METHOD OF CASTING-IN AN ELECTRICAL APPLIANCE

Abstract: 1. A process for encapsulating an electric device, in which perforated, screen-like spacers (9, 10, 11) are arranged between windings (1, 3, 5) and between the windings (1, 3, 5) and the inner wall of a casting mould, in order to retain the windings (1, 3, 5) at predetermined distances from one another and from the inner wall of the casting mould, and in which a casting resin containing a filler serves as a casting mass, characterized in that the spacers (9, 10, 11) are produced by impregnating with synthetic resin a section of glass fabric, which has passages in the form of a mesh between the fibres of the fabric, corrugating the glass fabric, and hardening the synthetic resin.

Description: Verfahren zum Umgiessen eines elektrischen Gerätes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umgiessen von elektrischen Geräten, beispielsweise Giessharztransformatoren oder Spannungs- und Stromwandler. In derartigen Geräten sind Abstandshalter zwischen Wicklungen bzw. zwischen Wicklungen und einer inneren Wand einer Giessform zum Festhalten der Wicklungen in vorbestimmten Abständen zueinander und bezogen auf die innere Wand der Giessform angeordnet. Die Abstandshalter bestimmen in mit Giessharz vergossenen elektrischen Geräte die Stärke der Giessharz schichten. Die Abstandshalter selbst dürfen keine Fehlstellen aufweisen oder irgendwie Risse in den Harzschichten verursachen. Darüber hinaus ist es zweckmässig, dass die Abstandshalter zur Armierung der Harzschichten beitragen. Der Einsatz derartiger Abstandshalter ist in Figur 1 und 2 am Beispiel von herkömmlichen eingegossenen elektrischen Geräten erläutert. Figur 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Querschnitt durch einen vergossenen Spannungswandler. Bei dessen Herstellung wird zunächst eine Niederspannungswicklung 1 in Einbaulage gebracht und mit Giessharz umgossen, das die Wicklung 1 dann mit einer Giessharzschicht 2 umgibt, während die Wicklung 1 selbst mit Giessharz imprägniert wird. In einem darauffolgenden Arbeitsschritt wird eine Oberspannungswicklung 3 auf die Harzschicht 2 aufgewickelt, die dabei als Abstandshalter zwischen den Wicklungen 1 und 2 dient. Schliesslich wird diese Anordnung in einem weiteren Giessvorgang mit Giessharz umgossen, das mit einer Giessharzschicht 4 die Wicklungen 1 und 3 einschliesst. Die erste Harzschicht 2 dient also zur Gewährleistung des nötigen Abstandes zwischen der Niederspannungswicklung 1 und der Oberspannungswicklung 3 und dient gleichzeitig als Wickelkörper für die Oberspannungswicklung 3. Dies an sich bekannte Verfahren erfordert jedoch zwei Giessvorgänge und ist dadurch in seiner Durchführung aufwendig. Die beiden zum Vergiessen erforderlichen Arbeitsgänge müssen darüber hinaus auch sehr sorgfältig aufeinander abgestimmt sein, um Inhomogenitäten und Risse in den Giessharzschichten auszuschliessen. Die Figuren 2a und 2b zeigen Ausschnitte aus Querschnitten einer Hochspannungswicklung für einen Giessharztransformator. Bei der Herstellung dieser Wicklungsanordnung wird die Oberspannungswicklung 5 in einer nicht dargestellten Giessform gemäss dem aus der DE-OS 20 33 734 bekannten Verfahren mit Giessharz umgossen. Eine Vielzahl von getrennt für sich gegossenen Abstandshaltern 7 und 8 sind in geeigneten Abständen zwischen dem inneren und dem äusseren Umfang der Wicklung 5 und der inneren Wand der Giessform angeordnet, um die erforderlichen Abstände zwischen der Wicklung 5 und den inneren Wänden der Giessform zum Formen einer'Giessharzschicht 6 in der gewünschten Stärke zu gewährleisten, wobei die gewünschte Stärke durch unter schiealiche elektrische und mechanische Bedingungen bestimmt wird. Die Abstandshalter sind üblicherweise aus dem gleichen Giessharz geformt, der auch zum Giessen der Harzschicht 6 dient. Eine ziemlich verwickelte Aufgabe ist hierbei jedoch die Positionierung der einzelnen Abstandshalter zwischen der Wicklung und den Giessforminnenwänden. Diese Abstandshalter sind fest und starr und müssen daher mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt sein. Dies ist erforderlich, um die Ausbildung unzulässiger Zwischenräume zwischen den Abstandshaltern und der Wicklung oder der Giessform auszuschliessen, bei deren Auftreten die Abstandshalter nutzlos wären. Bei Herstellung mit Uberschreitung der Sollmasse würden die Abstandshalter auf die Wicklung eine unzulässige Kraft ausüben, die als Stützkraft von der Innenwand der Giessform ausgeht oder die Abstandshalter würden nach dem Entformen einen Bruch der Giessharzschicht verursachen. Darüber hinaus können die in der zuletzt beschriebenen Art angeordneten Abstandshalter praktisch nicht zu einer wirksamen Armierung der Giessharzschicht beitragen und sind nicht in der Lage, die mögliche Entstehung von Rissen in der Giessharzschicht zu verhindern, die infolge stärkerer elektromagnetischer Belastung im Betrieb des Transformators auftreten können oder die infolge von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen zwischen dem Giessharz und dem Metall oder aus anderen Gründen verursacht sind. Jeder Bruch der sich in der Giessharzschicht entwickelt, trägt jedoch zu einer schnellen Zerstörung der Isolierung des elektrischen Geräts bei. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bei diesen bekannten Lösungen auftretenden Nachteile auszuschliessen und ein Verfahren anzugeben, durch das die Herstellung von vergossenen elektrischen Geräten vereinfacht ist und durch das die Ausbildung irgendwelcher Risse oder Fehlstellen in den Giessharzschichten auch bei Ver Wendung von Abstandshaltern verhindert ist. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Abstandshalter aus imprägniertem Glasgewebe hergestellt sind, das maschenartige Durchlässe zwischen den Gewebsfäden aufweist, ¯dass das Glasgewebe vor dem Aushärten der Imprägnierung in Wellen gelegt ist ist und dass das zum Umgiessen des elektrischen Gerätes dienende Giessharz einen Füllstoff enthält. Dabei ist gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass jeder der maschenartigen Durchlässe grösser ist als die grössten Teilchen des Füllstoffes in dem Giessharz. Das erfindungsgemässe Verfahren ist sehr vorteilhaft, denn es ermöglicht ein sehr einfaches Herstellen von mit Giessharz umgossenen elektrischen Geräten, in denen die Abstandshalter ausser zur Fixierung der einzelnen Bauteile während des Herstellverfahrens gleichzeitig als Armierung für die Giessharzschicht dienen. Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemässen Abstandshalter und ihre Verwendung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. FIG 1 und 2 zeigen Querschnitte durch auf bisher übliche Art und Weise hergestellte Wicklungsanordnungen. FIG 3 zeigt in stark vergrösserten Massstab ein Stück Glasgewebe und FIG 4 den Querschnitt durch ein in Wellen gelegtes und imprägniertes Stück dieses Glasgewebes. FIG 5 und 6 sind Querschnitte durch unter Verwendung der erfindungsgemässen Abstandshalter hergestellte Wicklungsanordnungen. FIG 7 zeigt eine Einrichtung zur Herstellung der erfindungsgemässen Abstandshalter und FIG 8 ist eine perspektivische Darstellung einer von einem erfindungsgemässen Abstandshalter umgebenen Wicklung. Figur 3 zeigt zur Herstellung von Abstandshaltern geeignetes Glasfasergewebe aus grauem Glas, bei dessen Herstellung unter Hitzeeinwirkung die Faseroberfläche behandelt wurde. Derartiges Glasgewebe ist in einer Vielzahl von Ausführungen mit unterschiedlichen Faserstärken, Spinnarten und Webarten handelsüblich erhältlich, aus denen eine geeignete Ausführung zur Verwendung in Abstandshaltern auszuwählen ist. Dabei ist von grösster Bedeutung ein Glasgewebe zu wählen, das über seine gesamte Fläche mit verhältnismässig grossen maschenartigen Durchlässen zwischen den Kett- und Schuss fäden ausgeführt ist. Dadurch ist sichergestellt, dass Teilchen des Füllstoffes, beispielsweise Silikatpuder, im Giessharz in der Lage sind, die maschenähnlichen Durchlässe während des Giessvorganges leicht zu passieren, wie in weiteren Einzelheiten weiter unten beschrieben ist. Da der im Giessharz vorgesehene Füllstoff gewöhnlich Teilchendurchmesser von ca. 25 bis 75 Mikrometer aufweist ist es zweckmässig, 2 Glasgewebe mit einer Maschenweite von etwa irnin zu wählen. Das Glasgewebe wird in eine gewellte Form gemäss der FIG 4 gebracht und in dieser Form durch Aushärten einer Imprägnierung in einem Verfahren gemäss FIG 7 verfestigt. Die gewellte Form der Abstandshalter kann im Querschnitt ausser einer sinusähnlichen Kurve auch aneinandergereihte Dreiecke oder Trapeze darstellen. Die Höhe h jeder Welle ist so bestimmt, dass eine Giessharzschicht der gewünschten Stärke zwischen Wicklungen 1, 3 oder 5 eines elektrischen Gerätes oder zwischen den Wicklungen 1, 3 oder 5 und der inneren Wand einer nicht dargestellten Giessform gewähr leistet ist. Soll beispielsweise eine Giessharzschicht eine Stärke von etwa 6 mm haben, so ist auch die Höhe h etwa 6 mm zu wählen. Die einzelnen Wellen des gewellten Abstandshalters 9, 10 oder 11 sollen verhältnismässig kleine Wellenlängen P aufweisen, um die Druckfestigkeit des Abstandshalters zu erhöhen, denn zu grosse Wellenlängen P machen die Abstandshalter 9, 10 oder 11 durch von aussen einwirkende Kräfte leicht verformbar. Versuche wurden durchgeführt mit Abstandshaltern 9, 10, 11 mit unterschiedlichen Höhen h und Wellenlängen P. Diese Versuche ergaben, dass Abstandshalter 9, 10, 11 mit einer Wellenlänge P in der Grössenordnung der Höhe h eine sehr zufriedenstellende mechanische Festigkeit aufweisen. FIG 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellverfahren von Abstandshaltern 9, 10, 11. Von einer Rolle 20 wird Glasgewebe abgezogen und durch ein Bad 21 aus flüssigem Giessharz geführt, dessen Zusammensetzung weiter unten an einem Ausführungsbeispiel erläutert ist. Ein Tunnelofen 22 zur Teilaushärtung der Imprägnierung des Glasgewebes ist mit einer Heizung ausgerüstet. An den Tunnelofen 22 schliesst sich eine Schneideeinrichtung 23 an, auf der Bogen 26 von der imprägnierten Bahn des Glasgewebes abgeschnitten und anschliessend gestapelt werden. Eine Presseinrichtung 24 ist in einem Heizofen 25 angeordnet und mit gewellten Pressstempeln ausgerüstet. Das Glasgewebe wird kontinuierlich von der Rolle 20 abgezogen und in dem Bad 21 imprägniert. Um die Adhäsion des Harzes in dem Bad 21 an dem Glasgewebe zu verbessern, ist es zweckmässig, letzteres entsprechend vorzubehandeln, beispielsweise mit einem Siliziumwasserstoff bindenden Mittel. Während das Glasgewebe. durch den seine Imprägnierung nur teilweise aushärtenden Ofen 22 läuft, verdampft Lösungsmittel aus dem Harz in dem Glasgewebe und man er hält ein teilweise ausgehärtetes Gewebe mit einer Endaushärtetemperatur, die zwei oder drei mal höher ist als die Geliertemperatur des Harzes. Das Gewebe ist nun zwar nicht mehr weich jedoch noch ausreichend flexibel. Die auf vorbestimmte Masse geschnittenen Bögen 26 weisen nach wie vor maschenähnliche Durchlässe in der gleichen Grö Benordnung auf, wie das noch nicht imprägnierte Glasgewebe. Jeder der Bögen 26 wird schliesslich in den Heizofen 25 eingeführt und zwischen den heissen' Pressstempeln der Presseinrichtung 24 gehalten und dabei bei ausreichend hoher Temperatur in die gewünschte Wellenform gepresst, wobei jeder Bogen 27 voll ausgehärtet wird. Voll ausgehärtete Bögen 27 werden dann in die Abmessungen geschnitten, die zur Verwendung von Abstandshaltern in elektrischen Geräten erforderlich sind. Obgleich bei den in FIG 7 gezeigten Fertigungsverfahren Glasgewebe in Bögen geschnitten ist, nachdem es imprägniert und halb ausgehärtet ist, ist es auch möglich, die Gewebebahn unter Verwendung von Wellrollen kontinuierlich in Wellenform zu pressen und dabei die Imprägnierung vollständig auszuhärten. Folgende Harzkompositionen haben sich bei Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens als brauchbar erwiesen: Epoxyd-Harz-Komposition: Grundbestandteil: Biphenol-A Epoxydharz ............................. 100 Gewichtsteile Härter: Potentielles Amin ...................... 5 " Lösungsmittel: Methyl-Zellulose ....................... 200 " Triazin-Harz-Komposition: Grundbestandteil 1: Mischung aus Bi- und Triazinharz ....... 100 Gewichtsteile " 2: Novolack-Typ-Epoxydharz ................ 30 " Katalythärter: Zinn-Oktylat ........................... 0,5 " Lösungsmittel: Methyl-Äthyl-Keton ..................... 100 " Die Verarbeitung des Harzes wurde folgendermassen ausgeführt: das mit einem der Harzkompositionen imprägnierte Glasgewebe wurde bei 120 C etwa 10 Minuten lang zur Verdampfung des Lösungsmittels getrocknet, wobei das Harz lediglich teilausgehärtet wurde. Anschliessend wurde das imprägnierte Glasgewebe unter Druck bei etwa 150 C zwei Stunden lang gepresst, wobei das Harz voll ausgehärtet wurde. Gemäss einer anderen Möglichkeit wurde das Glasgewebe in einer Stunde bei 100 C halb ausgehärtet und bei 180 OC über ebenfalls eine Stunde voll ausgehärtet. Zur Gewährleistung einer bläschen- und spaltfreien Harzschicht mit einem teilentladungsfesten Abstandshalter ist es zweckmässig, das Glasgewebe in an sich bekannter Weise im Vakuum zu imprägnieren. Die gewellten Abstandshalter 9, 10, 11 werden zwischen die Wicklungen 1, 3, 5 und zwischen den Wicklungen 1, 3, 5 und der inneren Wand der Giessformen angeordnet und gewährleisten dort die erforderlichen Abstände. In die so präparierte Giessform wird dann ein Giessharz eingefüllt, das einen Füllstoff enthält. Das Glasgewebe aus dem die Abstandshalter geformt sind,-ist-soweit möglich, mit einem Harz der gleichen Type imprägniert, wie zum Vergiessen des elektrischen Gerätes verwendet\Lst. Die Figuren 5 und 6 zeigen Ausführungsbeispiele von elektrischen Geräten, die auf diese Art hergestellt sind. Figur 5 zeigt dabei einen vergossenen Spannungswandler im Ausschnitt eines Querschnitts. Ein gewellter Abstandshalter 9 umfasst eine Niederspannungswicklung 1 und bildet einen Spulenkörper, um welchen eine Oberspannungswicklung 3 gewickelt ist. Die Niederspannungs wicklung 1, der Abstandshalter 9 und die Oberspannungswicklung 3 sind gemeinsam von Harzschichten eingeschlossen. Die Herstellung dieses Gerätes erfordert ersichtlich lediglich eineR einzigen Giessvorgang und ist dadurch einfacher als die Herstellverfahren für Geräte der in Figur 1 dargestellten Art. FIG 6 ist Teil eines Querschnittes einer Hochspannungswicklung für einen Giessharztransformator. Gewellte Abstandshalter 10 und 11 sind zwischen der Hochspannungswicklung 5 und der Innenwand der nicht dargestellten Giessform angeordnet und die Wicklung 5 ist zusammen mit den Abstandshaltern 10 und 11 in einem Arbeitsgang in einem einzigen Giessharzblock 6 vergossen. Während die Figuren 5 und 6 die Abstandshalter im wesentlichen schematisch darstellen, ist in FIG 8 deutlich erkennbar, wie die Wellen der gewellten Abstandshalter-9 sich parallel zur Achse der Wicklung 1 erstrecken, auf welche der Abstandshalter 9 aufgewickelt ist. Der Abstandshalter 9 kann auch auf der Innenseite der Wicklung angeordnet sein und den notwendigen Abstand zwischen zwei Wicklungen oder zwischen der Wicklung und einer inneren Wand einer Giessform einhalten. Im Gegensatz zu bisher üblichen starren Abstandshaltern kann der erfindungsgemäss gewellte Abstandshalter verhältnismässig leicht gebogen werden und auf dem Umfang von Wicklungen angeordnet sein. Aus diesem Grund ist der Abstandshalter 9, 10, 11 bei der Herstellung von Giessharzgeräten wesentlich leichter zu verarbeiten, als starre Abstandshalter. Der Abstandshalter behält auch einen gewissen Grad an Flexibilität entlang der Höhe seiner Wellen und hält eine Wicklung in einer Giessform mit gleichmässiger Kraft über den gesamten Umfang und verhindert dadurch Verschiebungen der Wicklungen. per Abstandshalter ist darüber hinaus sehr leicht in Giessformen einzuführen. Das Glasgewebe, aus dem der Abstandshalter hergestellt ist, dient nach dem Vergiessen zur Armierung des Giessharzes und schützt dieses vor dem Reissen über einen weiteren Belastungsbereich infolge der beim Betrieb des elektrischen Gerätes in diesem auftretenden Kräfte. Sollte sich in der Giessharzschicht trotzdem ein örtlich eng begrenzter Riss entwickeln, verhindert der Abstandshalter die Weiterbildung dieses Risses und verhindert dadurch eine substantielle Verringerung der Isolierung des elektrischen Gerätes, so dass die Sicherheit der Funktion des Gerätes gewährleistet bleibt. Das Giessharz wird beim Giessvorgang durch einen Einfüllstutzen in die Giessform eingeführt und fliesst frei durch die maschenartigen Durchlässe in dem die Abstandshalter formenden Glasgewebe und erreicht auf diese Art jede Ecke der Form. Dies gilt auch für den Füllstoff in dem Giessharz. Das heisst, der Abstandshalter wirkt nicht als ein Filter, der den Füllstoff zurückhält, sondern erlaubt diesem die maschenartigen Durchlässe in dem Glasgewebe frei zu durchdringen, so dass es möglich ist, einen Giessharzkörper zu formen, der vollkommen homogen die gesamte Giessform ausfüllt. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, zur Herstellung der Abstandshalter Glasgewebe mit maschenartigen Durchlässen zu verwenden. Beim Fehlen von derartigen maschenartigen Durchlässen verhindert das Glasgewebe den freien Durchtritt des Füllstoffes und blockiert dann mit dem Füllstoff den Giessv9rgang. Eine weitere Folge des Zusetzens der maschenartigen Durchlässe mit Füllstoff ist eine unvollständige Füllung der Giessform mit Giessharz mit Bläschen in den Giessharz schichten. Selbst wenn keine Bläschen eingeformt würden, wäre es dabei ausgeschlossen homogene Giessharzschichten herzustellen, weil der Füllstoff an dem Erreichen der entgegengesetzten Seite der Abstandshalter behindert wäre. Das hat unterschiedliche Giessharzschichten mit unterschiedliche mechanische Festigkeiten und unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Folge, so dass derartige Giessharzschichten schon beim Abkühlen der Giessmasse leicht reissen oder im Betriebszustand des elektrischen Gerätes beim Auftreten von Wärmebelastungen rissig werden. Die erfindungsgemässe Anordnung der Abstandshalter wurde unter mechanischen und elektrischen Gesichtspunkten geprüft und die Prüfergebnisse wurden mit entsprechenden Werten von bisher bekannten Anordnungen verglichen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tafel zusammengestellt. Alle Probestücke I bis IV waren 10 mm breit, 150 mm lang und 4 mm stark. Das Probestück I war aus einem festen Körper durch Giessen aus Biphenol A als Giessharz und Silikat als Füllstoff hergestellt. Das Probestück II war unter Einschluss eines erfindungsgemässen Abstandshalters hergestellt. Der Abstandshalter bestand aus mit Epoxydharz imprägniertem Glasgewebe, das in Wellenform gepresst und dessen Imprägnierung anschliessend ausgehärtet wurde. Dabei diente als Giessharz die gleiche Harz art wie bei dem Probestück 1. Das Probestück III war durch die gleiche Folge von Arbeitsgängen wie beim Probestück II präpariert, wobei jedoch zur Imprägnierung des Glasge webes ein Triazinharz verwendet wurde. Das Probestück IV war ebenfalls durch Wiederholung der Arbeitsgänge wie beim Probestück 2 präpariert, wobei jedoch zur Erzielung einer bläschenfreien Imprägnierung des Glasgewebes die Imprägnierung im Vakuum erfolgte. Tabelle Probestück I II III IV Biegefestigkeit (MN/mê) 140 # 10 180 # 10 180 # 10 180 # 10 Elastizitätsmodul (MN/mê) 8000 # 300 10.000 # 500 11.000 # 500 10.000 # 500 Kurzzeit-Spannungsfestigkeit 45 # 3 43 # 3 43 # 3 44 # 3 (MV/m) Teilentladungsbeginn (kVeff) - 6 6 12 Teilentladungsende (kVeff) - 5 4,5 10 Aus der Tabelle ist klar ersichtlich, dass die Verwendung der erfindungsgemässen Abstandshalter bei der Herstellung von Giessharzschichten zu höheren mechanischen Festigkeiten führt als die bisher hierfür bekannten Verfahren. Das gleiche gilt entsprechend auch für die elektrische Festigkeit. Gemäss der Erfindung sind die Abstandshalter zwischen den Wicklungen oder zwischen den Wicklungen und den inneren Wänden einer Giessform angeordnet und gewährleisten die erforderlichen Abstände zwischen diesen Bauteilen, so dass es in vorteilhafter Weise möglich ist, die Anordnung der Abstandshalter erheblich einfacher und leichter anzubringen als dies nach den bekannten Verfahren möglich ist. Die Abstandshalter gemäss der vorliegenden Erfindung sind nicht nur bei paarweise zueinander angeordneten Wicklungen einsetzbar, sondern sind darüber hinaus auch brauchbar als Abstandshalter zwischen den Leitern von Ausleitungen und den Giessformen für diese Ausleitungen. 2 Patentansprüche 8 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Verfahren zum Umgiessen eines elektrischen Gerätes in dem Abstandshalter (7, 8) zwischen Wicklungen (1, 3, 5) bzw. zwischen Wicklungen (1, 3, 5) und der inneren Wand einer Giessform zum Festhalten der Wicklungen (1, 3, 5) in vorbestimmten Abständen untereinander und bezogen auf die innere Wand der Giessform angeordnet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , - dass die Abstandshalter (9, 10, -11) - durch Imprägnierung eines Abschnittes von maschen artige Durchlässe zwischen den Gewebsfäden auf weisenden Glasgewebes mit Kunstharz, - durch in Wellenlegen (h, P) des Glasgewebes und - durch Aushärten des Kunstharzes hergestellt sind und - dass ein einen Füllstoff enthaltendes Giessharz in die Form gegossen ist. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeder der maschenartigen Durchlässe grösser als die grössten Teilchen des Füllstoffes ist.

Inventors: TOKIMITSU, FUJIO
Applicants: FUJI ELECTRIC CO. LTD.
Application year: 1980
Main classification: H01F41
IPC codes: H01F41, B29C45