dimensionierten Durchführungskörper zu erhalten.

In beiden Fällen entstehen Durchfülirungskörpcr mit offen liegenden Enden der Leitschichten. Für Anwendungen, bei denen dieser Umstand einen Nachteil darstellt, können die Durchführungskörper nach der mechanischen Jiearbeitung mit einer Harzschicht durch Lackieren, Beschichten oder Eingießen überzogen bzw. in einen äußeren Isolator eingegossen werden.

Durch die Beschichtung mit einem Harz mit einer anderen Dielektrizitätskonstanten als der des geschleuderten Durchführungskörpers können die elektrischen Felder an den Enden der LeitscWchten in günstiger Weise modifiziert werden.

Bei der Verwendung rasch sedimentierendtr leitfähiger, pulverförmiger Zusätze kann die Länge der Leitschichten auch wie in der Abbildung dargestellt, dadurch begrenzt werden, daß das das leitfäbige Material enthaltende Harz in das Innere der rotierenden Schleuderform 1 geleitet wird, wobei die Öffnung 6 der Zuführungsleitung 5 über die Länge der vorgesehenen Leitschicht zwischen 7 und 8 bewegt wird. Bei diesem Vorgehen wird der leitfähige Zusatz sofort nach dem Einbringen an der Zulaufstelle nach außen an die Oberfläche der vorhergehend gehärteten Harzschichten 2 geschleudert, wahrend das reine Harz sich auf der ganzen Oberfläche verteilt. Die Schärfe der Leitschichtenränder kanr· noch dadurch verbessert

ao werden, daß gleichzeitig mit dem das elektrisch leitende Material enthaltenden Harz durch die Zuleitungen 9 und 10 an den Stellen außerhalb der Leitschicht Harz ohne leitfähiges Material zugeführt wird. Die vorhergehend eingebrachten Leitschichten sind in der Abbildung durch die Nummern 3 und 4 gekennzeichnet.

Bei einem Aufbau des Durchführungskörpers aus Schichten mit verschiedener Dielektrizitätskonstante läßt sich das elektrische Feld zusätzlich steuern. So kann man für die Schichten, in denen eine höhere Feldstärke auftritt, Harze mit entsprechend erhöhter Dielektrizitätskonstante verwenden. Eine günstige Feldverteilung wird auch erreicht, wenn die Leitschichten in Harzschichten mit höherer Dielektrizitatskonstantc eingebettet sind, was sich durch entsprechenden schichtweisen Aufbau ohne Schwierigkeit erreichen läßt. Eine Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante auf der Innenseite der Leitschichten läßt sich in einfachster Weise durch Zugabe eines langsamer als das elektrisch leitende Pulver sedimentierenclen Materials mit hoher Dielektrizitätskonstante zum Harz erhalten, wie z. B. Titandioxid.

Als Harze für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich alle elektrisch genügend festen flüssigen

oder schmelzbaren, härtbaren Harze mit niclit zu hoher Viskosität, so z. B. Epoxyharze, ungesättigte Polyesterharze, Polyurethanharze, härtbare Kohlenwasserstoffharze, Diallylphthalatharze, Phenol- und MeI-amin-Gießharze. Auch monomere, durch Polymerisation oder Polyaddition härtbare Verbindungen sind geeignet. Diese sind besonders dann von Vorteil, wenn die durch Sedimentation des pulverförmigen, elektrisch leitfähigen Materials entstehenden Leitschichten in ihrer Länge dadurch begrenzt werden, daß da.« leitfähiges Material enthaltende Harz in das Innere der rotierenden Schleuderform geleitet wird, wobei die öffnung der Zuführungsleitung nur über die Länge der Leitschicht in Axialrichtung bewegt wird.

Als pulverförmiges, sedimentierendes, elektrisch leitfähiges Material können insbesondere Metall- und Graphitpulver verwendet werden. Auch metallisierte Nichtleiterpulver sind geeignet. Ferner eignen sich Metall- oder Halbleiter-Whiskers, sofern deren Länge noch kurz genug ist, daß keine Verfilzung eintritt. Leichtere, unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft aufschwimmende Materialien werden erhalten durch Metallisierung von Mikrohohlkugel aus Glas oder

Kunststoff oder von spezifisch leichten, pulverförmigen Substanzen. Bei Beachtung der erforderlichen Vorkehrungen können hierfür auch Dispersionen der spezifisch leichten Alkalimetalle verwendet werden.

Das Verfahren soll durch das folgende Beispiel erläutert werden:

Als Gießharz dient ein warmhärtendes Polyesterharz mit einer Viskosität von 200 cP bei 25° C mit einem Zusatz von 2%> Graphitpulver. In einer rohrförmigen Schleuderform mit einem Durchmesser von 85 mm und einer Länge von 460 mm wird bei einer Tourenzahl von 2200 U/min zunächst eine Schicht von 6,5 mm Dicke aus Reinharz ohne Graphitzusatz durch Einbringen von 900 g Harz und Härten bei 100° C hergestellt. Sodann werden nacheinander folgende Mengen graphithaltiges Harz eingebracht und jeweils 30 min bei 100° C gehärtet: 209, 233, 245, 242,235,213, 190, 164 und 100 g.

Anschließend wird der Körper noch 24 Stunden bei 120 C nachgehärtet und entformt. Danach wird als Leiter ein Kupferrohr mit einem Durchmesser von 28 mm mittels eines Epoxyharzes in die Bohrung eingebettet und mit der innersten Leitschicht elektrisch verbunden. In der Mitte des Körpers wird ein Flansch

ίο aufgeklebt und mit der äußersten Leitschicht verbunden. Der Durchführungskörper wird konisch so abgedreht, daß die innerste Leitschicht eine Länge von 430 mm und die äußerste eine Länge von 130 mm aufweist. Der Flächenwiderstand der Leitschichten beträgt 0,3 bis 1 kOhm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von schichtweise aufgebauten Hohlkörpern aus Gießharz nach dem Schleudergießverfahren, bei dem zur Erzeugung von jeweils zwei Schichten unterschiedlicher elektrischer Beschaffenheit dem Gießharz feste, pulverförmige Stoffe mit vom Gießharz abweichenden spezifischem Gewicht und elektrischen Eigenschäften zugegeben werden und bei dem sich unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft die im Gießhan. eingelagerten festen Stoffe an einer Grenzfläche zu einer Schicht ansammeln, gekennzeichnet durch die Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung von Hochspannungskondensatordurchführungen, deren Potentialsteuereinlagen in an sicn bekannter Weise durch Zugabe der festen, pulverförmigen Stoffe in Form elektrisch leitender Materialien zum Gießharz hergestellt werden, wobei die Korngröße der pulverförmigen Stoffe, die Viskosität des Gießharzes und die Schleuderdrehzahl so aufeinander abgestimmt sind, daß sich die pulverfönnigen Stoffe als dünne leitende Schichten an einer Grenzfläche der Gießharzschicht unter so vollständiger Trennung von der Gießharzschicht anlagern, daß deren Isolationseige· schäften nicht durch Reste der pulverförmigen Stoffe verschlechtert werden.

2. Verfahren n^ch A'ipruchl, dadurch gekennzeichnet, daß d*!; durch Anlagerung der pulverförmigen, elektrisch leitfähigen Stoffe entstehenden leitenden Schichten in ihrer Länge dadurch begrenzt werden, daß das die leitfähigen Stoffe enthaltende Harz in das Innere einer rotierenden Schleuderform geleitet wird und daß die Öffnung der Zuführungsleitung während der Zugabe der pulverförmigen Stoffe über die ganze Länge der auszubildenden leitenden Schicht, nicht jedoch darüber hinaus, in Axial richtung bewegt wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Durchführungen nach den Ansprüchen 1 und 2. dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dem die elektrisch leitenden Stoffe enthaltenden Harz an Stellen außerhalb der leitenden Schichten ein Harz ohne Zusatz leitender Stoffe zugeführt wird.