DE69223452T2

DE69223452T2 - Herstellung von mit thermoplastischem Folienmaterial eingekapseltem Einlagen durch mehrstufiges Formpressen

Info

Publication number: DE69223452T2
Application number: DE69223452T
Authority: DE
Inventors: Lloyd Fox; Lana M Sheer; John Carl Solenberger
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Virginia Tech Foundation Inc
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1998-07-09
Anticipated expiration: 2012-05-16
Also published as: JPH06270175A; DE69223452D1; US5688575A; EP0517016A1; US5419864A; EP0517016B1; CA2068617A1; MX9202238A

Description

HINTERGRUND

Diese Erfindung betrifft Einbettungsteile, insbesondere elektrisch-funktionelle Geräte, wie z.B. Transformatoren, Sensoren, Magnetspulen und Schaltplatten, welche Metall enthalten und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens eingekapselt sind.
Früher wurden Einbettungsteile aus Gründen des Umweltschutzes, der Wärmeleitfähigkeit, der elektrischen Isolierung, der Abschirmung und des Schutzes gegen Chemikalien mit Polymerharzen eingebettet. Eine solche Einkapselung wird üblicherweise durch Extrusions- und Spritzgießverfahren durchgeführt (z.B. US-A- 4 632 798 - Eickman, deren Offenbarung die Präambeln der unabhängigen Ansprüche der vorliegenden Erfindung bilden). Die resultierenden eingekapselten Einbettungsteile werden in manchen Fällen, und besonders wenn die Einbettungsteile elektrischer Natur sind, über längere Zeiträume hinweg Hitze ausgesetzt. Es ist gefunden worden, daß in manchen Fällen die Enkapselungsschicht solcher eingekapselter Geräte während dieser Wärmeeinwirkung oder während der thermischen Wechselbeanspruchung beträchtlich reißen kann. Man glaubt, daß dieses Reißen der Einkapselungsschicht aufgrund von Unterschieden beim Wärmeausdehnungskoeffizienten, Harzschrumpfung oder unangemessenen mechanischen Eigenschaften auftritt, was jeweils durch Faserabrieb in dem Harz und/oder durch Harzabbau, der während der Extrusions- und/oder Spritzgießverfahren auftreten könnte, hervorgerufen werden könnte.
Die US-A-4 891 176 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Platte, wie z.B. eines Kraftfahrzeugpaneels, welches die Harzpreßspritz(RTM)-Technik anwendet. Das Verfahren umfaßt die Stufen des Vorformens einer ersten Glasfasermatte in eine Gestalt, welche der einen Seite des Paneels nahekommt, und, auf ähnliche Weise, des Vorformens einer zweiten Glasfasermatte in eine Gestalt, welche der zweiten Seite des Paneels nahekommt. Ein Urethankern wird zwischen die vorgeformten Matten geschoben, wodurch ein vorgeformtes System gebildet wird. Dieses vorgeformte System wird in eine Form gegeben und ein härtbares Harz in die Form eingespritzt, um das Paneel zu formen.
Die EP-A-0 254 363 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Platte, zum Beispiel eines Kraftfahrzeugpaneels, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß eine vorgefertigte Füllung aus Schaumstoff in einen Formhohlraum zwischen zwei Schichten aus verstärktem Kunststoff gegeben wird, und daß in einem Preßverfahren durch Wärme und Druck die zwei genannten Schichten aus verstärktem Kunststoff miteinander verschweißt werden und dabei den Schaumstoff einschließen.
Die EP-A-0 375 851 lehrt ein eingekapseltes elektrisches oder elektronisches Gerät mit einer ersten Schicht aus elektrisch isolierendem Material, welche dann mit einer anderen Harzschicht, die mit wärmeleitenden Fasern, wie z.B. Kohlefasern auf Mesophasenpechbasis, gefüllt ist, überdeckt wird.
Es war ein Ziel der vorliegenden Erfindung; ein eingekapseltes Einbettungsteil zu entwickeln, bei dem keine starke, vorzugsweise nicht einmal eine leichte sichtbare Rißbildung während der thermischen Wechselbeanspruchung auftritt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß ein solches eingekapseltes Einbettungsteil hergestellt werden konnte. Insbesondere wurde gefunden, daß ein solches Einbettungsteil durch Verwendung von wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes zur Einkapselung des Einbettungsteiles und weiter durch Einkapselung des Einbettungsteiles mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens hergestellt werden konnte.
Jedes beliebige Einbettungsteil kann mittels der hier beschriebenen mehrstufigen Formpreßverfahren unter Verwendung des hier beschriebenen thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt werden. Beispiele für Einbettungsteile, auf welche die vorliegende Erfindung besonders anwendbar ist, sind u.a. elektrisch-funktionelle Geräte, wie z.B. Transformatoren und Teile davon, Magnetspulen, Sensoren und Schaltplatten, und andere Metallgeräte, die über längere Zeiträume hinweg Wärme ausgesetzt sind oder einer thermischen Wechselbeanspruchung unterliegen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Einbettungsteile, welche durch mehrstufige Formpreßverfahren in wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächegebildes eingekapselt sind. Bei dem resultierenden Einbettungsteil tritt während der thermischen Wechselbeanspruchung keine bedeutende sichtbare Rißbildung auf. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Herstellung eingekapselter elektrischer Einbettungsteile, wie z.B. Transformatoren, Magnetspulen, Sensoren, Schaltplatten, und anderer Vorrichtungen, welche über längere Zeiträume hinweg Wärme ausgesetzt sind, geeignet. Die Erfindung betrifft ferner ein mehrstufiges Formpreß verfahren zur Einkapselung eines elektrisch-funktionellen Geräteeinbettungsteiles, welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes, welches aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, eingekapselt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft speziell ein elektrischfunktionelles Geräteeinbettungsteil, welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Materials eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein thermoplastisches Flächengebilde ist und aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, und daß die Einkapselung mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens durchgeführt wird, welches die Stufen umfaßt
(a) Befestigen des Einbettungsteiles an einem oberen Stempel einer Formpreßgesenkvorrichtung, welche eine Form enthält, derart, daß ein Teil des Einbettungsteiles für die Einkapselung freiliegt,
(b) Herabfahren des Stempels in den Hohlraum der Formpreßgesenkvorrichtung, bis das Einbettungsteil in das thermoplastische Flächengebilde hineingezwungen wird, wobei das genannte thermoplastische Flächengebilde in einer ausreichenden Menge auf den Boden der Form gelegt worden ist, um den freiliegenden Teil des Einbettungsteiles einzukapseln, wobei das genannte thermoplastische Flächengebilde auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde erhitzt worden ist,
(c) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.684 kPa auf die Form, bis die Temperatur der Form auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials abgesunken ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa verringert wird,
(d) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a)-(c) für die Teile des Einbettungsteiles, die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil mit dem thermoplastischen Flächengebilde eingekapselt ist, und
(e) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die von dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein elektrischfunktionelles Geräteeinbettungsteil, welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Materials eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein thermoplastisches Flächengebilde ist und aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, und wobei die genannte Einkapselung mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens erfolgt, welches die Stufen umfaßt
(a) Ablegen des Einbettungsteiles auf den Boden des Hohlraumes einer Formpreßgesenkvorrichtung, welche mit einer Form und einem oberen Stempel ausgestattet ist, derart, daß ein Teil des Einbettungsteiles für die Einkapselung freiliegt und der übrige Teil des Einbettungsteiles durch eine oder mehrere Isolierungseinsatzteile vor der Einkapselung geschützt ist,
(b) Ablegen des thermoplastischen Flächengebildes über dem Teil des Einbettungsteiles, der eingekapselt werden soll,
(c) Erhitzen der Form auf leicht unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen polymeren Materials, wobei das genannte thermoplastische Flächengebilde auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde erhitzt worden ist,
(d) Schließen des Formhohlraumes durch Herabfahren des Stempels bis vollständig in den Hohlraum und in die Form,
(e) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.684 kPa auf die Form, während die Formgebungstemperatur auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt wird, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa erniedrigt wird,
(f) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a)-(e) für die Teile des Einbettungsteiles, die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil eingekapselt ist, und
(g) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die aus dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein mehrstufiges Formpreßverfahren zum Einkapseln eines elektrisch-funktionellen Geräteeinbettungsteiles, welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt ist, welches aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, gekennzeichnet durch die Stufen
(a) Befestigen des Einbettungsteiles an einem oberen Stempel einer Formpreßgesenkvorrichtung, die eine Form aufweist, derartf daß ein Teil des Einbettungsteiles für die Einkapselung freiliegt,
(b) Herabfahren des Stempels in den Hohlraum der Formpreßgesenkvorrichtung, bis das Einbettungsteil in das thermoplastische Flächengebilde gezwungen wird, wobei das thermoplastische Flächengebilde in einer ausreichenden Menge auf den Boden der Form gelegt worden ist, so daß der freiliegende Teil des Einbettungsteiles eingekapselt wird, wobei das genannte thermoplastische Flächengebilde auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde erhitzt worden ist,
(c) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.648 kPa auf die Form, bis die Temperatur der Form auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt ist, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa erniedrigt wird,
(d) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a)-(c) für die Teile des Einbettungsteiles, die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil mit dem thermoplastischen Flächengebilde eingekapselt ist, und
(e) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die aus dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein mehrstufiges Formpreßverfahren zum Einkapseln eines elektrisch-funktionellen Geräteeinbettungsteiles, welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt ist, welches aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, gekennzeichnet durch die Stufen
(a) Ablegen des Einbettungsteiles auf den Boden des Hohlraumes einer Formpreßgesenkvorrichtung, die mit einer Form und einem oberen Stempel ausgerüstet ist, derart, daß ein Teil des Einbettungsteiles für die Einkapselung freiliegt und der übrige Teil des Einbettungsteiles durch ein oder mehrere Isolierungseinsatzteile vor der Einkapselung geschützt ist,
(b) Aufbringen des thermoplastischen Flächengebildes über den Teil des Einbettungsteiles, der eingekapselt werden soll,
(c) Erhitzen der Form auf leicht unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen polymeren Materials, wobei das genannte thermoplastische Flächengebilde auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde erhitzt worden ist,
(d) Schließen des Formhohlraumes durch Absenken des Stempels bis vollständig in den Hohlraum und die Form,
(e) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.648 kPa auf die Form, während die Formgebungstemperatur auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt wird, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa erniedrigt wird,
(f) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a)-(e) für die Teile des Einbettungsteiles, die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil eingebettet ist, und
(g) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die aus dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.
Spezielle Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Einbettungsteil mittels der hier beschriebenen mehrstufigen Formpreßverfahren unter Verwendung von wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt.
Das hier verwendete thermoplastische Flächengebilde ist aus einem thermoplastischen polymeren Material und aus Glasfasermaterial hergestellt. Es enthält vorzugsweise 5-55 Gew.-%, besonders bevorzugt 10-50 Gew.-%, des Glasfasermaterials. Die obigen Gewichtsprozente beziehen sich nur auf das Gewicht des thermoplastischen polymeren Materials und des Glasfasermaterials.
Das in dem thermoplastischen Flächengebilde verwendete thermoplastische polymere Material kann in Form von Fasern, Pellets oder Flocken vorliegen. Geeignete thermoplastische polymere Materialien sind u.a. Polyester (vorzugsweise Polyethylenterephthalat), Polyamide, Acrylharze, thermoplastische Elastomere oder Kautschuke (wie z.B. Copolyetherester, wobei ein Beispiel dafür Hytrel ist, das von Du Pont hergestellt wird, und teilweise vernetzte halogenierte Polyolefinlegierungen, welche mit Plastifizierungsmitteln und Stabilisatoren cornpoundiert sind, wobei ein Beispiel dafür Alcryn ist, das von Du Pont hergestellt wird) und Polyolefine (wie z.B. Polypropylen).
Das in dem thermoplastischen Flächengebilde verwendete Glasfasermaterial kann nur aus Glasfasern bestehen oder kann eine Mischung aus Fasern, Flocken oder Kügelchen sein, mit der Maßgabe, daß Glasfaser in dem Glasmaterial vorliegt. Vorzugsweise besteht es nur aus Faser.
Zusätzlich zu dem thermoplastischen polymeren Material und dem Glasfasermaterial kann das thermoplastische Flächengebilde andere Additive, wie z.B. Antioxidantien, Flammverzögerer und/oder Viskositätsverbesserer, enthalten.
Falls es erwünscht ist, daß eine das Einbettungsteil umgebende Einkapselungsschicht elektrisch isolierend ist, dann ist es bevorzugt, daß das Einbettungsteil mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt ist, welches aus Polyethylenterephthalatfaser (ein Beispiel dafür ist Dacron ) hergestellt ist und 5-55 Gew.-%, vorzugsweise 10-50 Gew.-%, Glasfaser enthält.
Falls es erwünscht ist, daß eine das Einbettungsteil umgebende Einkapselungsschicht wärmeleitend ist, dann sollte das Einbettungsteil mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt sein, welches zusätzlich 5-60 Gew.-%, vorzugsweise 10-45 Gew.-%, wenigstens eines wärmeleitenden Materials, wie z.B. Kohlefasern, metallbeschichteten Kohlefasern, Metallpulvern, Metallfasern, Koks, Ruß, Kohlepulver oder Mischungen davon, enthält. Das bevorzugte wärmeleitende thermoplastische Flächengebilde enthält 30-45 Gew.-% Polyethylenterephthalatfaser, 5-35 Gew.-% Glasfaser und etwa 35-50 Gew.-% Kohlefaser, die aus einem Mesophasenpech durch Zentrifugation gesponnen ist (wie es in dem US-Patent 4 861 653 beschrieben ist, welches hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist).
Das thermoplastische Flächengebilde und eine Vorform davon werden wie in der Europäischen Patentanmeldung 0341977, welche der gleichzeitig anhangigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 07/315836 entspricht, die hier durch Bezugnahme mitumfaßt ist, beschrieben hergestellt.
Das Einbettungsteil kann mit einer oder mehreren Schichten gleicher oder verschiedener thermoplastischer Flächengebilde eingekapselt werden. Für elektrische Geräte und insbesondere für Transformatoren wird empfohlen, daß das Einbettungsteil mit wenigstens einer Schicht eines wärmeleitenden thermoplastischen Flächengebildes und wenigstens einer Schicht eines elektrisch isolierenden thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Einkapselung des Einbettungsteiles in dem thermoplastischen Flächengebilde mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens erreicht. In der ersten Stufe wird ein Teil des Einbettungsteiles durch ein Formpreßverfahren eingekapselt, und in den nachfolgenden Stufen werden die anderen Teile des Einbettungsteiles durch ein Formpreßverfahren eingekapselt, bis das gesamte Einbettungsteil eingekapselt ist. Vorzugsweise wird das gesamte Einkapselungsverfahren durch Einkapselung des oberen Teils des Einbettungsteiles und anschließend durch Einkapselung des unteren Teils des Einbettungsteiles in zwei Formpreßschritten abgeschlossen. In Abhängigkeit der Komplexität des einzukapselnden Einbettungsteiles sollte jedoch verstanden werden, daß mehr als zwei Formpreßschritte zur vollständigen Einkapselung notwendig sein können.
Ein Beispiel für das Formpreßverfahren ist genauer mit Bezug auf Figur 1 und Figur 2 beschrieben. Figur 1 zeigt den ersten Teil der Einkapselung eines.Einbettungsteiles, welches ein Transformator ist. In Figur 1 würde das Einbettungsteil (1) (d.h. der Transformator) in den Formhohlraum (2) einer Formpreßgesenkvorrichtung mit einer Form (3) und einem oberen Stempel (4) eingesetzt. Der Teil des Einbettungsteiles, der nicht während des ersten Teils der Einkapselung eingekapselt werden soll, würde durch ein Isolierungseinbettungsteil (5) von dem Formpreßschritt isoliert.
Falls das einzukapselnde Einbettungsteil freiliegende Drähte (7) besitzt, wie im Falle eines Transformators, wird empfohlen, daß die freiliegenden Drähte durch eine als ein Industriestandard verwendete Hülse (8) geschützt werden. Nach Beendigung der ersten Einkapselungsstufe würde die Hülse in Richtung des Stempels abgezogen werden; sie kann durch einen nichtleitenden Drahthalter ersetzt werden, der dazu dienen würde, die Drahtleitungen von sämtlichem leitendem Einkapselungsmaterial zu isolieren. Die umhüllten Drahtleitungen würden dann als Ausgangspunkt für externe elektrische Verbindungen dienen.
Das thermoplastische Flächengebilde (6) (oder eine wie nachstehend diskutierte Vorform davon) würde über den freiliegenden Teil des einzukapselnden Einbettungsteiles gelegt werden. Es sollte genügend Material verwendet werden, um den gesamten freiliegenden Teil des Einbettungsteiles einzukapseln. Das thermoplastische Flächengebilde, oder eine- Vorform davon, würde gegebenenfalls und vorzugsweise in einem externen Ofen auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde erhitzt, bevor es über den einzukapselnden Einbettungsteil gelegt wird. Die Temperatur der Form würde nahe der Schmelztemperatur des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde gehalten. Das einzukapselnde Einbettungsteil wird vorzugsweise nicht vorerwärmt. Die Form würde dann durch Herabfahren des oberen Stempels (4) bis vollständig in den Formhohlraum (2) verschlossen werden, wodurch das thermoplastische Flächengebilde um die freiliegenden Oberflächen des Einbettungsteiles herum gedrückt wird. Der Druck in der Form würde auf 3.447 bis 20.684 kPa (500 bis 3.000 pounds per square inch) erhöht, wobei 3.447 bis 6.095 kPa (500 bis 1.000 pounds per square inch) bevorzugt sind. Die Formtemperatur würde dann auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde abgesenkt, zu welchem Zeitpunkt der Formgebungsdruck auf 0 kPa (0 pounds per square inch) verringert und der obere Stempel über die Form hinaus angehoben werden würde. Die Zeit, die benötigt wird, um diese Einkapselungsstufe abzuschließen, von dem Zeitpunkt an, bei dem das thermoplastische Flächengebilde, oder eine Vorform davon, über das Einbettungsteil gelegt wird, bis zu dem Zeitpunkt, bei dem der obere Stempel angehgben wird, würde etwa 10-20 Minuten betragen.
Anstelle der Verwendung des thermoplastischen Flächengebildes in diesem Zustand, ist es bevorzugt, eine Vorform des thermoplastischen Flächengebildes zu verwenden. Eine Vorform ist bevorzugt, da sie nur 10% bis 20% der Schüttdichte des thermoplastischen Flächengebildes hat. Eine Vorform des thermoplastischen Flächengebildes, welche aus einer Schicht oder, üblicher, aus mehreren Schichten besteht, kann in Form einer flachen Platte hergestellt werden, wobei die genannte Platte entweder teilweise oder vollständig durch Pressen des thermoplastischen Flächengebildes während eines frühe ren Vorgangs verdichtet worden ist. Alternativ kann eine Vorform entweder vollständig oder teilweise in die Form des einzukapselnden Einbettungsteiles geformt werden. In diesem Fall werden solche teilweise oder vollständig ausgeformten Vorformen durch Erhitzen und Pressen des thermoplastischen Flächengebildes in einem früheren Vorgang hergestellt. Ein Beispiel dafür, wie eine Vorform aus einem thermoplastischen Flächengebilde hergestellt wird, findet sich in der oben beschriebenen Europäischen Patentanmeldung 0341977.
Nachdem das Einbettungsteil wie oben für die erste Einkapselungsstufe beschrieben eingekapselt worden ist, würde es anschließend in dem Formhohlraum umgedreht, das Isolierungseinbettungsteil (5) aus der Formpreßgesenkvorrichtung entfernt und durch eines, das an das teilweise eingekapselte Einbettungsteil (5') angepaßt ist, ersetzt und ein weiterer Teil des Einbettungsteiles durch das gleiche oben beschriebene Verfahren eingekapselt werden. Diese zweite Stufe des Einkapselungsverfahrens ist in Figur 2 gezeigt. (Die Strukturen in Figur 2, welche die gleiche Numerierung wie in Figur 1 haben, sollen dieselben Strukturen wie in Figur 1 darstellen.) In Figur 2 ist die erste Einkapselungsstufe durch (6) und die zweite Einkapselungsstufe durch (9) gezeigt.
Der herkömmliche Weg zur Einkapselung eines Einbettungsteiles mittels Formpreßverfahren besteht darin, das Einbettungsteil in den Formhohlraum zu legen, das einkapselnde Material (oder eine Vorform davon) um das Einbettungsteil zu legen, die Form zu schließen und Wärme zuzuführen, bis das Einkapselungsverfahren abgeschlossen ist. Ein solches Verfahren ist annehmbar, es besteht jedoch stets der Wunsch, insbesondere bei elektrischen Geräten, wie z.B. Transformatoren, die Verweilzeit eines Einbettungsteiles in einer heißen Form zu verringern, da möglicherweise die Funktion des Einbettungsteiles gestört wird, wenn es während der Einkapselung übermäßiger Wärme ausgesetzt wird.
Man hat gefunden, daß die Verweilzeit des Einbettungsteiles in der Form während des Einkapselungs/Formpreßschrittes verringert werden kann, indem das in Figur 3 veranschaulichte Verfahren angewandt wird. In Figur 3 würde das einzukapselnde Einbettungsteil (11) an dem Ende eines unbeheizten Stempels (12) einer Formpreßvorrichtung befestigt (anstatt das Einbettungsteil in den Formhohlraum zu geben). Das Einbettungsteil kann zum Beispiel mit Bolzen (13) an dem Stempel befestigt werden. Isolierungseinbettungsteile (14) können an dem Stempel befestigt werden, um die Einkapselung bestimmter Teile des Einbettungsteiles zu verhindern. Das thermoplastische Flächengebilde (15), oder eine Vorform davon, würde vorzugsweise in einem externen Ofen wie oben beschrieben vorerwärmt und auf den Boden des Formhohlraumes (16) gelegt werden. Die Form würde vorzugsweise auf etwas unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde vorerwärmt. Das auf dem unbeheizten oberen Stempel befestigte Einbettungsteil würde dann in die Form (oder eine Vorform davon), welche das thermoplastische Flächengebilde enthält, hinunter gedrückt. Der Formgebungsdruck würde dann auf 3.447 bis 20.684 kPa (500 bis 3.000 pounds per sguare inch) erhöht, wobei 3.447 bis 6.095 kPa (500 bis 1.000 pounds per square inch) bevorzugt sind. Die Formtemperaturwürde dann auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials, welches in dem thermoplastischen Flächengebilde verwendet wird, abgesenkt, und der Formdruck würde auf 0 kPa (0 psi) erniedrigt. Der Stempel würde dann aus dem Formhohlraum herausgezogen, um das teilweise eingekapselte Einbettungsteil zu entnehmen. Andere Teile des Einbettungsteiles würden durch das gleiche Verfahren eingekapselt werden. Durch dieses Verfahren beträgt die Verweilzeit des Einbettungsteiles in der erhitzten Form etwa 1-3 Minuten pro Teil (gegenüber 10-20 Minuten, wenn das Einbettungsteil direkt in die Form gegeben wird und das thermoplastische Flächengebilde über das Einbettungsteil gelegt wird).
Das Einbettungsteil kann durch irgendeines der oben beschriebenen Verfahren mehr als einmal eingekapselt werden. Das Verfahren kann wiederholt werden, um mehrere gleiche oder unterschiedliche Schichten eines thermoplastischen Flächengebildes aufzutragen. Alternativ kann mehr als eine Schicht identischer oder unterschiedlicher thermoplastischer Flächengebilde in einem einzigen Formvorgang aufgetragen werden, indem mehr als eine Schicht gleicher oder unterschiedlicher thermoplastischer Flächengebilde auf das einzukapselnde Einbettungsteil in dem Formhohlraum gelegt wird oder eine Vorform aus mehr als einer Schicht gleicher oder unterschiedlicher thermoplastischer Flächengebilde hergestellt wird.
Da das Einbettungsteil mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens eingekapselt wird, und da der zuerst eingekapselte Teil während nachfolgender Einkapselungennicht wieder geschmolzen wird, kann eine Trennlinie zwischen den verschiedenen Einkapselungs/Formpreßstufen auftreten. Die Trennlinie kann durch Abdichten mit einem elastomeren Material, durch Schweißen mit Ultraschall oder Erhitzen durch Induktion versiegelt werden. Das Versiegeln der Trennlinie ergibt einen Wittörungsschutz und erlaubt ferner, daß die versiegelte Trennlinie als Dehnungsfuge zwischen den eingekapselten Teilen des Transformators dient. Alternativ kann die Form in der Formpreßgesenkvorrichtung so gestaltet sein, daß die Trennlinie zwischen den Einkapselungen die Form einer Zunge und einer Kerbe aufweist, wobei die Zunge die Gestalt eines dünnen Punktes hat, der leicht geschmolzen werden kann und bei der Versiegelung der resultierenden Trennlinie behilflich ist.

BEISPIELE

Die Komponenten der Zusammensetzungen der Beispiele C1-C7 und 1 sind in TABELLE 1 nachstehend angegeben.
Die Zusammensetzungen der Beispiele C1-C7 wurden wie folgt hergestellt: Das PET-Harz wurde bei 100ºC und einem Taupunkt von -18ºC etwa 2 Stunden lang getrocknet. Das PET-Harz wurde mit den anderen in TABELLE 1 aufgeführten Bestandteilen trockenvermischt und anschließend in einem Doppelschneckenextruder mit Zylindertemperatureinstellungen zwischen 260ºC und 300ºC extrudiert. Die Temperatur der aus der Düse austretenden Schmelze lag im Bereich von 280ºC bis 300ºC. Das Endprodukt wurde geschnitten und bei 100ºC und einem Taupunkt von -18ºC etwa 2 Stunden lang getrocknet.
Das thermoplastische Flächengebilde von Beispiel 1 wurde aus 45% PET(Dacron )-Fasern, 10% Glasfasern und 45% der in dem US- Patent 4 861 653 beschriebenen Kohlefasern hergestellt. Das thermoplastische Flächengebilde wurde hergestellt und wie in der Europäischen Patentanmeldung 0341977 angegeben zu einer mehrschichtigen Vorform geformt.
Die Zusammensetzungen der Beispiele C1-C7 wurden verwendet, um einen Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser von 12,7 mm (1/2 Inch), einem Außendurchmesser von 25,4 mm (1 Inch) und einer Länge von 41,3 mm (1-5/8 Inch) einzukapseln. Der Zylinder wurde an seinen Enden und and der äußeren Oberfläche mit einer 1,6-mm(1/16-Inch)- Harzschicht eingekapselt. Die Einkapselung bei den Beispielen C1-C7 wurde durch folgendes Spritzgießverfahren durchgeführt: Die extrudierte Zusammensetzung wurde bei 100ºC und einem Taupunkt von -18ºC etwa 2 Stunden lang getrocknet. Dann wurde sie in eine Standard-Allzweck-Spritzgießmaschine mit stufenweiser Kompression eingetragen. Die Spritzgießmaschine hatte eine Zylindertemperatureinstellung von 260ºC-295ºC, eine Formtemperatureinstellung von 93ºC und einen Spritzdruck von 68,8 bis 110,3 MPa (10 bis 16.000 psi). Die Temperatur der Schmelze betrug 280ºC-300ºC. Jeder eingekapselte Metallzylinder wurde auf etwa 200ºC erwärmt und 3 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Der eingekapselte Metallzylinder wurde dann auf Raumtemperatur abgekühlt und 6 Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Der Zyklus wurde dann 4 weitere Male wiederholt. Der Test wurde als erfolgreich angesehen, wenn am Ende der fünf Zyklen keine sichtbare Rißbildung beobachtet wurde. TABELLE 1 zeigt den Zyklus, bei dem eine Rißbildung bei den mit den Zusammensetzungen der Beispiele C1- C7 eingekapselten Zylindern sichtbar wurde.
Das thermoplastische Flächengebilde von Beispiel 1 wurde verwendet, um ein kreisförmiges Stahleinbettungsteil, welches wie ein Hockey-Puck geformt war, einen Außendurchmesser von 47,7 mm (1- 7/8 Inch) und eine Länge von 25,4 mm (1 Inch) hatte, einzukapseln. Das Einbettungsteil wurde mit einer 4,8-mm(3/16-Inch)-Schicht des oben beschriebenen thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt. Die Einkapselung wurde durch folgendes mehrstufiges Formpreß verfahren erreicht: Die Form einer Standard-Formpreßgesenkvorrichtung wurde auf 250ºC erwärmt. Das thermoplastische Flächengebilde, welches in Gestalt einer Vorform vorlag, wurde in einem externen Ofen auf 270ºC erwärmt und auf den Boden der heißen Form gelegt. Das Stahleinbettungsteil, das nicht erhitzt worden war, wurde in die Form gelegt. Isolierungseinbettungsteile wurden über den oberen Teil des Einbettungsteiles gelegt, so daß nur die untere Hälfte des Einbettungsteiles eingekapselt wird. Das Einbettungsteil wurde in das heiße thermoplastische Flächegebilde gepreßt, wodurch das thermoplastische Flächengebilde nach oben und um das Einbettungsteil herum gedrückt wurde, bis es die Isolierungseinbettungsteile erreichte. Der Formgebungsdruck betrug 6.095 kPa (1.000 psi). Die Form wurde dann auf unter 200ºC abgekühlt, wobei der Druck bei 6.095 kPa (1.000 psi) aufrechterhalten wurde. Als die Temperatur unter 200ºC lag, wurde der Druck auf 0 kPa (0 psi) verringert, die Form zerlegt und das teilweise eingekapselte Einbettungsteil entnommen. Die Form wurde anschließend erneut auf 250ºC erhitzt. Das thermoplastische polymere Flächengebilde, das wiederum in Gestalt einer Vorform vorlag, wurde auf 270ºC erwärmt und in die Form gelegt. Der eingekapselte Teil des teilweise eingekapselten Einbettungsteiles wurde in die Form gelegt, wobei der eingekapselte Teil des Einbettungsteiles als integrales Isolierungseinbettungsteil wirkte. Das Einbettungsteil wurde mit einem Druck von 6.095 kPa (1.000 psi) in das thermoplastische Flächengebilde gepreßt. Das Harz wurde nach oben und um das Einbettungsteil herum gedrückt, bis es die zuvor eingekapselte Oberfläche erreichte. Die Form wurde dann auf 200ºC abgekühlt, der Druck auf kPa (0 psi) verringert, die Form zerlegt und das vollständig eingekapselte Einbettungsteil entnommen.
Der durch mehrstufiges Formpressen eingekapselte Zylinder von Beispiel 1 wurde wie oben beschrieben einer thermischen Wechselbeanspruchung ausgesetzt. Nach 5 Zyklen war keine Rißbildung sichtbar. TABELLE I
PET = Polyethylenterephthalat;
EBAGMA = Terpolymer aus Ethylen-Butylacrylat-Glycidylmethacrylat;
TPA = Oligomer von Terephthalsäure;
(a) = Hergestellt wie in dem US-Patent 4 861 653

Claims

1. Elektrisch-funktionelles Geräteeinbettungsteil (1), welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Materials eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material ein thermoplastisches Flächengebilde (6) ist und aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, und daß die Einkapselung mittels eines mehrstuf igen Formpreß verfahrens durchgeführt wird, welches die Stufen umfaßt

(a) Befestigen des Einbettungsteils (1) an einem oberen Stempel (4) einer Formpreßgesenkvorrichtung, welche eine Form (3) enthält, dereart, daß ein Teil des Einbettungsteils (1) für die Einkapselung freiliegt,

(b) Herabfahren des Stempels (4) in den Hohlraum (2) der Formpreßgesenkvorrichtung bis das Einbettungsteil (1) in das thermoplastische Flächengebilde (6) hineingezwungen wird, wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) in einer ausreichenden Menge auf den Boden der Form (3) gelegt worden ist, um den freiliegenden Teil des Einbettungsteils (1) einzukapseln, wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde (6) erhitzt worden ist,

(c) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.684 kPa auf die Form (3), bis die Temperatur der Form (3) auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials abgesunken ist, wobei zu diesem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa verringert wird,

(d) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a) bis (c) für die Teile des Einbettungsteils (1), die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil mit dem thermoplastischen Flächengebilde (6) eingekapselt ist, und

(e) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die von dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.

2. Elektrisch funktionelles Geräteeinbettungsteil (1), welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Materials (6) eingekapselt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material (6) ein thermoplastisches Flächengebilde (6) ist und aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, und wobei die Einkapselung mittels eines mehrstufigen Formpreßverfahrens erfolgt, welches die Stufen umfaßt

(a) Ablegen des Einbettungsteils (1) auf den Boden des Hohlraumes (2) einer Formpreßgesenkvorrichtung, welche mit einer Form (3) und einem oberen Stempel (4) ausgestattet ist, derart, daß ein Teil des Einbettungsteils (1) für die Einkapselung freiliegt und der übrige Teil des Einbettungsteils (1) durch eine oder mehrere Isolierungseinsatzteile (14) vor der Einkapselung geschützt ist,

(b) Ablegen des thermoplastischen Flächengebildes (6) über dem Teil des Einbettungsteiles (1), der eingekapselt werden soll,

(c) Erhitzen der Form (3) auf leicht unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen polymeren Materials, wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde (6) erhitzt worden ist,

(d) Schließen des Formhohlraumes (2) durch Herabfahren des Stempeis (4) bis vollständig in den Hohlraum (2) und in die Form (3),

(e) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.684 kPa auf die Form (3), während die Formgebungstemperatur auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt wird, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf kPa erniedrigt wird,

(f) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a) bis (e) für die Teile des Einbettungsteiles (1), die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil (1) eingekapselt ist, und

(g) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die aus dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.

3. Einbettungsteil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welches mit mehr als einer Schicht aus dem thermoplastischen Flächengebilde (6) eingekapselt ist.

4. Einbettungsteil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem das thermoplastische Flächengebilde (6) aus Polyethylenterephthalatfaser und Glasfaser aufgebaut ist.

5. Einbettungsteil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem das thermoplastische Flächengebilde (6) aus Polyethylenterephthalatfaser, Glasfasern und Kohlenstofffasern, die aus Mesophasen-Pech zentrifugalgesponnen worden sind, aufgebaut ist.

6. Einbettungsteil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welches mit wenigstens einer Schicht des thermoplastischen Flächengebildes (6) nach Anspruch 4, welches keine Kohlenstoffaser enthält, und mit wenigstens einer Schicht aus dem thermoplastischen Flächengebilde (6) von Anspruch 5 eingekapselt ist.

7. Einbettungsteil (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, welches ein Transformator ist.

8. Mehrstufiges Formpreßverfahren zum Einkapseln eines elektrisch-funktionellen Geräteeinbettungsteiles (1), welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt ist, welches aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt

(a) Befestigen des Einbettungsteiles (1) an einem oberen Stempel (4) einer Formpreßgesenkvorrichtung, die eine Form (3) aufweist, derart, daß ein Teil des Einbettungsteiles (1) für die Einkapselung freiliegt,

(b) Herabfahren des Stempels (4) in den Hohlraum (2) der Formpreßgesenkvorrichtung bis das Einbettungsteil (1) in das thermoplastische Flächengebilde (6) gezwungen wird, wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) in einer ausreichenden Menge auf den Boden der Form (3) gelegt worden ist, so daß der freiliegende Teil des Einbettungsteiles (1) eingekapselt wird, wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde (6) erhitzt worden ist,

(c) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.648 kPa auf die Form (3) bis die Temperatur der Form (3) auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt ist, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf 0 kPa erniedrigt wird,

(d) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a) bis (c) für die Teile des Einbettungsteiles (1), die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil mit dem thermoplastischen Flächengebilde (6) eingekapselt ist, und

(e) gegebenenfalls Versiegeln irgendeiner Trennlinie, die aus dem mehrstufigen Formpreßverfahren herrührt, indem mit einem elastomeren Material abgedichtet, mit Ultraschall geschweißt oder durch Induktion erhitzt wird.

9. Mehrstufiges Formpreßverfahren zum Einkapseln eines elektrisch-funktionellen Geräteeinbettungsteiles (1), welches Metall enthält und mit wenigstens einer Schicht eines thermoplastischen Flächengebildes eingekapselt ist, welches aus einem thermoplastischen polymeren Material und einem Glasfasermaterial besteht, wobei das Verfahren die Stufen umfaßt

(a) Ablegen des Einbettungsteiles (1) auf den Boden des Hohlraumes (2) einer Formpreßgesenkvorrichtung, die mit einer Form (3) und einem oberen Stempel (4) ausgerüstet ist, derart, daß ein Teil des Einbettungsteiles (1) für die Einkapselung freiliegt und der übrige Teil des Einbettungsteiles (1) durch ein oder mehrere Isolierungseinsatzteile (14) vor der Einkapselung geschützt ist,

(b) Aufbringen des thermoplastischen Flächengebildes (6) über den Teil des Einbettungsteiles (1), der eingekapselt werden soll,

(c) Erhitzen der Form (3) auf leicht unterhalb der Schmelztemperatur des thermoplastischen polymeren Materials (6), wobei das thermoplastische Flächengebilde (6) auf oberhalb des Schmelzpunktes, jedoch unterhalb des Abbaupunktes des thermoplastischen polymeren Materials in dem thermoplastischen Flächengebilde (6) erhitzt worden ist,

(d) Schließen des Formhohlraumes (2) durch Absenken des Stempels (4) bis vollständig in den Hohlraum (2) und die Form (3),

(e) Aufbringen eines Druckes von 3.447 bis 20.648 kPa auf die Form (3), während die Formgebungstemperatur auf unterhalb des Schmelzpunktes des thermoplastischen polymeren Materials erniedrigt wird, zu welchem Zeitpunkt der Druck auf kPa erniedrigt wird,

(f) Wiederholen des Verfahrens der Stufen (a) bis (e) für die Teile des Einbettungsteiles (1), die nicht eingekapselt sind, bis das gesamte Einbettungsteil (1) eingebettet ist, und

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem die Form (3) so gestaltet ist, daß jede Trennlinie an dem Einbettungsteil, welche von den mehrstufigen Formpressungen herrührt, die Form einer Zunge oder einer Kerbe aufweist, wobei die Zunge die Gestalt eines dünnen Punktes hat.