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PERFECTIONNEM!1m'S A LA FABRICATION DES ODJETS RECOUVERTS DE RESINE SYNTHETIQUE. -
La présente invention se rapporte à la fabrication de certaines parties d'appareils électriques constituées en résine synthétique ou recouvertes de cette matière, et elle a plus particulièrement trait à la fabrication de cer- taines pièces de ce genre comportant de la résine synthétique coulée autour de pièces métalliques dont la contraction est différente de celle de la résine.
L'invention concerne surtout des perfectionnements de fabrication et s'applique par exemple à l'isolement de transformateurs d'intensité. Elle vise notamment des dispositifs de montage et de protection des pièces métalliques noyées dans la résine coulée et en particulier dans une résine synthétique liqui- de amenée à l'état solide sous l'action de la ohaleur par exemple.
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Dans la fabrication de divers appareil, comportant des enroulements électriques on a manqué jusqu'alors d'une méthode relativement simple et peu coûteuse permettant de revêtir par exemple les bobines de commande de machines frigorifiques ou certaines bobines de transformateurs ou de machines électri- ques. Les diverses méthodes proposées jusqu'à ce jour n'ont pas donné entière satisfaction, par exemple celles d'imprégnation par des vernis ou par de la ré- sine traitée par la chaleur sous pression, ou encore les revêtements d'acétate de cellulose ou de compositions comportant des asphaltes, de même que certains enveloppements de bobinages, etc..
La présente invention permet de pallier les difficultés rencontrées grâce à l'utilisation d'une résine coulée du genre phénol-aldéhyde par exemple, dont une quantité importante entoure les parties à isoler et qui est soumise à l'action de la chaleur ce qui a pour effet de l'amener à l'état insoluble et infusible.
La présente invention permet de réaliser une forme nouvelle de pièces composites isolées par de la résine, tels que par exemple des transfor- mateurs d'intensité à haute tension, montés sur les disjoncteurs à faible vo- lume d'huile* Jusqu'à présent, les seuls transformateurs d'intensité connus de de genre étaient d'un type coûteux avec bobines isolées à la porcelaine.
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La présente invention se rapporte donc à la fabrication de pièces complexes isolées par de la résine synthétique solidifiée, Au cours de la fa- brication de telles pièces, la résine a tendance à se craqueler autour des pièces métalliques qu'elle doit isoler* Ces craquelures résultent des tensions mécaniques qui se développent au cours du refroidissement et qui sont générale- ment dues à la différence de contraction entre la résine et le métal; ces in- convénients ne permettaient pas jusqu'alors d'utiliser la résine comme isolant.
Il est bien connu que les efforts mécaniques qui apparaissent dans les compositions à base de résine moulée entourant les pièces métalliques in- aérées dont la contraction est moindre que celle de la dite résine, peuvent être évitées grâce à un enroulement intermédiaire de coton, de laine ou de soia Ces dispositifs d'enveloppement peuvent être satisfaisants lorsque la résine, avant solidification, est fortement visqueuse et non pénétrante,mais ils ne le sont nullement quand la résine est à l'état liquide et le demeure pendant des heures ou même des jours pendant la période de solidification.
De plus, ces substances Intermédiaires et plus particulièrement celles qui doivent être soumises à de forts potentiels n'ont pas été prévues pour assurer la suppres- sion de l'effet oorona dans les espaces vides de l'enveloppement ni pour pal-
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-lier les possibilités de claquage.
La forme de réalisation de la présente invention qui se rapporte à l'enrubannement des pièces métalliques noyées dans la résine, diffère-de ce qui a été fait jusqu'ici en ce sens qu'elle fournit une couche intermédiaire élasti- que qui consiste en une couche poreuse et compressible appliquée sur la pièce mé- tallique et une autre couche extérieure imperméable qui rend étanche la couche poreuse. Grâce à de dispositif, les tensions mécaniques qui se développent au cours des variations de température sont diminuées dans des conditions telles qu'on ne constate aucune craquelure de la résine solidifiée. L'invention permet d'éviter les claquages au voisinage de la plèce métallique.
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Dans certains montages, la couche élastique entre la pièces métal- lique et la résine n'est pas nécessaire, comme par exemple dans le cas où la piè- ce métallique entoure partiellement ou totalement une partie de la résine ayant une contraction supérieure à-celle du métal. Dans ce cas, la résine qui se ré- tracte au cours du refroidissement s'écarte du métal et orée un espace vide entre ce dernier et l'isolant. Pour éviter que des décharges se produisent dans cet espace, on prévoit, d'après la présente invention, une surface conductrice qui adhère à la résine après retrait et assure le contact électrique avec la pièce métallique.
On comprendra mieux les caractéristiques nouvelles et les avan- tages de l'invention en se référant à la description suivante et aux dessins qui l'accompagnent, donnés simplement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels
La Fig.1 représente une vue longitudinale de la partie supérieure en coupe d'un transformateur d'intensité fabriqué suivant l'Invention,
La Fig.2 est une vue en coupe à plus grande échelle de la partie supérieure de la Fig.1.
La Fig.3 est une vue en coupe de l'extrémité inférieure du même transformateur,
Les Fig.4 et 5 sont des vues de détail montrant la matière iso- lante partiellement entourée d'un anneau métallique.
La Fig.6 est une vue en coupe$ à grande échelle, d'un enveloppe- ment appliqué sur la pièce métalliques destinée à être noyée de résine synthéti- que et montrant une autre forme de réalisation de l'invention.
Comme on le voit sur la Fig.2. un noyau métallique 1 comporte un enroulement secondaire 8 en cuivre émaillé par exemple. Ce noyau est supporté par un tube d'acier 3 à l'extrémité supérieure duquel est vissée une pièce 4
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fixant le noyau; par suite du voisinage du secondaire et du noyau cette pièce est en matière non magnétique, Par l'ouverture qu'elle comporte passent les con- ducteurs secondaires qui se prolongent dans le tube 3. Comme on le voit sur la Fig.l, la partie isolante en résine 5 est appliquée au noyau et au secondaire qui sont placés au niveau du conducteur 6 à haute tension. Ce dernier qui n'est pas isolé passe par une ouverture pratiquée dans la résine, comme le montre la Fig.l.
Le tube d'acier 3'et la pièce 4 sont également noyés de résine coulée; la bague 7 permet d'appliquer une certaine pression sur les garnitures prévues sur le manchon de porcelaine 8. Le tube confère à l'ensemble une bonne solidité mécanique, de telle sorte que la colonne représentée peut facilement sunporter le disjoncte&r; ce tube permet également de supporter le noyau au cours de la coulée de la résine isolante.
Sur le noyau 1 et sur son enroulement 2 ainsi que sur le tube 3 et la pièce de fixation 4, on enroule un enveloppement qui comporte une couche intérieure 9 de matière poreuse compressible, et une couche extérieure 10 (Fig.2 et 3) d'une matière imperméable destinée à protéger la couche poreuse 9. L'en- semble est noyé de résine 5 qui, dans la Fig.2, est représentée à l'état liquide dans un moule 11, et sur les Fig. 1,3, 4 et 5 à l'état solide,
A l'extrémité inférieure du tube 3, on peut rattacher un rebord métallique 12. L'espace compris entre la résine 5 et le manchon de porcelaine 8 (Fig.l) peut être rempli de liquide isolant tel que l'huile minérale ou un hy- drocarbure approprié qui se trouve à l'état liquide à la température du fonction- nement de l'appareillage électrique représenté.
On peut remplacer le manchon de porcelaine par une pièce équivalente pouvant être prévue en résine par exemple.
On voit également sur la Fig.2 un revêtement conducteur 13 déposé sur la partie de la surface de la bague métallique 7 qui est en contact avec la résine; on le voit aussi-sur la Fig,4 séparant les surfaces métalliques et régi- neuse. Les Fig.4 et 5 montrent une pellicule conductrice adjointe à la surface de la résine où cette dernière est entourée partiellement ou totalement par une pièce métallique.
Comme on le voit sur la Fig.2, la couche imperméable 10 peut être revêtue de l'enduit conducteur 13 qui, dans la Fig.3, est représenté en contact avec le rebord métallique 12 du tube 3; comme le montre la Fig. 6, au lieu d'em- ployer un enduit conducteur, on peut recouvrir le tube 3 d'une couche interne 14 constituée par une substance poreuse et compressible. imprégnée de matière con- @
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-ductrice telle que la poudre de charbon et d'une couche de scellement imper.. méable extérieure 10.
Quand la résine se trouve à l'état liquide, elle pénètre toute couche poreuse et perméable dans les conditions telles que l'enveloppement qui entoure la pièce métallique est aussi rigide que la pièce isolante principale.
Cette pénétration supprime l'élasticité de la couche intermédiaire mais rend aussi impossible le glissement longitudinal du revêtement de résine sur la piè- ce métallique. Pour des pièces relativement longues, ce glissement est tout aussi Important que l'élasticité de l'enveloppement, car il s'agit d'éviter les effets de tension mécanique au cours de la dilatation et de la contraction.
Les matériaux élastiques d'enveloppements pouvant être utilisés conformément à l'invention sont généralement du ruban de coton, du coton filé, le liège en feuilles, en bandes ou sous une autre forme, le caoutchouc spongieux etc...
Pour protéger cet enveloppement contre l'imbibition par la résine liquide, on peut appliquer un enroulement de caoutchouc à spires chevauchantes; un ruban d'acétate de cellulose à spires chevauchantes est traité ensuite légè- rement par l'acétone afin de rendre étanches les joints. L'acétate de cellulose et les divers mélanges à base de résines synthétiques appliqués à l'état de so- lutions donnent aussi satisfaction. Certaines compositions résineuses appli- quées à l'état liquide sous forme de peintures ou de vernis peuvent également être utilisées ; on peut toutefois n'employer que des compositions séchant sur place et permettant d'obtenir une couche dense et imperméable.
Certains matériaux compressibles tels que le liège, bien que po- reux, sont pratiquement Imperméables à la résine liquide, mais le demeurent suffisamment pour laisser libre passage-aux gax ou aux vapeurs. Sans certains cas , la perméabilité aux gaz de ces matières compressibles peut être très nui- sible, dans le cas par exemple où l'on utilise des résines qui forment sous l'effet de l'air, une couche superficielle hétérogène. Une telle couche peut se former dans les régions adjacentes au liège et elle peut avoir une constante diélectrique différente de celle de la résine.
En particulier, si cette cons- tante diélectrique est plus basse du fait de la'ction de l'air sur la résine, une partie fortement disproportionnée de la tension appliquée entre la pièce métallique et une certaine region de la pièce de résine apparaît sur la dite couche superficielle et amorce le claquage.
Dans le cas particulier d'une résine contenant 8 % d'eau sous
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forme de minuscules particules, la couche superficielle est constituée par une faible épaisseur de résine partiellement déshydratée, contenant environ 2% d'eau. Une telle différence provoque des variations appréciables du pouvoir in- ducteur spécifique. Par conséquent, avec des-matériaux poreux et compressibles tels que le liège,bien qu'ils soient normalement imperméables à la résine fon- due, il faut néanmoins appliquer la couche externe imperméable pour éviter l'ac- tion de l'air sur la couche de résine voisine de l'enveloppement. au
Un matériX poreux est généralement un mauvais diélectrique, puisque l'air qu'il contient permet l'amorçage d'effluves.
Un enveloppement conforme à l'invention est de préférence protégé contre les tensions électriques par imprégnation de la matière poreuse avec du graphique ou toute autre matière conductrice, comme représenté Fig.6, ou mieux encore en appliquant à la surface extérieure de l'enveloppement, une couche conductrice 13 dans laquelle se trouvent en suspension des particules conductri- ces finement divisées, par exemple du graphite, cette pellicule conductrice étant amenée comme on le voit Fig.3, en contact permanent avec le tube d'acier sousjacent 3 et avec le rebord 7 en vue d'éviter des effluves qui tendraient à provoquer le claquage.
Par le terme revêtement conducteur, on entende une compo- sition ayant une résistance suffisamment basse pour que la chute de tension dans la couche conductrice, due aux courants de capacité, ne soit pas suffisante pour que le potentiel de la surface de l'enveloppement diffère considérablement de celui de la pièce métallique sousjacente. Quand on applique le revêtement con- ducteur conforme à l'invention, sa résistance ne doit pas dépasser environ 100 ohms par centimètre carré et elle doit être, de préférence, de l'ordre de 80 ohms.
La caractéristique de l'invention, qui se rapporte à l'enveloppe- ment de la pièce métallique noyée dans la résine sera mieux comprise par la description suivante t dans un exemple particulier, une couche de matière po- reuse, telle qu'une feuille de liège, enveloppait sans jeu une pièce métallisé.
Il s'agissait d'une bague métallique de 150 mm. de diamètre intérieur sur 250 mm. de diamètre extérieur qui a été recouverte d'une feuille de liège de 3,2 mm. environ. Dans ce cas, on n'applique pas de liège sur la face interne de la ba- gue car, ainsi qu'on l'a dit précédemment, lorsque le métal entoure la résine dont la contraction est plus grande que celle du métal, la résine se retire du métal et il n'est nullement nécessaire de prévoir en enveloppement élastique de la dite pièce. Dans un autre exemple, un tube d'acier de 60 mm. de diamètre
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extérieur avait un revêtement de liège constitué par une feuille de 1,6 mm.
L'épaisseur de l'enveloppe élastique dépend de certains facteurs qui sont les suivantst
1 - différence entre la contraction de la résine et celle de la pièce métallique.
2 - matière d'enveloppement.
3 - dimensions extérieures de la pièce métallique.
4 - épaisseur de la masse de résine entourant le métal.
5 - tension mécanique admissible dans la résine.
6 - variations de température que subit la résine au cours du refroidissement.
7 - différence de température à laquelle est soumise la pièce moulée donnée.
Dans le cas d'un tube ou d'une barre ronde destinée à être noyée dans la résine connue sous ne nom de "Catalin", on a trouvé satisfaisant un enveloppement de liège de 0,25 mm. d'épaisseur pour 25 mm. de diamètre extérieur de la pièce métallique :cela suffit pour réduire les efforts dûs au retrait au cours du refroidissement. D'une façon plus générale, avec le liège poreux et compressible, on peut admettre comme suffisante une couche élastique dont l'é- paisseur est de l'ordre de 1 à 2 % d'extérieur à extérieur de la pièce métal- lique.
Si on le désire, la feuille de liège peut être recouverte de ruban de coton qui permet de mieux la fixer. L'ensemble peut être recouvert de ruban étanche de caoutchouc par exemple, on fait ensuite une application d'en- duit conducteur qui assure le contact sur un ou plusieurs points de la couche métallique sousjacente. La résine liquide est alors introduite dans un moule contenant l'ensemble décrit plus haut, ce dernier étant maintenu dans la posi- tion voulue, et le tout est soumis à une cuisson appropriée pendant un temps suffisant, de manière à porter la résine à l'état infusible et Insoluble.
A titre de variante, on peut aussi appliquer une mince couche de liège sur la pièce métallique sans enroulement de ruban comme on vient de le dire, La méthode consiste à enrouler une simple couche de feuille de liège de l'épaisseur désirée autour de la pièce métallique. Le joint est ensuite rempli de poudre de liège, d'un liant approprié et d'un solvant volatil de ce liant.
On place temporairement un ruban enroulé sur la pièce, pendant que le mastic de liège est durci. Il suffit d'un séjour d'une demi-heure dans un four à 100' C.
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C. pour évaporer le solvant volatil du mastic de liège et on obtient ainsi une masse de liège élastique sensiblement équivalente à une feuille de la même ma-
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rné tièree Le ruban placé temporairement est enlevé et l'ensemble est fpfté à la toile émeri pour faire disparaître les irrégularités de la surface. On peut aus- si utiliser du ruban de liège, si on le désire, les joints étant remplis de mascit et le solvant de ce dernier est évaporé comme Indiqué précédemment.
Le liège est ensuite recouvert d'une ou de plusieurs couches imperméables. On peut avantageusement recouvrir d'un vernis la surfase après polissage, le dit vernis étant constitué par une résine alkyd en vue de boucher les trous de la surface. On applique ensuite une couche d'une solution de caout- . chouc afin d'assurer l'étanchéité à l'air et à l'humidité. Si on ne procède pas ainsi, il se forme dans la résine, au voisinage de l'enveloppement, une couche due à l'effet de l'air ou une couche déshydratée de pouvoir inducteur spécifique plus faible. Une peinture de résine phénolique graphitée est appliquée sur l'en- veloppement comme revêtement final. Ce dernier a pour effet de supprimer les tensions électriques sur l'enveloppement.
Si on n'applique pas un revêtement conducteur, le revêtement, qui est peu résistant au point de vue diélectrique, tend à se perforer par endroits, ce qui crée des points conducteurs et donne lieu à des points de concentration du champ électrostatique sur l'isolement en résine synthétique. Du fait que les irrégularités de la surface ont été suppri- mées comme indiqué ci-dessus, la peinture conductrice peut atteindre un haut degré de poli si on la frotte après séchage pendant quelques minutes avec une matière appropriée, du papier de verre par exemple. Ce degré de poli est dans certains cas très avantageux en ce qui concerne le gradient de potentiel à l'intérieur de la pièce isolante en résine.
Dans le cas où une pièce métallique entoure complètement ou par- tiellement une partie de la pièce de résine, cette dernière ayant une contrac- tion plus grande que celle du métal, on applique une surface conductrice sur la résine solidifiée en déposant, sur la surface de métal qui est en contact avec la résine liquide, une pellicule conductrice ayapt une plus grande affini- té pour la résine solide que pour le métal et il en résulte qu'au moment du retrait de la résine, cette pellicule, visible Fig.2 4 et 5, est transférée pratiquement, et complètement de la surface du métal à la surface adjacente de résine.
On peut avantageusement employer une peinture conductrice à
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base de phénolformaldéhyde par exemple, déposée sur la surface métallique. On a constaté qu'un revêtement à base de phénolformaldéhyde, probablement du fait de sa nature analogue à celle de la résine genre-phénol-formaldéhyde, a une affinité telle pour cette dernière qu'une pellicule conductrice peut être appliquée sur la surface solide adjacente entourant le métal à la manière décrite précédemment.
L'invention fournit donc une méthode permettant d'éviter les cra- quelures de la masse de résine noyant une pièce métallique dont la contraction est différente de celle de la dite résine. Il en résulte qu'on peut fabriquer des objets composites comportant de la résine pratiquement exempte de craquelures et y noyer des pièces métalliques qui occupent un espace relativement considérable par rapport à celui de la résine.
L'invention est particulièrement applicable µ la fabrication d'ap- pareils électriques. C'est ainsi qu'on peut protéger des bobinages par des couches épaisses de résine sans que l'intérieur en soit imprégné. On voit ainsi qu'il s'agt là d'un procédé de fabrication qui est très différent de la méthode habituelle d'imprégnation de bobines par des substances polymérisables.
L'invention permet de fabriquer des bobinages dont les dimensions extérieures peuvent'être établies avec précision du fait qu'il est possible d'usi- ner ensuite la pièce aux dimensions voulues. La bobine finie est parfaitement protégée contre les effets mécaniques ou chimiques, elle est d'un aspect agréable et résiste très bien aux intempéries.
Bien qu'on ait représenté et décrit deux formes de réalisation de l'invention, il est évident qu'on ne désire pas se limiter à ces formes particu- lières, données simplement à titre d'exemple et sans aucun caractère restrictif et que pas conséquent toutes les variantes ayant même principe et même objet que les dispositions indiquées ci-dessus, rentreraient comme elles dans le cadre de l'invention.