DE1172329B

DE1172329B - Electrical device with an elastic, organic insulation embedding

Info

Publication number: DE1172329B
Application number: DEW17845A
Authority: DE
Inventors: Eric Lionel French
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1954-11-17
Filing date: 1955-11-14
Publication date: 1964-06-18
Also published as: GB787957A

Description

Mit einer elastischen, organischen Isoherstoffeinbettung versehenes elektrisches Gerät Die Erfindung befaßt sich mit der feuchtigkeitsdichten Einbettung kleiner elektrischer Geräte.Provided with an elastic, organic insulating material embedding electrical device The invention is concerned with moisture-proof embedding small electrical appliances.

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.In the manufacture of electrical devices or components such as rectifiers, Transistors and transformers, especially for use in a humid environment Atmosphere in which temperature changes occur over a wide temperature range, So far it has been very difficult to obtain a permanent and sufficiently moisture-proof Completion of the device or component and in particular of outwardly protruding connecting lines to obtain.

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.In general, it is desirable for electrical devices and device components to be protected against moisture to apply the embedding compound in the liquid state so that all cavities are filled without the application of pressure. The mass should also solidify without causing harmful mechanical stresses on the device; it should not form any chemical compounds with the materials of the device (corrosion), and it should be able to withstand temperatures between -80 and + 100 ° C and a relative humidity of 95%.

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.Certain relatively soft, non-polar, or thermosetting therinoplastic materials, such as e.g. B. castor oil urethane compounds, have the the aforementioned desirable properties and offer the additional advantage of that they are comparatively elastic and therefore capable of mechanical shocks so that they protect the device from mechanical damage as well protect against the harmful effects of atmospheric moisture. However due to their non-polar nature, such materials do not adhere when solidifying on metal. Therefore, if a device to be protected has metal precipitates # such as eg. Line connections, has that should protrude through the Einbettunigsmas! #e, then there is the Danger of moisture seeping in between these parts and the mass.

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.There are other embedding compounds, such as. B. polyester resins and epoxy resins are known which have polar properties and therefore adhere sufficiently to metal. These masses, however, have a high thermal expansion, as a result of which undesired mechanical stresses arise on the embedded devices as a result of temperature changes, which also cause the occurrence of cracks in the mass itself, through which moisture can penetrate. This effect can be greatly reduced by adding an inorganic filler to the mass. For example, the thermal expansion coefficient of an epoxy resin wännehärtenden by adding mica powder of 100 - be reduced to 40-10-6 10-6. However, this reduced coefficient of expansion is still high compared to that of the metals to be coated. The expansion coefficient for brass z. B. is only 19-10-6. The use of an additive, on the other hand, increases the viscosity of the mass and makes it more difficult to flow into small spaces.

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.In order to obtain a moisture-proof embedding for an electrical device, it is known to embed the device inside a metal container in granular insulating material, preferably dry sand, on which a layer of a highly viscous asphalt mass and then a layer of mineral wax on the open side of the container is infused. This known design is disadvantageous because the sand is inelastic and because air is trapped between the grains of sand, which air has a greater coefficient of thermal expansion than the material of the device. As a result, the embedded part of the device cannot expand enough when the temperature changes, so that harmful mechanical stresses occur. Furthermore, the production of such an embedded device is very expensive; in particular, mass production is not possible. Another electrical device is known, the embedding of which consists of a single insulating potting compound, in particular based on bitumen, which adheres very well to metal. Such insulating compounds, however, have the property of shrinking strongly and tending to form hairline cracks. In order to counteract these disadvantageous properties, the casting compound is put under pressure during the manufacture of the embedding of the known device, as long as it is still in a plastic state. However, this pressurization causes undesirable mechanical stresses on the embedded device. In addition, despite the pressurization of the insulating compound, due to the different coefficients of thermal expansion of the materials firmly adhering to one another, the insulating compound has a tendency to crack, so that a good and permanent seal against moisture cannot be expected.

Demgegenüber besteht der Hauptzweck der Erflndung darin, ein elektrisches Gerät mit einer dauerhaften feuchtigkeitsdichten Einbettung zu schaffen, wobei die vorerwähnten Nachteile vermieden werden.In contrast, the main purpose of the invention is to provide an electrical To create a device with a permanent moisture-proof embedding, whereby the the aforementioned disadvantages can be avoided.

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.Another purpose of the invention is to make the advantageous Use properties of the types of embedding compounds described above without having to accept the disadvantages inherent in these masses.

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.The invention proceeds from one with an elastic, organic one Electrical device provided with insulating material embedding, which consists of at least one the casing has protruding metal part, which at the exit point embedded in a moisture-proof organic insulating material adhering to the metal part is. The invention consists in that the embedding for the first-mentioned insulating material a reaction product of castor oil and an isocyanate and for the second insulating material a polyester or epoxy resin is used.

Die beiden verschiedenen Isolierstoffe umschließen vorzugsweise das Gerät als übereinander angebrachte Umhüllungen.The two different insulating materials preferably enclose that Device as covers attached one on top of the other.

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.In a further embodiment of the invention, only the encloses the first-mentioned insulating material as embedding the device, while the second insulating material only surrounds the protruding metal part or parts at the exit point.

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.In the drawing, two exemplary embodiments of the invention are shown, for example. Both figures show each a schematic sectional view of a small embedded electrical overall rätes 1, which is provided with two projecting terminal wires.

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.According to FIG. 1 , the device 1 is embedded in a block of castor oil-urethane compound 3 , which in turn is completely provided with a coating 4 made of epoxy resin, the connecting wires 2 protruding from the epoxy resin coating 4. This form of embedding is obtained by first hanging the electrical device 1 on the two connecting wires 2 in a suitable form (not shown). After the inner surfaces of the mold have been treated with an agent that prevents the mass to be poured from sticking to the mold, a castor oil-urethane compound 3 is poured into the mold until the device 1 is completely embedded in the mass 3, however, the wires 2 protrude therefrom. The poured-in mass 3 is allowed to solidify at room temperature and then placed in an oven to increase its hardness. The mold is then removed, after which the embedded device 1 is hung on the connecting wires 2 in a second larger mold which has also been treated with an agent by which the mass to be poured in is prevented from sticking to the mold. Epoxy resin 4 is now poured into this mold until the castor oil-urethane mass 3 is completely covered. The epoxy resin 4 is dried or solidified in a known manner and the second mold is removed.

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.According to FIG. 2, the electrical device is embedded in a layer of castor oil-urethane compound 3 , and the connecting wires 2 are enclosed in sleeves made of epoxy resin 4 which extend into the embedding 3 . The wires 2 are first enclosed in the sleeves made of epoxy resin 4 and then the device 1 is embedded in a castor oil-urethane compound 3 , the sleeves made of epoxy resin 4 being arranged so that they protrude from the castor oil-urethane compound 3.

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.The second embedding compound made of a polyester or epoxy resin can with the exception of those places where they are directly on the metal parts of the device applied, be mixed with a metal powder to their coefficient of thermal expansion to belittle.

Claims

Claims: 1. With an elastic, organic insulating material embedding provided electrical device, which has at least one metal part protruding from the envelope, which is embedded at the exit point in an organic insulating material adhering to the metal part in a moisture-proof manner, characterized in that for the first-mentioned insulating material the Embedding (3) a reaction product of castor oil and an isocyanate, and a polyester or epoxy resin is used for the second insulating material (4).

2. Electrical device according to claim 1, characterized in that the two different insulating materials enclose the device (1) as an envelope (3, 4) attached one above the other. -3 # Electrical device according to claim 1, characterized in that only the first-mentioned insulating material as embedding (3) encloses the device (1) while the second insulating material (4) only surrounds the protruding metal part (s) (2) at the exit point. Documents considered: German Patent Nos. 735 682, 947 485, Swiss Patent Nos. 183 785, 262655, British Patent No. 525 433; U.S. Patent Nos. 2,194,703, 2,275,967.