CZ20022238A3

CZ20022238A3 - Způsob výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů

Info

Publication number: CZ20022238A3
Application number: CZ20022238A
Authority: CZ
Inventors: Johann Nienburg; Thomas Baumann; Jörg Sopka
Original assignee: Alstom (Schweiz) Ag
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 2000-12-21
Publication date: 2003-02-12
Also published as: KR20020077372A; DE19963491A1; US7052569B2; EP1243063A1; ATE319215T1; RU2002120490A; CN100350724C; DE50012326D1; AU1980101A; WO2001048895A1; US20030113441A1; EP1243063B1; CN1437786A; JP2003518906A

Description

Způsob výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů, s kroky, montáž vodičů nebo svazku vodičů, které se mají opatřit povlakem, na otáčecí a přidržovací zařízení, nanášení izolace s požadovaným profilem tloušťky vrstvy na předehřátý vodič nebo svazek vodičů pomocí rozprašovací pistole uspořádané na seřiditelné procesní jednotce a následné vytvrzení nanesené vrstvy.

Vynález se týká způsobu výroby vodičů nebo svazků vodičů, které se používají u rotačních strojů, například ve formě statorových cívek, Roebelových tyčí a budicích vodičů.

Dosavadní stav techniky

Obvykle se v oblasti izolace vodičů nebo svazků vodičů rotačních elektrických strojů používají různé způsoby.

U jednoho způsobu se pásy sestávající z nosiče ze sklených vláken a slídového papíru ve vrstvách spirálově navíjejí na statorový vodič, dokud není dosaženo požadované tloušťky izolace. Následnou impregnací v epoxidové pryskyřici se z takto vzniklého smotku izolace odstraní zbytkový vzduch a vrstvy pásů se slepí Vytvrzením ve vhodné formě získá izolace svou konečný tvar. V závislosti na podmínkách výroby jsou destičky slídy u tohoto způsobu orientovány ve směru pásů, takže v hotové izolaci z toho vyplývá orientace slídových destiček rovnoběžná s povrchem vodiče. U takzvané

I · fc · · · * · .fc fc.......* ·· ··*· techniky „bohatá pryskyřice“ je do pásu přimíchána epoxidová pryskyřice ve stavu B, která se zpevňuje lisováním tyčí za tepla.

Podle dalšího způsobu, známého ze spisu EP 0 660 336 A2, se statorový vodič ovíjí pásy, sestávajícími z termoplastického plastu, plněného slídou. Zpevnění a tvarování se zde provádí lisováním ovinutého statorového vodiče za tepla, přičemž dochází k vypuzování vzduchu, natavení termoplastu a slepení navinutých vrstev. Také u tohoto způsobu jsou slídové destičky orientovány rovnoběžně s povrchem vodiče. U žádného ze způsobů však nedochází k úplnému vytlačení vzduchu. Zůstávají vzduchem naplněné štěrbiny a díry, ve kterých při zatížení napětím dochází k dílčím výbojům v oblasti nC a výše.

Izolace statorových vodičů se může konečně provádět také vytlačováním s použitím termoplastů bez plnicích látek, to znamená také bez slídy, jak je popsáno v US patentovém spisu č. 5 650 03 1.

Izolované vodiče rotačních elektrických strojů, jsou však nyní většinou skutečně komplexními soustavami ve formě tyčí nebo cívek. Rovná část vodiče se nachází v drážce statoru stroje. Ohnutá část vodiče přitom tvoří po příslušném spojení se sousedními tyčemi a cívkami čelo vinutí, které na obou koncích ze statoru vyčnívá. Délka rovných částí může přitom u velkých rotačních strojů přesáhnout 6 m. Problematické dosud je, že izolace a vodič mají obvykle rozdílné součinitele a tepelné roztažnosti, které mohou díky tepelným pnutím časem vést k defektům v izolaci, a že při výrobě izolace vznikají závady, například vzduchové bublinky. Na místech závad může docházet k dílčím výbojům, které vedou k poškození izolace. Rovněž v tomto případě jsou naprosto běžné aktivity dílčích výbojů v oblasti 100 nC.

·*#· ·*· ··· ··· ·* ····

Bezpečný provoz izolace strojů je vzhledem k těmto aktivitám dílčích výbojů dosud možný jen díky bariérovému účinku slídových destiček, orientovaných kolmo ke směru pole. Tím se zabraňuje vytváření průrazových kanálků z dutých prostorů. Za horní hranici trvalé přípustné provozní intenzity pole se přitom obecně pokládá 2,5 až 2,75 kV/mm. Tato maximální hodnota je však jinými izolačními systémy izolace středního, popřípadě vysokého napětí, často výrazně překračována.

Maximální pole pro trvalý provoz v podpěrných izolátorech, u kterých se pro plynově izolované spínače používají epoxidové pryskyřice plněné oxidem hlinitým, tak činí 4 kV/mm a pro vysokonapěťové kabely, u kterých se používá polyetylén, zhruba 12 kV/mm. Těmto obvyklým izolačním systémům je společné, že při provozní zátěži nevytvářejí dílčí výboje.

Protože dosud používané tradiční způsoby a materiály pro aplikaci těchto způsobů za použití slídy jsou však v podstatě už víc než třicet let staré, jsou díky dalšímu vývoji tohoto stavu techniky očekávána vysoce efektivní zlepšení. Proto se zdá sotva možné vytvořit dalším vývojem tohoto dosavadního stavu techniky vysoce kvalitní izolace, které by mohly být vyráběny s nízkými procesními časy a nízkými výrobními náklady v porovnáni s dosavadním stavem techniky, včetně šetrnosti k životnímu prostředí, to znamená bez ředidel, bez emisí a bez vytváření zvláštního odpadu, a které by neobsahovaly závady, respektive aby eventuální závady nevedly k dílčím výbojům.

Úkolem předkládaného vynálezu tedy je vytvořit způsob výroby vysoce kvalitní izolace vodičů nebo svazků vodičů, u kterého by měla izolace vysokou kvalitu a bylo ji možné vyrobit s malými procesními časy a s nízkými výrobními náklady při šetření životního prostředí.

• 4

4*

4444

Podstata vynálezu

Tento úkol splňuje způsob výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů, s kroky: montáž vodiče nebo svazku vodičů, které se mají opatřit povlakem, na otáčecí a přidržovací zařízení, nanášení izolace s požadovaným profilem tloušťky vrstvy na předehřátý vodič nebo svazek vodičů pomocí rozprašovací pistole, uspořádané na seřiditelné procesní jednotce, přičemž při nanášení se provádí buď kombinovaný pohyb rozprašovací pistole a vodiče nebo svazku vodičů pomocí procesní jednotky a otáčecího a pridržovacího zařízení nebo jediný pohyb rozprašovací pistole pomocí procesní jednotky, a následné vytvrzení nanesené vrstvy.

Díky tomuto způsobu výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů podle vynálezu, bez dutých prostorů, které mohou vést při zkušebním a provozním zatížení k dílčím výbojům, jíž nejsou potřebné jednotně orientované slídové destičky. Tím se velmi ulehčuje jak volba výrobního procesu, tak i volba materiálů pro izolaci, protože zapracování slídy v koncentracích větších než 40 procent hmotnostních je u mnohých polymerů problematické.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude následně blíže vysvětlen na základě přednostního příkladu provedení podle obrázků, na kterých znamená obr. 1 konstrukce rozprašovacího slinovacího zařízení podle vynálezu a obr. 2 (obr. 2-1 a obr. 2-2) blokové operační schéma, které znázorňuje provádění způsobu podle vynálezu.

• ♦· ·» ·· · · · « · · • · ♦ · • · · · • «Μ *· ··»*

Příklady provedení vynálezu

Následně bude nyní podrobně popsán způsob výroby vysoce kvalitní izolace pro vodiče nebo svazky vodičů například rotačních elektrických strojů. Nejdříve bude přitom objasněn princip zásadní struktury izolace a následně přesně vysvětlen způsob podle vynálezu.

Izolace nanášená způsobem podle vynálezu sestává ze tří vrstev. První vrstvu tvoří vnitřní ochrana, sestávající z vodivého nebo polovodivého plněného polymeru. Zde se používá polymer, který se dobře spojuje s polymerovým materiálem následující izolační vrstvy. Používají se zejména stejné polymery, jako v první izolační vrstvě.

Vnitřní ochrana má - jako u vysokonapěťových kabelů - za úkol oddělit elektrické a mechanické přechodové vrstvy. Elektricky má vnitřní izolace stejný potenciál jako pod ní ležící kovový vodič, je tedy částí elektrického vodiče. Mechanicky je naproti tomu částí izolace. Tím je zajištěno, že případná odtržení mezi izolačním pouzdrem a vodičem jsou bez dílčích výbojů, protože nad odtrženými místy napětí neklesá.

Způsob výroby těchto vysoce kvalitních izolací pro vodiče nebo svazky vodičů podle vynálezu musí splňovat následující požadavky:

1) výrobní proces musí být dalekosáhle nezávislý na aktuální geometrii surové tyče, popřípadě surové cívky, to znamená Roebelových, neizolovaných, zpevněných tyčí nebo cívek,

2) izolace přitom musí být vysoce kvalitní, to znamená, že oproti dosavadnímu stavu techniky musí mít lepší teplotní odolnost do asi T_max = 180 °C a bez škody přestát trvalý provoz při zhruba 5kV/mm na plochou stranu vodiče,

	• ·· •	9 99 9	9 9 9 9	·»	·» • •
•	• •	9 •	• •
•	9	•	9	9	•	•	•
	• 9	···	999	999		··	99*«

3) způsob výroby musí nadto umožňovat izolaci o konstantní tloušťce s tolerancí Ad/d < 10% - také když tolerance surové tyče, popřípadě cívky jsou výrazně větší - přičemž tloušťku vrstvy musí být možné vyrobit od 0,3 do 7 mm,

4) pro zkrácení výrobního času musí průběžný Čas pracovního cyklu na jednu tyč, popřípadě cívku, činit maximálně 1 až 2 hodiny.

Na základě těchto požadavků, které musí splňovat způsob podle vynálezu je třeba zvážit, zda použít tradiční způsob rozprašovacího slinování jako výchozí bod.

Jeden ze způsobů tradičního rozprašovacího slinování je popsán například v německém patentovém spisu DE 39 36 431 pod titulem „Způsob nanášení plastové vrstvy na kovový vodič“. U tohoto obvyklého způsobu se pro nanášení plastové vrstvy na kovový vodič elektrostaticky nabije plastový prášek, vyloučí se na předehřátém kovovém vodiči a tam se taví. Tento způsob se používá pro výrobu dílčích izolací vodičů, to znamená izolací pro malé napěťové zatížení. Tento obvyklý způsob rozprašovacího slinování by vyžadoval podstatně nižší náklady na technologii výroby než tradiční způsob izolace při použití ovíjení vodiče různými pásy. Tím by mohly odpadnout speciální přístroje, jejichž používáni je drahé, například navíjecí roboty, vakuové-tlakové nádoby, zařízení pro skladování chlazených tekutých pryskyřic. Tato zařízení by mohla být nahrazena běžnými přístroji pro potahování vodičů a běžnými roboty.

Tyto tradiční způsoby rozprašovacího slinování bylo také možné daleko více automatizovat než způsob obvyklý. Operační časy by místo několika dní mohly nyní činit jen 0,5 až 3 hodiny. Úspory na investičním majetku by vedly k tomu, že by bylo možné dosáhnout jak nižších Časů pracovního cyklu, tak i nižších výrobních nákladů.

·· ·· · • · ·· ♦ · * • · · • · · ·· ··· ·· ·· · * · • · · · · • · · · · · • · · · · ··· ··« ·· ····

Jako problematické se však ukazuje, že technika rozprašovacího slinování, respektive elektrostatického rozprašování, se nyní obvykle používá většinou jen pro účely suchého lakování různých konstrukčních prvků, například chladniček, automobilů, zahradního nábytku a podobně, s velmi malými tloušťkami vrstev od zhruba 80 pm. V oblasti elektrotechniky se tato technika používá dosud pouze při izolování sběrnic pro střední a vysoké napětí. Jak již bylo zmíněno, slouží však výše uvedená izolace jen pro izolací elementárních vodičů, u kterých se vyskytují jen nepatrné rozdíly potenciálů.

U tohoto tradičního použití na poli izolační techniky pro sběrnice se však v protikladu k vysoce kvalitní izolaci, vyráběné pomocí způsobu podle vynálezu, tato izolace elektricky zatěžuje jen slabě, protože zemnicí elektroda na izolaci chybí a napětí je tak z větší části odbouráváno přes okolní vzduch. Kvůli podstatně menšímu elektrickému zatížení existují tedy, pokud jde o tloušťku izolace a bezchybnost, podstatně menší požadavky podle dosavadního stavu techniky než u způsobu podle vynálezu a závady jsou zde přijatelné proto, že nehrozí žádné dílčí výboje. Běžně se požívá prášek na bázi epoxidu, který je však v současném složení použitelný díky vysokým dielektrickým ztrátám jen do teplot do T = 130°. Zkušební vrstvy s použitím tohoto prášku navíc vykazují mnoho pórů.

Ve srovnání s dosavadním stavem techniky rozprašovacího slinování jsou proto u způsobu výroby vysoce kvalitní izolace vodičů, popřípadě svazků vodičů podle vynálezu, potřebné četné modifikace, aby tak bylo možné vyřešit dosud nezohledňované problémy a případně také odstranit vlastnosti, které jsou sice při tradičním použiti tohoto způsobu výhodné, ale pro dosažení cílů podle vynálezu působí rušivě.

• · ζ ; ; « · · » * .· ·ΐ· ··♦ ··· ·· ··**

Na obr. 1 je schématicky znázorněno zařízení k provádění způsobu podle vynálezu. Pro zjednodušení nejsou některé elementy na obr. 1 znázorněny, ale budou jen přesně popsány.

Ústředním přístrojem k provádění způsobu podle vynálezu je rozprašovací pistole L Do této rozprašovací pistole i se v práškové formě přivádí ze zásobní nádrže 6 nanášecí materiál 2, například tepelně síťovaný epoxidový prášek. Fluidizačním médiem je zde přednostně vysušený vzduch nebo dusík. Rozprašovací pistole i disponuje zařízením 1 pro elektrostatické, to znamená negativní, nebo triboelektrické, to znamená pozitivní, nabíjení nanášecího materiálu 2, tedy částic prášku.

Elektrický náboj nanášecího materiálu 2 však není pro způsob podle vynálezu nutně potřebný. Má však výhodu v tom, že na hrotech a hranách izolovaného vodiče se na základě lokálního převýšení elektrického pole usadí zvýšená vrstva materiálu. To lze ovlivňovat nastavením vysokého napětí na zařízení 1. Tento úkon je požadován poměrně často, neboť na uvedených místech vodiče je překračována intenzita pole i v provozu a izolace se podle zkušeností právě tam nejvíce prorážejí.

U způsobu podle vynálezu se rozprašovací pistole 1 vede okolo potahovaného substrátu £, například potahovaného vodiče, s konstantní vzdáleností, například asi 100 až 300 mm, s konstantní rychlostí, například asi 50 až 800 mm/s a s konstantní dávkou prášku, například asi 30 až 250 g/min. Vedení rozprašovací pistole 1 se přitom provádí pomocí automatické procesní jednotky, například robotu. Substrát se při celém procesu nanášení povlaku zahřívá. Protože se v předkládaném případě jedná o elektrický vodič, lze to jednoduše provést ohřevem elektrickým. Ohřívání substrátu 4. může být totiž prováděno buď ohmickým ohřevem stejnosměrným proudem • · fr « · · ·**· nebo nízkou frekvencí, například při 50 Hz, nebo pomocí indukčního ohřevu střední frekvencí nebo vysokou frekvencí. K tomu je vytvořen například zdroj 5. proudu. Teplota potahovaného povrchu 4a substrátu se přitom volí tak, že nanášecí materiál 2, například epoxidový prášek, se při nanášení natavuje a následně termicky síťuje, to znamená vytvrzuje.

Kromě ohřevu, který je zde popsán, si lze při potahování představit také metody, u kterých se potahovaný objekt předehřívá (například v oddělené peci) a pak se umístí do zařízení pro nanášení povlaku. Na základě vysoké tepelné kapacity mědi je nyní možné tyč, popřípadě cívku, potahovat jen částečnou tloušťkou celkově potřebné izolační vrstvy. Poklesne-li povrchová teplota tak hluboko, že prášek už se netaví na lesklý film, ale zůstává lepivý jako povlak na způsob písku, je potřebná nová dodávka tepla. Kvalitativní rozdíl v hotové izolaci prováděné při nanášení povlaku stálým ohřevem a střídavým ohřívacím a nanášecím cyklem neexistuje. Použití mezioperacního ohřevu v peci je účelné tehdy, jestliže je u objektů s mimořádně velkým průřezem Cu odporový ohřev (kvůli těžkostem při zavádění elektrického proudu) nebo indukční ohřev (VF vlny v oblasti 15 až 10 kA jsou drahé a musí být nákladně odstíněny) obtížně realizovatelný.

Ve výhodném provedení sestává pec ze zařízení s infračervenými paprsky, které se přetahuje přes objekt namontovaný na zařízení pro nanášení povlaku, popřípadě přes něj přejíždí, popřípadě se přes něj překlápí

Nanášení povlaku se u způsobu podle vynálezu provádí ve vrstvách, dokud není dosaženo jmenovité tloušťky izolace, na rozdíl od dosavadního stavu techniky, při kterém se povlak provádí v jediném procesním kroku. Jedna vrstva u tohoto způsobu odpovídá izolační vrstvě, které se dosáhne jedním rozprašovacím krokem. Po .·* » · ··· a* t«t ♦*· »»» ·» ·*·· rozprašování musí být tedy k dispozici dostatek času, aby se mohl nanášecí materiál roztavit, usadit a natolik síťovat, že již není tekutý. Proto je velmi důležitý čas pro zgelovatění, který bude následně ještě vysvětlen.

Principiálně je zcela možné vytvářet jedním rozprašovacím krokem vrstvy o tloušťce 1 mm a více. Průzkumy však prokázaly, že u tlouštek vrstev větších než 0,2 mm v izolaci výrazně narůstá počet bublinek, to znamená závadných míst, které však dosud v oblasti techniky rozprašovacího slinování nepředstavují problém. Důvod pro vytváření bublinek u tlouštek vrstev > 0,2 mm spočívá v tom, že adsorbované látky a nečistoty s nízkým tlakem páry se při vysokých tloušťkách vrstev už nemají možnost volně odpařovat. Toto vytváření bublinek nezpůsobuje u tradičního použití mnoho problémů, pro izolaci podle vynálezu však představuje nevýhodu, která má být odstraněna právě způsobem podle vynálezu. Proto se u způsobu podle vynálezu nanáší izolace v postupných krocích, ve tloušťkách vrstev do 0,2 mm, takže lze dosáhnout požadované jakosti. Díky již zmíněné konstantní rozprašovací vzdálenosti, rychlosti pohybu rozprašovací pistole, respektive dávkám prášku, se dosáhne konstantní tloušťky lepší než 0,08 mm při celkové tloušťce asi 1 mm. Protože rychlost je velmi snadno a kontrolovatelně měnitelná, lze u postupu podle vynálezu měnit tloušťku izolace lokálně. Tak je například možné zvýšit tloušťku izolace na úzkých stranách Roebelových tyčí oproti širokým stranám, což vede ke snížení intenzity elektrického pole, aniž by se musela zvyšovat Šířka drážky nebo aby se muselo bránit odvodu tepla z tyče, které vzniká na širokých stranách.

Způsob podle vynálezu umožňuje dále také v oblastech třmenů Roebelových tyčí, ve kterých je zátěž elektrickým polem obecně nižší než v přímých částech, zmenšit tloušťku izolace. Rovněž pokud jde o regulaci pole lze pomocí axiálních změn tloušťky nebo struktury ··· · · ··♦ «» ·** ·*· «·· *· ·*·· vodivých a polovodivých vrstev získat možnosti, které u tradičních systémů nelze vůbec, nebo jen těžko realizovat.

V případě, že výše zmíněná tolerance tloušťky není dostatečná nebo se žádá komplikované rozdělení vrstev, může se dodatečně pomocí bezdotykového měření aktuální tloušťky vrstvy na daném místě x, y, z, pomocí infračerveného záření a prostřednictvím vhodného zpětného hlášení do řídicího systému robotu přizpůsobit rychlost posuvu rozprašovací pistole tak, že konečná tloušťka na místě x, y, z odpovídá jmenovité hodnotě.

Jako materiály pro izolaci jsou principiálně použitelné všechny tepelně plasty s možností síťování, takzvané termosety. Tepelné požadavky na schopnosti izolace, požadované při používání podle vynálezu, tedy do 180 °C, nejlépe plní epoxidy. Tyto materiály sestávají ze směsi z nejméně jedné nesíťující pryskyřice a z nejméně jednoho tvrdidla (plus některé další přísady jako urychlovače, pigmenty a podobně) i z anorganických plniv. Směs je stálá nejméně do 50 °C. Podle chemického složení pryskyřice a tvrdidla se mění teploty tavení a vytvrzování i teplota T_g přechodu do plynné fáze. Průběh teplot mechanické a dielektrické odolnosti je úzce spojen s teplotou T_g přechodu do plynné fáze. Jestliže se požaduje použiti izolace teplotní třídy H, musí T_g ležet v oblasti přednostně mezi 150 °C a 200 °C. Přechodové teploty do plynné fáze, výrazně vyšší než 200 °C, jsou na jedné straně těžko realizované a vedou na druhé straně ke vzniku materiálu, který je v oblasti pokojovévé toty skutečně křehký.

Výše zmíněný požadovaný stav, v němž se nevytvářejí bublinky, není závislý jen na procesních parametrech jako je nanášená tloušťka vrstvy, ale také na vlastnostech materiálu.

»· • ·♦ ··· «·· * · · • 9 · • · · • · · ·» «···

Důležité je, že epoxid v tekutém stavu má dostatečně nízkou viskozitu, aby se dobře nanášel, a že čas pro zgelovatění je dostatečně dlouhý na to, aby se všechny nečistoty vytvářející bublinky odpařily. Tento požadavek na dlouhé časy pro vytváření gelu je v protikladu k tradičním trendům práškového lakování, které se dosud používají v technice rozprašovacího slinování, kde se pro dosažení vyšších průběžných časů při lakování tenkých vrstev nastavují časy pro zgelovatění cíleně nízko pomocí přídavku urychlovačů, typicky například na 15s. Snížením podílu urychlovačů se však dají časy pro zgelovatění obvyklého prášku uvést bez potíží na hodnoty > 40s, které jsou pro předpokládané použiti dostatečně dlouhé.

Viskozita se u rozprašovacího prášku většinou neměří a nespecifikuje jako separátní veličina. Místo toho se specifikuje takzvaný tok, který se získává s viskozity a času pro tvorbu gelu. Vrstvy bez bublinek se docílí tehdy, jestliže je tok > 30 mm.

Plnění anorganickými plnivy je principiální požadovanou hodnotou pro redukci ceny, zlepšení odolnosti proti tečení, ke zmenšení součinitele tepelné roztažnosti a ke zlepšení tepelné vodivosti izolace. Podíl plniv v celkové směsi má činit 5-50 procent hmotnostních, vzhledem k uzavřené hustotě plniva asi 4 g/cm³. Použitelnými plnivy jsou například křemencová moučka, wollastonit, mastek a křídová moučka s velikostí zrna okolo 10 pm (střední velikost zrna d₅o). K výrobě rozprašovacího prášku se plnivo míchá spolu s pryskyřicí, tvrdidlem a dalšími přísadami. Smíchaný produkt se následně rozemílá na prášek.

Tyto mlecí procesy se obvykle provádějí v přístrojích z oceli nebo slinutého karbidu (stupeň tvrdosti podle Mohse 5 až 6). Použití tvrdších plniv, například křemencové moučky (stupeň tvrdosti 7), • 4 • · * ·· ···

9 9 ·· ···» vede ke kovovému otěru, zejména ve formě třísek, v oblasti pod milimetr. Ty se dostávají do izolace a směřují na základě své geometrie, podobné jehlám, k místům s lokálně velmi silně převýšenou intenzitou elektrického pole, ze kterých nichž může nastat elektrický průboj. Otěr se zmenší použitím měkkých plniv (stupeň tvrdosti podle Mohse < 4), například křídové moučky a/nebo použitím jemných plniv s djo << 1 pm, například jílu, SiO₂, ZnO nebo TiO₂.

Jemná plniva tohoto druhu jsou navíc výhodná v tom, že při existenci závadných míst jako jsou duté prostory nebo kovové vměstky, samy zabraňují elektrickým průrazům nebo je alespoň velmi silně zpomalují, jak je například popsáno v US patentovém spisu Č. 4 760 296 Johnston a spol., nebo v německé patentové přihlášce DE 4037 972 Al. V obou těchto spisech se účinků zvyšujících životnost dosahuje pomocí úplného nebo částečného nahrazení zrnitých plniv plnivy s velikostí zrna řádově v oblasti nanometrů (maximální velikost zrna 0,005 až 0,1 pm). Plniva o velikosti nanometrů mají však nepříjemnou doprovodnou vlastnost. Silně totiž zvyšují vazkost taveniny práškové směsi, takzvaný tixotropní efekt. Ten působí rušivě jak při výrobě prášku, tak i při jeho zpracování. Přesto však představují nanometrícká plniva použitelnou alternativu pro zvýšení životnosti Pro použití podle vynálezu se však také ukázalo, že alternativní použití TiO₂ prášku se střední velikostí zrna okolo 0,2 pm jako úplné nebo částečné náhrady za hrubá plniva nevede k nevýhodnému zvýšení vískozity taveniny a přesto má účinky zvyšující životnost, jako je tomu u plniv s velikosti řádově v nanometrech. Podíl TiO₂ prášku v celkové směsi má přitom činit nejméně 3 %, zejména alespoň 5 %.

9

9 9 • · · · • 9 9

9 9 9 • 9 «9« 999 • 4 9 • 49 • · 9 »999

Vodivé vrstvy, které se používají pro vnitřní ochranu a vnější ochranu, lze vyrábět pomocí použití vodivých plniv, jako jsou například grafit, saze a/nebo kovový prášek.

Následně bude nyní na základě výše uvedených základních vysvětlivek k materiálům a zařízení popsán průběh nového procesu izolování elektrických vodičů podle vynálezu.

Způsob zahrnuje následující kroky:

1) Montáž tyčí, popřípadě cívek, pro nanášení povlaku na otáčecí zařízení.

V prvním kroku S1 se tyč nebo cívka, které mají být opatřeny povlakem, montuji na otáčecí zařízení. Konce tyčí, popřípadě cívek, jsou přitom přidržovacími body. Tyč, popřípadě cívka, je výhodným způsobem předem zpevněna vnitrním slepením vodičů nebo ovinutím pásem, protože to usnadňuje manipulaci. Není to však nutný předpoklad. U větších objektů jsou účelné mezilehlé opěry, aby se tak zajistilo bezpečné upevnění na otáčecím zařízení a přesné stanovení polohy. Otáčecí zařízení s tyčí, popřípadě cívkou, které jsou na něm namontovány, se nastaví pomocí řídicího zařízení, které je výhodně obsaženo v řídicím systému rozprašovacího zařízení.

2) Ohřev tyčí, popřípadě cívek.

Ve druhém kroku S2 se tyČ, popřípadě cívka, připojí na elektrický ohřev. Tímto elektrickým ohřevem může být například ohmický ohřev pomocí stejnosměrného proudu nebo nízkofrekvenční, například 50 Hz, nebo indukční ohřev pomocí střední frekvence nebo vysoké frekvence. Pomocí těchto ohřevů se tyč, popřípadě cívka, ohřeje na požadovanou teplotu substrátu.

♦ 4 • « • 4 • · 4 ·· 4444

3) Seřízení polohy tyče, popřípadě cívky vůči rozprašovací pistoli.

V následujícím třetím kroku S3 se provádí seřízení polohy tyče, popřípadě cívky pro začátek rozprašování. Přitom se ploché strany tyče, popřípadě cívky, orientují kolmo k rozprašovací pistoli.

4) Rozprašování vnitřní ochrany na tyč, popřípadě cívku.

Následně se provádí jako čtvrtý krok S4 a tedy vlastní první krok nanášení povlaku rozprašování taveníny vnitřní ochrany v horizontálních dráhách. Pohyb rozprašovací pistole se provádí tak, že se vytváří homogenní profil tloušťky vrstvy. K tomu může být u velmi širokých tyčí potřebný rovnoběžný nástřik většího počtu překrývajících se drah. Jako rozprašovaný nanášecí prášek se používá vodivý nebo polovodivý termoset. Aby se nanášení povlaku urychlilo, může se u velkých objektů současně používat větší počet rozprašovacích pistolí. Mezilehlé opěry, používané u větších objektů ke stabilizaci polohy, se při přiblížení rozprašovací pistole automaticky oddalují, aby se tak umožnilo úplné potažení tyče, popřípadě cívky. Tloušťka vrstvy nanášené na tyč, popřípadě cívku, se dá jednoduchým způsobem měnit přes dopravované množství nanášectho prášku a pojezdovou rychlostí rozprašovací pistole. Zpravidla činí tloušťka vrstvy < 0,2 mm na jeden krok, aby se tak zajistilo, že se v žádném kroku nevytvářejí bublinky.

5) Otáčení tyče, popřípadě cívky a opakování kroků S3 a S4.

Jako navazující pátý krok S5 se po ukončení nanášení povlaku na plochou stranu provádí pootočení tyče, popřípadě cívky, takže k rozprašovací pistoli se přivádí další tyč, popřípadě cívka, dosud neopatřená povlakem. Potom se pro nanášení povlaku na další tyč, popřípadě cívku, opakují třetí a čtvrtý krok S3 a S4. Stejně tak se opakují pátý, třetí a čtvrtý krok S3_, S4 a S5 i pro všechny další strany tyče, popřípadě cívky, dokud není tyč, popřípadě cívka úplně opatřena povlakem. U cívek se provádí navíc ještě jedno opakování postupu pro druhé rameno cívky.

Zpravidla se tloušťka potřebná pro vnitřní ochranu nanáší v jediném procesním kroku. Pokud se požaduje větší tloušťka vrstvy než 0,2 mm, může se však výjimečně provádět k nanášení povlaku také více operací.

6) Vytvrzení vnitřní ochrany.

Následně se jako krok S6 tato vnitřní ochrana částečně nebo úplně vytvrzuje, to znamená po dobu mezi 2 až 10 min., respektive 20 až 60 min. při 200 °C.

7) Nanášení izolační vrstvy podle kroků S3 až £6,

Následně se v sedmém kroku S7 nanáší vlastní izolační vrstva. Používá se přitom jiný nanášecí prášek než u vnitřní izolace, totiž izolující plněný nebo neplněný termoset.

Provádějí se opět výše popsaný třetí, čtvrtý a pátý krok, na rozdíl od výše popsaných kroků jen s izolačním nanášecím práškem, přičemž opakovaně se nanášejí vrstvy < 0,2 mm, dokud není dosaženo požadované izolační tloušťky. Zde se po rozprášení každé vrstvy provádí mezioperacni vytvrzení, které trvá 2 až lOkrát déle, než je doba pro zgeíovatění prášku. Aby se zajistilo spolehlivé natavení nanášecího prášku, musí se dodatkově sledovat, zda s narůstající tloušťkou vrstvy se eventuálně nemusí následně regulovat teplota substrátu. To se děje zejména bezdotykově, například pomocí infračerveného pyrometru. Aby se zabránilo přehřátí vodivého elementu a jeho izolace, může se použít kontroly odporu vodiče, závislého na teplotě.

8) Nanášení vnější ochrany podle kroků S3, S4, S5 a S6,

Jako následný krok, který navazuje na nanášení izolační vrstvy (krok S_7), se na izolační vrstvu nanáší vnější ochrana z vodivého epoxidu. Použitý materiál i procesní kroky odpovídají třetímu, čtvrtému a pátému popsanému kroku.

9) Následné vytvrzení nanesené izolace.

Jako navazující krok po ukončení nanášení povlaku (kroky S1 až S8.) se provádí buď následné vytvrzení nanesené izolace proudovým ohřevem na přidržovacím zařízení nebo po demontáži z otáčecího zařízení v peci.

Protože u tohoto způsobu izolace podle vynálezu se tyče přidržují na koncích, nemohou se tyto konce opatřit povlakem. To však nemá za následek žádné nevýhody, protože konce tyčí musí tak jako tak zůstat volné pro naletování oblých propojení.

U cívek se naproti tomu oblast ok cívek neopatřuje nanášením vrstev záměrně. Tímto způsobem se totiž uchovává tvárnost cívek, potřebná pro jejich zástavbu. Izolace ok cívek se pak provádí teprve v zabudovaném stavu po montáži.

Pro tento izolační proces ok cívek se přitom nabízejí následující postupy:

1) Buď se stator motoru ustavuje svisle a cívky se zahřívají elektricky. Pak se oka spodních konců cívek opatřují povlakem • · ·· ···· s práškem oka cívek • · · · * ·· ··· ··· ·*· ponořením konců těchto cívek do fluidační slinovací pánve termosetu. Pak se stator pootočí o 180° a povlékají se druhého konce statoru, jak bylo výše popsáno. Tento způsob se hodí především pro nanášení povlaku na malé statory.

2) Alternativně se vinutí motoru ohřívá odporově a koncové partie cívek se izolují rozprašovacím slinováním. Tento způsob se s výhodou používá u velkých motorů, u kterých celková hmotnost statoru je velká a svislé zavěšení by mohlo být problematické. U velkých strojů jsou také vzdálenosti mezi cívkami většinou větší, takže nanášení povlaku rozprašovací pistolí je tak snazší.

V alternativní formě provedení způsobu podle vynálezu může rozprašování vnitřní ochrany, jak je popsáno v předcházejících krocích 3) až 5), odpadnout pokud se pro předběžné vytvrzení tyče, popřípadě cívky, použije pásu, který je opatřen vodivou nebo polovodívou vrstvou a tak současně s předběžným vyztužením tvoří vnitřní ochranu.

V souhrnu navrhuje vynález způsob výroby vysoce kvalitní izolace vodičů nebo svazků vodičů elektrických strojů pomocí rozprašovacího slinování. V protikladu k dosavadnímu stavu techniky je možné nanášet vnitřní ochranu, izolaci a vnější slídovou ochranu na vodiče nebo na svazky vodičů, u kterých se na základě absence závadných míst nevyskytují žádné dílčí výboje, aniž by k tomu byly potřebné nákladné speciální přístroje, jako je tomu u dosud používané slídové izolace.

Vynález tak nabízí jednoduchý, cenově příznivý způsob izolace vodivých tyčí, popřípadě cívek, s kvalitativně vysoce hodnotnou izolací, která je bez závadných míst a tím i bez dílčích výbojů.

φ «·· • ·

...

• »· • ♦ · ♦ * · • · · ·· ··«·

V souhrnu navrhuje předkládaný vynález způsob výroby vysoce kvalitní izolace vodičů nebo svazků vodičů elektrických strojů pomocí rozprašovacího slinování. V protikladu k dosavadnímu stavu techniky je možné nanášet vnitřní izolaci, izolaci a vnější izolaci na vodiče nebo na svazky vodičů, u kterých na základě velmi malého obsahu závadných míst v izolaci a vlastní rezistence proti dílčím výbojům lze upustit od použití způsobu s navíjením skelných/slídových pásů. Tím odpadá použití nákladných speciálních přístrojů a je umožněno podstatné zkrácení operačních časů.

pro vodiče nebo ·♦· se mají opatřit

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby vysoce kvalitní izolace svazky vodičů, s kroky:

(51) montáž vodiče nebo svazku vodičů, které povlakem, na otáčecí a přidržovací zařízení, (S2 až S8) nanášení izolace s požadovaným profilem tloušťky vrstvy na předehřátý vodič nebo svazek vodičů pomocí rozprašovací pistole, uspořádané na seřiditelné procesní jednotce, přičemž při nanášení se provádí buď kombinovaný pohyb rozprašovací pistole a vodiče nebo svazku vodičů pomocí procesní jednotky a otáčecího a přidržovacího zařízení, nebo jediný pohyb rozprašovací pistole pomocí procesní jednotky, a (S9) následné vytvrzení nanesené vrstvy.
2. Způsob podle nároku 1, s dalšími kroky:

(52) seřízení polohy vodičů nebo svazku vodičů vůči rozprašovací pistoli tak, že jedna z plochých stran je přivrácena k rozprašovací pistoli, (54) rozprašování vnitřní ochrany na vodič, respektive svazek vodičů, které se mají opatřit povlakem, (55) otáčení vodičů nebo svazku vodičů takovým způsobem, že k rozprašovací pistoli je přivrácena další plochá strana, a opakování kroků S3 a S4, dokud všechny ploché strany vodičů nebo svazku vodičů nejsou opatřeny povlakem, (56) částečné nebo úplné vytvrzení nanesené vnitřní ochrany, (57) nanášení izolační vrstvy podle kroků S3 až S6 na všechny strany vodiče nebo svazku vodičů s tloušťkou vrstvy menší než 0,2 mm a mezioperační vytvrzení po každé vrstvě, přičemž teplota substrátu se, pokud je to potřebné následně reguluje, a (58) nanášení vnější ochrany podle kroků S3 až S6.

··· ··· • »1 • · • · · · ♦ ♦ · ·· ····
3. Způsob podle nároku 1 nebo 12, přičemž vodičem nebo svazkem vodičů jsou tyč nebo cívka.
4. Způsob podle nároku 1, 2 nebo 3, s dalším krokem (SO) předběžného vyztužení vodiče, popřípadě svazku vodičů vnitřním slepením nebo omotáním páskou.
5. Způsob podle nároku 3, přičemž krok Sl zahrnuje uchycení tyče na koncích tyče nebo cívky na okách cívky.
6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 5, přičemž v kroku Sl se přidržují větší objekty dodatkovými mezilehlými podpěrami, aby se zajistila jejich přesná poloha.
7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 6, přičemž vodič, popřípadě svazek vodičů se elektricky zahřívají ohmickým topením za použití stejnosměrného proudu nebo nízké frekvence nebo indukčním topením za použití střední frekvence nebo vysoké frekvence.
8. Způsob podle jednoho z nároků 1 až 6, přičemž místo topení podle (S2) se provádí ohřev vodiče nebo svazku vodičů před nebo po montáži na otáčecí a přidržovací zařízení pomocí ozařování a následný ohřev se provádí vždy poté, co teplota substrátu klesla pod předem určenou teplotu substrátu.
9. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 8, přičemž kroky S4, S7 a S8 se u širokých vodičů nebo svazku vodičů provádí ve více vrstvách v rovnoběžných dráhách pomocí většího počtu rozprašovacích pistolí.

• >

• « • · • # ···· • · * •· ··· *

··♦ ··· »·
10. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 9, přičemž v kroku S4 se jako nanášecí prášek používá vodivý nebo polovodivý plněný termicky síťovaný plast.
11. Způsob podle nároku 8, přičemž v kroku S4 se mezilehlé podpěry při přiblížení rozprašovací pistole automaticky oddalují.
12. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, s dalším krokem - střídáním tloušťky vrstvy tím, že se reguluje dopravované množství nanášecího prášku i pojezdová rychlost rozprašovací pistole.
13. Způsob podle nároku 3, přičemž při potahování cívky se krok S5 opakuje pro další ramena cívky.
14. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 14, přičemž v kroku S7 se jako nanášecí prášek používá izolující plněný termicky síťovaný plast.
15. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 14, přičemž v kroku S8 se jako nanášecí prášek používá vodivý termicky síťovaný plast.
16. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 15, přičemž v kroku S9 se provádí následné vytvrzení pomocí proudového ohřevu, vodič se následně nechá vychladnout a pak se vymontuje z otáčecího zařízení nebo se vodic vymontuje z otáčecího zařízení přímo a následně se vytvrdí v peci.
17. Způsob podle nároku 4, přičemž kroky S3 až S6 k nanášení vnitřní ochrany bez náhrady odpadají, jestliže se v kroku S0 použije • · · ·· ···· současné

1 až 18, pás, který je opatřen vodivou nebo polovodivou vrstvou a s výztuží tvoří vnitřní ochranu.
18. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků přičemž krok S4 zahrnuje nabití nanášecího materiálu elektrickým nábojem před nanášením na povrch vodiče, přičemž toto nabití může být elektrostatické nebo triboelektrické, takže na hranách se vytvoří silnější vrstva povlaku.
19. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 18, přičemž v krocích S3 až S8 lze na různé vodiče, popřípadě svazky vodičů, nanést různé tloušťky vrstev,
20. Způsob podle nároku 3, s dalším krokem (S10) v případě cívky - po zamontování cívky ve svislé poloze statoru motoru, elektrický ohřev cívky a ponoření ok cívky do fluídační slinovací pánve k nanesení povlaku epoxidu vždy pro obě strany cívky, nebo v případě tyče - odporový ohřev vinutí motoru a izolace koncových partií rozprašovacím slinováním na obou koncích tyče.
21. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků 1 až 20, přičemž v kroku S7 se bezdotykově kontroluje povrchová teplota a podle odchylky snímané povrchové teploty od požadované povrchové teploty se následně reguluje teplota substrátu.
22. Způsob podle jednoho z nároků 10, 14 nebo 15, přičemž termicky síťovaným plastem je epoxidová pryskyřice ve stavu B.