ES2221076T5 - Procedimiento para la impregnacion de componentes. - Google Patents
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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 las características según la
reivindicación 1.
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.
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
lleva a cabo el procedimiento según la invención son aquellos
productos de impregnación que contienen sustancias libres de
monómeros, que se reticulan mediante un proceso no radical, a base
de resinas modificadas con diciclopentadieno, tal como se describen
por ejemplo en la solicitud de patente alemana 14 542 564 A1.
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 MF 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.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 1
(E1)
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.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
(E2)
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.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3
(E3)
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.
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 (9)
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, dimensionándose la aportación
de calor durante la impregnación de tal modo que se produce una
gelificación parcial o un endurecimiento parcial del medio de
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 y 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, y en el que 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,
los componentes se extraen del producto de impregnación, el
producto de impregnación no gelificado se deja escurrir y dado el
caso se enfría y se reutiliza.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la impregnación se lleva a cabo mediante
inmersión, inundación, impregnación en vacío, impregnación a
presión en vacío o impregnación gota a gota.
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque como radiación
de alta energía se utiliza radiación UV, infrarroja y/o de haz
electrónico.
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque también se utiliza radiación infrarroja
antes, durante o después del endurecimiento mediante otra técnica
de aportación de energía.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, 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.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, 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-Alder.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, 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 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 porque 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.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
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%.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los productos de
impregnación contienen como mínimo un componente del grupo
consistente en óxidos de acilofosfina, sustancias
C-C-lábiles, peróxidos, compuestos
azo, hidroquinonas, quinonas, alquilfenoles y/o éteres
alquilfenólicos.
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