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Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Isolation gleichmässiger dielektrischer Festigkeit auf einem elektrischen Gegenstand Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer elektrischen Isolation gleichmässiger dielektrischer Festigkeit auf einem elektrischen Gegenstand.
Bei der Konstruktion von Trockentransformatoren ist es wichtig, dass die Spulen untereinander und die Spulen gegen den Kern möglichst vollkommen isoliert sind. Die Durchschlagsspannung eines Transformators entspricht der Durchschlagsspannung am schwächsten Punkt seiner Isolation.
Das älteste und meistgebrauchte Verfahren, solche Spulen zu isolieren, besteht darin, diese mit Isolierband zu umwickeln und anschliessend mit Lack zu imprägnieren. Auf den konkaven Spulenober- flächen können solche Schichten jedoch nicht massiv genug gemacht werden; ebenfalls sind sie nie an den Stellen vollkommen, an denen die Zuleitungen austreten und gewöhnlich treten schwache Stellen auf, wo die Spule während des Imprägnierungsvorganges gestützt war.
Ein tlberzug der Spulen im Eintauchverfahren kann bei einer kleinen Spule eine vollständige und gleichmässige Isolierschicht ergeben; aber für grosse Spulen und besonders für solche, die neben den Zuleitungen viele Stützen benötigen, ist das Eintauchverfahren nicht geeignet. Ausserdem ergibt das Eintauchverfahren nur dünne Isolierschichten, die deshalb nur für Niederspannungsvorrichtungen verwendbar sind.
Eine Isolierschicht, erzeugt durch Giessen, Pressen oder Extrudieren kann unabhängig von der Form der beschichteten Fläche gleichmässig gemacht werden und praktisch vollkommen an den Stellen, an denen die Zuleitungen die Spule verlassen; aber diese Verfahren können Unvollkommenheiten an den während des Beschichtungsvorganges abgestützten Stellen nicht vermeiden. Man hat daher versucht, die Träger oder Stützen der Spule aus demselben Isolierstoff zu machen und sie mit in diese einzuschliessen. Dagegen ist einzuwenden, dass diese Methode Unstetigkeiten in der dielektrischen Festigkeit an der Stelle des Trägers hervorruft, und es wurde allgemein festgestellt, dass die Durchschlagsspannungen an solchen Stellen geringer sind, als für den Rest der Isolierung.
Es wurde auch versucht, eine ausreichende Isolation mit grosser dielektrischer Gleichförmigkeit zu erzeugen, indem mehrere Schichten auf die Spulen aufgetragen werden, eine auf die andere, und dabei die Tragstützen von einer Schicht zur andern verschiebt. Diese Methode hat das Problem der gleichmässigen dielektrischen Eigenschaften der Isolierschicht nicht zu lösen vermocht, da stets eine oder zwei Stellen in der Schicht zurückbleiben, an denen ein Durchschlag bei geringerer Spannung als an den übrigen Teilen der Isolierschicht erfolgen konnte.
Die Gefahr eines Durchschlages bei Transfor- matorspulen an Stellen, wo auch nur eine kleine Unvollkommenheit der Isolation besteht, hat bisher ein unüberwindliches Hindernis dargestellt, so dass zurzeit Trockentransformatoren beträchtlicher Grösse und für Hochspannung selten und, wenn gebaut, kostspielig isoliert sind. Bisher war noch kein Verfahren bekannt, gleichmässige und gegen Hochspannung ausreichend isolierende Isolierschichten zu erzeugen.
Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren aufzuzeigen, das gestattet, grosse Transformatorspulen mit dicken Isolierschichten gleichmässiger dielektrischer Eigenschaften aus Kunststoff zu versehen.
Weiter soll das Verfahren gestatten, schwere Spulen während der Erzeugung der Isolierschicht an
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mehreren Stellen und über grössere Flächen abzu- stützen, um deren Deformation durch Eigengewicht zu vermeiden; und ebenfalls ermöglichen, dass die zunächst abgestützten Flächen in weiteren Arbeitsgängen beschichtet werden können, ohne dass wesentliche dielektrische Unvollkommenheiten an den Stossstellen zwischen den zuerst und den hernach erzeugten Schichten entstehen.
Eine Variante der vorliegenden Erfindung gestattet, eine Isolierschicht in zwei aufeinanderfolgenden Schritten auf zwei alternierend benachbarte Serien von Teilflächen sowie den dazwischenliegenden Fugen zu erzeugen, die keine nennenswerten Unvoll- kommenheiten in ihren dielektrischen Eigenschaften aufweist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoff aus zwei Komponenten, dessen Komponenten einzeln nicht aushärten, in einem bestimmten Mischungsverhältnis vermischt aber einen selbstaushärtenden oder -polymerisierenden Kunststoff bilden, in folgenden Schritten auf einer isolierenden Fläche aufgetragen wird: Abstützen der Fläche auf einem Teil derselben durch ein Trag- oder Stützelement; Auftragen einer Schicht des Kunststoffes auf einen Teil der nicht abgestützten Oberfläche; Vor dem Aushärten dieser Schicht, Auftragen einer in ihrer Dicke geringeren Schicht auf der Grenzzone zwischen der zuerst beschichteten Fläche und der abgestützten Fläche, bestehend aus einer der beiden nicht härtenden Komponenten des Kunststoffes;
Nach dem Aushärten der zuerst aufgetragenen Schicht Abstützen des Artikels auf einen Teil der mit der ausgehärteten Schicht versehenen Fläche, dadurch den ursprünglich abgestützten Teil der Oberfläche freilegend; Auftragen einer Schicht des Kunststoffes in gleicher Dicke wie die ursprünglich aufgetragene Schicht auf den ursprünglich abgestützten Teil der Oberfläche; Vor dem Aushärten der im zuletzt erwähnten Schritt aufgetragenen Schicht, die bereits auf der Grenzzone aufgetragene, plastisch gebliebene Teilschicht derart mit der anderen Komponente ergänzen, dass die Teilschicht in Mischungsverhältnis und Dicke den benachbarten Schichten entspricht;
Vermengen der auf der Grenzzone aufgetragenen Teilschichten, um das Abbinden mit den benachbarten Schichten sowie das Aushärten der Schicht einzuleiten.
Ein vorzüglicher Kunststoff ist Silikon-Gummi. Silikon-Materialien mit aussergewöhnlich guten und beständigen elektrischen Isolationseigenschaften sind in Zweikomponentensystemen, in zwei getrennten Behältern geliefert, erhältlich. Keine der beiden Komponenten kann allein aushärten. Wenn aber die beiden Komponenten gemischt werden, fördert die Kombination der in den Komponenten enthaltenen Katalysatoren in wenigen Stunden die Polymerisation der Mischung bei Raumtemperatur ohne zusätzlichen Druck oder Wärme. Wenn erwünscht, kann durch Erwärmung dieser Vorgang noch beschleunigt werden.
Es ist für die erfolgreiche Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens vorteilhaft, dass die beiden Komponenten des verwendeten Kunststoffes sich in Farbe oder derart unterscheiden, dass das Gemisch im richtigen Mischverhältnis der Komponenten durch eine leicht erkennbare Mischfarbe gekennzeichnet ist, die für jede weitere Mischung im richtigen Mischverhältnis übereinstimmt.
Ein Beispiel eines zweikomponentigen Silikon- Gummis von besten dielektrischen Eigenschaften ist ein RTV Silastik , ein Produkt der amerikanischen Dow Corning, das sich bestens für die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens eignet.
Dieses Material kann zubereitet werden, indem flüssiges Dimethyl- oder Methylphenylsiloxan mit 0,5 bis 25 Gew.o/o eines aliphatischen Silikats wie Äthyl- orthosilikat, Athylpolysilikat, Allylorthosilikat oder Propylorthosilikat mischt und als Trockenkatalysatoren Metallsalze aus Karbonsäuren, wie 2-Äthyl- Hexancarbonsäure-Bleisalz, Dibutylzinndiacetat, 2- Äthyl-Hexancarbonsäure-Kobaltsalz, Zinnoktoat und ähnliche, wie im britischen Patent Nr. 764 246, veröffentlicht am 19.
Dezember 1956, beschrieben, verwendet.
Die Kunststoffmasse kann beispielsweise so hergestellt werden, dass die Siloxane mit Quarz vermischt werden, diese Mischung in zwei Teile getrennt und dem einen Teil das Silikat, dem andern den Katalysator beigefügt werden. Diese beiden Teile werden dann ungefähr gleichen Umfanges sein, aber getrennt härten oder polimerisieren sie nicht aus. Erst durch Untereinandermischen der beiden Teile setzt die Aushärtung ein. Ein solches Material ist in verschiedenen Viskositäten lieferbar, von flüssig bis zu einem dicken, kittartigen Brei.
Für die erfindungsgemässe Anwendung des Verfahrens ist es ratsam, die beiden Komponenten mit einer Kennfarbe gefärbt, beispielsweise weiss und rot, zu gebrauchen, so dass das Mischverhältnis anhand der Mischfarbe gut abgeschätzt werden kann. Ebenfalls ist es von Vorteil, wenn das richtige Mischungsverhältnis des Kunststoffes zu gleichen Teilen der beiden Komponenten besteht.
Die vorliegende Erfindung kann am besten anhand der nachfolgenden Beschreibung, die sich mit den beiliegenden Zeichnungen lediglich auf ein vorteilhaftes Beispiel beziehen, erläutert werden.
Fig. 1 stellt einen Schnitt senkrecht zur Oberfläche einer Spule und einem Trag- oder Stützglied dar, nachdem auf einen ersten Teil der Spulenober- fläche eine Isolierschicht aufgetragen worden ist.
Fig. 2 bis 4 sind Schnitte wie Fig. 1 und zeigen nachfolgende Schritte zur Beschichtung eines zweiten Teiles der Spulenoberfläche und zur Erzeugung einer fortlaufenden Naht- oder Stossstelle zwischen der ersten und zweiten Schicht.
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Fig. 5 ist ebenfalls ein Schnitt wie Fig. 1 bis 4 und zeigt das Endprodukt, d. h. eine Spulenober- fläche, die mit einer fortlaufend gleichmässigen Schicht isoliert ist.
Fig.6 und 7 stellen Varianten des erfindungsgemässen Verfahrens dar.
In Fig. 1 hat eine Spule 10 eine Oberfläche 11, die mit einer von dielektrischen Unvollkommenheiten freien, gleichmässig isolierenden Schicht überzogen werden soll. Es sei angenommen, dass die Spule zu gross sei, um lediglich von ihren Zuleitungen gestützt oder getragen in ein Bad einer flüssigen Kunststoffmasse eingetaucht zu werden. Daher wurde ein grö- sserer Teil der Spulenoberfläche, von nun an Teilfläche oder Zone 15 genannt mit einer schweren Schicht Kunststoff 12 versehen. Die Kunststoffschicht 12 besteht aus zwei Komponenten, die durch magere 13 und fette 14 Schraffur angedeutet sind.
Eine zweite Teilfläche 16 der Spulenoberfläche 11 kann beim ersten Beschichtungsvorgang nicht überzogen werden, da sie von einem Trag- oder Stützglied 17 abgedeckt ist, das beispielsweise durch einen Säulenfuss oder einen Teil einer Aufspann- vorrichtung gebildet ist.
Zwischen den Zonen 15 und 16 ist eine Grenzzone 18, die weder durch die Schicht 12 überzogen noch durch das Tragglied 17 abgedeckt ist. Diese Grenzzone 18 kann etwas breiter sein als die Dicke der Schicht 12.
Der nächste, durch Fig.2 dargestellte Schritt, umfasst das Beschichten der Zone 18 mit einer Teilschicht 19 aus einer der beiden Kunststoffkomponenten, beispielsweise 13. Es ist vorteilhaft, die Teilschicht 19 aufzutragen, bevor die erste Schicht 12 ausgehärtet oder polymerisiert ist und demzufolge bevor das Tragglied 17 entfernt wurde.
In einer Variante der Erfindung wird die Teilschicht 19 derart aufgetragen, dass deren Dicke vom Ende der Schicht 12 bis zur Grenze der abgedeckten Teilfläche 16 gleichmässig abnimmt. Dies verhindert eine ungeschützte Blosslegung einer ausgehärteten Schichtkante an der Stossstelle 20 zwischen der ersten Schicht 12 und der ersten Teilschicht 19.
Nach der vollkommenen Aushärtung oder Poly- merisation der Schicht 12 und nachdem ein stetiger Übergang an der Stossstelle zwischen Schicht 12 und Teilschicht 19 erreicht wurde, wird das Tragglied 17 entfernt, da die Spule 10 nun an einem andern, bereits beschichteten Teil ihrer Oberfläche abgestützt werden kann.
In Fig. 3 ist der nächste Schritt dargestellt, der darin besteht, auf die zuvor durch das Tragglied 17 abgedeckte Teilfläche 16 eine im richtigen Mischverhältnis ihrer Komponenten 13 und 14 aufbereitete Kunststoffschicht 21 aufzutragen. Es ist besonders darauf zu achten, dass das Mischverhältnis der Schicht 21 mit dem der Schicht 12 gut übereinstimmt, was durch Farbvergleich oder durch Entnahme des Kunststoffes für beide Schichten 12 und 21 aus demselben Gemisch erreicht werden kann. Ebenso ist es wich- tig, dass die beiden Schichten 12 und 21 dieselbe Dicke aufweisen.
Anschliessend und möglichst bevor die zweite Schicht 21 vollständig ausgehärtet oder polimerisiert ist, wird eine zweite Teilschicht 22 über der Teilschicht 19 auf der Grenzzone 18 aufgetragen, und zwar bestehend aus der andern Kunststoffkomponente, beispielsweise 14, als für die erste Teilschicht 19 verwendet wurde. Es ist sehr vorteilhaft, diese zweite Teilschicht 22 derart aufzutragen, dass sie die erste Teilschicht 19 auf die gleiche Schichtdicke, wie die Schichten 12 und 21 ergänzt. Auf diese Weise entsteht automatisch für diese Teilschichten ein Anteil von ungefähr 50 D/o jeder der beiden Komponenten 13 und 14.
Würden nun die Teilschichten 19 und 22 stehengelassen, wäre ein Ineinanderfliessen der Komponenten 13 und 14 an der Grenzfläche 23 zwischen Schicht 21 und Teilschicht 22 sowie an der Grenz- fläche 24 zwischen den beiden Teilschichten 19 und 22 unvermeidlich. Ein solches Aushärten würde schwere Isolierungsfehler in der Nahtzone zwischen der ersten 12 und der zweiten 21 Schicht verursachen. Es ist daher wichtig, dass die beiden Teilschichten 19 und 22 an ihrer Auftragungsstelle auf der Teilfläche 18 von Hand oder mechanisch durchzumischen.
Dies kann beispielsweise so geschehen, dass mit einem Spachtel die Teilschichten 19 und 22 sorgfältig durchgeknetet werden, bis eine Gleichmässigkeit und ein Übereinstimmen der Farbe auf eine gleiche Beschaffenheit der Schicht wie die der Schichten 12 und 21 deuten.
Die Schicht 21 und durchgemischten Teilschichten 19, 22 können nun aushärten oder polymerisieren, um eine gleichmässige und gleichmässig dicke Isolierschicht, wie in Fig.5 dargestellt, zu bilden.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung, Fig. 6, geschieht das Auftragen des ersten Teils der Isolierschicht mit einem Gemisch 30 der beiden Kunststoffkomponenten, das sich dadurch auszeichnet, dass dessen Gehalt an einer der Komponenten 13 gleichmässig gegen den Rand 31 dieses Teils der Isolierschicht hin abnimmt. Dadurch ist das Aushärten oder Polymerisieren der Isolierschicht an diesem Rand 31 verlangsamt oder abgeschwächt. Für den zweiten Teil der Isolierschicht, Fig. 7, wird dann ein anderes Gemisch 32 der beiden Kunststoffkomponenten aufgetragen, das sich dadurch auszeichnet, dass dessen Gehalt an der andern Komponente 14 gegen die Stossstelle 31 hin abnimmt.
An der Stossstelle werden anschliessend die beiden Schichten sorgfältig vermischt, um damit das richtige Mischungsverhältnis wieder herzustellen als Vorbedingung für gleichmässiges Aushärten.
Das soeben beschriebene Verfahren ist geeignet, schwere Spulen vollständig mit einer Isolierschicht dicker als 3 mm zu versehen; es ist auch geeignet, in mehreren Schritten zusammenhängende Schichten ohne Unstetigkeiten der dielektrischen Eigenschaften
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an den Stossstellen und ohne messbare Dickenunterschiede zu erzeugen.
Versuche haben gezeigt, dass eine derartig erzeugte Spulenisolation eine im wesentlichen gleichmässige Durchschlagsfestigkeit und keine örtlichen Spannungsspitzen im Dielektrikum aufweist.
Es ist offensichtlich, dass das erfindungsgemässe Verfahren auch für die Erzeugung von Isolierschichten auf anderen elektrischen Artikeln als den erwähnten Transformatorspulen angewendet werden kann. Es ist auch klar, dass Fachleute auf dem Gebiete der elektrischen Isolation im allgemeinen und des Auftragens von Isolierschichten aus Kunststoff im besonderen, fähig sein werden, weitere Änderungen und Varianten des Verfahrens vorzuschlagen und durchzuführen, ohne von der Idee und dem Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen.