DE2527886A1 - Verfahren zum ueberziehen von flaechen und/oder ausfuellen von poren und fugen an gegenstaenden mit kunstharz - Google Patents

Description

• Verfahren zum Ueberziehen von Flächen und/oder Ausfüllen von Poren und Puxe an GegenstGnden mit Kunstharz Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ueberziehen von Flächen und/oder Ausfüllen von Poren und Fugen an Gegenständen, insbesondere an Gegenständen für die Mittel- und Hochspannungstechnik, mit Kunstharz durch Imprägnieren mit einer zu einem Harz härtenden Imprägnierflüssigkeit, insbesondere nach dem Vakuum/Druck-Imprägnierverfahren, nach dem Verfahren hergestellte hohlraum- und luftfrei isolierte Gegenstände sowie deren Verwendung. Solche Verfahren, insbesondere in der elektrotechnischen Industrie, lassen sich in bekannter Weise so anwenden, dass man dem Gegenstand in einem Kessel oder Form die Luft bis auf einen möglichst geringen Partialdruck, beispielsweise 0,1 Torr entzieht und anschliessend den Gegenstand mit einer zu einem Harz härtenden Flüssigkeit -nachfolgend als Imprägnierflüssigkeit bezeichnetso in Kontakt bringt, dass über die Zeit, in welcher durch Druckausübung auf die Flüssigkeit die Poren und Fugen mit der Flüssigkeit gefüllt werden, keine Luft mehr in die Poren und Fugen hinzukommen kann. Dieses als Vakuu v Druck-Imprägnierverfahren bezeichnete Verfahren wird in verschiedenen Abwandlungen angewendet. So ist beispielsweise bekannt, den Gegenstand bis auf eine Einfüllöffnung lllftdicht und möglichst eng mit einer Form zu umhüllen, dann nach dem Vakuum/DrtLck-Imprägnie rverfahren mit der Imprägnierflüssigkeit zu imprägnieren, anschliessend die Flüssigkeit mindestens so weit zum Harz anzuhärten, dass die Form entfernt werden kann. Dieses Verfahren beschränkt sich auf Gegenstände einfacher Geometrie. da bei komplizierter Geometrie, der Aufwand für die Formen und der Zeitaufwand für das Einformen, Entformen und Reinigen der Form unwirtschaftlich hoch wird. Um die Verwendung von Formen zu vermeiden, wird nach einem anderen bekannten Verfahren der Gegenstand in eine hochviskose härtbare Masse eingetaucht und die beim beim Herausziehen aln Gegenstand haftende Masseschicht gehärtet. Anschliessend werden die von der hochviskosen Masse nicht gefüllten Poren und Fugen nach dem Vaktxum/Druck-lmprägnierverfanren mit niederviskoser Impragnierfliesigieit gefüllt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass der reaktive Volumenschwund der Imprägnierflüssigkeit gegenüber dem Volumenschwund des Ueberzugsharzes später eintritt, so dass an der Grenzfläche Ueberzugsharz/Imprägnierharz Lunker entstehen, wodurch die Teilentladungefreiheit nicht gewährleistet ist. Zudem kann infolge der schwachen mechanischen Festigkeit des Ueberzuges nur mit einem geringen Imprägnierdruck gearbeitet werden. Bei beiden Verfahren ist es schwierig die Schichtdicke des Imprägnierharzes so klein zu halten, dass später nach dem Umguss infolge der Differenz des Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Imprägnierharz und Umgussharz in der Grenzfläche der beiden Harze keine Spalten und/oder Hohlräume auftreten.
• Es ist auch bekannt den Gegenstand in ein Bad mit lmprägnierflüssigkeit nach dem Vakuum/Druck-lmprägnierVerfahren durch Eintauchen zu imprägnieren und dann durch Kuhlung die Viskosität der Imprägnierflüssigkeit so zu heben, dass nach dem Herausziehen des Gegenstandes die Imprägnierflüssigkeit nicht mehr aus den Poren und Fugen ausfliessen kann. Nachfolgend wird der Gegenstand in einer Umgussform mit gefüllter härtbaren Umgussflüssigkeit umgossen und anschliessend die beiden Flttssigkeiten durch Einwirkung von Wärme zu Harz gleichzeitig ausgehärtet. Da in den meisten Fällen das spezifische Gewicht der Umgussflüssigkeit grösser als das der Imprägnierflüssigkeit ist, besteht bei diesem Verfahren die Gefahr, dass die lmprägnierflüssigkeit beim Umgiessen nach oben weggedrückt und mit der Umgussflüssigkeit so vermischt wird, dass im Umguss Inhomogenitäten inbezug der mechanischen Festigkeit und des Wärmeausdehnungskoeffizienten entstehen. Nebst diesen technischen Mängel ist das Verfahren auch unwirtschaftlich, indem für die Abkühlung und Wiedererwärmung lange Zeiten erforderlich sind und während der Warmphase durch reaktiven Viskositätsaufbau die Imprägnierflüssigkeit rasch unbrauchbar wird.Hinzu kommt, dass das Manipulieren mit von Harzmassen überzogenen Gegenständen bei diesem Verfahren für die Arbeitskräfte unangenehm ist und deren Gesundheit gefährden kann, Oft ist es notwendig das Teile des Gegenstandes, beispielsweise Schraubverbindungen, elektrische Anschlüsse usw. nach der Imprägnierung blank sein müssen.
• Nach den bekannten Imprägnierverfahren müssen diese Teile nach der Imprägnierung und Aushärtung der Imprägnierflüssigkeit zum Harz mühsam und aufwendig vom Harzüberzug freigelegt werden.
• Es ist Aufgabe der Erfindung ein technisch und wirtschaftlich besseres Imprägnierverfahren zu entwickeln, welches die Mängel des Bekannten nicht aufweist, und bei welchem die behandelten Gegenstände hohe Durchschlagfestigkeit und Teilentladungsfreiheit bis zur vorgesehenen Betriebs- und Prüfspannung aufweisen.
• Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungegemäss dadurch gelöst, dass vor dem Imprägnierprozess auf die zu überziehenden Flächen und in die auszufüllenden Poren und Fugen des Gegenstandes mindestens ein Katalysator in solchen Mengísn gebracht wird, dass bei gegebener Temperatur die haxsbildenden Reaktionen der Imprägnierflüssigkeit auf den Flächen sowie in den Poren und Fugen des Gegenstandes gegenüber der übrigen Imprägnierflüssigkeit um das Mehrfache beschleunigt abläuft.
• Der Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass die Härtungsreaktionen primär und schnell nur in den Bereichen abläuft, wo es erforderlich ist, und in den Bereichen, wo eine schnelle Härtungsreaktion unernnnscht und störend wirkt, langsam abläuft. So behandelte Gegenstände können sicher und einfach in vorteilhafter Weise hohlraum- und luftfrei isoliert werden.
• Da Katalyte je nach Art der Verbindung durch Feuchtigkeits-, Kohlensäure-oder Sauerstoffeinsirkung der Luft oder über ihre natürliche Zerfallgeschwindigkeit ihre Aktivität verlieren oder aufgrund ihres hygroskopischen Verhaltens dem Imprägnierprozess störendes Wasser aus der Luft anziehen, ist es ein weiterer Vorteil, dass die Zeit zwischen dem Auf- bzw. des Einbringen des Katalyten in den Gegenstand und dem Imprägnieren des Gegenstandes so kurz gehalten werden kann, dass die Aktivitätsabnahme des Katalyten durch vorgenannte Einflüsse so klein gehalten werden kann, dass aus der grossen Zahl katalytisch wirkender Verbindungen die verfahrenstechnisch gynstigsten gewählt werden können.
• Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Katalysator oder Katalysatorgemisch als eine Lösung oder eine Dispersion auf die Flächen und in die Poren und Fugen des Gegenstandes gebracht wird. So kann beispielsweise eine Vakuum/Druck-Imprägnierung angewendet werden, um nachfolgend das Lösungsmittel- bzw.
• die Dispergier-Flüssigkeit durch Verdampfen und/oder Verdunsten zu entfernen.
• Ferner ist es zweckmässig, dass der Katalysator oder Katalysatorgemisch aus einer -Nebel-, Dampf- oder Gasphase auf die Flächen oder in die Poren und Fugen des Gegenstandes niedergeschlagen wird. Durch dieses Verfahren kann die Arbeitsoperation des Verdampfen oder Verdunsten des Lösungsmittels vermieden werden.
• Nach bevorzugten Ausführungsformen können die Teile,die später wieder blank sein müssen, vor dem Auf- bzw. Einbringen des Katalyten beispielsweise mit einem Abschällack abgedeckt werden und nach dem Auf- bzw. Einbringen des Katalyten die Abdeckung vor dem eigentlichen Imprägnieren wieder entfernt werden. Es kann auch so vorgegangen werden, dass nach dem Auf- bzw. Einbringen des Katalyten die Teile, die später blank sein müssen, abgedeckt und die Abdeckung mindestens während der Zeit des Imprägnierprozesses nicht entfernt wird. Ferner ist es auch zweckmässig, dass man bei dem der Imprägnierung folgenden Härtungsprozess die Imprägnierflüssigkeit auf den abgedeckten bzw. abgedeckt gewesenen Teilen spätestens kurz vor dem Uebergang aus dem flüssigen und löslichen in den nicht mehr flüssigen und löslichen Zustand durch ein Lösungsmittel oder mechanisch, beispielsweise durch einen Hochdruck-Luft/Wasser-Stwahl oder durch Abziehen der Abdeckung, entfernt. Es ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass die Imprägnierflüssigkeit, die mit dem Katalyten in Kontakt kommt, um das Mehrfache schneller in den unlöslichen Zustand übergeht als die Imprägnierflüssigkeit, die mit den Katalyten nicht in Kontakt kommt, so dass man diese Geschwindigkeitsdifferenz in der Aushärtung vorteilhaft ausnützt, um auf eine einfache rationelle Art bestimmte Bereiche des Gegenstandes, die blank sein müssen, blank zu machen.
• Es empfiehlt sich, dass der harzbildendenImprägnierflüssigkeit mindestens eine Verbindung, nachfolgend Inhibitor genannt, zugesetzt wird, die den Start der Härtungsreaktion in Abwesenheit des Katalyten hämmt.
• Es ist auch zweckmässig, dass mindestens zu Beginn des Imprägnierprozesses der Gegenstand eine höhere Temperatur als die zu Harz härtende rnprägnierflüssigkeit aufweist. Dadurch wird erreicht, dass die Viskosität der an den Gegenstand angrenzenden Imprägnierflüssigkeit fällt und sehr rasch in die Poren und Fugen eindringen kann und auf den Flächen und in den Poren und Fugen infolge der zusätzlichen Temperaturaktivierung sehr rasch in den Harzzustand Ubergeht.
• Dieses Vorgehen erlaubt bisher unbekannt kurze Imnrägnier- und Härtungszeiten zu erreichen und die Temperatur der Imprägnierflüssigkeit so tief zu halten, dass die Geschwindigkeit des reaktiven Viskositäsaufbaus der Imprägnierflüssigkeit ausserhalb des Gegenstandes so klein wird, dass grosse Imprägnierflüssigkeitsvolumen zum Imprägnieren mehrerer Gegenstände in einem Arbeitsgang, ohne Risiko des Harzverlustes durch reaktive Vorgänge,eingesetzt werden können.
• Ist der Gegenstand wärmer als die Imprägnierflüssigkeit so entsteht zudem ein Temperaturgefälle von Innen zur Oberfläche des Gegenstandes, wodurch die Härtungsreaktion von Innen nach Aussen verläuft. Dies hat den Vorteil, dass der reaktive Volumenschwund durch Nachfliessen der Imprägnierflüssigkeit kompensiert wird, wodurch die Ausbildung von Schwindlunkern mit Sicherheit vermieden wird.
• Es wird weiterhin empfohlen, dass der Gegenstand mindestens solange in der Imprägnierflüssigkeit verbleibt, bis die Imprägnierflüssigkeit an den Flächen sowie in den Poren und Fugen in einen unlöslichen nicht mehr fliess- und schmelzfähigen Zustand übergegangen ist.
• Das erfindungsgemässe Verfahren soll insbesondere dort eingesetzt werden, wo es sich darum handelt, solche Gegenstände in einer anschliessenden Arbeitsoperation in einem meist füllstoffhaltigen und dickwandigen Kunststoffmantel, beispielsweise durch Umgiessen, so einzubetten, dass auch am eingebettetem Gegenstand die Prüfspannung gehalten bzw. die Teilentladungsfreiheit gewährleistet ist. Ein solcher Gegenstand kann beispielsweise eine Hochspannungsspule sein, deren Windungen mit einem offenporigen festen elektrischen Isolierstoff, wie Papier, Glasgewebe, Glimmervlies u.ä., distanziert sind und bei der die Aufgabe besteht die Hohlraumluft der Poren der Isolierstoffumhüllung und Windungsfugen vollstBndig durch ein hochwertiges dielektrisches Kunstharz zu ersetzen. Die Spule kann dabei für sich allein oder beispielsweise auf einen Kern aufgesteckt, oder in die Bute einer elektrischen Maschine eingelegt vorliegen.
• BeisPiel: An einer Hochspannungsspule gemäss der Figur, deren Windungen 1 durch eine Papierumwicklung 2 distanziert sind, soll die Eohlramluft des Papiers vollständig durch ein Epoxidharz ersetzt werden und die Spule mittels des Harzes gleichzeitig mit dem Isolierrohr 3 verbunden werden. Dazu wird vorerst die Spule mit dem Isolierrohr nach dem Vakuumdruckimprägnierverfahren mit einer Lösung aus 95 Gew.-Teilen Chlorkohlenwasserstoff unter dem Handelsnamen "Chlorothene" bekannt ,und 50 Gew. -Teilen Benzyldimethylamin imprägniert, anschliessend das Chlorothen während 24 Stunden bei 800C ausgetrieben.
• Die blanken Kupferenden 4 werden nun mit Acetylcelluloselack abgedeckt und das Ganze auf 1000C erwärmt, bei 0,5 Torr in eine 500C warme Imprägnierflüssigkeit aus 100 Gew.-Teilen flüssigem Diepoxid von Bisphenol A-Typ 20 Gew.-Teilen Polypropylen vom Mol-Gewicht 400 und 30 Gew.-Teilen Ixthyltetrahydrophtalsäureanhydrid solange eingetaucht bis sich unter der katalytischen Wirkung des Benzyldimethylamins und der aktivitierenden Wirkung der Temperatur > 500C auf den Flächen und in den Poren und Fugen der Spule (Gegenstand) und des Isolierrohres die Imprägnierflüssigkeit in ein unlösliches Harz umgesetzt hat. Darauf wird der Gegenstand aus der Imprägnierflüssigkeit entfernt und die Spulenenden durch Lösen der anhaftenden Imprägnierflüssigkeit und der Acethylcellulose mittels Methylenchlorid blank gemacht, woraus durch eine zweistündige Ofenbehandlung bei 1000C das Harz in den Endzustand ausgehärtet wird.

Claims (11)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Überziehen son Flächen und/oder Ausfüllen von Poren und Fugen an Gegenständen, insbesondere an Gegenständen für die Mittel- und Hochspannungstechnik, mit Kunstharz durch Imprägnieren mit einer zu einem Harz härtenden Imprägnierflüssigkeit, insbesondere nach dem Vakuu/Druck-Imprägnierverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Imprägnierprozeß auf die zu überziehenden Flächen und in die auszufüllenden Poren und Fugen- des Gegenstandes mindestens ein Katalysator in solchen Mengen gebracht wird, daß bei gegebener Temperatur die harzbildenden Reaktionen der Imprägnierflüssigkeit auf den Flächen sowie in den Poren und Fugen des Gegenstandes gegenüber der übrigen Imprägnierflüssigkeit um das Mehrfache beschleunigt abläu:'t.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder Katalysatorgemisch als eine Lösung oder eine Dispersion auf die Flächen und in die Poren und Fugen des Gegenstandes gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator oder Katalysatorgemisch aus einer Nebel-, Dampf-oder Gasphase auf die Flächen oder in die Poren und Fugen des Gegenstandes niedergeschlagen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Bereiche des Gegenstandes, die nach der Imprägnierung harzfrei bleiben sollen, vor dem Auf- oder Einbringen des Katalyten durch eine Abdeckung abgedeckt werden und noch vor der Imprägnierung die Abdeckung wieder entfernt wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte-Bereiche des Gegenstandes; die nach der Imprägnierung harzfrei bleiben sollen, nach dem Auf- oder Einbringen des Katalyten durch eine Abdeckung abgedeckt werden und erst nach der Imprägnierung die Abdeckung wieder entfernt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Auf- oder Einbringen des Katalyten der Katalyt in den Bereichen, die nach der Imprägnierung harzfrei bleiben sollen, noch vor dem Imprägnierprozeß entfernt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der harzbildenden Imprägnierflüssigkeit ein Inhibitor zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zu Beginn des Imprägnierprozeßes der Gegenstand eine höhere Temperatur als die zn Harz härtende Imptägnierflüssigkeit aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand mindestens solange in der Imprägnierflüssigkeit verbleibt, bis die Imprägnierflüssigkeit an den Flächen sowie in den Poren und Fugen in einen unlöslichen nicht mehr fließ- und schmelzfühigen Zustand übergegangen ist.

1.0. Hohlraum- und luftfrei isolierte Gegenstände, hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1.

11. Verwendung der nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten hohlraum- und luftfrei isolierten Gegenständen als Fertigprodukt oder als Zwischenprodukt zur weiteren Behandlung und Formgevung, beispielsweise durch Umgießen, Umspritzen, Einbetten u.dgl.