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Verfahren zum Einbetten von vorzugsweise metallischen Körpern in
härtbare Gießharze Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbetten von vorzugsweise
metallischen Körpern in härtbare Gießharze.
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Es sind sogenannte Niederdruck-Gießharze bekanntgeworden, die ohne
Abspaltung flüchtiger Bestandteile aushärten. Außerdem haben diese Gießharze den
Vorteil, daß sie nach dem Aushärten auch bei Anwendung von relativ hohen Temperaturen
im Gegensatz von thermoplastischen Kunstharzen nicht wieder erweichen. Hinzu kommen
die guten elektrischen Eigenschaften, so daß derartige Gießharze auch eine weite
Verbreitung in der Elektrotechnik gefunden haben.
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Es ist bereits bekannt, in diese Gießharze Konstruktionsteile, Magnete,
Eisenkerne usw. einzubetten.
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Im allgemeinen wird dabei so verfahren, daß der zu umgießende Gegenstand,
der etwa Raumtemperatur aufweist, in einer Form angeordnet wird. Darauf erfolgt
der Einguß des flüssigen Gießharzes in die Form, die aufgeheizt sein kann. Dem Gießharz
sind dabei Beschleuniger und Härter zugesetzt. Die Aushärtung des Harzes in der
Form verläuft dabei von außen nach innen, da das Harz am äußeren Rand der Form zuerst
warm wird und die Wärmeleitung von außen nach innen stattfindet.
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Beim Aushärten des Gießharzes tritt nun die nachteilige Eigenschaft
des Schrumpfens auf. Damit wird auf den im Gießharz eingebetteten Körper ein Druck
ausgeiibt, der in vielen Fällen unerwünscht ist, da er zu unzulässigen Änderungen
der Eigenschaften des eingebetteten Körpers führen kann.
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Zur Vermeidung dieses Schrumpfdruckes des Gießharzes sind bereits
die verschiedensten Mittel vorgeschlagen worden. So ist es beispielsweise bekannt,
um den eingebetteten Körper eine Hülle aus elastischem Material als Polster anzuorden.
Als elastisches Material sind Schaumstoffe, Filze, Gummi u. dgl. vorgeschlagen worden.
Derartige Hüllen ergeben jedoch nur zum Teil die erwünschte Wirkung, und außerdem
ist es fertigungstechnisch nachteilig, erst jeden Körper mit einer Hülle zu versehen.
Dabei muß beachtet werden, daß diese Hülle sich nicht mit dem umgebenden Gießharz
vollsaugt, da dadurch selbstverständlich die geforderte Elastizität des Polsters
verlorengeht.
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Somit muß die Hülle selbst wieder mit einem gegen Gießharz dichten
Mantel umgeben werden. Es ist offensichtlich, daß die Anordnung von Hüllen und Polstern
am eingebetteten Körper mit vielen Nachteilen verbunden ist.
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Durch die Erfindung werden derartige Umhüllungen vollkommen vermieden.
Die Erfindung besteht darin, daß der Körper vor dem Einbringen in das Gießharz auf
eine die Polymerisation des Gießharzes bewirkende Temperatur gebracht wird wobei
die
Temperaturen des einzubettenden Körpers und des Gießharzes unter Berücksichtigung
der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten derart aufeinander abgestimmt werden,
daß beim Härten keine Schrumpfspannungen auftreten.
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Es ist bereits ein Verfahren zum Umspritzen von Drähten, Rohren,
isolierten Leitungen, Kabeln und anderen Formkörpern mit thermoplastischen Kunststoffen
bekannt. Der zu umspritzende Körper soll dabei vor dem Aufbringen des Überzuges
auf die gleiche oder annähernd gleiche Temperatur erwärmt werden wie der im erwärmten
Zustand aufzubringende thermoplastische Kunststoff. Die Erwärmung des zu umspritzenden
Körpers dient im Gegensatz zum erfindungsgemäßen Verfahren dazu, der Umspritzung
eine größere Gleichmäßigkeit und Dauerhaftigkeit zu verleihen, als dies ohne Erwärmung
möglich ist. Außerdem soll der hergestellte Überzug eine größere Spannungsfreiheit
erhalten. Das bekannte Verfahren ist auf die Herstellung relativ dünner Schutz-
bzw. Isolationsüberzüge auf Drähte, Rohre od. dgl. beschränkt.
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Eine einwandfreie Herstellung von großen Isolierwandstärken, wie dies
in einfacher Weise durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht wird, ist nicht
oder nur unter großen Schwierigkeiten möglich.
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Da in vielen Fällen der einzubettende Körper keiner übermäßigen Temperatur
ausgesetzt werden darf, wird zweckmäßig ein kalt aushärtendes Gießharz verwendet,
und zwar vorzugsweise ein Äthoxylinharz.
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Bei Verwendung eines derartigen Harzes ist diesem etwa 5 bis 10 ovo
Härter zuzusetzen, wobei sich ein Betrag von 6 ovo als besonders günstig gezeigt
hat. Die Aushärtung selbst erfolgt bei Raumtemperatur. Einer weiteren Ausbildung
entsprechend erfolgt die Aushärtung
unter Wärmeanwendung von außen,
wobei die Wärmeeinwirkung auf das Gießharz allmählich erfolgt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren besitzt also der einzubettende Körper
bereits eine bestimmte Temperatur. Diese Temperatur muß selbstverständlich so hoch
sein, daß eine Polymerisation des Gießharzes erfolgt. Andererseits muß diese Temperatur
und auch die Temperatur des Gießharzes wieder so gewählt werden, daß die Differenz
der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Körper und Gießharz berücksichtigt werden.
Beide Temperaturen werden so aufeinander abgestimmt, daß sich die Aushärtung des
Gießharzes ohne Schrumpferscheinungen vollzieht. Unter Berücksichtigung der für
die Polymerisation benötigten Mindesttemperatur kann diese Temperatur jedoch in
einem bestimmten Bereich, der die Mindesttemperatur nicht unterschreitet, zwecks
Steuerung der Ausdehnung von Körper und Gießharz geändert werden. Es ist dabei möglich,
sowohl die Temperatur des Körpers als auch die des Gießharzes oder auch beider zu
ändern. Als zweckmäßig hat sich ein kalt aushärtendes Gießharz erwiesen, das auch
mäßig erwärmt werden kann.
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Eine vollkommen druckspannungsfreie Einbettung von Körpern der verschiedensten
Abmessungen und Werkstoffe ergibt sich beispielsweise, wenn ein Äthoxylinharz ohne
Füllstoffe verwendet wird, dem vorzugsweise 6e/o Härter zugegeben wird. Das Harz-Härter-Gemisch
kann dabei Raumtemperatur haben oder bis etwa 450 C erwärmt sein. Der einzubettende
Körper ist auf eine Temperatur von etwa 1200 C gebracht und wird entweder mit dem
Harz umgossen oder in dieses eingebettet, worauf die Aushärtung bei Raumtemperatur
erfolgt.
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Durch genaue Untersuchungen wurde nun festgestellt, daß die Aushärtung
bei dieser Temperatur erst nach einigen Tagen wirklich abgeschlossen ist.
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Eine derart lange Aushärtungszeit ist jedoch in vielen Fällen nicht
tragbar. Diese Zeit kann beträchtlich herabgesetzt werden, wenn die Form äußerst
langsam auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird und bei dieser Temperatur gehärtet
wird. Die Anheizung muß dabei derart erfolgen, daß nicht doch wieder durch
die äußere
Wärmeeinwirkung auf das Gießharz Druckspannungen auftreten. Als zweckmäßig hat sich
eine Aufheizung der Form auf etwa 800 C innerhalb von 3 bis 4 Stunden erwiesen mit
einer anschießenden Einwirkung dieser Temperatur auf das Harz für 5 bis 6 Stunden.
Die Gesamtzeit für eine einwandfreie Aushärtung beträgt somit nur noch etwa 10 Stunden.
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Wie die Temperatur des einzubettenden Körpers das Ergebnis beeinflußt,
zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem unter sonst gleichen Verhältnissen (Gießharz
auf Raumtemperatur) lediglich der Körper auf eine Temperatur von etwa 1500 C gebracht
und in das Gießharz eingebettet wurde. Im ausgehärteten Gießharz traten dabei Zugspannungen
auf.
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Bei gegen mechanische Beanspruchung empfindlichen Körpern muß eine
leichte Entformung des Gießlings möglich sein, da sich anderenfalls Eigenschaftsänderungen
des eingebetteten Körpers ergeben.
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Als Trennmittel wird daher Silikonharz verwendet.
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Die einzubettenden Körper können sowohl Vollals auch Ringkörper sein.
Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren für die spannungsfreie
Einbettung magnetisch weicher Werkstoffe geeignet, die bekanntlich mechanisch sehr
empfindlich sind.