DE1945459A1

DE1945459A1 - Elektrisches Bauteil

Info

Publication number: DE1945459A1
Application number: DE19691945459
Authority: DE
Inventors: Koischi Hirakawa; Takashi Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1968-09-10
Filing date: 1969-09-08
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1945459B2; CA921577A; FR2017999A1; GB1282904A; DE1945459C3; NL6913689A; NL153708B

Description

PATENTANWÄLTE i 9 4 D 4 5 9

Η· LEINWEBER dipping, H*ZIMMERMANN

PQS- 19558

T.i.-Adr.

τ·Γ·(οη

θ« September 1969

Unter Zeichen Lw/XI II/C

MATSUSHITA ELEGTEIC INDUSTRIAL CO,, LTD., Osaka/Japan

Elektrisches Bauteil

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil, bei welchem streifenförmige Leiter übereinander angeordnet sind, deren Oberfläche teilweise mit einem elektrisch isolierenden synthetischen Harz überzogen ist. In einem derartigen elektrischen Bauteil, z. B. einem Kondensator oder einer elektromagnetischen Spule usw, , sind streifenförmige Leiter, z.B. Aluminium- oder Kupferfolien, übereinander angeordnet, wobei zur Abstandhaltung eine elektrische Isolierschicht dient«

In den meisten Fällen wurden bisher lange streifenförmige Leiter entweder ohne Isolierung und lediglich unter Ewischenlegung von Papier- oder Kunststoffilmen übereinander gelegt und zusammengerollt» oder sie wurden vorher mit einem Isolierlack oder Metalloxidfilm überzogen und dann gewickelt. Die Isolierschicht oder die elektrische Schicht mußte dabei aus einer zusammenhängenden,

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gut biegsamen Folie bestehen. Schlecht biegsame Stoffe, wie z.B. füllstoffhaltige Epoxyharze, die sich schwer wickeln lassen, waren daher für diesen Zweck unbrauchbar.

Falls man solche Stoffe verwenden wollte, mußte man eine flache Bauweise anwenden, wie dies bei Kondensatoren der Fall ist, bei welchen Glas und Keramik als Dielektrikum verwendet werden. Für ein gewickeltes elektrisches Bauteil waren hierbei große Ausmaße oder schwierige Herstellungsstufen erforderlich. Bei einem derartigen Bauteil besteht gewöhnlich ein sehr geringer Spalt zwischen dem streifenförmigen Leiter und der Isolierschicht oder zwischen den Isolierschichten. Um einen flüssigen Isolator in dem Spalt zu imprägnieren, waren zeitraubende Arbeitsgänge und neuzeitlichste Apparate erforderlich. Die Erfindung eignet sich insbesondere für solche gewickelte elektrische Bauteile (aber nicht nur für diese allein), bei welchen Materialien mit schlechter Biegsamkeit, wie füllstoffhalt ige Epoxyharze angewendet werden können. Die erfindungsgemäßen Verfahrens stufen sind einfach auszuführen und die Imprägnierung mit dem flüssigen Isolator ist einfach.

Die Erfindung schafft ein elektrisches Bauteil, welches aus streifenförmigen Leitern besteht, bei denen ein Teil einer oder beider Oberflächen von einem elektrisch isolierenden synthetischen Harz bedeckt ist. Das Harz kann hierbei in Form von Punkten, Linien oder einer Maschenstruktur auf die Oberfläche aufgebracht sein, so daß beim übereinanderlegen der strelfenförmigenieiter ein isolierender Abstand aufgrund der Schicht höhe des Harzes eingehalten wird.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert.

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Es bedeuten;

Fig. 1 und 2 einen Teil des aus einem länglichen Streifen bestehenden Leiters, dessen Oberfläche teilweise mit einem elektrisch isolierenden synthetischen Harz überzogen ist,

Fig. 3 einen Querschnitt durch-eine elektromagnetische Spule, welche durch Wickeln von streifenförmigen Leitern hergestellt wurde, deren Oberfläche teilweise mit einem synthetischen Harz überzogen wurde.

In den Figuren bedeuten 1 und V streifenförmige Leiter, 2 und 2' synthetische Harze, welehe auf den Plattenleitern Ί und 1¹ aufgebracht sind.

In Fig. 3 ist ein streifenförmiger Le.ter 3 dargestellt, auf dessen Oberfläche ein synthetisches Harz aufgebracht ist; A bedeutet einen Spulenkern und 5 elektrische Leitungen.

Der streifenförmige Leiter besteht aus einer Folie oder einem Streifen aus Aluminium oder Kupfer. Es ist zweckmäßig, das seitliche Ende der Oberfläche vorher durch Folieren oder chemisches Ätzen abzurunden. Eine andere mögliche Herstellungsweise besteht darin., ein synthetisches Harz auf einen langen streifenförmigen Leiter aufzubringen, diesen auf die gewünschte Breite zuzuschneiden und die Kante abzurunden. Ein Grat an den Kanten des Streifens bringt die Gefahr einer Isolationsfehlstelle mit sich und soll daher zveckmäßigerweise entfernt werden.

Das Prinzip der Erfindung beruht auf der Tatsache, ein synthetisches Harz auf einem streifenförmigen Leiter lokal begrenzt aufzubringen. Unter der loksl begrenzten Aufbringung ist zu verstehen, da5 viele kleine Verspränge oder Erhebungen

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des synthetischen Harzes von bestimmter Höhe auf der Oberfläche des streifenförmigen Leiters aufgebracht werden, so daß bei dem fertigen elektrischen Bauteil ein konstanter Spalt zwischen den Leitern entsteht. In der Fläche zwischen den Vorsprüngen oder den Erhebungen braucht kein synthetisches Harz vorhanden zu sein, obwohl dies nicht schadet, falls dessen Schichthöhe ausreichend niedriger als diejenige der Vorsprünge j oder Erhebungen ist. Die lokal begrenzte Aufbringung gemäß '. der Erfindung entspricht einem schlechten herkömmlichen Überzug, bei welchem eine große Anzahl Gasporen in dem isolierenden Harsfilm auf der Oberfläche des ebenen Leiters vorhanden ist. Gewöhnlich soll der Überzug keine oder praktisch keine Gasporem aufweisen. Im Rahmen der Erfindung ergab sich jedoch, daß selbst ein Film mit vielen G-asporen in befriedigender Weise angewen- ^: det werden kann, solange hierdurch der Abstand zwischen den einzelnen Windungen konstant gehalten wird. Bei den herkömmlichen Verfahren wird das Auftreten von Gasporen bei dem als Abstandhalter verwendeten Isolierpapier durch zwei- oder I dreifache Papierlagen verhindert.

Bei der Erfindung dient das synthetische Earz zur Abstandhaltung zwischen den ebenen Leitern. Während des Betriebs des Bauteils wirkt das synthetische Harz, als ganzes als Abstandhalter zwischen den Leitern und verhindert eine Verringerung des Abstands bei Temperaturerhöhung oder infolge der zwischen den Leitern wirkenden elektromagnetischen Anziehungs-¹ kraft. Das synthetische Harz, welches den streifenförmigen Leiter teilweise bedeckt, besteht vorzugsweise aus einem termopl^ischen Harz mit einem anorganischen Füllstoff, wie pulverförmigem Vinylchlorid für Pulverüberzüge oder einem mit Glaspulver gefüllten'Polyamidharz, und einem halbgehärteten

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wärmehärtbaren Harzpulver, wie einem pulverförmigen Epoxyharz für Pulverüberzüge ^un(^ einer wärmehärtbaren Harzlösung ohne Lösungsmittel mit großer Thixotropie, wie z.B. ein Material zum Epoxygießen. Andere übliche synthetische Harze, wie Polypropylen, Teflon, Polyamid, Phenol,· Alkyd, Polyester und Silicon können unter Zusatz eines geeigneten Füllstoffes und unter Anwendung eines|geeigneten Verfahrens zur lokal begrenzten Aufbringung aufgebracht werden.

Geeignete Verfahren zum lokal begrenzten Aufbringen derartiger, als festes Pulver vorliegender Verbindungen auf dem streifenförmigen Leiter sind Eintauchen in die Flüssigkeit, elektrostatisches Aufbringen oder Aufsprühen. Hierbei muß

,so die Temperatur, Spannung, der Druck usw./geregelt werden, daß das Pulver lokal begrenzt mit einer bestimmten Höhe auf den streifenförmigen Leiter aufgebracht wird. Das flüssige thixotrope Harz kann auch lokal begrenzt durch Tiefdruckverfahren, wie Photogravurverfahren, aufgebracht werden, i</elehes am wirksamsten zur Erzielung einer einheitlichen lokal begrenzten Verteilung ist. Nach dem Aufdrucken ist es wichtig, das Harz zu härten, ohne dessen Form zu verändern.

Ein anderes Verfahren beruht in dem Aufsprühen eines

wärmehärtbaren flüssigen Harzes in Form kleiner Teilchen aus ■

einer Düse, wobei das Harz verstreut auf der Oberfläche des J

Leiters aufgebracht und dann gehärtet wird, '

Die optimalen Abmessungen des in Form von Punkten, Linien oder Maschenstruktur aufzubringenden Harzes hängt von der Größe des Leiters und des elektrischen Bauteils sowie j von der Art der Verbindungen ab. Bei einer elektromagnetischen Spule betragen die zweckmäßige Breite und Höhe 5 bis 100/u. Die Höhe soll zweckmäßigerweise möglichst einheitlich sein,^

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da von ihr direkt die Isolierfestigkeit zwischen den Windungen abhängt. Der Abstand zwischen der lokal aufgebrachten Verbindung, d_oh. zwischen den einzelnen Vorsprüngen oder Erhebungen, beträgt vorzugsweise 5 bis 50/u.

Das synthetische Harz kann lokal begrenzt entweder auf einer Seite oder auf beiden Seiten des streifenförmigen Leiters aufgebracht werden. Die Oberfläche des streifenförmigen Leiters wird in an sich bekannter Weise vorbehandelt, z.B. durch Beizen, Ätzen_s chemische oder anodische Oxydation, um ein gutes Haften des synthetischen Harzes an dem Leiter zu gewährleisten.

Das fertige elektrische Bauteil gemäß Fig. 3 wird durch Feuchtigkeit beeinflußt, falls es im gewickelten Zustand betrieben wird. Bei Betrieb an der Luft ist es zweckmäßig, das Bauteil mit einem Lack oder einem Harz zu überziehen. In einem isolierenden Öl oder einem isolierenden Gas, wie SF< ,ist der Betrieb im gewictelten Zustand möglich. In diesem Fall erfolgt eine ausreichende Kühlung durch das Öl oder das Gas, welches sich in dem Spalt zwischen den Leitern bewegt und die Hitze ableitet«, Falls die Gefahr des Gleitens zwischen den einzelnen Leitern infolge mechanischer Einwirkung besteht, kann man ein geeignetes Harz verwenden, welches leicht auf die Oberfläche des lokal aufgebrachten Harzes aufgeschmolzen werden kann und damit die Leiter fixiert»

Falls das elektrische Bauteil an der. Luft betrieben wird,., ist es zweckmäßig* es mit Harz zu übergießen. Dies kann durch Einspritzen des Harzes, wie in Fig» 3 dargestellt, oder durch Einbringen eines flüssigen Harzes zwischen den Spalt des lokal begrenzt aufgebrachten Harzes während des Wickeins oder durch Wickeln der Spule in dem flüssigen Harz erfolgen. Als flüssiges Harz eignet sich für diesen Zweck ein wärmehärtbares Epoxyharz-,

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oder ein wärmehärtbarer Polyester. Die Härtung des Harzes erfolgt unter der Temperatur, bei welcher das lokal aufgebrachte Harz erweicht oder schmilzt.

Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert:

Beispiel J_

Auf die eine Oberfläche einer 0,05 mm starken und 20 mm breiten Aluminiumfolie, deren Kante durch Anätzen abgerundet worden war, wurde ein thixotropes Epoxyharz (Handelsname Scotch cast Nr. 253, hergestellt von der MMM Co., Ltd., USA) durch Gravurdruck lokal begrenzt aufgebracht und wärmegehärtet. Das Harz wurde in Form von Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 40 /u und einer Höhe von etwa 30 yu lokal begrenzt aufgebracht. Die Folie wies eine Länge von etwa 5 Metern auf. Zwei solche Folien wurden übereinandergelegt und auf einem Spulenkern mit einem Durchmesser von 30 mm aufgewickelt und so ein Kondensator hergestellt. Die gemessene Durchschlagsspannung zwischen den Elektroden betrug 95 Volt (Wechselstrom, 60 Hz). Der K_ondensator arbeitet auch normal, nachdem 1000 Stunden in Öl von 6O⁰C eine Spannung von 20 Volt Wechselstrom angelegt worden war. Die Kapazität des Kondensators betrugt 1,2 uF und der Verlust betrug 0,3# bei 1 KHz«,

Beispiel 2

Ein auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellter Kondensator wurde mit einem Epoxyharz der folgenden Zusammensetzung Übergossen:

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Epicote 828 100 Teile,
ΗΡΑ 80 Teile,
DMP-30 0,5 Teile.

Es wurde 24 Stunden bei 100⁰C und dann 24 Stunden bei ■ 140⁰C gehärtet. Die Durchschlagespannung betrug 120 Volt. ! (Wechselstrom, 60 Hz.) Der Kondensator arbeitete auch noch normal, nachdem 1000 Stunden bei 4O⁰C in Luft eine Spannung j

von 20 Volt angelegt worden war. j

Beispiel_3_ ' ;

Eine Aluminiumfolie, auf welche Harz in gleicher Weise wie in Beispiel 1 lokal begrenzt aufgebracht worden war, wurde mit einer Epoxyharzlösung (Scotch cast Nr. 235» hergestellt von MMM Co. Ltd.) mit einer Walze während des Aufwickeins über-

zogen. Nachdem das Harz wärmegehärtet war, wurde ein Xnduktions-*

isolierversuch ausgeführt. Der Kondensator arbeitete normal, nachdem kontinuierlich eine Spannung von 30 Volt (Wechselstrom 60 Hz) 10 Minuten lang angelegt worden war. Die Länge der Aluminiumfolie betrug 5 Meter.

Ein Aluminiumstreifen mit einer Stärke von 0,2 mm und einer Breite von 100 mm, dessen Ende, abgerundet war, wurde in eine wäßrige Lösung von 5$ Natriumchromat und 15$ Natriumcarbonat 2 Minuten eingetaucht, anschließend gewaschen und getrocknet. Dann wurde der Streifen in einen Harke-Beschleuniger für das Epoxyharz, d.h. eine 10^ige äthanolische Lösung von DMP- 30 eingetaucht und nach dem Herausnehmen getrocknet.

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Dann wurde ein Epoxyharzgemisch der folgenden Zusammensetzung
lokal begrenzt auf beide Oberflächen der Aluminiumfolie in
Form von kleinen flüssigen Tröpfchen mit Hilfe einer Zerstäubervorrichtung aufgebracht.

Zusammensetzung des Epoxyharzes
Epicot 828 100 Teile
MNA 80 Teile

MgO 20 Teile

Das Härten wurde eine Stunde bei 25O⁰C ausgeführt.
Die Harzteilchen wiesen einen Durchmesser von 40 bis 100 /i
und eine Höhe von 20 bis 30 μ auf. Der Abstand zwischen den
Teilchen betrug 40 bis 200/i. Die auf diese Weise hergestellte Folie war 10 Meter lang und wurde auf einen Spulenkern
mit einem Außendurchmesser von 50 mm zu einer Spule aufgewickelt. Die Induktionsisolationsprüfung wurde in einem isolierenden Öl ausgeführt. Die Spule arbeitete normal, nachdem ; eine Spannung von 30 Volt (Wechselstrom, 60 Hz) 10 Minuten
lang angelegt worden war.

Eine Aluminiumfolie mit einer Stärke von 0,05 .mm und ; einer Breite von 20 mm, deren Enden abgerundet waren, wurde in , eine flüssige Schicht eines pulverförmigen Epoxyharzes,
(Scotch cast Nr. 265, hergestellt von der MMM Co. Ltd.,) bei ^f Zimmertemperatur eingetaucht, herausgenommen und dann 5 Minuten! bei 200⁰C gehärtet. Das pulverförmige Epoxyharz mit kleinem j Körnchendurchmesser wurde auf die Oberfläche der Aluminiumfolie lokal begrenzt aufgebracht. Die Höhe des Harzes betrug 5 - 20 μ

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Die auf diese Weise bearbeitete Folie war 5 Meter lang. Zwei derartige Folien wurden übereinander gelegt und auf einen Spulenkern mit einem Außendurchmesser von 30 mm zu einem Kondensator gewickelt. Die Durchschlagsspannung in Luft betrug bei diesem Kondensator 45 Volt (Wechselstrom, 60 Hz.).

Das charakteristische Merkmal der Erfindung besteht in einem elektrischen Bauteil, bei welchem das synthetische Harz lokal auf einen bandförmigen Leiter aufgebracht wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher weit wirksamer als die herkömmlichen Verfahren, bei welchen ein Abstandhalter angewendet wird, oder bei welchen das Wickeln nach vorheriger vollständiger Isolierung erfolgt. Ferner braucht ,das synthetische Harz bei der Erfindung keine so große Biegsamkeit aufzuweisen, wie sie bei einem Filmüberzug aus einem Isolierlack erforderlich ist. Auf diese Weise lassen sich Harze mit guter Wärmefestigkeit anwenden. Aus demselben Grand ist es möglich, eine große Menge anorganischer Füllstoffe, welche keine Biegsamkeit aufweisen, in das synthetische Harz einzumischen. Verbindungen mit hervorragender Wärmestrahlungseigenschaft und gutem Widerstand gegen Erweichen in der Wärme können bei der Erfindung angewendet werden. Wenn man ein ferroelektrisches Material, wie Bariumtitanat, beimischt, so läßt sich ein Miniaturkondensator von großer Kapazität herstellen.

Das Herausführen der Leitungsdrähte bei der Fabrikation des elektrischen Bauteils läßt sich auf einfachere Weise ausführen als bei Verwendung von Leitern, welche vollständig mit einem isolierenden Film überzogen sind. Eine gute Imprägnierung läßt sich herstellen, indem man das isolierende Material

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in geeigneter Weise lokal begrenzt aufbringt, wobei man in einfacher Weise ein elektrisches Bauteil herstellen kann, welches frei von Fehlstellen zwischen den Leitern ist. Die Erfindung weist also viele Vorteile und beträchtliche technische Bedeutung auf.

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Claims

- 12 - I Patentansprüche :

1./ Elektrisches Bauteil aus streifenförmigen elektrischen Leitern, bei denen auf einer oder beiden Oberflächen ,

ein elektrisch isolierendes synthetisches Harz lokal begrenzt ' in Form von Punkten, Linien oder Maschenstruktur aufgebracht ist, so daß der Isolierungsabstand zwischen den Leitern durch i das lokal begrenzt aufgebrachte synthetische Harz aufrechterhalten wird. '■

2. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine thixDtrope wärmehärtbare Harzlösung ^! lokal begrenzt auf die Oberfläche der streifenfönnigen Leiter ' durch Tiefdruck oder Seidenschirmdruck aufgebracht ist. :

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3. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch ι gekennzeichnet, daß eine wärmehärtbare Harzlösung lokal be- | grenzt auf die Oberfläche der streifenförmigen Leiter durch Aufsprühen mittels einer Zerstäubervorrichtung aufgebracht ist.

4. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 3, dadurch-. gekennzeichnet, daß ein Beaktionsbeschleuniger für das wärmehärtbare Harz vorher auf die Oberfläche der Plattenleiter aufgebracht wird.

5. Elektrisches Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein in der Wärme erweichbares synthetisches Harzpulver verstreut auf die Oberfläche der streifenförmigen Leiter unter Anwendung einer flüssigen Schicht aufgebracht ist.

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6. Elektrisches Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß streifenförmige elektrische Leiter lokal auf einer oder beiden Oberflächen mit einem elektrisch isolierenden synthetischen Harz in Form von Punkten, Linien oder Maschenstruktur lokal begrenzt überzogen sind, so daß ein ·Isolationsabstand zwischen den Leitern durch das lokal aufgebrachte synthetische Harz aufrechterhalten wird und der Spalt zwischen den Leitern mit einem wärmehärtbaren Harz ausgegossen ist.

7. Elektrisches Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß streifenförmige elektrische Leiter auf einer oder beiden Oberflächen lokal begrenzt mit einem elektrisch isolierenden synthetischen Harz in Form von Punkten, Linien oder Maschenstruktur durch Aufbringen einer wärmehärtbaren Harzlösung oder Überziehen mit einer wärmehärtbaren Harzlösung versehen sind, so daß der Isolierabstand zwischen den Leitern durch das lokal begrenzt aufgebrachte synthetische Harz beibehalten wird, und die wärmehärtbare Harzlösung in diesem Zustand gehärtet ist.

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