DE2543146A1

DE2543146A1 - Verfahren zum einkapseln von teilen

Info

Publication number: DE2543146A1
Application number: DE19752543146
Authority: DE
Inventors: Masatake Akao; Takashi Shibano; Kazuo Yamashita; Yoshikazu Yokose
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-09-26
Filing date: 1975-09-26
Publication date: 1976-04-15
Also published as: US4009306A; FR2286482A1; GB1517549A; DE2543146C2; CA1036434A; FR2286482B1

Description

PAl E. Γν Τ/> N vM ^; LT ΕΞ A. GRÜNECKER

DlPL-ING

H. KINKELDEY

DR.-ING

2543146 W. STOCKMAlR

DR.-ING -AoE(CALfECH

K. SCHUMANN

DR HER NAT. - D(PL-PHVS

P. H. JAKOB

DtPL-ING.

G. BEZOLD

OR RERNAT- OU³L-CHEM.

Matsushita Electric Industrial Co.Ltd. München

1006, Oaza Kadoma, Kadoma-shi
Osaka / Japan

8 MÜNCHEN 22

MAXIMILIANSTRASSE -t3

26.9.1975 P 9622-4-2/EIä

Verfahren zum Einkapseln von Teilen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einkapseln von Teilen, insbesondere zum Herstellen einer schützenden Einkapselung von elektrischen Teilen, das die Benutzung von IPormen aus Metall, oder einem ähnlichen Material, die eine der ITorm des einzukapselnden Teiles ähnliche Form haben, nicht erfordert.

Es ist üblich, kleine Teile dadurch zu schützen, daß die Teile in eine sich im flüssigen Zustand befindende Substanz eingetaucht v/erden und anschließend diese Substanz gehärtet wird, wobei ein in einer solchen gehärteten Substanz eingeschlossenes Teil als ein eingekapseltes Teil bezeichnet wird. In der Elektroindustrie, bei der das Einkapseln von Teilen im großen Umfang angewendet wird, dient das Einkapselungsmedium gewöhnlich sowohl als Isolator als auch als mechanischer Schutz für das Teil.Die Einkapselungssubstanz, die

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TEl ÜFON (OBOJ 2528Oa TELEX 05-S0 3SO TELEGRAMME MONAPAT

gewöhnlich ein Harz- oder Kunststoff material ist, muß na- " türlich solche Eigenschaften haben, daß ein eingekapseltes Teil in der erforderlichen Weise funktionieren kann und auch geschützt ist, wobei bei den meisten Anwendungen es zusätzlich erforderlich ist, daß die eingekapselten Teile eine geeignete Form und Größe haben, um eine austauschbare Verwendung zu ermöglichen, d.h. die eingekapselten Teile müssen mit Standardabmessungen hergestellt werden. Solche Einkapseiungen nutzen die Tatsache aus, daß bei steigender Temperatur wärmehärtbare Harze anfangs thermoplastische Eigenschaften haben und daher in und um ein einzubettendes Teil herumfließen können. Bei einem Anfangszustand fließt das Harz nicht natürlich, obwohl es durch Anwendung eines äußeren Druckes zum Fließen gebracht werden kann, und behält so eine Form bei, die die innere und äußere Formgebung des Teiles bestimmt. Jedoch muß das Harz auf eine höhere Temperatur oder die sogenannte Aushärttemperatur gebracht werden , bei der das Harz sich einer chemischen Änderung unterzieht und aushärtet, wobei, bevor diese Temperatur erreicht wird, das Harz, das ähnlich einem thermoplastischen Harz wirkt, dazu neigt, auch ohne Anwendung eines äußeren Druckes zu fließen. Ein Problem bei der Einkapselung von Teilen liegt daher darin, sicherzustellen, daß das Harz in Berührung mit einem einzukapseln-■ den Teil bleibt, d.h. daß das Teil in dem Harz zwischen dem Zeitpunkt der anfänglichen Einführung des Harzes in und um das Teil und dem Zeitpunkt des vollständigen Aushärtens des Harzes verbleibt. Bei der industriellen Anwendung sieht das am häufigsten benutzte Verfahren zur Lösung dieses Problems vor, im allgemeinen aus Metall bestehende Formen zu benutzen, die das einzukapselnde Teil und das einkapselnde Harz festhalten.

Um z.B. das Einkapseln eines Transformators durch ein solches, eine Metallform benutzendes Verfahren zu bewirken, wird eine blanke Anordnung, die aus um eine Spule oder einen

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Kern gewiekelten Windungen besteht und äußere, mit diesen verbundene Anschlüsse hat, in eine Metallform eingegeben, die eine Formgebung bestimmt, die sehr nahe die Außenumfangskontur der blanken Anordnung annähert, und in die Harz im geschmolzenen Zustand eingefüllt wird, wobei z.B. eine Übertragungsgießtechnik benutzt wird, wonach, das Harz ausgehärtet und die eingekapselte Anordnung entfernt wird, wobei das tatsächliche Einbetten der Anordnung und das teilweise Aushärten des Harzes gewöhnlich unter Vakuum durchgeführt werden, um die Bildung von Luftblasen oder Lufteinschlüssen in der eingekapselten Anordnung zu vermeiden. Das Metallformen benutzende Verfahren ist zur Herstellung eingekapselter Anordnungen mit Standardabmessungen sehr wirkungsvoll, hat gedoch bei der Massenproduktion bestimmte Nachteile, die bisher nicht befriedigend beseitigt werden konnten. Ein prinzipieller Nachteil ist die sogenannte Umlauf zeit der Formen, die die Zeit ist, die erforderlich ist, um eine eingekapselte Anordnung zu erzeugen und dann die Form wieder für die Einkapselung der nächsten blanken Anordnung vorzubereiten und die selbstverständlich den Ausstoß beeinflußt. Da eine Form mindestens während des Einbettungsvorganges und während des größeren Teils des Aushärtvorganges besetzt ist, ist die Umlaufzeit lang. Um den Ausstoß eingekapselter Teile auf einem günstigen hohen Wert halten zu können, muß daher eine große Anzahl an Formen bereitgestellt werden. Dieses stellt natürlich einen erheblichen Kapitalaufwand dar und kann zu wirtschaftlichen Verlusten führen, wenn die Nachfrage nach eingekapselten Teilen nicht so groß bleibt, wie ursprünglich Formen zur Verfügung gestellt wurden, wobei zusätzlich die Handhabung und Lagerung einer .großen Anzahl von Formen Organisations- und Lagerungsprobleme mit sich bringen. Die Organisation des Arbeitsablaufes wird weiterhin durch die Tatsache kompliziert, daß jede bestimmte

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Form eine Größe hat, die sehr nahe bei einer Jeweils gewünschten Größe liegt, so daß die Form gewöhnlich für das Einkapseln nur eines bestimmten Teiletyps zu benutzen ist. Mit anderen Worten muß für das Einkapseln vieler unterschiedlicher Teile eine Vielzahl unterschiedlicher Formen vorgesehen und in Auftrag gegeben werden.

Es ist möglich, die Umlaufzeit durch Entfernen eingekapselter Teile aus den Formen vor dem Ende des Aushärtens des Wachses zu verkürzen, jedoch erfordert diese Maßnahme Aufsetzkästen oder andere Aufsätze, um die erforderliche Form der eingekapselten Teile beizubehalten.

Die Arbeit mit dem Metallformen benutzenden Verfahren wird weiter durch die Tatsache kompliziert, daß kontinuierlich ein Ablösungsmittel an alle Formen gegeben wird, um ein wirkungsvolles Ablösen der eingekapselten Teile aus ihnen sicherzusteIlen.

Aufgabe der Erfindung, ist es, ein neues Verfahren zum Einkapseln von Teilen anzugeben, das industriell anwendbar ist, keine individuellen Formen für die einzukapselnden Teile erfordert und wirtschaftlich mit Hilfe einfacher Arbeitsschritte auszuführen ist.

• *

Bei einem Verfahren der genannten Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine erste wärmehärtbare Substanz, die einem Teil den notwendigen Schutz verleiht,' wenn sie um ein einzukapselndes Teil herum und in dessen inneren Bereichen ausgehärtet ist, in einem vorgehärteten Zustand an das Teil gegeben wird, wodurch diese Oberflächenteile des Teils bedeckt und an diesen anhaftet, daß das so mit der ersten Substanz versehene Teil in eine

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zweite Substanz eingetaucht wird, die vom festen in ihren flüssigen Zustand reversibel überführbar ist, bei einer Temperatur zwischen der Anfangsaushärtetemperatur und der Endaushärtetemperatur der ersten Substanz schmilzt und beim Eintauchen des Teils in sie flüssig ist, daß die zweite Substanz unmittelbar nach dem Eintauchen unter ihre Verfestigungstemperatur abgekühlt wird, daß Wärme zum Aushärten der ersten Substanz zugeführt wird und daß das Teil nach dem Aushärten der ersten Substanz außer Berührung mit der zweiten Substanz gebracht wird.

Bei dem neuen Verfahren wird zum Einkapseln z.B. eines Transformators eine nachfolgend einfach als das Teil bezeichnete blanke Anordnung", die durch ein oder mehrere Elemente gebildet sein kann, in einen Behälter eingebracht, der groß genug ist, um eine Vielzahl von Teilen unterschiedlicher Abmessungen aufzunehmen, während in dem Behälter sich eine durch einen im weiteren als Einlaß bezeichneten offenen Teil hindurch eingefüllte Menge einer ersten Substanz befindet, die wärmehärtbare Eigenschaften hat und ein geeignetes Harz ist. Diese erste Substanz hat eine Temperatur^ daß sie fließt, wenn sie einem bestimmten, künstlich zugeführten Druck ausgesetzt wird, jedoch nicht natürlich fließt. Dieser Teil des Verfahrens wird unter Vakuumbedingungen ausgeführt und normalerweis'e wird eine Vielzahl von Teilen in dem gleichen Behälter angeordnet, die bestimmte Mengen der ersten Substanz in gleicher Weise zugeführt erhalten.

Als nächstes wird das Teil in einen Bottich überführt, der eine zweite Substanz enthält, die ein geeignetes Wachs oder eine ähnliche Eigenschaften aufweisende Substanz -.ist, die im^! flüssigen oder annähernd flüssigen Zustand ist, mit der ersten Substanz nicht reagiert und bei einer Temperatur schmilzt, die zwischen der Anfangsaushärtetemperatur und der Endaushärtetemperatur der ersten Substanz liegt. Die

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geschmolzene Substanz, in die der mit dem ^Harz beschichtete Transformator eingetaucht ist, hat vorzugsweise einen sehr kurzen Weichbereich, d.h., die Substanz ist vorzugsweise eine Substanz, die bis zu einer bestimmten Temperatur fest bleibt und deren Viskosität beim Erwärmen über diese Temperatur hinaus sehr schnell abfällt. Nach dem Verfestigen der ersten Substanz wird Wärme zugeführt, um das Aushärten der ersten Substanz zu bewirken, wobei die zweite Substanz immer noch ein Abfließen der ersten Substanz verhindert, während die erste Substanz während ihres Aushärtens ihre thermoplastischen Stufen durchläuft. Wenn die Temperatur des endgültigen Aushärtens der ersten Substanz erreicht wird, schmilzt die zweite Substanz und das Teil wird aus dem Bottich entfernt, wobei die erste Substanz zu dieser Zeit hart geworden ist und damit in dem erforderlichen Eontakt mit dem Teil verbleibt. Mit anderen Worten wird bei dem neuen Verfahren die erste Substanz in oder um ein Teil herum während ihres Aushärtens durch eine zweite Substanz festgehalten, die jedoch keine bestimmte Formgebung haben muß und automatisch entfernt wird, wenn die Endaushärtetemperatur der ersten Substanz erreicht wird. Es brauchen daher keine individuellen Formen aus einem teuren Material und bestimmter Abmessungen vorgesehen werden und eine schützende oder isolierende Einkapselung einer großen Anzahl von Teilen kann in einer leicht zu überwachenden Weise hergestellt werden.

Gemäß in den Unteransprüchen angegebener Weiterbildungen der Erfindung ist die erste Substanz vorzugsweise ein wärmehärtbares Harz oder ein ähnlicher Kunststoff und die zweite Substanz kann eine wachsähnliche Substanz oder eine Substanz in Form einer kolloidalen Lösung sein, die bei bestimmten Temperaturen schnell ein Gel oder schnell eine Flüssigkeit wird. Um außerdem sicherzustellen, daß die erste Substanz in Berührung mit dem Teil bleibt, wenn dieses in den die zweite Substanz im flüssigen

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Zustand enthaltenden Bottich gegeben wird, kann ein Fasermaterial vorher um das Teil herumgewunden werden.

Die Erfindung wird anhand mehrerer besonderer Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei teilweise auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, die gleiche Bezugs zeichen für gleiche Teile benutzen und im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Wicklung eines Leistungstransformators, der als- Beispiel für ein Teil dargestellt ist, das mit dem neuen Verfahren einzukapseln ist,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Wicklung,

Fig. 3 (a) und 3(b) Schnittdarstellungen, die Beispiele der Verbindung von Wicklungen eines Leistungstransformators zeigen,

Fig. 4- eine Schnittdarstellung, die die relative Lage von Niederspannungswicklungen und Hochspannungswicklungen in einem Leistungstransformator zeigt,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Leistungstransformators, der eine Hochspannungswicklung, einen Eisenkern und eine Niederspannungswicklung aufweist, und

Fig. 6 bis 8 vergrößerte Schnittdarstellungen, die Teile einer Transformatorwicklung zeigen, die zum Einkapseln nach dem neuen Verfahren vorbereitet sind.

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Beispiel 1

Eine Vielzahl von Substanzen werden als zweite Substanz benutzt, wobei diese Wachssubstanzen umfassen, die beim Erreichen eines bestimmten Schmelzpunktes sich schnell verflüssigen und fließen, z.B. tierische oder pflanzliche Wachse in der Form.von Estern organischer Säuren und Alkohole höherer Ordnung, gesättigte Kohlenwasserstoffe enthaltende Mineralwachse oder synthetische Wachse. Andererseits wurde festgestellt, daß die gleichen Ergebnisse erreicht werden können, wenn thermoplastisches Harz als zweite Substanz benutzt wird.

Nach der Herstellung einer blanken Wicklung eines Transformators wurde diese in einen geeigneten Behälter hineingegeben, während in diesem ein wärmehärtendes Harz unter Vakuum-^ bedingungen hineingegeben wurde, wodurch das Harz die Wicklung bedeckt und in ihre offenen Teile eindringt. Die mit Harz beschichtete Wicklung wurde dann aus dem Behälter herausgenommen und in einen Bottich hineingegeben, der ein weiches oder flüssiges Wachs, wie die zuvor beschriebenen, enthält, das mit dem ^-arz nicht reagiert und bei einer Temperatur schmilzt, die höher als die Anfangsaushärtetemperatur des Harzes, jedoch niedriger als die Endaushärtetemperatur des Harzes ist. Das Wachs und das Harz sind außerdem gegenseitig unlöslich. In diesem Zustand wird die Wicklung und das Harz in dem Wachs eingeschlossen. Danach wird Wärme zugeführt, um das Aushärten des Harzes zu bewirken, wobei während diesem Verfahrensschritt das Wachs das Harz daran hindert, daß es außer Berührung mit der Wicklung gelangen kann, selbst während dasHarz seine thermoplastischen Stufen während seines Aushärtens durchläuft. Ist die Schmelzpunkttemperatur des Wachses erreicht, zu welcher Zeit das Harz

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gehärtet ist und damit von sich aus den'erforderlichen Kontakt mit der Wicklung beibehält, ohne daß dazu Festhaltemittel erforderlich sind, so wird die Wicklung aus dem Bottich entfernt und das endgültige Aushärten des Harzes bewirkt, wodurch dann eine im Harz eingekapselte Wicklung erhalten wird. Beim Entfernen der Wicklung aus dem Bottich kann eine Wachsschicht an dem Teil anhaften. Biese Wachsschicht kann in einfacher Weise entfernt v/erden, z.B. durch Anwendung yon Wärme oder eines geeigneten Lösungsmittels. Jedoch ist die Entfernung nicht wesentlich, da das-Wachs dielektrische Eigenschaften hat und in keiner Weise die Eigenschaften der Wicklung beeinflußt.

Um das Austreten von Wachs während der Übergabe der Wicklung von dem zuvor erwähnten Behälter in den das Wachs enthaltenden Bottich vollständig zu verhindern, kann zuvor auf die Wicklung ein Material aufgewickelt oder aufgebracht werden, wie z.B. ein Ulm aus einem porösen isolierenden Material, Papier, nicht verwobenes Leinen, Glasgewebe oder Glasfasern. Ein solches Material verbessert weiter die Isolation der Wicklung und verhindert außerdem das Austreten bzw. Fortfließen des Harzes. Das Fortfließen des Harzes während der Übergabe der Wicklung von dem Behälter an den Bottich kann außerdem durch Hinzufügung eines Füllstoffes oder einer anderen geeigneten Substanz an das Harz zur Vergrößerung seiner Viskosität verhindert werden.

Im einzelnen werden die Außenflächen der Spulen in einem hochfesten Fasermaterial eingeschlossen, das um die Wicklungen herumgewickelt oder aufgebracht wird. Die benutzten hochfesten Fasermaterialien umfassen anorganische Fasermaterialien, wie Glasband, Glasseil oder andere Formen von Glasfasern, Aluminiumfasern, oder Silicafasern, organische Fasermaterialien, wie Kevlar (eine Handelsbezeichnung von DuPont) oder Mischungen aus diesen organischen oder an-

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organischen Ifasermaterialien mit Materialien, wie Polyesterfasern oder Polyamidfasern . Ein ein Aushärteagents enthaltendes Epoxyharz wurde in die inneren Bereiche und um die so umschlossene Wicklung herum zugeführt und die Wicklungen wurden dann in einen Bottich übergeben, der auf einer Temperatur von 9O⁰C gehalten wurde und ein flüssiges Wachs mit einem Schmelzpunkt von 75 C enthielt.' Das Wachs wurde dann verfestigt und das Aushärten des Harzes bei 60⁰G begonnen. Die Aushärtetemperatur wurde dann auf 80°C gesteigert und die Wicklungen aus dem Bottich entfernt, als das Wachs schmolz. Das Endaushärten des Harzes wurde durch eine Erhöhung der Temperatur auf 10O⁰C bewirkt und es wurden Wicklungen erhalten,die in einem harten schützenden Harz eingekapselt waren.

Beispiel 2

Wicklungen wurden in einem hochfesten Fasermaterial, wie das beim Beispiel 1 benutzte, eingeschlossen, wurden mit einem Epoxydharz umgeben und in einen Bottich übergeben, der Wachs mit einem Schmelzpunkt von 75°C enthielt und auf 90⁰C erwärmt wurde. Das Wachs wurde abgekühlt und das Aushärten des Harzes bei 60⁰C begonnen, wonach die Aushärttemperatur auf 80⁰C erhöht wurde, dann die Wicklungen aus dem Bottich entfernt wurden, als die Schmelztemperatur des Wachses erreicht wurde, und schließlich eine Endaushärtetemperatur von 100⁰C erreicht wurde, wodurch in Harz eingekapselte Wicklungen erhalten wurden.

Beispiel 3

In diesem lall war die benutzte zweite Substanz eine Substanz, die in ihrem flüssigen Zustand die Form einer kolloidalen Losung und in ihrem festen Zustand die Form eines Gels hat

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und die reversibel vom Gel- in den Sol-Zustand überführt werden kann. Die benutzte Substanz war derart, daß ihr Sol-Punkt, d.h. die Temperatur, oberhalb der die Substanz ihre festen Eigenschaften verliert und in den flüssigen, kolloidalen Losungszustand übergeht, höher als die .Anfangsaushärte temperatur des Harzes ist. Der Gel-Punkt einer solchen Substanz, d.h., die Temperatur, unterhalb der die Substanz ihre flüssigen Eigenschaften verliert und sich zu einem Gel verfestigt, ist allgemein niedriger als ihr Sol-Punkt. Bei dem neuen Verfahren wird dieser Unterschied zwischen dem Sol-Punkt und dem Gel-Punkt in vorteilhafter Weise ausgenutzt, um Transformatorwicklungen oder andere Teile in Harz einzukapseln, obwohl es selbstverständlich für das- Aushärten des Harzes nicht wesentlich ist, daß der Sol-Punkt und der Gel-Punkt bei unterschiedlichen Temperaturen liegen.

Blanke Wicklungen wurden in einem geeigneten Behälter angeordnet, in den das Harz eingefüllt worden war, und wurden dann an einen Bottich übergeben, der flüssiges Harz enthält, das die zweite Substanz in der zuvor beschriebenen Weise darstellt und einen geeigneten Zusatz eines Solagens hinzugefügt erhielt, um den Sol-Punkt auf eine höhere Temperatur zu legen als die Anfangsaushärtetemperatur •des Harzes.

Der Bottich wurde dann abgekühlt, um die zweite Substanz in ein Gel zu überführen. Zu diesem Zeitpunkt härtete sich das an die Wicklungen gegebene Harz nicht, da es noch nicht den Zusatz des Solagens erhalten hatte, jedoch wurde das Abfließen von Flüssigkeit von den Wicklungen durch die gehärtete zweite Substanz verhindert, die die Wicklungen umgaben. Danach wurde die Temperatur stetig vergrößert, um

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das Aushärten des Harzes zu bewirken, das die Wicklungen einkapselt. Die Endaushärtetemperatur des Harzes ist höher als der Sol-Punkt der zweiten Substanz, so daß die zweite Substanz flüssig wurde, bevor die Endaushärtetemperatur des Harzes erreicht wurde. Die Wicklungen wurden -von dem Bottich entfernt, als die zweite Substanz flüssig wurde, und das endgültige Aushärten des Harzes wurde außerhalb des Bottichs durchgeführt, wodurch in Harz eingekapselte Wicklungen erhalten wurden.

Im einzelnen wurden die Wicklungen durch ein hochfestes Fasermaterial, wie das beim Beispiel 1 benutzte eingeschlossen oder bedeckt, wurden dann mit einem Epoxydharz versehen, zu dem drei Teile auf 100 Teile eines Aushärteagents hinzugefügt wurde. Die Wicklungen wurden dann in einen Bottich übergeben, der ein Epoxydharz enthielt, zu dem ein Zusatz von 0,5 Teilen pro 100 Teilen eines Aushärteagent und fünf Teile pro 100 Teile eines Solagents hinzugefügt wurde, das einen Gel-Punkt von 80⁰C und einen Sol-Punkt von 110°C hatte und auf 90⁰C gehalten wurde, sich also im flüssigen Zustand befand, als die Wicklungen eingegeben wurden. Der Bottich und sein Inhalt wurden dann auf unter 80⁰C abgekühlt, wodurch das flüssige Harz, in dem die Wicklungen eintaucht waren, in ein die Wicklungen umgebendes Gel überführt wurde. Die Temperatur wurde dann auf 90⁰C erhöht, um das Aushärten des einkapselnden Wachses zu beginnen und wurde dann weiter au 130⁰C erhöht. Während diesem Teil des Verfahrens wurde der Sol-Punkt des anfangs in dem Bottich enthaltenen Harzes erreicht, wodurch dieses Harz wiederum flüssig wurde und von den Wicklungen ablief, was z.B. dadurch erreicht werden kann, daß das die Wicklungen enthaltende solförmige Harz auf ein Metallgitter od.dgl. gelegt wird. Das endgültige Aushärten des· einkapselnden Harzes wurde

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durch, weiteres Ansteigen aer temperatur bis auf 150°C erreicht, während welcher Stufe jegliches Harz, das ursprünglich in dem Bottich enthalten und an dem eingekapselten Teil in Gelform angehaftet war, zusammen mit dem einkapselnden Harz ausgehärtet wurde.

Beispiel 4

In 3?ig. 1 ist eine Außenansicht einer Hochspannungswicklung 1 dargestellt, die durch das neue Verfahren eingekapselt werden kann und äußere Anschlüsse 2 aufweist. Wie in dem in 5ig. 2 dargestellten Schnitt gezeigt ist, waist die Wicklung 1 mehrere Schichten auf, die durch getrennte Windungen 101 gebildet sind. Da die Windungen getrennt sind, wird die Spannung zwischen den Schichten erniedrigt, wodurch das normalerweise benutzte Isolationsmaterial für die Zwischenschichten fortgelassen werden kann, wodurch der Außendurchmesser der Wicklung vermindert wird. Um die Windungen der Wicklung wird eine Isolationsschicht 102 gebildet, die durch Zugabe eines Earzmaterialies in und um die Windungen herum gebildet wird, wobei die Anwendung des Harzes nach der Bildung der Wicklungswindungen und nach dem Herumwickeln eines hochfesten Pasermaterials, wie das beim Beispiel 1 benutzte, bewirkt wurde. Das Pasermaterial dient zum Auf nehmen aller Kräfte, denen die Wicklung infolge von Wärmeschocks während des Abkühlens oder Erwärmens ausgesetzt werden kann,¹ und wiükt infolge der Kapillarwirkung auch zum Pesthalten des Harzes mit dem erforderlichen Kontakt mit der Wicklung vor dem Aushärten des arzes und macht damit die Benutzung τοη Metallformen unnötig. Die Wicklung ist mit Anschlüssen 103 und 104 für eine äußere elektrische Verbindung versehen.

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I¹Ig. 3 zeigt Beispiele einer Anordnung von drei miteinander verbundenen Wicklungen 1, die gemeinsame äußere Anschlußleitungen 105 und 1O5' ^jeweils aufweisen. Fig. 3(a) zeigt eine Anordnung, bei der kein Zwischenraum zwischen den Teilwieklungen vorgesehen ist, während Fig. 3(b) eine Anordnung zeigt, bei der Abstands stücke 106 zwi sehen den Teilwicklungen vorgesehen sind, um die Kühlung der Anordnung zu. erleichtern. Anordnungen, wie die in Fig. 3 gezeigten, wurden durch das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren in Harz eingekapselt und wurden dann mit Eisenkernen miteinander verbunden, um damit Transformatoren zu bilden, die mit einer Harzisolation geschützt sind.

Beispiel 5 ~

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, können, falls erforderlich, blanke Hochspannungswicklungen I07 und blanke Ifiederspannungswicklungen 108, die in der im Beispiel 4- angegebenen Art gebildet sind, unabhängig voneinander vorgesehen werden und mechanisch miteinander verbunden werden, !fach dem Einkapseln in Harz durch das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren werden sie mit einem Eisenkern montiert, um einen harzgeschützten Troekentyp-Transfoimator zu bilden. Bei diesem Beispiel wird die mechanische Verbindung zwischen den Hochspanmingswicklungs-"teilen verstärkt, da das* Einkapseln in Harz nach der Anordnung der Hochspannungswicklung durchgeführt wird und die Widerstandsfähigkeit gegenüber äußere Kräfte infolge von Schwingungen oder momentanen Kurzschlüssen wird stark verbessert«

Beispiel 6 .

Bei diesem Beispiel wurde zuerst ein Transformator, wie er in Fig. 5 gezeigt ist, der eine ITiedrigspannungswicklung 111, die mit äußeren Anschlüssen 110 verbunden ist, eine

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Hochspannungswicklung 113* die mit äußeren Anschlüssen 112 verbunden ist und einen von den Wicklungen 111 und 113 umschlossenen Eisenkern aufweist, wobei Luftspalte 114-zwisclien dem Kern 116 und den Wicklungen 111 und 113 gebildet wurden, soweit dieses erforderlich, ist, montiert. Diese gesamte Anordnung wird mit Wachs nach dem im Beispiel 1 angegebenen Verfahren versehen, wodurch sich ein in Wachs eingekapselter Transformator ergibt. Die elektrische Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen der Hochspannungswicklung wurde durch einen Draht oder Drähte 115 vorgenommen. In diesem Beispiel wurde die mechanische Verbindung zwischen diesen Elementen nach dem Aushärten des Harzes weiter verstärkt, da das Harz nach der mechanischen Verbindung der Hochspannungswicklung angewendet wurde, wodurch sich ein Transformator ergab, der eine Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Kräften hat, die verglichen mit einem Transformator, bei dem jedes Bauelement einzeln befestigt werden muß, stark verbessert ist.

Eingekapselte Wicklungen, die ausgezeichnete elektrische und mechanische Eigenschaften haben, wurden durch die Verfahren, wie sie in den Beispielen 1 bis 6 beschrieben sind, erzeugt und bilden nach ihrer Montage mit Eisenkernen sehr gut isolierte Transformatoranordnungen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß , wenn hochfestes Fasermaterial, wie das beschriebene, zuvor um~die Wicklungen herumgewickelt wurde, Luftspalte zwischen dem Fasermaterial und den Leitern auftreten können, wobei eine besondere Neigung zu solchen Luftspalten in Wicklungen besteht, die runde Drähte als Leiter benutzen. Wie z.B. in dem in B¹Ig. 6 gezeigten Schnitt zu erkennen ist, werden Luftspalte 5 zwischen einem aufgewickelten Leiter 3 und einer Isolationsschicht 4 gebildet,

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die ihrerseits von einem um den gewickelten Leiter 3 herumgewickelten hochfesten Fasermaterial gebildet· ist. Wenn die erste Substanz anschließend in und um den gewickelten Leiter 3 herumgegeben wird, so werden die Luftspalte 4 mit der ersten Substanz gefüllt, d.h., die erste Substanz befindet sich in unmittelbarer Berührung mit dem Leiter Ein Problem in diesem Fall ist, daß gewöhnlich der Ausdehnungskoeffizient eines Epoxydharzes oder anderen Materials mit optimalen Eigenschaften zum Einkapseln und zum isolierenden Schützen des Deiters 3 sich erheblich von dem des Leiters 3 unterscheidet, wobei der Teil des einkapselnden Wachse, der jeden einzelnen Luftspalt zwischen zwei Windungen des Drahtes ausfüllt, sehr dünn ist und in dem aufgewickelten Leiter 3 erzeugte Wärme Kräfte •bedingen kann, die, da das einkapselnde Wachs ebenfalls äußeren Kräften ausgesetzt ist, die durch das die Isolationsschicht 4 bildende Fasermaterial aufgebracht werden, ein Brechen des einkapselnden Wachses bewirken können. Vorzugsweise wird daher im unmittelbaren Kontakt mit dem Leiter 3 eine Schicht eines Materials vorgesehen, das einen Ausdehnungskoeffizienten hat, der nahe dem des Leiters liegt.

Im einzelnen wird, wie in Fig. 7 dargestellt ist, nach der Herstellung der blanken Wicklung eine Pufferschicht 6 um deren Außenfläche vorgesehen. Die Pufferschicht 6 bildet in geeigneter Weise eine Isolationsschicht und ist aus einem Pulvermaterial in einem Harz gebildet und kann durch eine fluidisierende Einbettungstechnik, eine elektrostatisch fluidisierende Einbettungstechnik oder andere geeignete Techniken aufgebracht werden, wodurch die Schicht 6 den gewickelten Leiter 3 bedeckt und eine rauhe Außenfläche bildet, auf der das hochfeste Fasermaterial aufgebracht

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werden kann. Danach kann eine eingekapselte Wicklung oder ein Transformator durch die in den zuvor angegebenen Beispielen beschriebenen Verfahren erzeugt werden, wobei das einkapselnde Wachs die Luftspalte zwischen der Pufferschicht 6 und der Isolationsschicht 4- aus dem Fase material ausfüllt und die Pufferschicht 6 jegliche Kraft aufnimmt, die infolge von Wärmeausdehnung des Leiters 3 auftreten kann. Bei der Erzeugung des Puffers der Pufferschicht 6 ist es vorteilhaft, ein Pulvermaterial in dem Harz vorzusehen, das halb ausgehärtet ist oder sich 'in der sogenannten B-Stufe befindet, anstatt ein Harz zu benutzen, dem ein Füllstoff hinzugefügt wurde und das voll reagiert hat. Die Pufferschicht 6 kann natürlich auch durch andere Materialien gebildet sein, wie z.B. durch ein flexibles Harzmaterial oder ein elastisches Material, wie Gummi, oder die Schicht kann eine Harzschicht sein, die eine große Menge eines anorganischen Materials enthält.

Der Draht der in der zuvor beschriebenen Weise gebildeten blanken Wicklungen kann ein herkömmlicher, mit Emaille beschichteter Draht sein, wobei es vorteilhaft ist, einen sogenannten schmelzverbundenen Draht zu benutzen, d.h. einen Draht, der auf der Emailschicht eine thermoplastische oder wärmehärtbare Bindeschicht trägt, die bei Anwendung von Wärme'schmilzt und die Windungen des Drahtes miteinander verbindet, um eine einstückige Wick- " lung zu bilden. In diesem Fall sind zwischen den Leiterwindungen keine Luftspalte vorgesehen, in die kleine Teile des nachträglich zugeführten Harzes, die besonders .empfindlich gegenüber Kräften sind, eintreten können, und es wird auf diese Weise eine Wicklung oder eine Transformatoranordnung eilalten, die geringere Beschränkungen bei ihrer Handhabung haben.

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Eine Anordnung mit weiter verbesserten mechanischen Eigenschaften und einer Widerstandsfähigkeit gegenüber Kräften, die infolge von Wärmeschocks oder anderen Wirkungen ausgelöst werden, kann durch das Vorsehen von Abstandsschichten zwischen einer blanken Wicklung und dem Fasermaterial bewirkt werden. Im einzelnen ist, wie in Pig. 8 gezeigt ist, auf der Außenseite der Pufferschicht 6 eine Abstandsschicht 8 vorgesehen, die zwischen Halbleiterschichten 7 und 7¹ gebildet wird, und die von dem hochfesten Fasermaterial gebildete Isolationsschicht 4 ist auf der Außenseite dieser Anordnung vorgesehen. Da die Halbleiterschichten 7 "und 7¹ auf das gleiche elektrische Potential gebracht werden, wird eine Verschlechterung der Isolation der Wicklung durch Anlegen von Spannung und teilweise Entladung in der Abstandsschicht 8 verhindert, wobei die Schichten 7>7' und 8 zusätzlich auch als eine Pufferschicht für elektrische Felder wirkt. Der Widerstand der Halbleiterschichten 7 und 7' ist im Bereich von 10 -10 -Q/cm am geeignetsten, obwohl auch Werte außerhalb dieses Bereiches benutzt werden können. In diesem Fall, wenn die Schichten 7*7* und 8 zur Isolation des gewickelten Leiters 3 ausreichend ausgebildet sind, kann die Pufferschicht 6 fortgelassen werden. Die Schichten 7 und 7* können auch aus einem Leiter anstelle eines Halbleiters hergestellt sein, jedoch muß in diesem Fall Sorge getragen werden, daß die Schichten keinen elektrischen Kurzschluß bilden. Nach der Herstellung der Wicklungen in dieser Weise können eingekapselte Wicklungen durch die in den Beispielen 1 bis 3 angegebenen Verfahren erhalten werden oder eingekapselte Transformatoren durch die in den Beispielen 4bis 6 angegebenen Verfahren erhalten werden.

Wie zuvor beschrieben werden mit dem neuen Verfahren die folgenden Vorteile erreicht:

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1. Da Metallformen nicht erforderlich sind, werden die durch die damit verbundenen Kosten und den Arbeitsaufwand bedingten Probleme -vermieden.

2. Weitere Wirtschaftlichkeit wird dadurch erreicht, daß nur eine notwendige Dicke des Isolationsmaterials vorgesehen wird und kein Isolationsmaterial über Bereichen eines Teiles angeordnet wird, das keine Isolation erfordert, wie dieses jedoch bei den bisherigen, Metallformen benutzenden Verfahren der Pall war.

3. Das neue Verfahren ermöglicht die Massenherstellung und gleichzeitige Erzeugung einer großen Anzahl von eingekapselten Teilen.

4. Da das Lecken oder Austreten von einkapselndem Wachs während seines Aushärtens verhindert wird, können Schichten frei von Fehlstellen erhalten werden, die einen ausgezeichneten Isolationsschutz bewirken.

5. Da Wicklungen oder andere Teile in hochfestes Fasermaterial eingeschlossen werden können und Metallformen nicht erforderlich sind, wird das Ankleben unnötigen Harzes verhindert und eine ausgezeichnete Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen oder thermischen Kräften erzielt.

Obwohl die Erfindung anhand des Einkapseins von Leiterwicklungen oder Transformatoren erläutert wurde, ist sie selbstverständlich nicht auf diese Anwendung beschränkt, sondern das neue Verfahren kann vielmehr zum Einkapseln oder zum Vorsehen von schützenden Abdeckungen bei vielen anderen Arten von Teilen ebenfalls angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1.j Verfahren zum Einkapseln von Teilen, dadurch g e -

kennzeichnet , daß eine erste wärmehärtbare Substanz, die einem Teil den notwendigen Schutz verleiht, wenn sie um ein einzukapselndes Teil herum und in dessen inneren Bereichen ausgehärtet ist, in einem vorgehärteten Zustand an das Teil gegeben wird, wodurch diese Oberflächenteile des Teils bedeckt und an diesen anhaftet, daß das so mit der ersten Substanz versehene Teil in'eine zweite Substanz eingetaucht wird, die vom festen in ihren flüssigen Zustand reversibel überführbar ist, bei einer Temperatur zwischen der Anfangsaushärtetemperatur und der End aushärtetemperatur der ersten Substanz schmilzt und beim Eintauchen des Teils in sie flüssig ist, daß die zweite Substanz unmittelbar nach dem Eintauchen unter ihre Verfestigungstemperatur abgekühlt wird, daß Wärme zum Aushärten der ersten Substanz zugeführt wird und daß das Teil nach dem Aushärten der ersten Substanz außer Berührung mit der zweiten Substanz gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß außerdem ein hochfestes Fasermaterial um das einzukapselnde Teil vor dem Zuführen der ersten Substanz gemacht -wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine Pufferschicht (6) um ein einzukapselndes Teil vor dem Anbringen des hochfesten lasermaterials vorgesehen wird.

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4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine Abstands- und Absorptionseinrichtung um ein einzukapselndes Teil vor dem Aufbringen des hochfesten Fasermaterials vorgesehen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß als erste Substanz ein Epoxydharz verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Epoxydharz mit einem Füllstoff versehen wird.

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als zweite Substanz, ein Wachs verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß als zweite Substanz eine Substanz verwendet wird, 'die von einer kolloidalen Lösung in einen Gel-Zustand reversibel überführbar ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß als reversibel überführbare Substanz ein Epoxydharz benutzt wird, dem ein Zusatz von 0,5 Teilen pro 100 Teile eines Aushärteagens und von 5 Teilen pro 100 Teilen eines Solagens hinzugefügt wird.

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