專利名稱：制造用于低壓、中壓和高壓技術開關設備的模制件的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種按權利要求1、2、3和17所述制造用于低壓、中壓和高壓技術開關設備絕緣材料模制件的方法以及開關設備本身。
背景技術：
對于在上述開關設備中的構件提出了最高的要求。除了需要介電特性外，同時重視機械性能，如抗彎強度、耐沖擊強度和形成裂紋的傾向等。
以往這方面的經驗表明，此類開關設備中在環(huán)氧樹脂構件和用其他絕緣材料制的構件內有形成局部(in Punkto)裂紋的可能性。
無論如何應避免發(fā)生這種情況。為此在過去已經作出一些努力。建在絕緣材料模制件內的真空室和其它部分與其固定和運動的接頭一起直接澆注在環(huán)氧樹脂的承力外殼中。為了在這里應對裂紋形成，將模制件的材料與添加的石英粉或石英材料粉組成的填充料粉末共同澆注。
這種方法已證實是可靠的。
此外，為了提高外部介電強度將構件澆注在硅酮或聚氨酯或一種調整為“軟”的澆注樹脂內以及沒有填充料粉末。
澆注技術要求真空開關室或置入部分出自于機械的原因在澆注入環(huán)氧樹脂中前必須借助一種彈性體材料襯墊。對這種材料的要求是-高的介電強度-與真空開關室(或置入部分)良好粘附-與周圍的環(huán)氧樹脂良好粘附-足夠的彈性以吸收熱和機械應力加這種襯墊的目的是，在制造和使用環(huán)氧樹脂構件時能吸收在構件內因機械或熱收縮引起的應力。
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，使構件有比較大的總重量。
當使用硅酮或聚氨酯或一種調整為“軟”的澆注樹脂而沒有填充料粉末時，完成澆注的構件的機械強度是低的和橡膠狀的。

發(fā)明內容
由此出發(fā)，本發(fā)明的目的是對此類方法作如下改進，即在保持獲得所述優(yōu)點的同時克服論及的缺點。
提出的目的在按此類型的方法中通過權利要求1特征部分所述特征達到。
在從屬權利要求4至16中說明其他有利的設計。
有關此類開關設備方面所提出的目的通過權利要求17特征部分所述特征達到。
在其他從屬權利要求中說明按本發(fā)明的設備其他有利的設計。
在這里有關方法方面本發(fā)明的核心在于，將具有直徑尺寸Dx的按統(tǒng)計學分布的球體混合物作為填充料一起加入澆注材料內。通過在環(huán)氧樹脂內或在塑料內加入球體、玻璃球或玻璃空心球作為填充料，或通過組合球體和填充料粉末，可以使硬化時化學上造成的收縮調整為明顯地低于當前在文獻中記載的值，而且這還可以導致減小成品構件的膨脹系數(shù)。通過按本發(fā)明加入一種在顆粒外徑方面統(tǒng)計學上的混合物，可以達到更高的充填密度。因此，顆?；蝾w粒基體更加稠密或更加密集地分布。其結果是形成一種機械韌性更強的直接澆注物或構件和組件的直接澆注物。
球形填料還提高了硬化后的澆注材料的缺口韌性。
在構件內不可避免地留下的機械收縮應力可以通過充填的澆注樹脂以這樣的方式吸收，即，使填充料球狀地存在于環(huán)氧樹脂內，其結果是使相應的混合物的機械特征值再次比較明顯地提高。
另一種可以獨立使用或與上述方法共同使用的方法是相應地使用空心球體。與首先提及的措施相結合，在這里得到一種實心與空心球體的混合物。通過僅僅使用空心球體或通過聯(lián)合使用空心球體，可以制成比重較小的絕緣體，它可以使今后整個構件有小的總重量。
另一種不過也可以綜合上述權利要求按選擇看出的方案在于，至少一個開關室制有一個由一種第一澆注材料組成的圍鑄體，然后與接頭一起澆注在一個由至少一種第二澆注材料如硅酮或軟環(huán)氧樹脂或塑料組成的塊內。
使用環(huán)氧樹脂作為第一澆注材料，而使用硅酮或聚氨酯或聚氨酯衍生物或調整為軟的環(huán)氧樹脂作為第二澆注材料。
在這種情況下，現(xiàn)在按另一項有利的設計可以規(guī)定，不僅在第一澆注材料內而且在第二澆注材料內加入顆粒。
按有利的設計，球體或空心球體由玻璃或由陶瓷優(yōu)選由氮化鋁陶瓷組成。由此選擇了一種適合于使用在電開關設備中的材料。
此外，有利的設計是將充填度調整在50與90％之間。由此在滿足機械要求和防止產生裂紋的措施方面獲得最佳的結果。
按另一項有利的設計，在球體和/或空心球體混合物中摻合一些其他填充料。
為了更好地潤濕玻璃球體或玻璃空心球體，可以在玻璃表面應用在市場上能買到的鑄型涂料或底劑。通過不同的填充料粉末在環(huán)氧樹脂混合物內的一種新型的組合，將來應有可能使置入部分(例如真空開關室或其他金屬或非金屬的置入部分)即使沒有襯墊或有這種襯墊直接用這種環(huán)氧樹脂混合物圍鑄。
為了獲得最佳結果，首先使用帶寬從65微米至120微米的球體或空心球體的外徑混合物。
此外，采用外徑從40微米至85微米時也能獲得最佳結果。
按另一項有利的設計規(guī)定，顆粒的平均比重為0.2g/cm3。
按有利的設計規(guī)定，顆料的平均比重為0.37g/cm3。
另一些能得到良好的機械和電性能的改進設計如下-空心球體有直徑達200微米，-空心球體有效比重在0.1至0.6g/cm3之間，
-實心球體有比重從2.0至7.0g/cm3之間。
上述空心球體的比重是指有效比重，亦即考慮到空腔的每單位體積的重量。
按本發(fā)明的設備的特征按相應的方式設計。
另一方面是改善在開關設備內產生熱時的熱傳導。這種熱必須從內向外導出，亦即散出。
由此原因，選擇那些具有高的單位熱導率的材料作為填充料或添加劑?？傊@種材料或用這種材料制成的構件比環(huán)氧樹脂或另一種塑料本身適用得多。同時，通過按本發(fā)明充填顆粒降低了裂紋敏感度以及獲得良好的絕緣效果。
首先，與添加劑無關，可以提供一個在硅酮或一個調整為軟的環(huán)氧樹脂外殼內的包封式總澆注物，它一方面圍繞開關室以及另一方面圍繞接頭。


在附圖內表示和在下面詳細說明本發(fā)明。其中圖1電極部分和真空開關室；圖2按圖1的構件，已按三相設計；圖3在例如硅酮內具有塊狀澆注體的設計。
具體實施例方式
圖1舉例表示一個開關設備的一個電極部分。在這里真空開關室1被一種由環(huán)氧樹脂組成的第一澆注材料10圍鑄。
作為澆注材料如已論及的那樣優(yōu)選選擇一種環(huán)氧樹脂澆注材料，在權利要求的條文中稱為第一澆注材料。現(xiàn)在可按本發(fā)明在第一澆注材料中加入所述尺寸的球體或顆粒。與按本發(fā)明具有減小裂紋形成危險的效果的同時，導致良好的熱傳導。為了獲得最佳熱導率，顆?；蚯蝮w優(yōu)選地由氮化鋁組成。氧化鋁也是適用的，但AIN熱導率大于Al2O3的熱導率。
圖2表示三相交流電開關設備的結構。在這里作為最后的包封材料，亦即作為第二澆注材料20，使用環(huán)氧樹脂、硅酮或聚氨酯，用第一澆注材料澆注的電極部分連同接頭/匯流條2置入其中并且被第二澆注材料20包封/澆注。在這里也可以采用壓注法。使用環(huán)氧樹脂、硅酮或聚氨酯。然后按已說明的方式在其中加入填充料。
在所述的材料內加入填充料，亦即球體、空心球體和其他填充料。選擇的顆粒或球體尺寸的統(tǒng)計學上的分布導致高的充填密度。
這意味著現(xiàn)在為了在存在置入部分(例如真空開關室或其他部分)時減小環(huán)氧樹脂構件的內應力以及為了吸收不可避免的機械應力，使用不同的球體、玻璃球體或玻璃空心球體的組合作為向環(huán)氧樹脂材料的添加劑。充填度決定了機械和熱性能。充填度尤其為50-90％。通過使用玻璃空心球體，顯著減小環(huán)氧樹脂混合物的比重。通過向硅酮或聚氨酯或調整為“軟”的澆注樹脂添加球體、玻璃球體或玻璃空心球體，增加構件和澆注材料的機械強度。
此外，本發(fā)明規(guī)定按相應的混合比摻合其他填充料成分的球體，例如石英粉、石英材料粉或硅灰石。
也可以取代環(huán)氧樹脂使用其他熱固性模制材料(例如聚氨酯)。
在這里玻璃空心球體可以互相接觸地保持在澆注材料內，所以環(huán)氧樹脂、硅酮或聚氨酯僅填滿玻璃空心球體之間的楔形間隙。熱膨脹系數(shù)朝玻璃的熱膨脹系數(shù)的方向減小。
若選擇由硅酮或聚氨酯或調整為“軟”的澆注樹脂組成的系統(tǒng)，則可以通過添加球體、玻璃球體或玻璃空心球體，達到明顯增大構件的機械強度。這創(chuàng)造了可能性，未來將這種材料混合物作為結構材料提供用于澆注有要求固定點的有機械應力的絕緣體(構件)。此外，通過加入玻璃空心球體，可以制造具有高機械和介電強度的極“輕”的構件。
在制造絕緣塊的固體絕緣時(例如澆注開關設備的所有零部件)，尤其存在這樣的問題，即產生的熱必須通過絕緣體向外導入周圍環(huán)境，以保證所澆注的構件的溫度不超過最大允許值。目前，為達到這一目的采取的措施是令絕緣體有小的但夠用的壁厚或通過安置金屬的散熱器(在一個位置穿過絕緣體直至達到金屬部分或到達金屬部分附近)。
在固體絕緣的開關設備中，除開關元件例如電極部分外，存在一系列連接裝置和電流接點，它們本身同樣必須固體絕緣以及應在連接處通過相應的絕緣元件介電密封。
反之，在優(yōu)化的容積內裝入所有必要的零部件，例如真空開關室作為活化的開關元件、三位開關(必要時作為另一個真空室)、饋電匯流條、轉換器和其他零部件。接著在模具內全部裝備優(yōu)選地用硅酮橡膠澆注成一個“塊”或一個單元。為了從此形成的塊將熱流從內部區(qū)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內。另一種可能性是例如在真空模內用硅酮浸漬填充料。
通過使用硅酮作為澆注材料存在這種可能性，即圍鑄有一個絕緣體的整個技術設備，不形成裂紋。
在可能三相的“塊”上的連接優(yōu)選地通過電纜進行，電纜與市場上可買到的各自插頭尺寸的插塞連接裝置連接。插座固定連接地澆注在“塊”內或“塊”上。為了提高在開關元件區(qū)域內的機械強度，澆注樹脂的構件(電極部分等)可以延伸到硅酮材料內，如兩個示意圖所示。在構件上可以例如從外部安裝例如一個相應的驅動裝置。其余的部分(饋電匯流條、轉換器等)安裝在這些零部件之間。在施加相應的粘附媒介質后，便可以制成具有所有需要的零部件的電“密封”塊。
在塊內部形成的熱流可尤其通過由材料AIN組成的填充料(至220W/mk)導向塊表面。若將此陶瓷材料有高填充料比例地加入硅酮材料內，則可以顯著提高澆注材料的熱導率，以及介電特性保持在目前的水平上或得到提高。通過相應地增大表面(加上與周圍空氣進行對流的筋)或通過在適當?shù)膶殡姙榉顷P鍵部位上的冷卻元件，可以將熱流向外導出。
若填充料例如直接加入圍繞零部件的模具內，則可以選擇陶瓷零件比較“大”的顆粒直徑。也就是說，顆粒尺寸例如在1-10mm范圍內，以及優(yōu)選地有球形以提高制成的塊的缺口韌性。這與用預制的澆注材料澆注的情況不同。在這種情況下選擇比較細小的顆粒，以便為了后續(xù)的加工過程達到足夠低的粘性。
為了簡化，可以制成一些單塊以取代所有零部件處于其中的總塊。通過使用單塊，在修理的情況下可以提供便于操作和低成本的方案。
圖3用透明圖表示所有說明的元件安裝在例如用硅酮或調整為軟環(huán)氧樹脂的第二澆注材料20的包封的塊澆注體內。在這里，不僅開關室1而且接頭或匯流條2均與之澆注在一起。通過電極部分1的空間布局，在澆注的塊裝置內導致塊的機械剛性，雖然它用軟的第二澆注材料組成。
在如圖2的三相設計中，塊為了散熱通過處于它們之間的板3彼此分開。
權利要求
1.制造用于低壓、中壓和高壓技術開關設備的模制件的方法，其特征為將一種具有預定的直徑尺寸Dx分布的球體混合物加入到澆注材料內，繼而直接澆注出構件。
2.尤其按照權利要求1所述制造用于低壓、中壓和高壓技術開關設備模制件的方法，其特征為將一種具有預定的外徑尺寸Dx分布的空心球體混合物加入到澆注材料內。
3.尤其按照權利要求1和/或2所述制造低壓、中壓和高壓技術開關設備的方法，其特征為至少一個開關室制有一個由一種第一澆注材料組成的圍鑄體，然后與接頭一起澆注在一個由至少一種第二澆注材料如硅酮或軟環(huán)氧樹脂或塑料組成的塊內。
4.按照權利要求1、2或3所述的方法，其特征為使用環(huán)氧樹脂作為第一澆注材料，而使用硅酮或聚氨酯或聚氨酯衍生物作為第二澆注材料。
5.按照權利要求4所述的方法，其特征為在第一和/或第二澆注材料內加入顆粒。
6.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為球體或空心球體由玻璃組成。
7.按照權利要求1、2或3所述的方法，其特征為球體或空心球體由陶瓷優(yōu)選由氮化鋁組成。
8.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為充填度調整在50％與90％之間。
9.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為在球體和/或空心球體混合物中摻合一些形式上為小顆粒的其他填充料。
10.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為其他填充料是石英粉或石英材料粉。
11.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為球體或空心球體或顆粒的外徑具有從0.01mm至10mm的帶寬。
12.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為球體、空心球體或顆粒具有0.2g/cm3的平均比重。
13.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為球體、空心球體或顆粒具有0.37g/cm3的平均比重。
14.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為空心球體具有達200微米的直徑。
15.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為空心球體具有在0.1至0.6g/cm3之間的有效比重。
16.按照前列諸權利要求之一所述的方法，其特征為實心球體具有從2.0至7.0g/cm3的比重。
17.具有澆注的模制件的低壓、中壓和高壓技術的開關設備，其特征為具有預定的直徑尺寸Dx分布的球體和/或空心球體和/或顆粒的混合物被加入到第一澆注材料內，繼而直接澆注出模制件，并且，開關設備的模制件由電絕緣的材料組成。
18.具有澆注的模制件的低壓、中壓和高壓技術的開關設備，其特征為圍鑄的模制件置入其中或由其進行再次澆注的第二澆注材料由電絕緣材料組成，如硅酮或環(huán)氧樹脂或聚氨酯。
19.按照權利要求17或18所述的開關設備，其特征為至少一個開關室制有一個由一種第一澆注材料組成的圍鑄體，然后與接頭一起澆注在一個由至少一種第二澆注材料如硅酮或軟環(huán)氧樹脂或塑料組成的塊內。
20.按照權利要求17至19之一所述的開關設備，其特征為使用環(huán)氧樹脂作為第一澆注材料，而使用硅酮或聚氨酯或聚氨酯衍生物作為第二澆注材料。
21.按照權利要求20所述的開關設備，其特征為在第一和/或第二澆注材料內加入所述的顆?；蚯蝮w。
22.按照權利要求21所述的開關設備，其特征為球體或空心球體由玻璃或陶瓷組成。
23.按照權利要求17至22之一所述的開關設備，其特征為球體或空心球體由氮化鋁陶瓷組成。
24.按照前列諸權利要求17至22之一所述的開關設備，其特征為用于三相交流電每個相的開關設備模制件或構件分別澆注成一個密封的塊。
25.按照權利要求24所述的開關設備，其特征為各自的塊制有一些散熱的連接元件(2)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種按照權利要求1、2、3和17前序部分所述制造用于低壓、中壓和高壓技術開關設備的模制件的方法以及開關設備本身。為了在獲得所述優(yōu)點的同時克服上述缺點，按本發(fā)明建議，將具有預定的直徑尺寸Dx分布的球體混合物加入到澆注材料內，繼而直接澆注出構件。
文檔編號H01B3/30GK1799110SQ200480015156
公開日2006年7月5日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權日2003年4月8日
發(fā)明者D·根奇 申請人:Abb技術股份公司