ES2221076T3 - Procedimiento para la impregnacion de componentes. - Google Patents
Procedimiento para la impregnacion de componentes.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN PROCEDIMIENTO DE IMPREGNACION DE COMPONENTES CON AGENTES DE IMPREGNACION LIBRES DE MONOMERO Y NO RADICALMENTE RETICULANTES, QUE SON LIQUIDOS A TEMPERATURA AMBIENTE O QUE PUEDEN LICUARSE POR MEDIO DE CALOR Y ENDURECERSE POR EL USO COMBINADO DE CALOR Y RADIACION DE ELEVADA ENERGIA. LOS COMPONENTES SE IMPREGNAN A LA TEMPERATURA AMBIENTE EN ESTADO CALIENTE O SE CALIENTA DURANTE LA IMPREGNACION ANTES DE SER TRATADO CON RADIACION DE ENERGIA ELEVADA, SIMULTANEAMENTE CON EL ENDURECIMIENTO TERMICO O DESPUES DEL MISMO.
Description
Procedimiento para la impregnación de
componentes.
La invención se refiere a un procedimiento para
la impregnación de componentes con medios de impregnación libres de
monómeros y que se polimerizan mediante un proceso no radical,
medios que son líquidos a temperatura ambiente o bien se licuan por
calentamiento y que son endurecibles mediante la aplicación conjunta
de calor y radiación de alta energía.
Ya se conocen procedimientos para la impregnación
de componentes con productos de impregnación polimerizables
endurecibles por calor y/o radiación de alta energía.
En los documentos
DE-A-40 22 235 y
DD-A-295 056 se propone la
utilización de los productos de impregnación habituales, con una
alta proporción de monómeros como estireno, y, después de la
impregnación, un primer endurecimiento superficial con radiación UV
y a continuación del interior de los componentes mediante calor.
Aunque estos procedimientos reducen las pérdidas por evaporación,
éstas siguen siendo relativamente altas en el interior de los
componentes debido a la gran proporción de monómeros volátiles no
polimerizables. En dichos documentos no se menciona ningún método
para influir en la irregular distribución del producto de
impregnación en el componente.
El documento
EP-A-0 643 467 propone utilizar los
productos de impregnación habituales con una alta proporción de
monómeros como estireno y llevar a cabo, ya durante la impregnación,
una pregelificación y fijación del producto de impregnación y un
endurecimiento térmico mediante calentamiento del devanado para
mejorar la distribución del producto de impregnación en el
componente. Simultáneamente al endurecimiento térmico del producto
de impregnación en los devanados o después del mismo, las zonas de
los componentes a las que no ha llegado el calentamiento del
devanado se han de endurecer con radiación de alta energía,
preferentemente radiación UV. Una desventaja de este procedimiento
consiste en que mediante el calentamiento a través de los devanados
sólo se consigue un endurecimiento parcial y que el endurecimiento
total tiene lugar posteriormente mediante radiación. Dado que todos
los componentes conocidos presentan zonas a las que no se accede en
un endurecimiento térmico parcial y que se encuentran en la zona de
sombra en un endurecimiento posterior con radiación, los componentes
tratados según el documento EP-A-0
643 467 siempre presentan zonas en las que el producto de
impregnación no está lo suficientemente endurecido. Estas zonas
producen emisiones no deseadas y el producto de impregnación sólo
cumple sus funciones de forma insuficiente.
Otro procedimiento propuesto también en el
documento EP-A-0 643 467 consiste en
llevar a cabo un endurecimiento con radiación de alta energía
después del endurecimiento térmico, esto parece poco práctico desde
el punto de vista técnico dado que dicho endurecimiento, después de
un endurecimiento completo de las zonas del componente a las que no
se ha accedido en el primer paso de endurecimiento parcial,
independientemente de si ha tenido lugar mediante una corriente de
calor suficientemente larga en el devanado o mediante cualquier otra
aportación de calor, no produce ninguna ventaja perceptible.
Además, el documento
EP-A-0 643 467 no contiene ninguna
indicación sobre la utilización de dicho procedimiento en las
técnicas de impregnación generales reivindicadas. Así, una
pregelificación mediante calentamiento de los devanados durante la
impregnación no resulta práctica, dado que el llenado de los
espacios huecos se produce de forma indefinible. En el estado actual
de la técnica se conoce un procedimiento consistente en precalentar
los devanados para reducir la viscosidad del producto de
impregnación y acelerar con ello el llenado del componente con el
producto de impregnación, es el caso por ejemplo de los diferentes
procedimientos de inmersión e inundación en los que los componentes
se calientan para lograr una reducción de la viscosidad y, con ello,
un llenado mejor y más rápido. El calentamiento hasta gelificación
durante la impregnación produce lo contrario; es decir, un llenado
indefinido de los espacios huecos condicionado por la
gelificación.
Un proceso de gelificación durante la
impregnación sólo es concebible en caso de una seguridad absoluta de
las propiedades del producto de impregnación y de todos los
parámetros de procedimiento, siempre propenso a los fallos. Una
desviación mínima puede provocar que zonas interiores de los
devanados queden cubiertas por el producto de impregnación
pregelificado y que, por tanto, se quedan sin llenar. El
precalentamiento del devanado propuesto en el documento
EP-A-0 643 467, a 180ºC por ejemplo,
conduce ya durante la inmersión a gelificaciones indefinidas sobre
el devanado caliente y a una muy irregular distribución del producto
de impregnación en el componente. Si bien un pequeño
precalentamiento reduce la temperatura del producto de impregnación
en las zonas adyacentes al devanado y facilita así el proceso de
impregnación, en cuanto la temperatura de precalentamiento aumenta
hasta el punto de producirse una gelificación durante la
impregnación, de nuevo se produce una distribución irregular.
Los ingredientes poliméricos para masas de
impregnación, sellado y revestimiento conocidos para componentes
electrónicos, como por ejemplo devanados de motores o de
transformadores, consisten preferentemente en poliésteres
insaturados disueltos en compuestos vinílicamente insaturados, como
estireno, viniltolueno, ftalato de alilo y ésteres acrílicos o
vinílicos monoméricos u oligoméricos, que se (co)polimerizan
por radicales.
En general, por masas de impregnación, sellado y
revestimiento se ha de entender masas de resina utilizadas en
electrotecnia para la impregnación de devanados empleando
procedimientos generalmente conocidos, como por ejemplo impregnación
por inmersión, aplicación gota a gota, aplicación mediante rodillos
de inmersión y aplicación por inundación, apoyándose estos
procedimientos, si es el caso, mediante aplicación de vacío y/o
presión.
Estos procedimientos de acuerdo con el estado
actual de la técnica presentan las desventajas derivadas de la
utilización de monómeros insaturados, forzosamente necesarios para
un endurecimiento rápido y completo de las masas. Estas sustancias
son, por ejemplo, monómeros o acrilatos oligoméricos de bajo peso
molecular, ftalato de alilo, estireno,
\alpha-metilestireno y viniltolueno. Estas
sustancias son perjudiciales para la salud e irritan la piel. En
las aplicaciones conocidas de productos de impregnación con estas
sustancias, las pérdidas por evaporación son del 20 al 30% en peso.
Estas considerables cantidades de ingredientes evaporados del
producto de impregnación han de ser evacuadas del lugar de trabajo
para evitar riesgos para la salud de los trabajadores. Las
cantidades evaporadas aspiradas se evacuan, por regla general,
mediante la combustión del aire de escape, lo que conlleva
emisiones no deseadas. Los ingredientes del producto de impregnación
quemados también representan una pérdida considerable desde el
punto de vista económico.
Otros problemas se derivan del ajuste al nivel
óptimo de llenado de todos los espacios huecos existentes en el
componente. Por regla general, y por motivos físicos, es deseable el
mayor nivel de llenado posible, pero por motivos económicos
frecuentemente se llega a un nivel de llenado justo suficiente desde
el punto de vista técnico.
En caso de sustancias de baja viscosidad existe
el peligro de que una parte indeterminada de los productos de
impregnación se salga de los componentes antes de su endurecimiento,
o que se produzcan distribuciones muy irregulares del producto de
impregnación en el componente. Hasta el momento no ha sido posible
lograr altos niveles de llenado, por ejemplo superiores a un 90%,
mediante ninguno de los procedimientos conocidos.
El procedimiento según la invención resuelve los
problemas arriba mencionados mediante el empleo de resinas de
impregnación libres de monómeros que se polimerizan a través de un
proceso no radical, por ejemplo basadas en resinas modificadas con
diciclopentadieno, tal como se describen en la solicitud de patente
alemana no publicada previamente P 195 42 564.2. Preferentemente, el
procedimiento según la invención se utiliza en combinación con un
procedimiento en el que ya en el producto de impregnación se produce
una gelificación o un endurecimiento parcial de los componentes
impregnados, después se deja escurrir la proporción de producto de
impregnación no gelificada, si es el caso este producto de
impregnación escurrido se conduce de vuelta al depósito donde se
haya el producto de impregnación, dado el caso después de
enfriarlo, y a continuación se realiza un endurecimiento por calor y
radiación de alta energía.
Por primera vez y con el procedimiento según la
invención, es posible ajustar prácticamente en cada punto de los
componentes el llenado uniforme con el producto de impregnación a
cualquier nivel de llenado. La emisión de ingredientes volátiles
del producto de impregnación se reduce hasta tal punto que
prácticamente ya no se requiere ninguna medida de tratamiento en el
lugar de trabajo y del aire de escape. Dado que casi no se produce
ninguna pérdida de producto de impregnación, la rentabilidad
aumenta considerablemente. Este procedimiento es especialmente
ventajoso en caso de técnicas de impregnación por inmersión, en las
que durante el endurecimiento parcial, que tiene lugar en estado
sumergido, se puede ajustar el nivel de llenado del componente
deseado regulando la velocidad de calentamiento, la temperatura y el
tiempo de calentamiento.
Preferentemente, este procedimiento se aplica en
caso de inmersión a temperatura ambiente y calentamiento del
devanado con una corriente de calor, poco antes, durante o después
de la inmersión. Primero se calienta sólo un poco para conseguir el
llenado rápido de las zonas interiores del componente y después se
aumenta la temperatura del producto de impregnación. En este proceso
sólo se provoca la gelificación del producto de impregnación en el
entorno inmediato a los devanados calentados. Después de la
gelificación o endurecimiento, los componentes se sacan del producto
de impregnación y, después de un tiempo de espera adecuado, que
depende de la forma y del tamaño del componente y de la viscosidad
del producto de impregnación, y durante el cual el producto de
impregnación no gelificado puede escurrir del componente, y,
preferentemente después de enfriarlo, se conduce de vuelta al
depósito donde se haya el producto de impregnación, los componentes
se endurecen con una combinación de calor y radiación de alta
energía, preferentemente luz UV. De acuerdo con la invención, el
orden en que se aplica calor y radiación de alta energía es
indistinto y se ha de optimizar para cada caso particular, pudiendo
influir en ello el tipo y la forma de los componentes y/o las
circunstancias técnicas de la instalación. En muchos componentes se
puede llevar a cabo un calentamiento adecuado de las zonas
interiores mediante alimentación de corriente a un devanado
eléctrico, en cuyo caso se utiliza preferentemente luz UV para el
endurecimiento de las zonas exteriores, simultáneamente con el
calentamiento por corriente o después de éste. En los componentes
que presentan zonas de difícil acceso tanto para el flujo de calor
como para la luz UV, después de la gelificación y escurrido
subsiguiente del producto de impregnación, y dado el caso después
de otro endurecimiento con una combinación de corriente y
eliminación de la adherencia superficial con luz UV, se puede
utilizar por ejemplo un endurecimiento térmico en horno. Mediante la
eliminación de la adherencia superficial, que ya se logra en parte
con una prerreticulación, se posibilita una manipulación segura y
no problemática de los componentes. En caso de componentes
pequeños, frecuentemente resulta ventajoso acumular por ejemplo una
cantidad determinada de los mismos para endurecerlos más adelante,
por ejemplo en una cámara
térmica.
térmica.
Otra ventaja del procedimiento según la invención
consiste en que se puede llevar a cabo en las instalaciones
existentes o en instalaciones con modificaciones de poca
importancia ya que se puede realizar simplemente modificando los
parámetros de control y el orden de procedimiento.
Los productos de impregnación con los que se
puede llevar a cabo el procedimiento según la invención son aquellos
productos de impregnación que contienen sustancias libres de
monómeros y que se polimerizan mediante un proceso no radical, por
ejemplo a base de resinas modificadas con diciclopentadieno, tal
como se describen en la en la solicitud de patente alemana todavía
no publicada P 195 42 564.2.
La elección de las sustancias para llevar a cabo
el procedimiento según la invención se realiza teniendo en cuenta
los aspectos de idoneidad técnica, disponibilidad y/o coste de los
productos de impregnación.
El procedimiento según la invención evita las
desventajas de los procedimientos del estado actual de la técnica
conocido mediante la combinación específica de sus pasos de
procedimiento; es decir, mediante la utilización del producto de
impregnación especial libre de monómeros, la regulación de la
distribución del mismo y el nivel de llenado por calentamiento
controlado de los componentes después de la impregnación hasta la
gelificación y fijación del producto de impregnación, el escurrido
del producto de impregnación no gelificado y su transporte de
vuelta al depósito del que proviene, y el endurecimiento con una
combinación de calor y radiación de alta energía, preferentemente
luz UV.
En una realización especialmente preferente de la
invención, en las técnicas de impregnación en las que los
componentes se introducen total o parcialmente en los productos de
impregnación, después de introducir los componentes en el producto
de impregnación y de que éstos hayan recogido el mismo, se lleva a
cabo un calentamiento eléctrico de los devanados hasta alcanzar una
gelificación parcial. El nivel de llenado se puede regular de forma
muy precisa y reproducible controlando la velocidad, la magnitud y
la duración de dicho calentamiento en función de la reactividad de
los productos de impregnación. Después de este endurecimiento
parcial en estado sumergido, los componentes se sacan del producto
de impregnación y se deja escurrir el producto no gelificado. En la
mayoría de los casos, el producto de impregnación escurrido se puede
conducir de vuelta al baño de impregnación, dado el caso después de
enfriarlo. El producto de impregnación adherido también se puede
escurrir de los lados exteriores de los componentes (paquetes de
chapas), en los que, por regla general, es deseable que haya poco o
ningún producto de impregnación, estando apoyado este proceso por el
calor que van desprendiendo paulatinamente las zonas calientes. Una
ventaja de las resinas libres de monómeros utilizadas en la
invención radica en sus características de endurecimiento, no
produciéndose ningún deterioro de la resina inmediatamente antes de
la gelificación, de modo que la resina escurrida se puede conducir
de vuelta al depósito. Las superficies de los componentes se sellan
mediante la aplicación de radiación de alta energía, preferentemente
radiación UV, antes del endurecimiento térmico y durante el mismo,
por lo que las pérdidas totales del medio de impregnación son
reducidas en un grado no logrado hasta el momento.
Los siguientes ejemplos ilustran la
invención.
Los ensayos se llevaron a cabo con el producto de
impregnación libre de monómeros comercialmente disponible Dobeckan
MV 8001 UV ®, que es endurecible tanto térmicamente como con luz
UV.
Los componentes empleados eran estatores de
electromotores fabricados en serie IEC 96, cuyas cabezas de devanado
están fijas en una pieza moldeada por inyección de termoplástico de
poliamida.
Se evalúa lo siguiente:
- \bullet
- Absorción de la resina, pesando el componente antes de la impregnación y después del endurecimiento.
- \bullet
- Pérdidas por goteo no reaprovechables debido a gelificación, pesando el producto de impregnación gelificado que se ha desprendido por goteo durante el endurecimiento.
- \bullet
- Pérdidas por evaporación durante el endurecimiento, pesando el componente antes y después del endurecimiento y restando las pérdidas por goteo.
El componente y el producto de impregnación están
a una temperatura ambiente de 26ºC. El componente se sumerge a una
velocidad de 100 mm/minuto, el devanado se calienta en el baño de
inmersión a 160ºC en 30 segundos y se mantiene durante 1 minuto,
después se saca a la misma velocidad y se deja escurrir 10 minutos
sobre el baño. Visiblemente, el material que fluye no está
gelificado, después de 10 minutos prácticamente ya no hay goteo y en
las dos cabezas de devanado se puede apreciar un buen llenado. El
baño de inmersión se cubre y el devanado se calienta a 180ºC
mediante una corriente de calor y se mantiene a esta temperatura
durante 10 minutos. Un minuto antes de la conexión de la corriente
se conectan varios quemadores de mercurio dispuestos alrededor del
estator con una energía máxima a una longitud de onda de
aproximadamente 365 nm y una energía de irradiación de
aproximadamente 8 mJ/cm^{2}.
Durante este endurecimiento ya sólo se desprenden
del componente algunas gotas de producto de impregnación. El paquete
de chapas se calienta a aproximadamente 95ºC y las piezas de
plástico de las cabezas de devanado se calientan a aproximadamente
75ºC. Una vez fríos, el paquete de chapas y las cabezas de devanado
están libres de adherencia. En las áreas del componente que se
encuentran en zonas de sombra tampoco se percibe pegajosidad al
tacto.
Se procede como en el Ejemplo 1, pero el
componente sólo se mantiene sumergido durante 30 segundos. También
en este caso se puede observar un buen llenado en las dos cabezas de
devanado, pero menor que en el E1. El resto de observaciones
coinciden con las del E1.
Se procede como en el Ejemplo 1, pero el
componente se mantiene sumergido durante 2 minutos. En este caso es
hace evidente un excelente llenado en las dos cabezas de devanado,
claramente superior al llenado del E1. El resto de las observaciones
coinciden con las del E1.
| Número | Pérdida por goteo [g] | Pérdida por evaporación [g] | Absorción de resina [g] |
| E1 | 0,4 | 1,4 | 126 |
| E2 | 0,5 | 0,7 | 78 |
| E3 | 1,2 | 3,4 | 172 |
Los estatores se cortaron con una sierra para
evaluar el llenado. El componente según E3 muestra un llenado
perfecto de ranura y devanado; es decir, la absorción máxima posible
de resina es de aproximadamente 170 g. Con ninguno de los
procedimientos según el estado anterior de la técnica se pueden
lograr absorciones de resina de aproximadamente un 100% de llenado.
Las pérdidas por goteo y evaporación son bajas en una medida tampoco
alcanzada hasta el momento. También es posible ajustar la absorción
de resina a cualquier nivel de llenado deseado, por ejemplo por
motivos de costes.
Claims (13)
1. Procedimiento para la impregnación de
componentes con productos de impregnación líquidos a temperatura
ambiente o licuables por calentamiento y endurecibles mediante el
empleo combinado de calor y radiación de alta energía, en el que los
componentes se impregnan a temperatura ambiente o calientes, o se
calientan durante la impregnación, y antes, durante o después de un
endurecimiento térmico se someten a radiación de alta energía,
caracterizado porque se utilizan medios de impregnación
libres de monómeros y que se polimerizan a través de un proceso no
radical.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la aportación de calor durante la
impregnación o directamente después de ella se dimensiona de tal
modo que se produce una gelificación parcial o un endurecimiento
parcial del medio de impregnación.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la impregnación se realiza mediante
inmersión, inundación, impregnación en vacío, impregnación a
presión en vacío o impregnación gota a gota.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los componentes
contienen devanados de materiales conductores eléctricos que se
calientan en el producto de impregnación mediante la aplicación de
corriente hasta tal punto que una cantidad deseada del producto de
impregnación se gelifica y fija, y, después de esta gelificación, el
componente se saca del producto de impregnación, el producto de
impregnación no gelificado se deja escurrir y dado el caso se enfría
y se reutiliza.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como radiación
de alta energía se utiliza radiación UV, infrarroja y/o de haz
electrónico.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque también se utiliza radiación infrarroja
antes, durante o después del endurecimiento mediante otra técnica de
aportación de energía.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el
calentamiento de los productos de impregnación tiene lugar mediante
la aplicación de una corriente eléctrica a los devanados de material
conductor eléctrico.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los productos
de impregnación polimerizables contienen sustancias
prepolimerizadas que son polimerizables iónicamente, mediante
transferencia de hidrógeno, poliadición, policondensación,
ciclocondensación y/o condensación
Diels-Alders.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque, antes de la
aplicación del producto de impregnación bien mediante aplicación
gota a gota e inundación, o por impregnación en vacío, impregnación
a presión en vacío e impregnación por inmersión, los devanados
conductores eléctricos primero se sumergen en el producto de
impregnación y se calientan mediante aplicación de corriente primero
a una temperatura a la que se produce una reducción de la viscosidad
del producto de impregnación en los devanados y, por consiguiente,
también se produce una impregnación rápida, y después, mediante la
aplicación de una corriente adicional, se provoca una gelificación o
endurecimiento parcial de la masa de resina en el entorno del
devanado calentado.
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque la viscosidad del producto de
impregnación en el entorno del devanado calentado se ajusta
controlando el tiempo y la temperatura del calentamiento en el
devanado conductor eléctrico durante la gelificación o el
endurecimiento parcial del producto de impregnación de tal modo que
se logran niveles de llenado de entre un 5% y un 100%.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque los productos
de impregnación polimerizables contienen resinas epóxido y
catalizadores o mezclas de catalizadores que inician una
polimerización por calor y/o por radiación.
12. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque los productos
de impregnación polimerizables contienen bloques constituyentes de
diciclopentadieno así como catalizadores o mezclas de catalizadores,
que inician una polimerización tanto por calor como por
radiación.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque los productos
de impregnación contienen como mínimo un componente del grupo
consistente en óxidos de acilofosfina, sustancias
C-C-lábiles, peróxidos, compuestos
azoicos, hidroquinonas, quinonas, alquilfenoles y/o alquilfenol
éteres.
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