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Verfahren zur Herstellung einer Kittverbindung aus Gießharzbeton für
die Verbindung von Metallarmaturen und Porzellan für Hochspannungsgeräte." Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Kittverbindung aus Gießharzbeton
für die Verbindung von Befestigungsflanschen, wie Metallarmaturen und Porzellan
für Hochspannungsgeräte, wie Durchführungen, Kondensatoren, Isolatoren, Hochspannungsstützer,
Transformatoren, Meßwandler und dgl., unter anderem für z.B. Kopf- und Fußarmaturen
elektrischer Bauelemente, wie Metallbeschläge in Form von Kappen.
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In vielen Fällen umgreift die Kappe den Isolator mit ihrem Rand. Bei
der Befestigung mittels Kgtt weisen sowohl die Fassungsstelle des Isolators als
auch die Innenseite der Armatur, die beispielsweise als becherförmige Kappe ausgebildet
sein kann, Rillen oder Vorsprünge auf, an oder in denen sich der im Zwischenraum
zwischen Kappe und Isolator befindIiche Kittformstoff verkrallt.
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Die erfindungsgemäße Kittverbindung besteht aus einem Gießharz, z.B.
einem polymeren niedrigviskosen Epoxidharz, welches mit einem Quarzsand-Gemisch
verschiedener Korngröße gemagert ist.
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Bei den bisher zur Verwendung gelangten Kittverbindungen bzw. Verklebungen
von Metallarmaturen auf Porzellan, Glas oder Keramik, wurde das Gießharz mit einem
Füllstoff wie Quarzmehl, Porzellanmehl, Metallpulver oder Glas versehen.
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Diese Kittverbindungen bzw. Verklebungen hielten aber einer
hohen
mechanischen und thermischen Belastung nicht stand.
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Wegen der unterschiedlichen Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten zwischen
Porzellan und Metall einerseits und dem mit den genannten Füllstoffen versehenen
Gießharz andererseits,kam es innerhalb des Kittformstoffes zu Rißbildungen undZoder
zu. Bruch des Porzellankörpers.
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Bei elektrischen Wandlern in Gießharzausführung ist es bereits bekannt
geworden, den Ausdehnungskoeffizienten des Gießharzes dadurch an den der Spule des
Magnetkernes bzw.
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des Porzellanüberwurfes anzupassen, indem dem zum Vergießen verwendeten
Harz ein Füllstoff, z.B. Quarzsand, Porzellanmehl oder ähnliche Stoffe zugesetzt
werden.
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Bei diesem Verfahren ist es trotz besonderer Maßnahmen für ein einwandfreies
Vergießen nicht möglich gewesen, eine vollständige Anpassung des Ausdehnungskoeffizienten
des Gießharzes an den Ausdehnungskoeffizienten der anderen zur Verwendung kommenden
Materialien, z.B. des Porzellans zu erreichen. (Stand der Technik in der DAS 1 067
095).
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In vielen Fällen dienten die Füllstoffe wie Quarzmehl und Quarzsand
lediglich als Streckmittel zur Reduzierung der Materialkosten und zur Reduktion
des linearen Ausdehnungskoeffizienten. Die Anwendungen sind als sehr vielseitig
beschrieben. Auf dem Gebiet des elektrischen Apparatebaues können irgendwelche Apparateteile,
z.B. stromführende Teile, zu einem mechanisch festen temperatur- und alterungsbeständigen,
feuchtigkeits-widerstandsfesten und elektrisch hochwertigen Verbund eingegossen
oder umgossen werden. Es ist hier von Einguß und Umguß dieser Gießharzmasse die
Rede,
jedoch nicht von einer Kittverbindung von Metall mit Porzellan,
wie sie erfindungsgemäß angestrebt wird. (Zeitschrift "Kunststoffe" 1951, Heft 11,
"Bindemittel und Gießharze auf Araldit-Basis", Verfasser + Dr.-Ing.Chem. Konrad
Meyerhans).
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Es ist bereits vorgeschlagen worden, zur Befestigung und Dichtung
eines Dutchführungsisolators aus keramischem Isolierstoff eine aufschmelzbare Masse
in Form von Harzpulver mit Härter, Beschleuniger und Hinzufügung von Quarzmehl zwischen
den zylinderischen Kragen der Blechwand und dem keramischen Isolator einzubringen.
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Diese Art der Verbindung löst das Problem der Anpassung der verschiedenen
Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen Werkstoffe nicht in zufriedenstellender
Weise. Es ist auch nicht möglich, mit dieser aufschmeizbaren Masse große Flanscharmaturen,
die hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt werden, so zu verbinden,
daß keine Rißbildungen entstehen.
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(Patentanmeldung Aktz. D 11 577 VIIIdl21c, 10/05).
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Es ist auch bekannt, bei einem keramischen Isolator die Befestigung
der Anschlußstücke durch Kitten oder Vergießen mit einer Isoliermasse aus Niederdruckgießharz
mit Zusätzen von mineralischen Füllstoffen zu bewirken. Bei diesem Isolator sind
Querschlitze eingebracht, deren Oberflächen zusätzlich noch Erhebungen oder Vertiefungen
aufweisen können, auf welche Porzellan-Split oder Quarzsand durch Einbrennen direkt
mit der Glasur des Porzellans aufgebracht und die Verbindung mit den Metallarmaturen
bewirkt wird. Diese Maßnahmen sind als recht aufwendig anzusehen und können das
anstehende Problem der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten der verschiedenen
Materialien nicht lösen.
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(Patentanmeldung C 9775 VIIId/21c).
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
einer Kittverbindung aus Gießharzbeton mit einem möglichst geringen Schwund und
einem möglichst kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Gießharzformstoffes zu
schaffen, unter Anwendung eines Quarzsand-Gemisches, welches eine ideale Verkittung
bzw. Verklebung von Metallarmaturen und Porzellan für Hochspannungsgeräte und eine
optimale Anpassung der Temperaturausdehnungskoeffizienten der verschiedenen verwendeten
Werkstoffe mit dem Quarzsand-Gießharz-Gemisch gewährleistet und außerdem den Vorteil
hervorragender mechanischer und elektrischer Eigenschaften besitzt.
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Die bekannte Tatsache, daß bei Anwendung von Quarzmehl mit unterschiedlicher
Korngröße der maximal mögliche Füllgrad in Verbindung mit Gießharz, vorzugsweise
Epoxidharz, erreicht wird und somit der ohnehin geringe Schwund des Gießharzes noch
weiter reduziert wird, führte zu der erfinderischen Überlegung.
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So ist es nach langwierigen und umfangreichen Versuchen gelungen,
auf der Grundlage der erfinderischen Lehre die Aufgabe zu lösen.
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Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß man
dem kalt- bzw. warm- oder heißhärtenden, niedrigviskosen Gießharz, vorzugsweise
Epoxidharz, Quarzsand mit Partikelchen verschiedener Körnung zumischt. Dadurch wird
ein maximaler Füllgrad erreicht. Es wurde die überraschende Feststellung gemacht,
daß hierdurch eine Angleichung der verschiedenen thermischen Ausdehnungskoeffizienten
von Porzellan, welches einen recht niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten
besitzt und Metall einerseits, sowie des Gießharzformstoffes andererseits, erreicht
wird, die alle bisher bekannten
Verfahren in den Schatten stellt.
Es werden somit hervorragende mechanisch-thermische Eigenschaften der Kittmasse
bzw. des Gießharzbetons erzielt, so daß sich durch diese glückliche Kombination
eine ideale, auf einfache Weise erfolgende Verklebung bzw. Verkittung von Metallarmaturen
auf Porzellan bzw. anderem Werkstoffen sowohl für Außen- als auch für Innenarmaturen
ergibt, ohne die Gefahr einer Rißbildung bei starker mechanischer Beanspruchung
und bei ungünstigen Temperaturen. Die erreichten Eigenschaften wurden durch strengste
Prüfanforderungen wie Druckbeanspruchung, extreme Temperaturbedingungen, Biegebeanspruchung,
Umbruchkraft, Scherfestigkeit, Dichtheit, Wasseraufnahmevermögen, Dauerversuche,
anoden fertiggestellten Verbundkörpern ermittelt und erbrachten ein hervorragendes
Ergebnis.
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Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Herstellung einer Kittverbindung
aus Gießharzbeton für die Verbindung von Metallarmaturen mit Porzellan oder anderen
Isolatorwerkstoffen, nachdem die Teile vorher entsprechend gereinigt bzw.
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entfettet wurden, aus folgenden Verfahrensschritten: Es wird ein Quarzsand-Gemisch
von vorzugsweise 380 bis 440 Gewichtsteilen mit verschiedenen Korngrößen, z.B.
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41 % Korngrößen-Durchmesser 0,06 - 0,2 mm 17 t " " 0,1 - 0,4 mm 19
% Oo 11 0,3 - 0,7 mm 23 % 1' rr 0,7 - 1,2 mm auf 100 Gewichtsteile eines bei Raumtemperatur
flüssigen Bisphenol A Gießharzes gewählt mit den entsprechenden Gewichtsteilen eines
aminischen Härters. Dabei ergibt sich bei Raumtemperatur eine Viskosität der Masse
zusammen mit dem jeweiligen Härter, mit der sich das Harzgemisch noch gut mit
einer
Pneumatikspritze verarbeiten lässt. Der Füllstoff in Form des obengenannten Quarzsand-Gemisches
verschiedener Körnung und gegebenenfalls eine Farbpaste, werden mit Hilfe eines
Rührwerkes im Harz untergerührt, dann wird der Härter beigemischt und anschließend
erfolgt die Einspritzung mittels einer Kartuschen-Pistole zur Verkittung oder Verklebung
durch Einfügung in den Ringspalt zwischen Metallarmatur und Porzellan. Nach der
Kalthärtung kann eine Härtung im Wärmeschrank bei ca. 800 C während 5 Stunden durchgeführt
werden.
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Die zu verkittenden Porzellanfassungsstellen können in bekannter Weise
glatt, mit Splittung, mit Fischhaut oder mit Rillung und mit oder ohne Verdrehungsnuten
ausgeführt sein.
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Die Flanschfassungsstelle kann ebenfalls glatt oder mit Vorsprüngen
oder Rillen gestaltet sein.
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Der Füllfaktor des erfindungsgemäßen Gießharzbetons wird durch die
verschiedene Körnung des Quarzsandes gegenüber einer einzigen groberen oder kleineren
Korngröße wesentlich verbessert. Infolgedessen wird in erwünschter Weise die Wärmebeständigkeit
des Gießharzbetons erhöht, der Schwund und der thermische Ausdehnungskoeffizient
und der Temperaturanstieg während der exothermen Aushärtung vermindert und noch
eine gute mechanische Festigkeit erreicht.
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In bekannter Weise kann eine Verklebung des Gießharzbetons mit den
Oberflächen des Porzellankörpers und der Metallarmatur durch z.B. einen Anstrich
mit einer Bitumenmasse verhindert werden, der sowohl auf die Porzellan-Fassungsstelle
wie auch auf die Metallarmatur aufgebracht wird und gleichzeitig als Polster dient
und eine elastische Schicht bildet zur Verbesserung der Kräfteverteilung und Abfangen
einer übermäßigen
Druckbeanspruchung zwischen Porzellan einerseits
und Gießharzbeton und Metall andererseits. Anstelle des Bitumen-Anstrichs kann auch
eine dünne Kunststoff-Folie vorgesehen werden oder eine mit Nylon-Fasern gefüllte
Kunststoffmasse. Es kann aber auch eine flexible, elastische Zwischenlage als Auskleidung
dienen, die aus Silicon-Gummi oder einem Klebstoff auf Kunststoffgummi-Basis besteht.
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Mit der auf diese Weise hergestellten Gießharzbetonkittung wird nach
Abschluß der Aushärtung eine feste kraftschlüssige Verbindung zwischen Porzellan
und Metall erreicht.
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Der erfindungsgemäße Gießharzbeton ist nicht auf die aufgezeigten
Anwendungen und auf das Beispiel der genannten Zusammenstellung beschränkt, sondern
erstreckt sich auch auf nichtkeramische Werkstoffe, wie z.B. Kunstharzpreßstoff
oder ganz generell Kunststoffe mit oder ohne Füllstoffen oder Einlagen jedweder
Art.
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Durch die Anwendung des Gießharzbetons erübrigt sich die Anbringung
der Armaturen beim Porzellanhersteller, da diese Arbeit problemlos von der Elektroindustrie
vorgenommen werden kann.