DE2241309C3 - Offenzelliger Hartschaumstoff sowie seine Verwendung bei elektrischen Einrichtungen und Apparaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen offenzelligen, unter Druck mit mindestens einem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum gefüllten und dann mittels härtbarer organischer Polymerer unter Druck versiegelten Hartschaumstoff.

Der Zweck der Erfindung liegt insbesondere in einer möglichst einfachen und kostensparenden Schaffung von ofl'enzelligen elektrisch und mechanisch hochbeanspruch baren Hartschaumstoffen, mittels derer extrem beanspruchbare elektrische Einrichtungen und Apparate in bisher technologisch nicht verwirklichbarer und besonders vorteilhafter Weise und Ausführung werkstoffanteilig herstellbar sind.

Bekanntlich werden bei geschlossenzelligen Schaumstoffen die während des Schäumprozeßes entstehenden Gasbläschen vom Ausgangsprodukt bzw. Kunststoff allseitig geschlossen umhüllt, so daß die einzelnen Schaurnstoffzelienhohiräume praktisch keinerlei Verbindungen aufweisen. Sind jedoch die Hohlräume innerhalb eines Schaumkörpers miteinander und mit der umgebenden Außenluft verbunden, so spricht man von offenzelligen Schaumstoffen.

Es ist weiters bekannt, daß die Struktur der Schaurnstoffzellen im allgemeinen von dem für die jeweilige Kunststoffgruppe möglichen Schäumverfahren, vom verwendeten Treibmittel, von der Treibgeschwindigkeit, von der Konsistenz des Rohstoffes, von Temperatur- oder Druckeinflüssen und weiteren Faktoren abhängt Deshalb ist es bisher noch nicht möglich beliebige Schaumstoffe für jeden Verwendungszweck geschlossen- oder of fenzellig herzustellen.

Im Hinblick auf die Verwendung von Schaumstoffen ist es ferner bekannt, daß wichtige Schaumstoffeigenschaften, wie beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, die Luftdurchlässigkeit, die Diffusionskoeffizienten usw., wesentlich von der Art der Zellenausbildung abhängig sind. So finden in der Isolationstechnik am günstigsten harte Schaumstoffe mit geschlossenen oder zumindest überwiegend geschlossenen Zellen Verwendung, wobei man zwischen harten und weichelastischen Schaumstoffen unterscheidet, je nachdem wie das Schaumstoffgefüge auf eine kurzfristige Druckbeanspruchung reagiert, und außerdem noch je nach Verformungsverhalten zwischen zähhart und sprödhart differenziert

So sind bereits auf verschiedene Arten hergestellte harte oder weiche Schaumstoffe für die Fertigung von Hochspannungsisolationen vorgeschlagen worden. Die bei der Herstellung solcher Schaumstoffe zum Einsatz gelangenden Treibmittel sind hierbei entweder chemischer oder physikalischer Natur, so daß die Zellen solcher Schaumstoffe entsprechend dem Treibprozeß vorzugsweise mit N₂ oder CO2 bei chemischem Treiben oder mit in den Rohstoffen löslichen Gasen oder niedrigsiedenden Flüssigkeiten wie z. B. leichtflüchtigen Lösungsmitteln, die unter Wärmeeinwirkung in den gasförmigen Zustand übergehen, bei physikalischem Treiben gefüllt sind.

Solche mittels der vorgenannten chemischen Treibmittel erzeugte Schaumstoffe weisen keine guten dielektrischen Eigenschaften auf. Schaumstoffe hingegen, die insbesondere mittels physikalischer Treibmittel wie z. B. Monofluortrichlormethan (CCUF) hergestellt werden, besitzen wohl günstigere dielektrische Eigenschaften als die vorerwähnten Schaumstoffe, jedoch liegt der Siedepunkt des letztgenannten besonders gängigen Treibmittels mit 24° C leider relativ hoch. Deshalb ist das dielektrische Verhalten derart hergestellter Schaumstoffe bei niederen Temperaturen, wie z. B. -30⁰C, sehr schlecht, da das im gasförmigen Zustand befindliche Treibmittel bei dieser Temperatur in den Zellen solcher Schaumstoffe kondensiert Der dadurch in den Zellen entstehende Unterdruck verschlechtert die dielektrischen Eigenschaften, wie z. B. die Durchschlagsfertigkeit, so daß solche Schaumstoffe für Hochspannungszwecke ungeeignet sind.

Aus der DE-PS 9 62 291 ist insbesondere ein Verfahren bekannt, einen offenzelligen Schaumstoff unter Druck mit einem gasförmigen Stoff zu füllen und dann unter Druck mittels härtbarer Polymerer zu versiegeln. Das in den Schaumkörper eingebrachte Gas, das aus großen Molekülen bestehen soll, kann im allgemeinen auch als Dielektrikum angesehen werden.

Aus der US-PS 35 03 822 ist weiters ein Verfahren bekannt, bei dem gegebenenfalls nach einer Öffnung der Poren eines Schaumstoffes das Schaumstoffgerüst mit einem z. B. flüssigen Stoff gefüllt und dann mit einer Polymerschicht versiegelt wird.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, mittels offenzelliger Hartschaumstoffe, mittel- bzw. hochspannungsfeste, mechanisch hochbeanspruchbare, elektrisch isolierende Schaumstoffe mit weitem thermischen Einsatzbereich zu schaffen, mittels derer relativ

leichte, betriebssichere elektrische Einrichtungsteile oder Einrichtungen und Apparate für hohe Leistungen mit erheblich kleineren Abmessungen als bisher in einfacher Weise herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Zellwände wenigstens teilweise aus Harnstoff-Formaldehydharz bestehen und daß das Dielektrikum eine größere Durchschlagsfestigkeit als Luft aufweist Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Dielektrikum einen kleineren oder höchstens —20° betragenden Siedepunkt aufweist

Besonders vorteilhaft ist es demnach, als Dielektrikum ein Halocarbon oder eine Halocarbonmischung in die Zellen zu füllen. So empfiehlt es sich, daß das Dielektrikum aus Tetrafluormethan (CE₄) oder Trifluormethan (CHF₃) oder Trifluorchlormethan (CF₃Cl) oder Hexafluoräthan (C₂F₆) oder Trifluorbrommethan (CF₃Br) oder Difluorchlormethan (CHClF₂) oder Pentafluorchloräthan (C₂ClFs) oder Perfluorpropan (C₃F₈) oder aus Difluordichlormethan (CCI2F2) oder aas Mischungen der vorstehenden Verbindungen besteht Ferner ist es zweckmäßig, als Dielektrikum Schwefelhexafluorid (SFe) zu verwenden.

Nach einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Dielektrikum zugesetzt werden, das einen größer als —20⁰C betragenden Siedepunkt aufweist Als Zusatz empfiehlt es sich, Octafluorcyclobutan (C₄F₈) oder Tetrafluordichloräthan (C₂CI₂F₄) oder Monofluordichlormethan (CHCl₂F) oder Monofluortrichlormethan (CCl₃F) oder Hexaflsiordichlorpropan (C₃Cl₂F₆) oder eine Mischung der vorstehenden Verbindungen zu verwenden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Versiegelungsmittel für die Zellen aus gieß- oder spritz- oder sinterbaren oder aus IackierfaMgsn Polymeren besteht, wobei Polyurethan- oder Epoxid-t ießmassen oder Polyesterharze zu bevorzugen sind.

Mit besonderem Vorteil sind die vorbeschriebenen offenzelligen Hartschaumstoffe zur Herstellung von tragenden, bis zu tiefen Temperaturen verwendbaren und gegen Hochspannung isolierenden Teilen von elektrischen Einrichtungen und Apparaten geeignet Die Hartschaumstoffe können zweckmäßigerweise für die Fertigung der isolierenden ruhenden Elemente von Schaltanlagen verwendet werden. So ist hier vor allem die Herstellung von Trennwänden oder Stützisolatoren oder von Ummantelungen von Sammelschienen oder Traggerüsten für Mittel- und Hochspannungsschalter oder der tragenden Isolation von Kabelendverschlüssen hervorzuheben. Der Erfindungsgegenstand ist Vorzugs- so weise auch zur Herstellung der Isolation von Strom- und Spannungswandlern oder Transformatoren, insbesondere zum Einschäumen von Wicklungsköpfen und Nuten von elektrischen Maschinen verwendbar. Bei zusätzlicher Anordnung von leitenden Mitteln bei den Hartschaumstoffen, können diese auch zur Erzeugung von Schutzerdungen für elektrische Einrichtungen und Apparate Verwendung finden.

Ein mit der Erfindung erzielter wesentlicher Vorteil besteht nun insbesondere darin, daß die offenzellige Schaumstoffstruktur im Zusammenwirken mit der in angegebener Art und Weise beschriebenen Füllung und Versiegelung des Schaumstoffgerüstes Schaumstoffeigenschaften erbringt, die die bisherigen Möglichkeiten des Einsatzes von offenzelligen Hartschaumstoffen sowohl in qualitativer als auch in quantitativer Sicht erheblich erweitern. So wird in der Isolationstechnik für bestimmte Verwendungszwecke die Günstigkeit harter Schaumstoffe mit geschlossenen oder zumindest überwiegend geschlossenen Zellen nicht nur erreicht sondern durch die mögliche Freizügigkeit in der Wahl der Dielektrika und Versiegelungsmittel in weitgehender Unabhängigkeit von der Ausgnagsstruktur der Zellenausbildung vorausbestimmbar. Durch geeignete Versiegelung der Zellen ist vor allem der Verbleib des jeweiligen Dielektrikums im offenzelligen Schaumstoffgerüst wie bet einem gescivlossenezelligen Hartschaumstoff gewährleistbar. In der Wahl des jeweiligen Dielektrikums ist man nicht mehr so entscheidend von den Stoffeigenschaften des Schaumstoffgerüstes abhängig, da der Treib- und der Füllprozeß der Zellen voneinander getrennt erfolgt und mit verschiedenen Mitteln vor sich gehen kann, so daß auch der Einsatz von Dielektrika möglich ist die man bisher nicht in Betracht ziehen konnte.

Durch die Möglichkeit der Verwendung von Dielektrika, die bis zu relativ sehr tiefen Temperaturen gasförmig bleiben oder durch den Einsatz von Mischungen von solcher Dielektrika mit niedrigem Siedepunkt mit einem Zusatz von anderen Gasen, die bei höheren Temperaturen kondensieren, in Verbindung mit im Hinblick auf das Dielektrikum frei wählbaren entsprechenden Zellwand- und Zellenversiegelungsmaterialien ergeben sich offensich offenzellige, versiegelte Hartschaumstoffe, die sich nicht nur durch ihre mechanische Tragfähigkeit auszeichnen, sondern auch bis zu tiefen Temperaturen eingesetzt werden können.

Weitere mit dem Erfindungsgegenstand erzielbare Vorteile bestehen vor allem in der Vereinfachung der Konstruktion aller elektrischen Einrichtungen und Apparate, bei denen die bisher gebräuchlichen Isolationen mittels der Erfindung zumindest vollwertig ersetzbar sind. So sind derart hergestellte Einrichtungen und Apparate bzw. Teile davon, wis z. B. Hochspannungsisolationen, bis zu tiefen Temperaturen, d. h. mindestens über den gesamten Vorschriftenbereich, kleiner dimensionierbar und wesentlich billiger als die bekannten Ausführungen mit Stahlkonstruktionen herstellbar. Zufolge der jeweiligen funktionellen Anordnung der Hartschaumstoffe bei den Einrichtungen und Apparaten ist deren Raumbedarf etwa halb so groß als bei derzeit bestehenden äquivalenten Anlagen. Das geringere Produktgewicht ergibt außerdem eine leichtere Transportfähigkeit solcher Erzeugnisse sowie einen relativ minimalen Montageaufwand.

Zufolge des Ersatzes der bisher insbesondere als Hochspannungsisolation gebräuchlichen dichten Kunststoffe, wie z. B. nichtporöser Polyester- oder Epoxydwerkstoffe, wird die Gefahr der Rißbildung wie insbesondere bei Kunststoffvollguß durch den Einsatz des Erfindungsgegenstandes vermieden bzw. ein Glimmen und Durchschlagen bei mit den vorbeschriebenen offenzelligen und versiegelten Hartschaumstoffen hergestellten Erzeugnissen ausgeschaltet.

Claims (8)

Patentansprüche;

1. Offenzelliger, unter Druck mit mindestens einem flüssigen oder gasförmigen Dielektrikum gefüllter und dann mittels härtbarer organischer Polymerer unter Druck versiegelter Hartschaumstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellwände wenigstens teilweise aus Harnstoff-Formaldehydharz bestehen, und daß das Dielektrikum eine größere Durchschlagsfestigkeit als Luft aufweist

2. Offenzelliger Hartschaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum einen kleineren oder höchstens —20⁰C betragenden Siedepunkt aufweist

3. Offenzelliger Hartschaumstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum aus einem Halocarbon oder einer Halocarbonmischung besteht

4. Offenzeitiger Hartschaumstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum aus Schwefelhexafluorid (SF₈) besteht

5. Offenzelliger Hartschaumstoff nach Anspruch I, gekennzeichnet durch einen Zusatz wenigstens eines Dielektrikums, das einen größer als —20⁰C betragen den Siedepunkt aufweist

6. Verwendung eines offenzelligen Hartschaumstoffes nach Anspruch 1, zur Herstellung von tragenden, bis zu tiefen Temperaturen verwendbaren, gegen Hochspannung isolierenden Teilen von elektrischen Einrichtungen und Apparaten.

7. Verwendung eines offenzelligen Hartschaumstoffes nach Anspruch 6 zur Herstellung der isolierenden ruhenden Elemente von Schaltanlagen.

8. Verwendung eines offenzelligen Hartschaumstoffes nach Anspruch 7 für die Herstellung von Trennwänden oder Stützisolatoren oder Ummantelungen von Sammelschienen oder Traggerüsten für Mittel- und Hochspannungsschalter sowie der tragenden Isolation von Kabelendverschlüssen.