DE2755850A1

DE2755850A1 - Foam plastics electrical insulators with constricted sections - made using temp. controlled setting to give improved strength

Info

Publication number: DE2755850A1
Application number: DE19772755850
Authority: DE
Inventors: Kurt Dipl Ing Kutschera; Edgar Puppel
Original assignee: INST PRUEFFELD ELEKT
Current assignee: INST PRUEFFELD ELEKT
Priority date: 1977-12-15
Filing date: 1977-12-15
Publication date: 1979-06-21

Abstract

Parent patent describes a method of making foam plastics mouldings of differing internal and skin density, esp. for high voltage electrical insulation. Local cooling is used to produce the high density regions. Novelty is that at the location where the plastics flows through a construction during moulding, the internal face of the mould is subjected to a temp. pattern involving a lower temp. of the inner face of the mould in this region than for other parts of the inner face of the mould at the start of foaming, so that setting of the material is impeded in the constrictions; after this, the temp. pattern is controlled so that partial reheating of the mould from the outside is applied to the constrictions. Used esp. for constructing large electrical insulating components. The method ensures improved mechanical strength at the constrictions.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus SchaumstoffenProcess for the production of molded articles from foams

Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung P 26 36 801.4 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Schaumstoffen, insbesondere von Iseilerbauteilen für Hochspannungsschaltaniagen im Spannungsbereich bis 36 kV Isolationsspannung. Sie ist geeignet für die Herstellung von Bauteilen aus geschäumten Kunststoffen, bei denen im Fließweg des Schaumstoffes größere Querschnittsveränderungen vorliegen.Additional application to patent application P 26 36 801.4 The invention relates a process for the production of molded articles from foams, in particular from Cable components for high-voltage switchgear in the voltage range up to 36 kV insulation voltage. It is suitable for the production of components made of foamed plastics, in which there are larger changes in cross-section in the flow path of the foam.

Zur Herstellung von Bauteilen mit hoher Beanspruchung aus Kunststoffen werden Harze verwendet, die mit Verstärkungsmaterialien gefüllt sind. Solche Füllstoffe, die in Art und Menge auf den Verwendungszweck dem Harz zugegeben werden, sind z. B. Stäube und körnige Strukturen aus anorganischem Material oder faserförmige Stoffe, Die HarzverarbeitungsverYahren sind mit hohen technologischen Kosten verbunden, benötigen längere Verarbeitungszeiten und verbrauchen große EnergiemengenO Es sind Verfahren zur Herstellung großer Bauteile bekanntgeworden, wie das in der DI-PS 86 490 beschriebene Druck-Gelier-Verfahren, die einen Teil der Aufwendungen mindern.For the production of high-stress components made of plastics Resins filled with reinforcing materials are used. Such fillers, which are added in type and amount to the intended use of the resin are, for. B. Dusts and granular structures made of inorganic material or fibrous substances, The resin processing methods are associated with high technological costs, require longer processing times and consume large amounts of energy Process for the production of large components has become known, such as that in the DI-PS 86 490 described pressure gelling process, which reduce some of the expenses.

Wenn es die Beanspruchungsforderangen zulassen, werden solche Bauteile auch aus geschäumten Kunststoffen hergestellte Verschäumungsverfahren mindern erheblich den Materialeinsatz und die technologischen Kosten.If the load requirements allow, such components are used Foaming processes made from foamed plastics also reduce considerably the use of materials and the technological costs.

Beim Aufschäumen von Kunststoffen führen jedoch Querschnittsveränderungen zu Schwierigkeiten bei der gleichmäßigen Dichteverteilung im Schaumkörper, weil Fließstrecken geringeren Querschnitts zu höheren Durchtrittsgeschwindigkeiten führen und beim Uebergang zu größeren Querschnitten Uberwälzungen nicht ausbleibeno Bei den Verarbeitungsvorschriften liegen in der Regel die Formwandtemperaturen erheblich über den Temperaturen des eingefüllten Kunststoffes bzw0 Kunststoff/Füllstoffgemisches.When foaming plastics, however, changes in cross-section result to difficulties in the even density distribution in the foam body, because Flow paths with a smaller cross-section lead to higher passage speeds and when transitioning to larger cross-sections, overflows are not absent As a rule, the mold wall temperatures are considerably higher than the processing instructions above the temperatures of the filled plastic or plastic / filler mixture.

Dadurch setzen die Härtungsprozesse an Stellen dünneren Querschnitts schneller ein und verhindern, daß durch diesen "Engpaß" sich auf unterschiedlichen Seiten liegende größere Massen über die Stellen geringen Querschnitts ausgleichen können0 Ss entstehen im ausgehärteten Zustand Spannungen und Materialinhomogenitäten, die sich auf die Beanspruchungstätigkeit des Körpers auswirken. Diese Stellen bilden oft auch wegen ihres geringen *querechnitts mechanisch schwache Stellen.As a result, the hardening processes take place in places with a thinner cross-section faster and prevent this "bottleneck" from affecting different Compensate larger masses lying on the sides over the places of small cross-section can0 Ss tensions and material inhomogeneities arise in the hardened state, which affect the physical activity of the body. These bodies form often mechanically weak points because of their small * cross-section.

Es ist nach P 26 36 80104 bekannt, durch örtlich begrenzte Kühlung die Dichteverteilung in Körpern aus geschäumten Kunststoffen zu steuern, insbesondere eine Verdichtung der Randzonen zu erzielen0 Das Verfahren ist geeignet, dichte Randzonen zu schaffen und über die gezielt ungleichmäßige Dichteverteilung bessere mechanische Gebrauchswerte zu erreichen0 Es ist auch geeignet, eine für die elektrische Isolierfunktion günstige Verteilung zu bewirken, weil es bekannt ist, über die Zellverteilung höhere Werte der Einsetzspannung für elektrische Teilentladungen zu erhalten (DL-SS 190 458).It is known according to P 26 36 80 104, through localized cooling to control the density distribution in bodies made of foamed plastics, in particular to achieve a compression of the edge zones0 The method is suitable for dense edge zones and the targeted uneven density distribution better mechanical To achieve utility values0 It is also suitable for the electrical insulating function to effect favorable distribution because it is known to be higher about cell distribution To obtain values of the inception voltage for electrical partial discharges (DL-SS 190 458).

Beim Durchströmen enger Querschnitte mit Reaktionsmasse ergibt sich mit dem bekannten Verfahren nach P 26 36 801.4 die Schwierig#eit, daß wegen der geringen Reaktionsmasse im verengten Querschnitt nur wenig Reaktionswärme erzeugt und dadurch die Wand nicht genügend erwärmt wird, Bei der Entformung des Körpers haftet wegen ungenügender Aushärtung an solchen Stellen die Oberfläche an der Forminnenwand oder nimmt nicht genau die Forminnenoberfläche des Werkzeuges an.When the reaction mass flows through narrow cross-sections, the result is with the known method according to P 26 36 801.4 the difficulty that because of the low reaction mass in the narrowed cross section generates only a little heat of reaction and as a result, the wall is not heated sufficiently when the body is removed from the mold the surface adheres to the inner wall of the mold due to insufficient curing at such points or does not exactly take on the inner surface of the mold.

Zweck der Erfindung ist es, Formkörper mit stark unterschiedlichem Querschnitt im Fließweg eines geschäumten Kunststoffes herzustellen, bei demdurchdie Querschnittsverengung verursachte mechanische Festigkeitsminderungen und Verteilungsinhomogenitäten in den über die Verengung verbundenen Teilen des Formkörpers vermieden werden.The purpose of the invention is to produce molded bodies with widely differing Produce cross-section in the flow path of a foamed plastic, in which the Narrowing of the cross-section caused mechanical strength reductions and distribution inhomogeneities can be avoided in the parts of the molding connected by the constriction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung großer Bauteile aus Kunststoff, vorzugsweise von Isolierbauteilen von Hochspannungsschaltanlagen, hergestellt im Verschäumungsverfahren, auf der Basis zu schaffen, bei dem die durch Querschnittsverengungen entstehenden Schwierigkeiten hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und des Druckausgleiches zwischen auf unterschiedlichen Seiten der Verengungsstelle liegenden größeren Volumina vermieden werden.The invention is based on the object of a method for production large components made of plastic, preferably from Insulating components of high-voltage switchgear, manufactured in the foaming process, on the basis to create in which the difficulties arising from cross-sectional constrictions in terms of mechanical strength and pressure equalization between different Larger volumes lying on the sides of the constriction are avoided.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine zeitlich eng begrenzte und mit den schaumstoffeigenen Umwandlungszeiten abgestimmte Temperaturführung örtlich begrenzt vorgenommen wird, die außerdem bei der Werkzeugherstellung durch die Stärke der WJerkzeugwandung bzw. durch ihre Oberflächenausbildung berücksichtigt wird0 Dazu wird die Forminnenwand an der Durchgangsstelle so abgekühlt, daß sie zum Zeitpunkt des Aufschäumens, also kurz nach der Startzeit des flüssigen Schaumstoffgemisches, die Temperatur erreicht, die ein Durchströmen des Querschnittes durch vorzeitiges Vernetzen an der Forminnenwand nicht mehr behindert.According to the invention this object is achieved in that a time tightly limited temperature control coordinated with the foam's own transformation times locally limited, which is also carried out in the tool manufacture the thickness of the tool wall or its surface structure is taken into account wird0 For this purpose, the inner wall of the mold is cooled down at the passage point so that it at the time of foaming, i.e. shortly after the start time of the liquid foam mixture, reaches the temperature that a flow through the cross-section by premature Networking on the inner wall of the mold is no longer hindered.

Diese ^;Wirkung wird erreicht, wenn die Temperatur gleich oder niedriger ist als die Temperatur des aufschäumenden Stoffes, Jede Erhöhung der Temperatur der Forminnenwand fördert das Aufschäumen und damit den Ablauf der Vernetzung, Sie ist nur dann zuzulassen, wenn die Durchströmung dadurch nicht unzulässig eingeengt wird, z. B. dann, wenn es sich um eine geringfügige Verringung des Querschnitts handelt. Vom Zeitpunkt des Durchströmens der rquerschnittsverengung an wird im Formkörper durch exotherme Reaktionen Wärme frei, die im Bereich des zu kühlenden Querschnitts wegen der geringeren Massenkonzentration einen langsameren Tempera#uranstieg bewirkt als in den Nachbarbereichen mit größeren Volumina Formmasse. Bei vergleichbaren Stärken der Werkzeugwandung und der damit verbundenen gleichartigen Wärmeabführung, wenn die durch die Reaktionswärme erzeugte Temperatur die Temperatur der Forminnenwand überschreitet, bedarf die Verengungsstelle keiner weiteren Kühlung, weil das Abbinden des Formstoffes dann dort langsamer abläuft als in den anderen Teilen. in weiterer Wärmeentzug macht sich bis zum Abbinden nur notwendig, wenn durch Material oder Stärke der brerkzeugwand an dieser Stelle eine geringere #ärmeabfuhr als in den übrigen Teilen erfolgt.This ^; effect is achieved when the temperature is equal to or lower is than the temperature of the intumescent material, any increase in temperature the inner wall of the mold promotes foaming and thus the flow of networking, you is only allowed if the flow is not restricted inadmissibly will, e.g. B. when there is a slight reduction in the cross section acts. From the point at which the flow passes through the cross-sectional constriction, there is in the molded body exothermic reactions release heat in the area of the cross-section to be cooled causes a slower rise in temperature due to the lower mass concentration than in the neighboring areas with larger volumes of molding compound. With comparable Strengths of the mold wall and the associated similar heat dissipation, when the temperature generated by the heat of reaction is the temperature of the inner wall of the mold exceeds, the constriction does not need any further cooling because the setting of the molding material then runs more slowly there than in the other parts. in further Heat removal is only necessary until it has set, if by The material or thickness of the tool wall results in less heat dissipation at this point than in the remaining parts.

Diese kurzzeitige Kühlung wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß unter Beachtung der durch die Materialart und den Abstand zwischen Kühlungsansatz und Forminnenwand verursachten Zeitverschiebung und Wärmekapazität ein Kühlstoß erfolgt. Das geschieht zweckmäßigerweise durch Wasserzufuhr an die Kühlstelle oder durch Aufspritzen einer niedrigsiedenden Flüssigkeit, vorzugsweise N2 flüssig, deren Wirkung durch eine Feuchtkompresse mit Speicherwirkung an der zu kühlenden Stelle verstärkt wird. Die Dosierung erfolgt so, daß der Abkühlungseffekt nur in der Zeit wischen dem Beginn des Durchströmens der Reaktionsmasse an der Verengungsstelle (etwa identisch mit der Startzeit des Schaumstoffes) und der vollzogenen Abbindung und Vernetzung in den Nachbarbereichen eintritt. Bei aufwendigen Konstruktionen kann die Abkühlung auch elektrisch unter Nutzung des Peltier-Effektes erfolgen. Nach der Sicherung der Möglichkeit einer eirnvandfreien Stoffwanderung durch den Verengungsbereich durch Abkühlung wird es je nach der von der exotherm reagierenden Masse erzeugten Wärme abhängen, ob eine zusätzliche Beheizung notwendig ist, damit eine einwandfreie Oberfläche entsteht. Die durch die Abkühlung bewirkte höhere spezifische Dichte des Schaumkörpers an der Verengungsstelle bringt an dieser mechanisch kritischen Stelle eine höhere Festigkeit. Sie wird nur erreicht, lienn eine einwandfreie Härtung erfolgt. Deshalb folgt dem Kältestoß ein von außen einwirkender Hitzestoß, der eine Vernetzung des Stoffes fördert und zu einer klebfreien Oberfläche fahrt. Diese Erwärmung wird zweckm:i#ßigerwe ise durch Strahlungswärme, HeißlufL- oder einen fieizleiter erzeugt.This short-term cooling is achieved according to the invention in that taking into account the type of material and the distance between the cooling attachment and the inner wall of the mold caused time lag and heat capacity to cause cooling shock he follows. This is expediently done by supplying water to the cooling point or by spraying on a low-boiling liquid, preferably liquid N2, whose Effect through a moist compress with storage effect on the area to be cooled is reinforced. The dosage is done in such a way that the cooling effect only occurs in time wipe the beginning of the flow through the reaction mass at the constriction point (approximately identical to the starting time of the foam) and the completed setting and networking occurs in the neighboring areas. With complex constructions the cooling can also take place electrically using the Peltier effect. After securing the possibility of a wall-free migration of material through the Narrowing area by cooling it will depend on the exothermic reacting Mass generated heat depend on whether additional heating is necessary so a perfect surface is created. The higher specific caused by the cooling The density of the foam body at the constriction point is mechanically critical at this point Make a higher strength. It can only be achieved if there is perfect hardening he follows. Therefore, the cold shock is followed by an externally acting heat shock, the one Networking of the substance promotes and leads to a tack-free surface. This warming is expedient: i # iguously through radiant heat, hot air or a heat conductor generated.

Die erfindungsgernäße Lösung wird am Beispiel eines Scheibenstützelementes zur Abstützung eines Leiters erzen ein Rohr erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1: die Funktion des Bauteiles, das einen zylindrischen Leiter gegen ein außenliegendes Umhüllungsrohr abstützt, Fig. 2: die Einschäumanlage des Körpers im Werkzeug vereinfacht dargestellt.The solution according to the invention is based on the example of a window support element to support a conductor ore a pipe explained. In the accompanying drawing show: Fig. 1: the function of the component that opposes a cylindrical conductor an external cladding tube is supported, Fig. 2: the foaming system of the body in the tool shown in simplified form.

Der Formkörper 1 ist umgeben von einem Werkzeug 2, das mit einer verschließbaren Einfüllöffnung für das Flüssigkeitsgemisch versehen ist. Die besonders gekennzeichneten verengten Querschnitte 3 werden der in der Erfindungsbeschreibung erläuterten Temperaturführung unterworfen, indem 30 s vor dem Start des Schaumstoffflüssigkeitsgemisches flüssiger Stickstoff aufgesprüht wird. Dadurch erreicht die Formwand zur Startzeit etwa Raumtemperatur und sinkt in der Zeit bis zum Durchströmen noch etwas darunter ab. Die übrige Form ist auf 60 0C vorgewärmt. Die Temperaturen sind über den gesamten Scheibenquerschnitt etwas unterschiedlich, weil im unteren Teil durch das Einfüllen der Flüssigkeit anfänglich eine zusätzliche Wärmeabfuhr erfolgt. 50 s nach dem Einfüllen wird die Querschnittsverengung 30 s lang mit einem Heißluftgebläse wieder aufgeheizt. Es werden extreme verdichtete Randzonen, eine hohe Querschnittsdichte und eine einwandfreie Formoberfläche erreicht. Die Dichte in den Teilen hoher Massenkonzentration wird durch die Scheibenverengung nicht negativ beeinflußt.The molded body 1 is surrounded by a tool 2, which can be closed with a Filling opening is provided for the liquid mixture. The specially marked narrowed cross-sections 3 are the temperature control explained in the description of the invention subjected to liquid by adding 30 s before the start of the foam-liquid mixture Nitrogen is sprayed on. As a result, the mold wall reaches around room temperature at the start time and in the time to flow through it sinks a little below. The rest of the shape is preheated to 60 0C. The temperatures are over the entire cross-section of the pane slightly different, because in the lower part due to the filling of the liquid initially there is additional heat dissipation. 50 s after filling, the Cross-sectional constriction heated up again with a hot air blower for 30 s. It extremely compacted edge zones, a high cross-sectional density and a perfect Mold surface reached. The density in the parts of high mass concentration becomes not adversely affected by the disc narrowing.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims: 1. Process for the production of moldings from Foams, in particular of insulating components for high-voltage systems with different Density within the formal body or in the peripheral zones near the surface, where locally effective cooling of the mold in places during the foaming process, which have a higher density, according to P 26 36 801.4, characterized in that that at the location of cross-sectional constrictions in the flow path of the plastic the inner surface of the mold is subjected to a temperature curve at the time of the start of the foam Includes temperatures that are below the temperatures of the remaining parts of the inner mold wall lie, and that during the reaction until the time of setting in the rest Prevents parts of the molded body from setting in the area of the small cross section and which is then controlled so that a partial heating of the mold from the outside takes place at the point of cross-sectional constriction.

2. The method according to claim 1, characterized in that the cooling the narrowing of the cross-section takes place through a one-time supply of a coolant,

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the coolant is low-boiling Liquids are used that are applied to the area to be cooled by means of spraying will.

4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the Temporary effect through dosing the amount and applying a storage fluid, z. Bo in the form of a water-moistened compress, is achieved.

5. The method according to claim 1 to 4, characterized d3 by that for Cooling the Poltier effect is used.

6. The method according to claim 1, characterized in that the heating takes place by means of an electrically operated heating conductor.

7. The method according to claim 1, characterized in that the heating takes place by means of a radiant heater or a hot air supply.