Hochbeanspruchte Elektronik effizient isolieren

Zuverlässiger Schutz für Trafos, Zündspulen und Co.

„Isolieren“ bezeichnet das vollständige Umhüllen bzw. Ausgießen von elektronischen Bauteilen mit geeigneten Gießharzen. Neben dem Schutz vor äußeren Einwirkungen trägt dieses Verfahren auch dazu bei, die Funktionalität sowie die mechanischen, thermischen oder elektrischen Eigenschaften der Komponenten zu verbessern und ihre Lebensdauer zu verlängern. Um Blasenfreiheit sicherzustellen, müssen sowohl die Materialaufbereitung und -förderung als auch der Vergussprozess selbst unter Vakuum stattfinden.

Beim Isolieren werden hochbeanspruchte elektronische Bauteile wie Transformatoren, Zündspulen, Drosseln oder Kondensatoren in ihrer Gänze mit Gießharz ausgegossen. Dies dient zum einen dazu, die Wicklungen vor schädlichen Umwelteinflüssen wie Hitze, Feuchtigkeit, Vibrationen oder Verschmutzungen zu schützen und so die Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Bauteile zu erhöhen. Zum anderen lassen sich auf diese Weise auch die Funktionalität und Eigenschaften der Teile verbessern. So sorgen die verwendeten Gießharze je nach Anforderungsprofil für eine höhere mechanische Festigkeit, eine optimierte Wärmeableitung oder eine verbesserte Hochspannungsfestigkeit oder Temperaturwechselbeständigkeit der Komponenten – und damit für eine hohe Zuverlässigkeit im Betrieb. Um die Einbringung von Luftblasen zu vermeiden, welche die elektrischen Eigenschaften der Bauteile beeinträchtigen können, wird in der Regel ein Verguss unter Vakuum gewählt.

Gießharze nach Maß sorgen für optimale Eigenschaften

Wickelgüter sind in der Luft- und Raumfahrt ebenso gebräuchlich wie in der Medizintechnik oder im Militärbereich. Weitere Einsatzgebiete sind die Energietechnik – Stichwort Windkraftanlagen und Photovoltaik –, die Elektro- und Elektronikindustrie sowie die Automobilbranche. Angesichts der steigenden Nutzung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden Wickelgüter auch im Bereich der E-Mobilität immer wichtiger.

Je nach Anwendung und Anforderungen können zur Isolierung dieser Bauteile Materialien mit sehr unterschiedlichen Eigenschaften zum Einsatz kommen. Wichtige Auswahlkriterien stellen hier beispielsweise die Fließfähigkeit, die Art der Aushärtung, der Wärmeausdehnungskoeffizient, der Volumenschrumpf oder die Rissbeständigkeit nach erfolgter Materialvernetzung dar.

Verguss unter Vakuum schützt vor Spannungsdurchschlag und Korrosion

Bei Wickelgütern und Bauteilen mit engen Vergussräumen oder Hinterschneidungen ist der Verguss unter Vakuum oftmals die einzige Möglichkeit, prozesssichere Ergebnisse zu erzielen und eine lange Lebens- und Funktionsdauer der Teile zu gewährleisten. Gerade bei hochfunktionalen oder sicherheitsrelevanten Komponenten können im Vergussmaterial oder in den kleinen Hohlräumen der Drahtwicklungen verbliebene Luftblasen enorme Probleme verursachen. Sie gefährden nicht nur die Hochspannungsfestigkeit, sondern können durch das Einbringen von Feuchtigkeit in das Bauteil auch Korrosion verursachen. Um eine vollständige Blasenfreiheit des Vergusses sicherzustellen, muss der gesamte Aufbereitungs-, Förder- und Dosierprozess unter Vakuum durchgeführt werden.

Mittels Dünnschichtentgasung lässt sich bereits bei der Materialaufbereitung und -förderung jede Spur von gelöster Luft im Vergussmedium entfernen. Ein passendes Rührwerk, welches das verwendete Medium kontinuierlich umwälzt, unterstützt zusätzlich die Entgasung im Vakuumbehälter. Durch die kontinuierliche Rührbewegung steigen im Medium verbliebene Luftblasen nach oben. An der Grenzfläche zwischen Materialoberfläche und Vakuum werden sie schließlich zum Platzen gebracht und somit aus dem Vergussmedium entfernt.

  • Die ideale Lösung für anspruchsvolle Vakuumanwendungen ist die Scheugenpflug A310 Materialaufbereitungs- und Förderanlage. Sie ermöglicht eine prozesssichere Aufbereitung sensibler und feuchtigkeitsempfindlicher Vergussmedien unter Vakuum. Für sehr hohe Anforderungen kann sie optional mit einer Schnellentgasung und einem Feinvakuumsystem ausgestattet werden. 
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Beim eigentlichen Vergussprozess kommt es darauf an, selbst kleinste Luftblasen aus den feinen Drahtwicklungen zu entfernen. Dafür wird die Vergusskammer in einem ersten Schritt unter Vakuum gesetzt und das Bauteil mit dem aufbereiteten Gießharz gefüllt. Ein kurzes Zwischenbelüften bzw. ein kurzzeitiger Druckaufbau sorgt im Anschluss dafür, dass das Vergussmedium entgegen der Oberflächenspannung tiefer in die engen Zwischenräume der Wicklungen gepresst wird. Ein abschließender Deckverguss stellt dann eine gleichmäßige Materialverteilung im Bauteil sicher.

TIPP: Nicht jedes Bauteil ist für eine starke Druckreduzierung geeignet. Während ein Wickelgut weitgehend unempfindlich ist, kann die in einem Kondensator eingekapselte Luft bei äußerem Unterdruck das Bauteil mechanisch schädigen. Deshalb sollte das Vakuum im Vorfeld gezielt auf die jeweilige Aufgabenstellung abgestimmt werden.

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