Verguss von Elektrogeräten und Kabelmuffen mit Polyurethanen

Verguss von Elektrogeräten und Kabelmuffen mit Polyurethanen

In elektrischen und elektronischen Bauelementen wie Transformatoren, Schaltern, Kabelverbindungsmuffen, Sensoren und Platinen werden zur Anhebung des Eigenschaftsniveaus Hohlräume mit Vergussmassen ausgefüllt. Neben verbesserter Isolation wird gleichzeitig Schutz gegenüber Feuchtigkeit, mechanischen und chemischen Einflüssen sowie unbefugten Eingriffen in die Geräte erreicht. Polyurethan(PUR)-Produkte  gewinnen bei diesen Anwendungen immer mehr Terrain, da sie ein wesentlich breiteres Eigenschaftsprofil als Epoxid(EP)-Produkte, Silikone oder Bitumenmassen bieten.

Diese Zweikomponenten-Vergussmassen müssen zusätzlich zu den bereits ange- sprochenen Eigenschaften ein großes Haftungsspektrum und ein hohes Niveau der rheologischen Eigenschaften aufweisen.

Häufig ist ein sehr großer Entwicklungsaufwand erforderlich, um alle diese Eigenschaften entsprechend dem Anforderungsprofil der jeweiligen Anwendung einzustellen. Große Bedeutung kommt hier der thermischen Ausdehnung zu. Elastische Vergussmassen können infolge ihrer großen Wärmeausdehnungskoeffizienten unterschiedliche Aus- dehnungen der Bauteilbestandteile bei Temperaturveränderung ausgleichen. Dabei besteht allerdings die Gefahr, dass als Folge der Ausdehnung mechanisch anfällige Strukturen zerstört werden können.

Derartige Phänomene lassen sich durch Übergang zu engmaschiger vernetzten Produkten mit kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten reduzieren. Weitere Modi- fizierungen sind mit Füllstoffen möglich. Besonders effektiv kann das Ausdeh- nungsverhalten der Vergussmassen mit Mikrohohlkugel verringert werden. So hat man fexibilisierte Produkte z. B. für Sensoren von Kraftfahrzeugen entwickelt, die bei Temperaturschock-Beanspruchung mit Temperaturunterschieden von mehr als 100°C sehr gute Ergebnisse zeigen und Erschütterungen sowie Vibrationen standhalten.

Die obere Dauergebrauchstemperatur von PUR-Vergussmassen liegt bei 100°C. PUR-Produkte sind aber auch bei Temperaturen  unter -160°C  anwendbar. Um vielen Anforde- rungen in diesen großen Temperaturbereich nachzukommen, wird im Unterschied zu PUR-Klebstoffen und -Vergussmassen für  Filter  bei Elektrovergussmassen sehr häufig Quarzmehl als Füllstoff eingesetzt. Damit erreicht man nicht nur geringe Wärme- ausdehnungskoeffizienten sondern auch hohe Wärmeleitfähigkeiten, die wiederum hohe Wärmeformbeständigkeiten bewirken.

Das verlangte Fließverhalten der Vergussmassen und die erforderlichen physiko-mechanischen und elektrischen Eigenschaften stehen sich häufig konträr gegenüber. Es liegt aber heute so viel Erfahrungsmaterial bei den Entwicklern vor, dass nahezu optimal fließende Produkte mit speziellen Füllstoffen und viskositätserniedrigenden Zusatzstoffen mit dem benötigten Niveau der übrigen Eigenschaften realisierbar sind.

Türüberwachungsanlage

Abbildung: Verguss des Elektonikteils einer Türüberwachungsanlage

Eine andere Forderung an die Vergussmassen ist Medienbeständigkeit. PUR-Produkte zeigen gegenüber Öl und reinen Kohlenwasserstoffen gute Beständigkeit. Bei Einwirkung von sauren und basischen Medien sind Produkte auf Polyetherbasis zu bevorzugen.  

Die wichtigsten Kenngrößen für das elektrische Verhalten bilden Durchschlagfestigkeit, Durchgangswiderstand, dielektrischer Verlustfaktor und Dielelektrizitätszahl. Mit Quarz- mehl- und Mikrohohlkugeln gefüllte Vergussmassen zeigen sich auch bei diesen Werten ungefüllten und mit üblichen Füllstoffen formulierten Produkten überlegen.

Quarzmehl ist im Unterschied zu dem sonst gebräuchlichen Calcium- und Calcium-Magnesium-Carbonat ein abrasiver Füllstoff. Mit abrasionsbeständigen Kolbenpumpen und statischen Durchlaufmischern lassen sich diese Materialien aber dosieren und mischen. Zur Vermeidung von Blasen im Verguss erfolgt vor der Dosierung eine Evakuierung der Komponenten. Wird mit geschlossenen Formen gearbeitet, fördert man das Material unter Druck in die Formen und gleicht den härtungsbedingten Volumenschwund durch Nachförderung aus. Diese Verarbeitungsweise wird auch als Spritzgießen bezeichnet.  

Schaltelektronik

Schaltelektronik von Waschmachinen (Verguss mit transparenten PUR zum Schutz gegen Feuchtigkeit und Insekten)

Bei Anwendung auf Baustellen, z.B. bei dem Verguss von Kabelverbindungsmuffen, werden solche Produkte elegant aus Doppelkammerbeuteln verarbeitet. Ein solcher Kammerbeutel ist ein Schlauch aus Verbundfolie, der mechanisch mit einer Klam- mertechnik unter Berücksichtigung des Mischungsverhältnisses in 2 Kammern geteilt wird, die nach Einfüllen der Komponenten zugeschweißt werden. Die Klammer besteht aus einem U-Profil und einem Rundstab. Mit diesem Stab drückt man den Folienschlauch über die gesamte Breite in das U-Profil und hat damit eine leicht lösbare Sperrvorrichtung zwischen den Komponenten. Nach Entfernen von Stab und Profil werden Harz und Härter durch Walken vermischt. Unterschiedliche Farben der Komponenten erleichtern hierbei eine Kontrolle des Mischvorgangs.

Doppelkammerbeutel 1 OLYMPUS DIGITAL CAMERA
Entfernung der Klammer bei einem Doppelkammerbeutel Verguss einer Kabelverbindungsmuffe aus einem                          Doppelkammerbeutel

Einen großen Vorteil bringen PUR-Vergussmassen durch die Möglichkeit der Einführung einfacher Gehäuse. Bei Kabelverbindungsmuffen können Gusseisen- durch Plastgehäuse ersetzt werden. Das ist möglich, da die PUR-Vergussmassen im Vergleich zu den früher eingesetzten Bitumenmassen eine verstärkende Wirkung auf die Konstruktion ausüben. Bei  der Transformatorenherstellung  wurden in ähnlicher Weise sehr einfache Gehäuse eingeführt. Man geht hier sogar noch einen Schritt weiter, indem man die Geräteteile in Metallformen ohne Gehäuse vergießt, so dass die Vergussmasse die Gehäusefunktion mit übernehmen muss. 

Dr. Lothar Thiele