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Mit einer elastischen, organischen Isoherstoffeinbettung versehenes
elektrisches Gerät Die Erfindung befaßt sich mit der feuchtigkeitsdichten Einbettung
kleiner elektrischer Geräte.
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Bei der Herstellung elektrischer Geräte bzw. Bauteile wie Gleichrichter,
Transistoren und Transformatoren, insbesondere für Verwendung in einer feuchten
Atmosphäre, in welcher Temperaturänderungen in einem weiten Temperaturbereich auftreten,
war es bisher sehr schwierig, einen dauerhaften und hinreichend feuchtigkeitsdichten
Abschluß des Gerätes oder Baut#eiles und insbesondere von nach außen ragenden Anschlußleitungen
zu erhalten.
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Allgemein ist es erwünscht, bei gegen Feuchtigkeit zu schützenden
elektrischen Geräten und Gerätebestandteilen die Einbettungsmasse in flüssigem Zustand
aufzubringen, damit alle Hohlräume ohne Druckanwendung ausgefüllt werden. Die Masse
soll ferner erstarren, ohne schädliche mechanische Spannungen an dem Gerät zu verursachen;
sie soll mit den Werkstoffen des Gerätes keine chemischen Verbindungen eingehen
(Korrosion), und sie soll Temperaturen zwischen - 80 und + 100' C
sowie einer relativen Feuchtigkeit von 95 % standhalten können.
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Bestimmte verhältnismäßig weiche, nicht polare, wärmehärtende oder
therinoplastische Materalien, wie z. B. Rizinusöl-Urethan-Verbindungen, weisen die
vorerwähnten erwünschten Eigenschaften auf und bieten den zusätzlichen Vorteil,
daß sie vergleichsweise elastisch und daher in der Lage sind, mechanische Stöße
aufzunehmen, so daß sie das Gerät sowohl vor mechanischer Beschädigung als auch
vor den schädlichen Einwirkungen atmosphärischer Feuchtigkeit schützen können. Jedoch
haften derartige Materialien infolge ihrer nicht polaren Natur beim Erstarreif -nicht-
an Metall an. Wenn daher ein zu schützendes Gerät Metfällteile# wie- z-B. Leitungsanschlüsse,
aufweist, die durch die Einbettunigsmas!#e hindurchragen sollen, so besteht die
Gefahr, daßzwischen diesen Teilen und der Masse Feuchtigkeit einsickert.
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Es sind andere Einbettungsmassen, wie z. B. Polyesterharze u#d Epoxydharze,
bekannt, die polare Eigenschaften haben und daher ausreichend an Metall anhaften.
Diese Massen haben indessen eine hohe Wärmeausdehnung, wodurch unerwünschte mechanische
Spannungen an den eingebetteten Geräten infolge von Temperaturänderungen entstehen,
die auch das Auftreten von Rissen in der Masse selbst verursachen, durch welche
Feuchtigkeit eindringen kann. Diese Wirkung läßt sich durch Versetzen der Masse
mit einem anorganischen Füllmittel stark verringern. Zum Beispiel kann der Wärmeausdehnungskoeffizient
eines wännehärtenden Epoxydharzes durch Zusetzen von Glimmerstaub von
100 - 10-6 auf 40-10-6 herabgesetzt werden. Dieser herabgesetzte Ausdehnungskoeffizient
ist jedoch im Vergleich zu dem von den zu umhüllenden Metallen noch immer hoch.
Der Ausdehnungskoeffizient für Messing z. B. beträgt nur 19 - 10-6. Die Verwendung
eines Zusatzes erhöht andererseits die Viskosität der Masse und macht es schwieriger,
sie in kleine Zwischenräume fließen zu lassen.
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Um eine feuchtigkeitsdichte Einbettung für ein elektrisches Gerät
zu erhalten, ist es bekannt, das Gerät innerhalb eines Metallbehälters in körniges
Isoliermaterial, vorzugsweise trockenen Sand einzubetten, auf welches an der offenen
Seite des Behälters zunächst eine Schicht aus einer hochviskosen Asphaltmasse und
danach eine Schicht aus Mineralwachs aufgegossen wird. Diese bekannte Ausführung
ist nachteilig, weil der Sand unelastisch ist und weil zwischen den Sandkörnern
Luft eingeschlossen wird, die einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das
Material des Gerätes hat. Dadurch kann sich der eingebettete Teil des Gerätes bei
Temperaturänderungen nicht genügend ausdehnen, so daß schädliche mechanische Spannungen
auftreten. Weiterhin ist die Herstellung eines derartig eingebetteten Gerätes sehr
aufwendig; insbesondere ist eine Massenherstellung nicht möglich.
Es
ist ein anderes elektrisches Gerät bekannt, dessen Einbettung aus einer einzigen
Isolier-Vergußmasse, insbesondere auf der Grundlage von Bitumen, besteht, welche
sehr gut an Metall haftet. Derartige Isolierinassen haben jedoch die Eigenschaft,
stark zu schwinden und zur Haarrißbildung zu neigen. Um diesen nachteiligen Eigenschaften
entgegenzuwirken, wird während der Herstellung der Einbettung des bekannten Gerätes
die Vergußmasse unter Druck gesetzt, solange sie sich noch in plastischem Zustand
befindet. Durch dieses Unterdrucksetzen werden je-
doch unerwünschte mechanische
Spannungen an dem eingebetteten Gerät hervorgerufen. Außerdem ist trotz des Unterdrucksetzens
der Isoliermasse infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der
fest aneinanderhaftenden Materialien bei der Isoliermasse Neigung zur Rißbildung
vorhanden, so daß eine gute und dauernde Abdichtung gegen Feuchtigkeit nicht erwartet
werden kann.
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Demgegenüber besteht der Hauptzweck der Erflndung darin, ein elektrisches
Gerät mit einer dauerhaften feuchtigkeitsdichten Einbettung zu schaffen, wobei die
vorerwähnten Nachteile vermieden werden.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, die vorteilhaften
Eigenschaften der oben beschriebenen Arten von Einbettungsmassen auszunutzen, ohne
die diesen Massen eigenen Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.
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Dabei geht die Erfindung von einem mit einer elastischen, organischen
Isolierstoffeinbettung versehenen elektrischen Gerät aus, das mindestens ein aus
der Umhüllung Herausragendes Metallteil aufweist, welches an der Austrittsstelle
in einem am Metallteil feuchtigkeitsdicht haftenden organischen Isolierstoff eingebettet
ist. Die Erfindung besteht darin, daß für den erstgenannten Isolierstoff der Einbettung
ein Reaktionsprodukt von Rizinusöl und einem Isocyanat und für den zweiten Isolierstoff
ein Polyester- oder Epoxydharz verwendet ist.
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Die beiden verschiedenen Isolierstoffe umschließen vorzugsweise das
Gerät als übereinander angebrachte Umhüllungen.
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Bei einer weiteren Ausführungsforin der Erfindung umschließt nur der
erstgenannte Isolierstoff als Einbettung das Gerät, während der zweite Isolierstoff
lediglich das bzw. die herausragenden Metallteile an der Austrittsstelle umgibt.
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In der Zeichnung werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung beispielsweise
wiedergegeben. Beide Figuren zeigen je eine schematische Schnittansicht eines
kleinen eingebetteten elektrischen Ge-
rätes 1, das mit zwei herausragenden
Anschlußdrähten versehen ist.
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Gemäß F i g. 1 ist das Gerät 1 in einen Block aus Rizinusöl-Urethan-Masse
3 eingebettet, der wiederum vollständig mit einem überzug 4 aus Epoxydharz
versehen ist, wobei die Anschlußdrähte 2 aus dem Epoxydharzüberzug 4 herausragen.
Diese Form der Einbettung wird erhalten, in dem zunächst das elektrische Gerät
1 an den beiden Anschlußdrähten 2 in eine geeignete Form (nicht dargestellt)
gehängt wird. Nachdem die Innenflächen der Form mit einem Mittel behandelt worden
sind, durch welches ein Anhaften der einzugießenden Masse an der Form verhindert
wird, wird eine Rizinusöl-Urethan-Verbindung 3 in die Form eingegossen, bis
das Gerät 1
vollständig in die Masse 3 eingebettet ist, wobei jedoch
die Drähte 2 aus ihr hervorstehen. Die eingegossene Masse 3 wird bei Raumtemperatur
erstarren gelassen und danach zwecks Erhöhung ihrer Härte in einen Ofen eingebracht.
Dann wird die Form abgenommen, wonach das eingebettete Gerät 1 an den Anschlußdrähten
2 in eine zweite größere Form gehängt, die ebenfalls mit einem Mittel behandelt
worden ist, durch welches ein Anhaften der einzugießenden Masse an der Form verhindert
wird. In diese Form wird nun Epoxydharz 4 eingegossen, bis die Rizinusöl-Urethan-Masse
3 vollständig bedeckt ist. Das Epoxydharz 4 wird in bekannter Weise getrocknet
oder zum Erstarren gebracht und die zweite Form abgenommen.
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Gemäß F i g. 2 ist das elektrische Gerät in eine Schicht aus
Rizinusöl-Urethan-Masse 3 eingebettet, und die Anschlußdrähte 2 sind in Hülsen
aus Epoxydharz 4 eingeschlossen, die sich in die Einbettung 3
erstrecken.
Dabei werden die Drähte 2 zunächst in die Hülsen aus Epoxydharz 4 eingeschlossen
und dann das Gerät 1 in eine Rizinusöl-Urethan-Masse 3
eingebettet,
wobei die Hülsen aus Epoxydharz 4 so angeordnet sind, daß sie aus der Rizinusöl-Urethan-Masse
3 hervorstehen.
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Die zweite, aus einem Polyester- oder Epoxydharz bestehende Einbettungsmasse
kann mit Ausnahme derjenigen Stellen, wo sie direkt an den Metallteilen des Gerätes
anliegt, mit einem Metallpulver versetzt sein, um ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten
herabzusetzen.