制造用于低压、中压和高压技术开关设备的模制件的方法

摘要

本发明涉及一种按照权利要求1、2、3和17前序部分所述制造用于低压、中压和高压技术开关设备的模制件的方法以及开关设备本身。为了在获得所述优点的同时克服上述缺点，按本发明建议，将具有预定的直径尺寸Dx分布的球体混合物加入到浇注材料内，继而直接浇注出构件。

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1、2、3和17所述制造用于低压、中压和高压技术开关设备绝缘材料模制件的方法以及开关设备本身。

背景技术

对于在上述开关设备中的构件提出了最高的要求。除了需要介电特性外，同时重视机械性能，如抗弯强度、耐冲击强度和形成裂纹的倾向等。

以往这方面的经验表明，此类开关设备中在环氧树脂构件和用其他绝缘材料制的构件内有形成局部(in Punkto)裂纹的可能性。

无论如何应避免发生这种情况。为此在过去已经作出一些努力。建在绝缘材料模制件内的真空室和其它部分与其固定和运动的接头一起直接浇注在环氧树脂的承力外壳中。为了在这里应对裂纹形成，将模制件的材料与添加的石英粉或石英材料粉组成的填充料粉末共同浇注。

这种方法已证实是可靠的。

此外，为了提高外部介电强度将构件浇注在硅酮或聚氨酯或一种调整为“软”的浇注树脂内以及没有填充料粉末。

浇注技术要求真空开关室或置入部分出自于机械的原因在浇注入环氧树脂中前必须借助一种弹性体材料衬垫。对这种材料的要求是：

-高的介电强度

-与真空开关室(或置入部分)良好粘附

-与周围的环氧树脂良好粘附

-足够的弹性以吸收热和机械应力

加这种衬垫的目的是，在制造和使用环氧树脂构件时能吸收在构件内因机械或热收缩引起的应力。

由于如今常用的填充料粉末或填充料粉末混合物高的比重，使构件有比较大的总重量。

当使用硅酮或聚氨酯或一种调整为“软”的浇注树脂而没有填充料粉末时，完成浇注的构件的机械强度是低的和橡胶状的。

发明内容

由此出发，本发明的目的是对此类方法作如下改进，即在保持获得所述优点的同时克服论及的缺点。

提出的目的在按此类型的方法中通过权利要求1特征部分所述特征达到。

在从属权利要求4至16中说明其他有利的设计。

有关此类开关设备方面所提出的目的通过权利要求17特征部分所述特征达到。

在其他从属权利要求中说明按本发明的设备其他有利的设计。

在这里有关方法方面本发明的核心在于，将具有直径尺寸Dx的按统计学分布的球体混合物作为填充料一起加入浇注材料内。通过在环氧树脂内或在塑料内加入球体、玻璃球或玻璃空心球作为填充料，或通过组合球体和填充料粉末，可以使硬化时化学上造成的收缩调整为明显地低于当前在文献中记载的值，而且这还可以导致减小成品构件的膨胀系数。通过按本发明加入一种在颗粒外径方面统计学上的混合物，可以达到更高的充填密度。因此，颗粒或颗粒基体更加稠密或更加密集地分布。其结果是形成一种机械韧性更强的直接浇注物或构件和组件的直接浇注物。

球形填料还提高了硬化后的浇注材料的缺口韧性。

在构件内不可避免地留下的机械收缩应力可以通过充填的浇注树脂以这样的方式吸收，即，使填充料球状地存在于环氧树脂内，其结果是使相应的混合物的机械特征值再次比较明显地提高。

另一种可以独立使用或与上述方法共同使用的方法是相应地使用空心球体。与首先提及的措施相结合，在这里得到一种实心与空心球体的混合物。通过仅仅使用空心球体或通过联合使用空心球体，可以制成比重较小的绝缘体，它可以使今后整个构件有小的总重量。

另一种不过也可以综合上述权利要求按选择看出的方案在于，至少一个开关室制有一个由一种第一浇注材料组成的围铸体，然后与接头一起浇注在一个由至少一种第二浇注材料如硅酮或软环氧树脂或塑料组成的块内。

使用环氧树脂作为第一浇注材料，而使用硅酮或聚氨酯或聚氨酯衍生物或调整为软的环氧树脂作为第二浇注材料。

在这种情况下，现在按另一项有利的设计可以规定，不仅在第一浇注材料内而且在第二浇注材料内加入颗粒。

按有利的设计，球体或空心球体由玻璃或由陶瓷优选由氮化铝陶瓷组成。由此选择了一种适合于使用在电开关设备中的材料。

此外，有利的设计是将充填度调整在50与90％之间。由此在满足机械要求和防止产生裂纹的措施方面获得最佳的结果。

按另一项有利的设计，在球体和/或空心球体混合物中掺合一些其他填充料。

为了更好地润湿玻璃球体或玻璃空心球体，可以在玻璃表面应用在市场上能买到的铸型涂料或底剂。通过不同的填充料粉末在环氧树脂混合物内的一种新型的组合，将来应有可能使置入部分(例如真空开关室或其他金属或非金属的置入部分)即使没有衬垫或有这种衬垫直接用这种环氧树脂混合物围铸。

为了获得最佳结果，首先使用带宽从65微米至120微米的球体或空心球体的外径混合物。

此外，采用外径从40微米至85微米时也能获得最佳结果。

按另一项有利的设计规定，颗粒的平均比重为0.2g/cm³。

按有利的设计规定，颗料的平均比重为0.37g/cm³。

另一些能得到良好的机械和电性能的改进设计如下：

-空心球体有直径达200微米，

-空心球体有效比重在0.1至0.6g/cm³之间，

-实心球体有比重从2.0至7.0g/cm³之间。

上述空心球体的比重是指有效比重，亦即考虑到空腔的每单位体积的重量。

按本发明的设备的特征按相应的方式设计。

另一方面是改善在开关设备内产生热时的热传导。这种热必须从内向外导出，亦即散出。

由此原因，选择那些具有高的单位热导率的材料作为填充料或添加剂。总之，这种材料或用这种材料制成的构件比环氧树脂或另一种塑料本身适用得多。同时，通过按本发明充填颗粒降低了裂纹敏感度以及获得良好的绝缘效果。

首先，与添加剂无关，可以提供一个在硅酮或一个调整为软的环氧树脂外壳内的包封式总浇注物，它一方面围绕开关室以及另一方面围绕接头。

附图说明

在附图内表示和在下面详细说明本发明。其中：

图1电极部分和真空开关室；

图2按图1的构件，已按三相设计；

图3在例如硅酮内具有块状浇注体的设计。

具体实施方式

图1举例表示一个开关设备的一个电极部分。在这里真空开关室1被一种由环氧树脂组成的第一浇注材料10围铸。

作为浇注材料如已论及的那样优选选择一种环氧树脂浇注材料，在权利要求的条文中称为第一浇注材料。现在可按本发明在第一浇注材料中加入所述尺寸的球体或颗粒。与按本发明具有减小裂纹形成危险的效果的同时，导致良好的热传导。为了获得最佳热导率，颗粒或球体优选地由氮化铝组成。氧化铝也是适用的，但AIN热导率大于Al₂O₃的热导率。

图2表示三相交流电开关设备的结构。在这里作为最后的包封材料，亦即作为第二浇注材料20，使用环氧树脂、硅酮或聚氨酯，用第一浇注材料浇注的电极部分连同接头/汇流条2置入其中并且被第二浇注材料20包封/浇注。在这里也可以采用压注法。使用环氧树脂、硅酮或聚氨酯。然后按已说明的方式在其中加入填充料。

在所述的材料内加入填充料，亦即球体、空心球体和其他填充料。选择的颗粒或球体尺寸的统计学上的分布导致高的充填密度。

这意味着现在为了在存在置入部分(例如真空开关室或其他部分)时减小环氧树脂构件的内应力以及为了吸收不可避免的机械应力，使用不同的球体、玻璃球体或玻璃空心球体的组合作为向环氧树脂材料的添加剂。充填度决定了机械和热性能。充填度尤其为50-90％。通过使用玻璃空心球体，显著减小环氧树脂混合物的比重。通过向硅酮或聚氨酯或调整为“软”的浇注树脂添加球体、玻璃球体或玻璃空心球体，增加构件和浇注材料的机械强度。

此外，本发明规定按相应的混合比掺合其他填充料成分的球体，例如石英粉、石英材料粉或硅灰石。

也可以取代环氧树脂使用其他热固性模制材料(例如聚氨酯)。

在这里玻璃空心球体可以互相接触地保持在浇注材料内，所以环氧树脂、硅酮或聚氨酯仅填满玻璃空心球体之间的楔形间隙。热膨胀系数朝玻璃的热膨胀系数的方向减小。

若选择由硅酮或聚氨酯或调整为“软”的浇注树脂组成的系统，则可以通过添加球体、玻璃球体或玻璃空心球体，达到明显增大构件的机械强度。这创造了可能性，未来将这种材料混合物作为结构材料提供用于浇注有要求固定点的有机械应力的绝缘体(构件)。此外，通过加入玻璃空心球体，可以制造具有高机械和介电强度的极“轻”的构件。

在制造绝缘块的固体绝缘时(例如浇注开关设备的所有零部件)，尤其存在这样的问题，即产生的热必须通过绝缘体向外导入周围环境，以保证所浇注的构件的温度不超过最大允许值。目前，为达到这一目的采取的措施是令绝缘体有小的但够用的壁厚或通过安置金属的散热器(在一个位置穿过绝缘体直至达到金属部分或到达金属部分附近)。

在固体绝缘的开关设备中，除开关元件例如电极部分外，存在一系列连接装置和电流接点，它们本身同样必须固体绝缘以及应在连接处通过相应的绝缘元件介电密封。

反之，在优化的容积内装入所有必要的零部件，例如真空开关室作为活化的开关元件、三位开关(必要时作为另一个真空室)、馈电汇流条、转换器和其他零部件。接着在模具内全部装备优选地用硅酮橡胶浇注成一个“块”或一个单元。为了从此形成的块将热流从内部区能向外散出，可以在硅酮中加入陶瓷填充料。填充料可以事先加入硅酮材料内。另一种可能性是例如在真空模内用硅酮浸渍填充料。

通过使用硅酮作为浇注材料存在这种可能性，即围铸有一个绝缘体的整个技术设备，不形成裂纹。

在可能三相的“块”上的连接优选地通过电缆进行，电缆与市场上可买到的各自插头尺寸的插塞连接装置连接。插座固定连接地浇注在“块”内或“块”上。为了提高在开关元件区域内的机械强度，浇注树脂的构件(电极部分等)可以延伸到硅酮材料内，如两个示意图所示。在构件上可以例如从外部安装例如一个相应的驱动装置。其余的部分(馈电汇流条、转换器等)安装在这些零部件之间。在施加相应的粘附媒介质后，便可以制成具有所有需要的零部件的电“密封”块。

在块内部形成的热流可尤其通过由材料AIN组成的填充料(至220W/mk)导向块表面。若将此陶瓷材料有高填充料比例地加入硅酮材料内，则可以显著提高浇注材料的热导率，以及介电特性保持在目前的水平上或得到提高。通过相应地增大表面(加上与周围空气进行对流的筋)或通过在适当的对介电为非关键部位上的冷却元件，可以将热流向外导出。

若填充料例如直接加入围绕零部件的模具内，则可以选择陶瓷零件比较“大”的颗粒直径。也就是说，颗粒尺寸例如在1-10mm范围内，以及优选地有球形以提高制成的块的缺口韧性。这与用预制的浇注材料浇注的情况不同。在这种情况下选择比较细小的颗粒，以便为了后续的加工过程达到足够低的粘性。

为了简化，可以制成一些单块以取代所有零部件处于其中的总块。通过使用单块，在修理的情况下可以提供便于操作和低成本的方案。

图3用透明图表示所有说明的元件安装在例如用硅酮或调整为软环氧树脂的第二浇注材料20的包封的块浇注体内。在这里，不仅开关室1而且接头或汇流条2均与之浇注在一起。通过电极部分1的空间布局，在浇注的块装置内导致块的机械刚性，虽然它用软的第二浇注材料组成。

在如图2的三相设计中，块为了散热通过处于它们之间的板3彼此分开。