DE102006002192B4

DE102006002192B4 - Verfahren zur elektrischen Isolierung eines supraleitfähigen Leiters sowie mit diesem hergestellte Leiter

Info

Publication number: DE102006002192B4
Application number: DE102006002192A
Authority: DE
Inventors: Markus Angstmann
Original assignee: Zenergy Power GmbH
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-01-17
Also published as: DE102006002192A1

Abstract

Verfahren zur elektrischen Isolierung eines supraleitfähigen Leiters (10, 50) mittels einer Isolierummantelung (54) mit den Schritten:
– Bereitstellen von einem supraleitfähigen Leiter (10);
– Aufbringen von Isolationsmaterial auf einer Leiteroberfläche (53) des Leiters (10); und
– Aushärten des Isolationsmaterials auf der Leiteroberfläche (53) zum Ausbilden der Isolierummantelung (54),
gekennzeichnet durch die Schritte
– Zerstäuben des aufzubringenden Isolationsmaterials, wobei ein pulverförmiges Isolationsmaterial verwendet wird, dessen Korngröße kleiner als 2000nm ist;
– Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen dem Pulver und der Leiteroberfläche (53) zur Anlagerung des Pulvers an der Leiteroberfläche (53) mittels elektrostatischer Anziehung; und
– Ausbilden der Isolierummantelung mit einer Schichtdicke von weniger als 20μm mittels Pulverbeschichten des supraleitfähigen Leiters (10) mit den Schritten Einbrennen und Aushärten des zumindest teilweise geschmolzenen Pulvers auf der Leiteroberfläche (53).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Isolierung eines supraleitfähigen Leiters mittels einer Isolierummantelung mit den Schritten:

– Bereitstellen von einem supraleitfähigen Leiter;
– Aufbringen von Isolationsmaterial auf einer Leiteroberfläche des Leiters; und
– Aushärten des Isolationsmaterials auf der Leiteroberfläche zur Ausbildung der Isolierummantelung.

Ferner betrifft die Erfindung einen Leiter aus einem Hochtemperatur-Supraleiter-Material mit einer Isolierummantelung.

Aus der DE 100 37 738 A1 ist ein Verfahren zur Isolierung eines Leiters bekannt, der mehrere in Silber eingebettete Leiterkerne aus einem oxydischen Hochtemperatur-Supraleiter enthält, einen bandförmigen Leiteraufbau hat und mit einer allseitigen Isolierungsummantelung aus einem Kunststofflack versehen ist. Der Leiter wird durch ein Bad mit einem vernetzbaren, hinreichend viskosen Kunststofflack gezogen und dann mit Stickstoffgas angeblasen, um die Dicke einer auf einer Leiteroberfläche anhaftenden Lackschicht zu verkleinern. Das Aushärten der Lackschicht erfolgt durch Anstrahlen des mit der Lackschicht benetzten Leiters mittels zweier UV-Lampen. Ferner ist aus derselben Druckschrift ein Aufbringen des Kunststofflacks mittels Rollen auf die Leiteroberfläche bekannt. Eine nach dem vorgenannten Verfahren hergestellte Lackschicht als Isolierummantelung hat den Nachteil, daß sich an Kanten und Ecken des Leiters Wulste von ausgehärtetem Isolationsmaterial bilden können. Bei einem rechteckförmigen Querschnitt des Bandleiters können die Wulste zu einem hundeknochenförmigen Querschnitt der Isolierummantelung führen. Wenn solche Leiter dann zu Spulen gewickelt werden, entstehen durch die Wulste zwischen den einzelnen Windungen Verschiebungen, welche zu unerwünschten Hohlräume führen. Diese Hohlräume zwischen den Windungen verringern die erzielbare Stromdichte in der Spule, da die Windungen nicht komplett aneinander liegen und somit mehr Volumen als notwendig benötigen. Außerdem könnte sich in den Hohlräumen ein Gas anlagern, das beim Eintauchen der Spulen in ein flüssiges Kühlmedium wie Stickstoff und einer anschließenden Erwärmung der Spulen auf Raumtemperatur expandiert, wodurch die Spulen beschädigt werden könnten.

Aus der JP 5809173 A ist ein Verfahren zum Beschichten eines Drahtmaterials bekannt, bei dem das Drahtmaterial mit einem Kunstharzpulver beschichtet wird, das in einem Lösungsmitteldampf gelöst ist. Das beschichtete Drahtmaterial wird anschließend bei einer Hitze von 180°C getrocknet, um eine Beschichtung mit einer Dicke von 300 Mikrometern zu erzielen.

Aus der JP 03192608 A ist ein Verfahren zum Beschichten eines elektrischen Normalleiters bekannt, bei dem ein Pulver mittels elektrostatischer Anziehung auf die Oberfläche des Leiters aufgebracht wird und das Pulver im Sinterverfahren zu einer porösen Sinterschicht geformt wird. Zusätzlich wird eine Oberflächenschutzschicht auf die Sinterschicht aufgebracht.

Aus der EP 0 898 804 B1 ist ein elektrischer Normalleiter mit einer Isolationsschicht bekannt, die aus einem duroplastischen Beschichtungspulver wie z.B. einem Epoxyd-Harzpulver hergestellt ist. Die Schichtdicke der Isolationsschicht beträgt zwischen 40 und 200 Mikrometer oder mehr als 200 Mikrometer. Der verwendete Pulverlack weist eine Pulverkorngröße von 30 bis 100 Mikrometer auf.

Aus der DE 199 57 070 A1 ist ein Verfahren zum Beschichten einer Oberfläche eines Leiters bekannt. Bei dem Verfahren wird ein Polyesterharzpulver in kaltem Zustand unter Zusatz von Glas- oder Keramikanteilen auf den Leiter aufgebracht. Der Leiter mit dem Pulver wird dann in einem Heizofen auf eine Temperatur zwischen 185 °C und 210 °C erhitzt, um das Pulver auf der Leiteroberfläche einzubrennen und anschließend auf den noch heißen Leiter weitere Pulverschichten aufzubringen. Die einzelnen Pulverschichten haben eine Schichtdicke von 250 bis 300 Mikrometer. Mit 4 bis 5 Arbeitsgängen läßt sich eine Gesamtschichtdicke der Oberflächenschicht im Bereich von 400 bis 3000 Mikrometern erzielen.

Aus der DE 27 08 194 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Epoxydharz-Pulvers bekannt. Das Pulver weist eine Teilchengröße zwischen 5 Mikrometern und 149 Mikrometern auf. Die damit erzielbaren Beschichtungen weisen eine Schichtdicke von 0,025 mm bis 0,4 mm auf, wobei mit dem Pulver Beschichtungen mit einer Schichtdicke von bis zu 2,5 mm erzeugt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur elektrischen Isolierung eines supraleitfähigen Leiters anzugeben, mit dem eine temperaturbeständige und eine gleichmäßige Dicke aufweisende Isolierummantelung für den Leiter herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durch die Verfahrensschritte:

– Zerstäuben des aufzubringenden Isolationsmaterials, wobei ein pulverförmiges Isolationsmaterial verwendet wird, dessen Korngröße kleiner als 2000nm ist;
– Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen dem Pulver und der Leiteroberfläche zur Anlagerung des Pulvers an der Leiteroberfläche mittels elektrostatischer Anziehung; und
– Ausbilden der Isolierummantelung mit einer Schichtdicke von weniger als 20 μm mittels Pulverbeschichten des supraleitfähigen Leiters mit den Schritten Einbrennen und Aushärten des zumindest teilweise geschmolzenen Pulvers auf der Leiteroberfläche gelöst.

Ferner wird die Aufgabe durch einen Leiter aus einem Hochtemperatur-Supraleitermaterial mit einer Isolierummantelung gelöst, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Durch das Zerstäuben des Isolationsmaterials wird in der Umgebung des Leiters eine Wolke aus kleinen oder kleinformatigen, insbesondere hochfeinen Partikeln des Isolationsmaterial erzeugt, die sich infolge des elektrischen Potentials zwischen dem Isolationsmaterial und der Leiteroberfläche auf dieser anlagert. Durch das Zerstäuben und die Anlagerung der zerstäubten Partikel des Isolationsmaterials mittels elektrostatischer Anziehung kann das Isolationsmaterial gleichmäßig und mit geringer Schichtdicke und gleichmäßig auf der Leiteroberfläche angelagert werden. Das äußerst dünn auf die Leiteroberfläche aufgebrachte Isolationsmaterial kann nach dem Aushärten eine widerstandsfähige, flexible Isolierummantelung bilden, die den Leiter vorzugsweise vollständig umgibt. Die Isolierummantelung ist zweckmäßig auch bei tiefen Temperaturen flexibel und nicht brüchig. Ein Vorteil von Pulverbeschichten ist, daß keine Lösungsmittel benötigt werden, wodurch das Pulverbeschichten umweltfreundlicher ist als die Verwendung von lösungsmittelbasierten Lacken. Vorzugsweise wird das nicht auf den Leiter gelangte Pulver zurückgewonnen, um die Ausbeute des Pulvers zu erhöhen und den Pulverabfall zu vermindern.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine elektrische Spannung an den Leiter angelegt, um das elektrische Potential zu erzeugen. Die angelegte Spannung kann im Bereich von einem 1 kV bis mehrere 100 kV liegen. Die Größe der elektrischen Spannung kann in Abhängigkeit von der zu gewünschten Schichtdicke der Isolierummantelung gesteuert oder geregelt werden. Je nach Stärke der Spannung lagert sich das Isolationsmaterial schneller oder langsamer auf der Leiteroberfläche an.

Das Zerstäuben des Isolationsmaterials erfolgt vorzugsweise durch Einleiten des Isolationsmaterials in einen Druckgas- oder Druckluftstrom, der durch eine Zerstäuberdüse geleitet wird. Zur Unterstützung der Anlagerung des Isolationsmaterials an der Leiteroberfläche kann zusätzlich zur elektrostatischen Anziehung das Isolationsmate rial mittels des Druckluft- bzw. Druckluftstroms an die Leiteroberfläche angeblasen werden. Als Druckgas kann Luft oder inerte Gase sowie Edelgase verwendet werden. Ferner kann das Druckgas aus einem Gemisch von Luft, inerten Gasen und/oder Edelgasen bestehen.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensführung wird das elektrische Potential dadurch erzeugt, daß der Leiter geerdet wird und das Isolationsmaterial durch Reibung beispielsweise an der Zerstäuberdüse beim Zerstäuben elektrostatisch aufgeladen wird. Die einzelnen elektrostatisch aufgeladenen Partikel des zerstäubten Isolationsmaterials werden von der vorzugsweise gegensätzlich geladenen Leiteroberfläche angezogen. Durch dieses Verfahren lassen sich vorteilhafterweise sehr gleichmäßige Schichtdicken der Isolierummantelung erzeugen. Da der Leiter geerdet ist, besteht keine Gefahr, daß ein Bediener der Anlage durch Hochspannung gefährdet wird.

Der Leiter ist vorzugsweise ein sogenannter Bandleiter mit einem rechteckigen Querschnitt. Das Verhältnis von Breite zur Dicke des Bandleiters mit rechteckigem Querschnitt kann insbesondere größer als 2,5:1 sein. Bei derartigen Aspektverhältnissen ist es besonders vorteilhaft, auf diese dünnen Bandleiter eine ebenfalls dünne Isolierummantelung gleichmäßig aufzubringen, um beispielsweise beim Wickeln einer Spule möglichst viele Windungen aufeinanderwickeln zu können.

Der Leiter weist vorzugsweise mindestens ein Hochtemperatur-Supraleiter-Material auf oder besteht aus diesem. Er ist vorzugsweise nach der „Pulver-im-Rohr"-Technik hergestellt oder kann als Dünnschichtleiter oder Schichtleiter gefertigt sein. Bei diesen Dünnschicht- oder Schichtleitern kann ein Hochtemperatur-Supraleiter-Material auf einem z.B. drahtförmigen Träger aufgebracht sein.

Bei der Durchführung des Verfahrens kann der noch nicht mit einer Isolierummantelung versehene Leiter zweckmäßig von einer Vorratsrolle abgewickelt und nach dem Aufbringen wieder auf eine Rolle aufgewickelt werden, um den Leiter durch das Auf- bzw. Abwickeln durch eine Beschichtungskammer hindurchzutransportieren, in der das zer stäubte Isolationsmaterial sich auf der Leiteroberfläche anlagert. Der Bandleiter kann eine Länge von bis zu einem Kilometer erreichen. Der Leiter kann alternativ aus einem Paket von mehreren Bandleitern, Drähten oder dgl. gebildet sein. Die Isolierungsummantelung kann vorzugsweise durch das Aufbringen von einer einzigen Schicht aus Isoliermaterial erzeugt werden.

Der Leiter wird vorzugsweise beim Einbrennen durch einen Ofen zum zumindest teilweisen Schmelzen des aufgelagerten Pulvers gefördert. Das Aufheizen des Pulvers auf der Leiteroberfläche kann mittels einer Heizspirale, Gas oder Laser-, UV- oder Infrarotlicht erfolgen, z.B. durch eine Halogenlampe. Bei der insbesondere bevorzugten Ausgestaltung wird Pulver verwendet, das vorzugsweise zu einem Nano-Pulver hochfein gemahlen ist. Die Korngröße des verwendeten Pulvers ist vorzugsweise <1000nm. Die Korngröße betrifft vorzugsweise nicht einen Absolutwert sondern einen Mittelwert bzw. Median. Die Korngröße kann durch eine hinreichend große Stichprobe (Siebprobe) ermittelt werden, wobei die Durchmesser der Pulverkörner des Pulvers klassifiziert bzw. gemessen werden und anschließend ein Median der Durchmesser errechnet wird, der als Maß für die Korngröße verwendet wird.

Das Pulver kann aus einem Pulvergemisch mit mehreren Komponenten bestehen, die vorzugsweise unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen. Das Pulver oder wenigstens eine der Komponenten besteht vorzugsweise aus einem Thermoplast, Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder aus halogenierten Wasserstoffen, die gegebenenfalls mit Weichmachern versehen sind. Eine weitere beigemischte Komponente kann einen hohen Schmelzpunkt aufweisen, der vorzugsweise höher als der Schmelzpunkt der vorgenannten Materialien liegt. Diese beigemischte Komponente kann beispielsweise aus einem hochschmelzenden Thermoplast, einem Duroplast, Glaspartikeln oder Oxydkristallen bestehen. Die Glaspartikel sind vorzugsweise ebenfalls kleiner als 1000 nm und können in Form von Glasfasern oder Glaskugeln dem Pulver beigemischt sein, um eine zu starke Verflüssigung des Pulvers beim Einbrennen zu verhindern.

Beim Pulverbeschichten kann das Pulver auf eine Maximaltemperatur aufgeheizt werden, die vorzugsweise niedriger ist als der Schmelzpunkt zumindest der beigemischten Komponente des Pulvers, wodurch zumindest die beigemischte Komponente beim Einbrennen nicht schmilzt. Beim Aufheizen und Einbrennen wird so ein Zusammenfließen des Isolationsmaterials verhindert und das Isolationsmaterial wird nicht durch eine Oberflächenspannung von den zu benetzenden Kanten des Leiters zurückgezogen. Das Pulver bleibt dann beim Einbrennen gleichmäßig verteilt auf der Leiteroberfläche angelagert. Ein Verflüssigen nur einer Komponente läßt sich ferner vorteilhaft unterstützen, indem das Pulver beim Einbrennen nur für kurze Zeit auf die Maximaltemperatur erhitzt wird. Die Maximaltemperatur kann < 300°C, vorzugsweise < 260°C und insbesondere zwischen 100° und 250°C liegen. Typische Schmelzbereiche sind z.B. von Polyethylen 105° bis 140°C, Polypropylen 250° bis 260°C, Polyester 250° bis 290°C (254°C) oder Polyamid ca. 250°C.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigt:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen mit einer Isolierummantelung erfindungsgemäß versehenen Leiter aus einem Hochtemperatur-Supraleiter-Material; und
2 in einer schematischen Ansicht eine Anlage zur Isolierung eines Leiters mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, teilweise geschnitten.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch einen bandförmigen und bereits mit einer Isolierummantelung versehnen Leiter 50 aus einem Hochtemperatur-Supraleiter-Material, der einen im wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Der fertige Leiter 50 umfasst einen bereist supraleitfähigen Rohleiter 10, der an seiner hier aus Silber bestehenden Leiteroberfläche 53 mit einer erfindungsgemäß aufgebrachten und eingebrannten Isolierummantelung 54 aus einem Isolationsmaterial umgeben ist. Der fertige Hochtemperatur-Supraleiter 50 weist, wie bereits der Roh- oder Ausgangsleiter 10, Filamente 51 aus einem keramischen Hochtemperatur-Supraleiter-Material (HTS) auf, die in Silber 52 eingebettet sind. Solche Leiter 10 bzw. 50 können beispielsweise nach der „Pulver-im-Rohr"-Technik (PIR) hergestellt werden. Es können auch Schicht- oder Dünnschichtleiter verwendet werden, bei denen das Hochtemperatur-Supraleiter-Material zum Beispiel auf einen drahtförmigen Träger aufgebracht wird. Die Schichtdicke der Isolierummantelung 54 ist kleiner als 20μm, vorzugsweise sogar kleiner als 7 μm und an der Leiteroberfläche im wesentlichen gleichmäßig aufgebracht und verfestigt, so daß mit dem ummantelten und an der Manteloberfläche isolierten supraleitfähigen Bandleiter 50 eine dicht gewickelte Spule hergestellt werden kann, die keine Zwischenräume zwischen Windungen hat.
2 zeigt eine Anlage 100, auf der ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Isolierung eines supraleitfähigen Roh- oder Ausgangsbandleiters 10 mit einer Isolierummantelung, wie in 1 gezeigt, durchgeführt werden kann. Der am Ende des Verfahrens hergestellte und mit einer Isolierummantelung versehene Bandleiter ist in 2 mit Bezugszeichen 50 bezeichnet. Der aus HTS-Material bestehende Rohleiter 10 wird beim Durchlauf der Bearbeitungsstationen der Anlage mit einer Isolierummantelung versehen, die eine dünne gleichmäßige Dicke aufweist, wodurch sich der isolierte Bandleiter 50 sehr gut zum Herstellen dicht gewickelter, supraleitfähiger Spulen eignet.
Der Bandleiter 10 aus HTS-Material wird noch ohne Isolierummantelung von einer Abwickelvorrichtung, die hier aus einer drehbar in einem Ständer 11 gelagerte Vorratsrolle 12 besteht, abgewickelt und dann durch eine Beschichtungskammer 17 und einen Ofen 23 transportiert, um am Ende des Isolationsverfahrens als fertiger und mit einer Isolierung versehener Suprabandleiter 50 auf einer Aufwickelvorrichtung, die hier eine durch einen Motor angetriebene, an einem Ständer 28 gelagerte Wickelrolle 27 umfasst, aufgewickelt.
Der von der Vorratsrolle 12 abgewickelte, noch nicht isolierte Bandleiter 10 wird zuerst an einer Rolle 13 vorbeigeführt, die mit einer Spannungsquelle 14 leitend verbunden ist, um den Bandleiter 10 an der Leiteroberfläche mit einer Spannung zu beaufschlagen. Zwischen dem Erdpotential 15 und dem Bandleiter 10 liegt eine Spannung an. Der mit der Spannung beaufschlagte Bandleiter 10 tritt anschließend kontinuierlich durch eine Eintrittsöffnung 16 in eine Beschichtungskammer 17 ein, die ebenfalls auf dem Erdpotential 15 liegt, damit ein Potentialunterschied zwischen dem mit Spannung beaufschlagten Bandleiter 10 und der Beschichtungskammer 17 besteht.
Um auf den Ausgangsbandleiter 10 eine Isolierummantelung aufzubringen, wird ein hierfür geeignetes Pulver mittels einer Pumpe 19 aus einem Vorratsbehälter 18 herausgesogen und in eine Beschichtungskammer 17 eingeblasen. Eine am Ende einer in die Beschichtungskammer 17 eintauchenden Pumpleitung 30 angeordnete Zerstäuberdüse 20 zerstäubt das Pulver in der Beschichtungskammer 17 zu einer Wolke 21 aus mit Pulver bzw. Pulverpartikeln vernebeltem Luftgemisch. Das aus dem Vorratsbehälter 18 zugeführte Pulver zum Herstellen der Isolierummantelung besteht vorzugsweise aus einem Pulvergemisch mit zwei Komponenten, ist hochfein vermahlen und weist eine mittlere Korngröße von weniger als 2 Mikrometer auf. Die Komponenten des Pulvers sind daher gewählt, das eine Komponente einen höheren Schmelzpunkt als die der anderen Komponente/n hat. Das das Isolationsmaterial bildende Pulver kann beispielsweise ein Thermoplast, ein Duroplast und/oder ein Oxidkristall sein, dessen Korngröße idealerweise im Nanobereich von weniger als 1000 nm liegt. Dem pulverförmigen Isolationsmaterial kann eine nicht schmelzende Komponente aus Glasfasern und/oder Glaskugeln wiederum mit einer Größe im Nanobereich beigemischt sein.
Durch die Potentialdifferenz zwischen der Pulverwolke 21 und dem hier mit Spannung beaufschlagten Bandleiter 10 wird das Pulver angezogen und die Pulverwolke 21 lagert sich gleichmäßig an der Leiteroberfläche des Leiters 10 ab. Da die Beschichtungskammer 17 auf dem Erdpotential 15 liegt, lagert sich die Wolke 21 im wesentlichen vollständig auf der Leiteroberfläche ab und wird nicht von der Beschichtungskammer 17 angezogen.
Der an der Oberfläche mit dem Pulver benetzte Bandleiter tritt nach dem Aufbringen des Pulvers aus Isoliermaterial durch eine Austrittsöffnung 22 aus der Beschichtungskammer 17 aus und wird weiter durch eine Ofeneintrittsöffnung 24 in den Ofen 23 transportiert. Im Ofen 23 wird das in der Beschichtungskammer 17 auf der Leiteroberfläche des Rohleiters 10 angelagerte Pulver eingebrannt. Der Ofen kann mittels einer Heizspirale oder Gas geheizt werden. Beim Einbrennen wird das Pulver für kurze Zeit auf eine Maximaltemperatur erhitzt. Die Maximaltemperatur ist derart gewählt, dass nur die eine Komponente des Zweikomponentpulvergemischs kurz vor Erreichen der Maximaltemperatur schmilzt während die andere Komponente nicht schmilzt. Diese Verfahrensführung verhindert ein Zerfließen des teilweise geschmolzenen Pulvers auf der Leiteroberfläche und die Verteilung des Pulvers auf der Oberfläche und damit die erreichbare Schichtdicke verändert sich lokal nicht. Durch das nur teilweise Schmelzen des Pulvers auf der Leiteroberfläche wird vermieden, dass Oberfächenspannungen entstehen können, die sonst zu einer Tropfenbildung oder einem Abfluß bzw. Abperlen des teilweise geschmolzenen Pulvers von den Kanten führen könnten.
Der Bandleiter mit dem auf der Leiteroberfläche eingebrannten Pulver tritt anschließend aus einer Ofenaustrittsöffnung 25 aus dem Ofen 23 aus und durchläuft eine Kühlstrecke 29, in der die zuvor aufgebrachte Ummantelung endgültig aushärtet. Der fertige, mit der ausgehärteten Isolierummantelung versehene Bandleiter 50 wird über eine Umlenkrolle 26 umgelenkt und auf die angetriebene Wickelspule 27 der Aufwickelvorrichtung aufgewickelt. Der gesamte Transport des Leiter 10 durch die Anlage 100 hindurch durch kontinuierliches Aufwickeln des fertigen Bandleiters 50 erreicht werden.
Mit der Anlage 100 nach 2 kann gemäß einer ersten Verfahrensführung beispielsweise ein Hochtemperatur-Supraleiter-Draht elektrostatisch aufgeladen und mit Polyethylenpulver mit einer Korngröße von weniger als 1000 nm benebelt werden, das bei einer Maximaltempe ratur von 110°C in dem Ofen geschmolzen wird. Die Schichtdicke der hergestellten Isolierungsummantelung kann etwa 15 μm betragen und die eine Durchschlagfestigkeit von 1,5 kV aufweisen.
Gemäß einem alternativen Herstellverfahren kann ein Hochtemperatur-Supraleiter-Draht elektrostatisch aufgeladen werden, um in der Beschichtungskammer ein Pulvergemisch aus Polyester und Polyethylen mit einer Korngröße von weniger als 500 nm auf der Leiteroberfläche anzulagern. Da der Schmelzbereich von Polyester bei ca. 250°C liegt, kann bei einer verfahrensmäßig eingestellten Maximaltemperatur von z.B. ca. 140°C erreicht werden, daß nur die Polyethylen-Komponente geschmolzen wird und die Polyester-Komponente fest blieb. Die entsprechend hergestellte Isolierummantelung kann eine Durchschlagfestigkeit von 1,3 kV erhalten.
In der Anlage kann gemäß einer weiteren alternativen Verfahrensführung ein Supraleiter mit einem Gemisch aus Polyester-Aluminiumoxydpulver mit einer Korngröße von weniger als 500 nm beschichtet werden, das bei einer Temperatur von 250°C in dem Ofen eingebrannt wird. Der Leiter kann Schichtdicke von vorzugsweise etwa 13μm erhalten, die eine Durchschlagfestigkeit von 1,1 kV hat. Der in der Anlage vor der Beschichtungskammer elektrostatisch aufgeladene Rohleiter könnte auch mit Polyesterpulver mit einer Korngröße von weniges als 100 nm beschichtet werden, wobei die Pulverbeschichtung anschließend bei ca. 220°C gebacken wird.
Für den Fachmann ergeben sich aus der vorhergehenden Beschreibung zahlreiche Modifikationen, die in den Schutzbereich der anhängenden Ansprüche fallen sollen. Das Isolationsmaterial kann statt in einem Ofen auch durch Bestrahlen mit Laser-, UV- oder Infrarotlicht auf der Leiteroberfläche eingebrannt werden, z.B. durch eine oder mehrere Halogenlampen. Auch ist es möglich, ein Paket von Leitern oder mehrere Drähte aus einem Hochtemperatur-Supraleiter-Material durch die Anlage zu transportieren. Mehrere Leiter können auch an einer Lötstelle aneinander gelötet werden und fortlaufend über die Lötstelle hinweg mit der Isolierummantelung versehen werden. Durch die elektrostatische Anziehung kann die Schichtdicke der Isolierummante lung an der Lötstelle konstant gehalten werden. Der Fertigungsprozeß kann so fortlaufen und muß nicht unterbrochen werden. Bei allen Ausführungsalternativen weist die Isolierummantelung vorzugsweise eine Durchschlagfestigkeit von mehr als 400 V nach DIN EN160243-1 auf.

Claims

Verfahren zur elektrischen Isolierung eines supraleitfähigen Leiters (10, 50) mittels einer Isolierummantelung (54) mit den Schritten: – Bereitstellen von einem supraleitfähigen Leiter (10); – Aufbringen von Isolationsmaterial auf einer Leiteroberfläche (53) des Leiters (10); und – Aushärten des Isolationsmaterials auf der Leiteroberfläche (53) zum Ausbilden der Isolierummantelung (54), gekennzeichnet durch die Schritte – Zerstäuben des aufzubringenden Isolationsmaterials, wobei ein pulverförmiges Isolationsmaterial verwendet wird, dessen Korngröße kleiner als 2000nm ist; – Erzeugen eines elektrischen Potentials zwischen dem Pulver und der Leiteroberfläche (53) zur Anlagerung des Pulvers an der Leiteroberfläche (53) mittels elektrostatischer Anziehung; und – Ausbilden der Isolierummantelung mit einer Schichtdicke von weniger als 20μm mittels Pulverbeschichten des supraleitfähigen Leiters (10) mit den Schritten Einbrennen und Aushärten des zumindest teilweise geschmolzenen Pulvers auf der Leiteroberfläche (53).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Spannung am Leiter (10) angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver mittels Druckluft oder Druckgas, das vorzugsweise Luft und/oder inerte Gase aufweist, zerstäubt wird und/oder das Anlagern des Pulvers an der Leiteroberfläche (53) durch Druckluft bzw. Druckgas unterstützt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter geerdet wird und das Pulver durch Reibung an einer Düse beim Zerstäuben elektrostatisch aufgeladen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (10, 50) ein Bandleiter mit einem rechteckigen Querschnitt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter von einer Vorratsrolle (12) abgewickelt und durch eine Beschichtungskammer (17) zum Aufbringen des Isolationsmaterials gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbrennen der Leiter (10) durch einen Ofen (23) zum zumindest teilweisen Schmelzen des aufgelagerten Pulvers gefördert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korngröße des Pulvers kleiner als 1000nm ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver aus einem Pulvergemisch mit mehreren Komponenten besteht, die unterschiedliche Schmelzpunkte aufweisen, wobei vorzugsweise die Komponente mit dem höheren Schmelzpunkt aus einem Duroplast, aus Glaspartikeln, aus Oxydkristallen oder aus Mischungen dieser besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Pulver oder wenigstens eine der Komponenten aus einem Thermoplast, insbesondere Polyurethan, Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder aus einem hallogenierten Wasserstoff, insbesondere mit Weichmachern, besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10; dadurch gekennzeichnet, daß beim Pulverbeschichten das Pulver auf eine Maximaltemperatur aufgeheizt wird, die niedriger ist als der Schmelzpunkt zumindest einer Komponente des Pulvers, wodurch zumindest diese eine Komponente währenddes Schmelzens der anderen Komponenten nicht schmilzt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximaltemperatur kleiner als 360°C, vorzugsweise kleiner als 300°C und insbesondere zwischen 100° und 250°C gewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierummantelung (54) mit einer Schichtdicke von weniger als 10μm und insbesondere weniger als 7μm hergestellt wird.
Leiter aus einem Hochtemperatur-Supraleiter-Material (54) mit einer Isolierummantelung, die gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 hergestellt ist.