DE102011080620B4 - Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils und Isolationsbauteil sowie elektrisch leitfähiges Heizkabel - Google Patents

Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils und Isolationsbauteil sowie elektrisch leitfähiges Heizkabel Download PDF

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Abstract

Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils (10), aufweisend PEEK (Polyetheretherketon), zur Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels (100), wobei das Isolationsbauteil (10) als hohlzylindrische Form ausgeführt ist, mit den folgenden Schritten: – Zumindest abschnittsweises Behandeln der Oberfläche des Isolationsbauteils (10), welche nach dem Anbringen des Isolationsbauteils (10) um das elektrisch leitfähige Heizkabel (100) herum zu dessen Isolierung nach außen zeigt, mit einer oder mehreren kalten Plasma-Flammen und – Aufbringen von wenigstens einer Schutzschicht (20) in chemischer Weise kraftschlüssig verbindend auf die behandelte Oberfläche des Isolationsbauteils (10).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils, aufweisend PEEK, zur Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung ein Isolationsbauteil, aufweisend PEEK, für die Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels sowie ein derartig isoliertes elektrisch leitfähiges Heizkabel.
  • Es ist bekannt, dass zur Förderung von Öl auch Öllagerstätten infrage kommen, in welchen das Öl in einem Trennprozess vom Sand abgeschieden werden muss. In Lagerstätten, in welchen der Ölsand jedoch nicht im Tagebau zugänglich ist, erfolgt üblicherweise eine Förderung des Öls durch das Erhitzen des Ölsandes. Hierdurch wird die Viskosität des gebundenen Öls derart reduziert, dass es in konventioneller Weise abgepumpt werden kann. Bei bekannten Verfahren wird für das Erhitzen des Ölsandes erhitzter Dampf, erhitzte Luft oder ähnliche heiße Gase eingesetzt. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass in sehr aufwendiger Weise eine Möglichkeit geschaffen werden muss, um die Gase in die gewünschte Position im Erdreich, nämlich zu dem Lagerort des Ölsandes, zu transportieren. Darüber hinaus ist aufgrund teilweise sehr tiefer und weit ausgedehnter Lagerstätten ein hoher Aufwand hinsichtlich des entstehenden Druckverlustes beim Einbringen der Gase/Dämpfe zu beachten.
  • Auch ist es bekannt, dass zum Erwärmen von Materialien Induktion als physikalisches Prinzip zum Einsatz kommen kann. Jedoch besteht dabei das Problem, dass bei der Verwendung von Induktionskabeln, also elektrisch leitfähigen Heizkabeln, für die voranstehend beschriebene Förderung von Öl aus Ölsandlagerstätten, eine hoch aggressive Umgebung vorherrscht. Insbesondere müssen die Heizkabel Temperaturwerte von dauerhaft über 250°C aushalten, die unter einer Wasserdampfatmosphäre und einer H2S Dampfatmosphäre bei einem Überdruck von 15 bar herrschen. Ein einfaches elektrisch leitfähiges Heizkabel, wie zum Beispiel ein Kupferkabel, würde einer solchen Umgebung nicht in ausreichender Weise standhalten. Auch die Isolierung solcher Heizkabel stellt die Umgebungssituation vor außerordentliche Probleme. Selbst hochresistente Kunststoffe wie insbesondere der Kunststoff PEEK, sind nicht ausreichend resistent, um dauerstabil in solchen Atmosphären eingesetzt zu werden. Zum Beispiel zeigen die DE 10 2009 013 129 A1 , die US 2008/0 210 682 A1 oder die DE 10 2009 052 432 A1 Lösung nach dem Stand der Technik. Auch aus der GB 2 460 686 A ist eine entsprechende technische Umsetzung zu entnehmen.
  • Als Heizkabel ist auch ein Induktor für die Ölsandförderung zu verstehen, bei dem im Betrieb mittels Induktion der umgebende Erdboden angeregt wird, so dass es zu einer Temperaturerhöhung kommt.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die voranstehend beschriebenen Probleme zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, eine Isolierung von elektrisch leitfähigen Heizkabeln zur Verfügung zu stellen, die deren Einsatz unter den voranstehend beschriebenen aggressiven Umgebungsbedingungen ermöglicht. Ebenfalls Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein entsprechendes Isolationsbauteil sowie ein damit isoliertes elektrisch leitfähiges Heizkabel zur Verfügung zu stellen.
  • Voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Isolationsbauteil und dem erfindungsgemäßen elektrisch leitfähigen Heizkabel beschrieben werden, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils zur Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels weist dieses Isolationsbauteil PEEK auf. Das bedeutet, dass PEEK (Polyetheretherketon) als Material für die Fertigung des Isolationsbauteils zum Einsatz gekommen ist. Insbesondere ist das Isolationsbauteil vollständig oder im Wesentlichen vollständig aus PEEK hergestellt. Das Isolationsbauteil dient zur Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels. Hierzu weist das Isolationsbauteil die eine geometrische Form auf, so dass es um das Heizkabel für die Isolierung gelegt werden kann. Insbesondere ist das Isolationsbauteil als hohlzylindrische Form ausgeführt, die eine Länge hat, die kleiner als die Länge des elektrisch leitfähigen Heizkabels ist. Häufig werden elektrisch leitfähige Heizkabel mit Längen von mehreren Kilometern, zum Beispiel zwei Kilometern, eingesetzt. Entsprechende Isolationsbauteile in Form eines Hohlzylinders sind dabei mit einigen Metern dimensioniert, zum Beispiel ca. 9 Metern. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren an relativ kleinen Einheiten, nämlich dem Isolationsbauteil, durchgeführt werden und trotzdem auch ein sehr groß dimensioniertes elektrisch leitfähiges Heizkabel in erfindungsgemäßer Weise durch ein erfindungsgemäß beschichtetes Isolationsbauteil isoliert werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist für die Beschichtung des Isolationsbauteils die folgenden Schritte auf:
    • – Zumindest abschnittsweises Behandeln der Oberfläche des Isolationsbauteils mit wenigstens einer kalten Plasmaflamme und
    • – Aufbringen von wenigstens einer Schutzschicht auf die behandelnde Oberfläche des Isolationsbauteils.
  • Die voranstehende Verfahrensweise kann mit anderen Worten auch als das „Aktivieren” der Oberfläche des Isolationsbauteils im chemischen Sinn und dem anschließenden Beschichten beschrieben werden.
  • Problematisch bei dem Material PEEK ist es, dass dieses Material aufgrund seiner hohen Resistenz gegen aggressive Umgebungen zugleich eine hohe Widerstandsfähigkeit hinsichtlich der Reaktionsfähigkeit mit sich bringt. Es kann also als „reaktionsträge” beschrieben werden. Dies verhindert, dass in konventioneller Weise über Klebeverfahren oder ähnliches ein Kraftschluss zwischen einer Beschichtung mit einer Schutzschicht und dem Material des Isolationsbauteils erfolgen kann. Erst durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Oberfläche des Isolationsbauteils aktiviert werden, so dass diese Oberfläche in chemischer Weise in der Lage ist, die dem Material eigene Reaktionsträgheit zu überwinden und einen entsprechenden Kraftschluss mit der Schutzschicht einzugehen. Dabei ist zu bemerken, dass durch die Plasmaflamme, welche zum Beispiel mit einem Gasverhältnis von Stickstoff zu Sauerstoff von 1:1 betrieben wird, eine besonders gute Aktivierung erfolgt. Auf diese Weise wird das Material PEEK oberflächenaktiv und kann eine tragfähige Verbindung oder eine Reaktion mit anderen Chemikalien in einer wirtschaftlich vertretbaren Zeit eingehen.
  • Das Aktivierungsverfahren mittels einer kalten Plasmaflamme ist darüber hinaus relativ kostengünstig durchführbar. Mit anderen Worten: wird durch die Plasmaflamme eine temporäre Veränderung der chemischen Eigenschaften des Isolationsbauteils an dessen Oberfläche durchgeführt, so dass anschließend die Schutzschicht haften bleiben kann. Das Haften der Schutzschicht ist wichtig, da während des Einbringens eines entsprechenden elektrisch leitfähigen Heizkabels mit einer solchen Isolierung in Förderbereiche für Ölsand eine notwendige Dehnungsfähigkeit von bis zu 1% und mehr für die Schutzschicht notwendig ist. Würde ein Kraftschluss zwischen der Schutzschicht und dem Isolationsbauteil aus PEEK nicht bestehen, so würde dies dazu führen, dass Risse in der Schutzschicht entstehen könnten und auf diese Weise die aggressive Umweltumgebung ein vorzeitiges Korrodieren des PEEK-Materials und dementsprechend ein vorzeitiges Versagen des Heizkabels mit sich bringen würde.
  • Ein weiterer Vorteil eines erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass durch die Plasmaaktivierung der Oberfläche des Isolationsbauteils diese Aktivierung zeitlich relativ lange anhält. Insbesondere verbleibt diese Aktivierung über mehrere Tage aktiv, so dass der Schritt des Behandelns der Oberfläche mit der Plasmaflamme von dem Schritt des Aufbringens von wenigstens einer Schutzschicht zeitlich und örtlich separat ausgestaltet sein kann. Insbesondere ist es möglich, dass die Schutzschicht erst nach der Montage des jeweiligen Isolationsbauteils auf dem elektrisch leitfähigen Heizkabel durchgeführt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Schutzschicht auch an den Stoßbereichen einzelner Isolationsbauteile in Längsrichtung des elektrisch leitfähigen Heizkabels eine geschlossene Schutzschicht bilden kann. Auf diese Weise kann eine noch weiter verbesserte Abschirmung gegen die aggressiven Umweltbedingungen erzielt werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem abschnittsweise Behandeln der Oberfläche des Isolationsbauteils mit wenigstens einer kalten Plasmaflamme zu verstehen, dass zumindest die Abschnitte der Oberfläche des Isolationsbauteils entsprechend behandelt und beschichtet werden, welche nach dem Anbringen des Isolationsbauteils um das elektrisch leitfähige Heizkabel herum zu dessen Isolierung nach außen zeigen und dementsprechend in Kontakt mit den aggressiven Umweltbedingungen gelangen würden. Das elektrische leitfähige Heizkabel ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise ein Kupferkabel mit ca. 100 bis 160 mm Durchmesser.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann zum Beispiel mithilfe eines Ringes durchgeführt werden, in welchem eine oder mehrere kalte Plasmaflammen auf den Mittelpunkt dieses Ringes zeigen. Auf diese Weise, insbesondere durch eine Rotation um den Mittelpunkt dieses Ringes, kann eine kontinuierliche Behandlung der Oberfläche des Isolationsbauteils stattfinden. Hierzu wird vorzugsweise eine Wechselspannung an dem Ring angelegt und über Gasanschlüsse Sauerstoff, Stickstoff und C3H8 dem Ring und damit der Plasmaflamme zu deren Erzeugung zugeführt. Wie hier zu erkennen ist, ist ein weiterer Vorteil die besonders umweltfreundliche Aktivierung dadurch, dass beim Plasmaverfahren keine unnötigen Abgase entstehen, welche als Umweltbelastung wahrgenommen werden könnten.
  • Bei der Schutzschicht kann es sich um unterschiedliche Ausbildungen handeln. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass nicht nur eine Schutzschicht, sondern auch mehrere Schutzschichten übereinander mit gleicher oder unterschiedlicher chemischer und/oder physikalischer Ausgestaltung zum Einsatz kommen können. Entscheidend ist jedoch, dass nicht nur zwischen der Schutzschicht und dem Material des Isolationsbauteils, sondern auch zwischen den einzelnen Schutzschichten eine entsprechende kraftschlüssige beziehungsweise materialschlüssige Verbindung besteht, um die wie weiter oben beschriebenen Anforderungen an die Dehnungsgrenze in erfindungsgemäßer Weise zu erzielen.
  • Es kann von Vorteil sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens eine Schutzschicht als Sol-Gel-Schicht durch ein Sol-Gel-Verfahren aufgebracht wird. Dabei ist die Hauptkomponente einer dafür verwendeten Sol-Gel-Lösung nach Schichtaufbringung und Aushärtung bzw. Trocknung der Sol-Gel-Lösung insbesondere SiO2 oder TiO2. Beim Aufbringen der Sol-Gel-Schicht weist diese einen 99%-tigen bzw. annähernd 99%-tigen Alkohol-Anteil auf. Dieser Alkohol-Anteil verdampft, so dass nach dem Aushärtung bzw. der Trocknung der Sol-Gel-Lösung SiO2 oder TiO2 übrig bleibt. Mit anderen Worten kann eine Glas- oder Keramik-Sol-Gel-Lösung verwendet werden, wobei Keramiklösungen eine noch höhere Abschottung gegen die aggressiven Umweltbedingungen mit sich bringen.
  • Das Sol-Gel-Verfahren wird eingesetzt, indem die aktivierte Oberfläche zum Beispiel mit einer Sol-Gel-Lösung eingesprüht wird. Diese Lösung weist ein Lösungsmittel, zum Beispiel einen Alkohol auf. Dieser verdampft sehr schnell beziehungsweise sofort und hinterlässt durch das Verdampfen einen dünnen Film mit oxidischen und voroxidischen Nanopartikeln. Durch das Aufbringen und Verdampfen des Lösungsmittels kann darüber hinaus sichergestellt werden, dass ein im Wesentlichen oder vollständig abgeschlossener Film das Material des Isolationsbauteils umgibt. Auf diese Weise entsteht sozusagen eine dichte, glasartige Oxidschicht. Diese Oxidschicht bringt einerseits den Vorteil mit sich, dass sie das Material des Isolationsbauteils, insbesondere das PEEK, in gewünschter Weise vor den aggressiven Umweltbedingungen schützt. Darüber hinaus ist die Oxidschicht beim Aushärten in der Lage, eine gute Haftung mit der Oberfläche des Materials des Isolationsbauteils einzugehen. Damit wird ermöglicht, dass eine Materialdehnung von über 1% der Schutzschicht ausgehalten werden kann. Dies rührt daher, dass ein Werkstoff, je dünner er wird, umso mehr Längenverformung ertragen kann, ohne eine Anrissbildung zu zeigen. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gewünschte Abschirmung gegen die aggressiven Umweltbedingungen nicht nur nach dem Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht, sondern auch noch beim Einbringen in die gewünschte Position im Erdinneren zur Erwärmung von Ölsand.
  • Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schutzschicht derart aufgetragen wird, dass eine Schichtdicke von mindestens 2 μm erzielt wird. Bevorzugt ist eine Schichtdicke von zwischen 2 und 5 μm. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass die Schutzschicht auch aus einzelnen Schutzschichtfilmen bestehen kann, die übereinander gelagert eine entsprechend größere Schutzschichtdicke von insbesondere bis zu 30 μm erzielen können. Unter 2 μm ist dabei eine Mindestschichtdicke zu verstehen, um offene Stellen und durchgängige Risse in der Schutzschicht vermeiden. Ein solcher durchgängiger Riss ist dabei auf die radiale Ausrichtung des Isolationsbauteils zu beziehen. Dieser würde dazu führen, dass eine Leckage besteht, durch welche das Material des Isolationsbauteils, also insbesondere das PEEK, direkt den aggressiven Umweltbedingungen ausgesetzt wäre. An dieser Stelle würde demnach eine Korrosionsleckage bestehen, die zu einem Versagen der Isolierung und dementsprechend zu einem Kurzschluss des elektrisch leitfähigen Heizkabels während dessen Einsatz führen könnte. Durch das Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Mindestschichtdicke von 2 μm wird somit die Funktionssicherheit durch ein erfindungsgemäßes Verfahren für den Einsatz eines isolierten elektrisch leitfähigen Heizkabels deutlich erhöht.
  • Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren der Schritt des Aufbringens der Schutzschicht zumindest zweimal durchgeführt wird. Auf diese Weise wird die Schichtdicke der Schutzschicht vergrößert. Insbesondere erfolgt ein Vergrößern der Schichtdicke auf ca. 30 μm, so dass ein noch besserer Schutz gegen Korrosionsleckage erzielt werden kann. Dabei werden die einzelnen Schritte des Aufbringens der Schutzschicht derart durchgeführt, dass zwischen den einzelnen Aufbringschritten nur zum Teil oder überhaupt nicht eine Trocknung beziehungsweise Aushärtung der vorher aufgebrachten Schutzschicht stattfinden konnte. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass zum Zeitpunkt des Aufbringens der nächsten Schutzschicht die darunter liegende Schutzschicht noch in der Lage ist, eine kraftschlüssige Verbindung, zum Beispiel durch Materialschluss, einzugehen. Beim Aufbringen mehrerer Schutzschichten übereinander kann sowohl jeweils eine gleiche Schutzschicht, als auch unterschiedliche Schutzschichten eingesetzt werden. Insbesondere können verschiedene Schutzschichten übereinander gelagert werden, um deren Schutzqualität mit unterschiedlichen Schwerpunkten zu einer gemeinsamen und dementsprechend höherwertigen Schutzschicht zu kombinieren.
  • Auch vorteilhaft kann es sein, wenn einem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Aufbringen der Schutzschicht zumindest ein Trocknungsschritt für die Schutzschicht folgt. Dieser Trocknungsschritt wird bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, insbesondere zwischen 100°C und 200°C durchgeführt. Bevorzugt ist ein Temperaturbereich zwischen 120°C und 180°C. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit der Durchführung des Verfahrens beschleunigt werden. Der Trocknungsschritt dient dazu, das Aushärten der aufgebrachten Schutzschicht zu beschleunigen. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass beim Einsatz von mehreren Schutzschichtfilmen, die aufeinander aufgebracht werden, der Trocknungsschritt abschließend, also nach dem letzten Aufbringen eines Schutzschichtfilms, durchgeführt werden soll. Auf diese Weise können die einzelnen Schutzschichten relativ zügig hintereinander übereinander aufgebracht werden und abschließend über den Trocknungsschritt eine zügige Fertigstellung des Isolationsbauteils durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gewährleistet bleiben.
  • Der Trocknungsschritt kann zum Beispiel durch das Aufheizen der Isolationsbauteile gemeinsam in einem Ofen vor der Montage an dem Heizkabel stattfinden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer einzigen Produktionslinie durchgeführt wird, so dass im Wesentlichen kontinuierlich ein Aktivieren des Isolationsbauteils, ein Beschichten des Isolationsbauteils und anschließend insbesondere ein Trocknen des Isolationsbauteils im kontinuierlichen Verfahren stattfinden kann.
  • Ein weiterer Vorteil kann es sein, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zumindest eine Schutzschicht als Kleber, insbesondere direkt auf der Oberfläche des Isolationsbauteils, aufgebracht wird. Bei der Ausführungsform gemäß diesem Unteranspruch wird der Vorteil erzielt, dass der Kraftschluss zwischen einem Kleber und dem Material des Isolationsbauteils, also insbesondere dem PEEK, besonders stark ausgebildet werden kann. Dabei kann der Kleber bereits selbst die abschließende Schutzschicht darstellen oder aber nur einen Teil dieser Schutzschicht, der wiederum mit einer zusätzlichen darauf angebrachten Schutzschicht versehen wird. Der Kleber ist dabei insbesondere als Haftvermittler zum Beispiel für ein Sol-Gel-Verfahren bei dieser Ausführungsform zu verstehen. Als Kleber kann zum Beispiel ein Phenol-Novolac-Cyanat-Ester eingesetzt werden.
  • Um den Kleber anzubringen, ist vorzugsweise ein Ringpinsel zu verwenden, der derart angeordnet ist, dass durch diesen Ringpinsel beim Auftragen das Isolationsbauteil in einer Weise geführt wird, dass nach dem Aufbringen das aufgebrachte Klebermaterial in noch flüssiger Weise am Isolationsbauteil entlang wieder Richtung Ringpinsel durch die Schwerkraft bewegt nach unten läuft. Auf diese Weise kann eine im Wesentlichen konstante und vor allem abgeschlossene Schutzschicht ausgebildet werden. Darüber hinaus wird vermieden, dass Dickensprünge hinsichtlich der Schichtdicke der Schutzschicht entstehen.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eine einzelne Schutzschicht, sondern auch eine Vielzahl von Schutzschichten übereinander angebracht werden kann. Insbesondere ist eine Einzelschutzschicht bzw. Schutzschichtfilm als Kleber oder als Sol-Gel-Schicht, also als glasartige Oxidschicht ausgebildet. Auch mehrere Schichten aus Kleber oder Sol-Gel-Schicht sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar. Insbesondere ist auch eine Kombination eines Klebers und einer Sol-Gel-Schicht denkbar, wobei insbesondere der Kleber direkt auf der Oberfläche des Isolationsbauteils aufgebracht worden ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann dahingehend weitergebildet werden, dass nach dem Aufbringen der Schutzschicht in Form des Klebers ein Aushärtungsschritt derart durchgeführt wird, dass der Kleber formstabil wird ohne bereits vollständig auszuhärten. Dies führt dazu, dass auch weitere Schutzschichten aufgebracht werden können. Das weitere Aufbringen kann zum Beispiel in einem nächsten Prozessschritt durch das Einsprühen der Oberfläche mit einem alkoholischen Sol-Gel-Gemisch erfolgen. Aus Feuerschutzgründen erfolgt der Aushärtungsschritt vorzugsweise mit einem größeren Abstand im Betrieb mit Flammen oder mit Wärmestrahlern. Der Kleber zeigt vorzugsweise nach seiner Aushärtung einen thermischen Zersetzungspunkt von 400 bis 420°Celsius. Dementsprechend kann auch der Kleber selbst bereits eine Schutzwirkung entfalten, und als Schutzschicht im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verstanden werden. Das bedeutet, dass auch der Kleber selbst eine Abschirmung gegen die aggressiven Umweltbedingungen mit sich bringt.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Isolationsbauteil, aufweisend PEEK, für die Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels. Dieses Isolationsbauteil zeichnet sich dadurch aus, dass die Oberfläche des Isolationsbauteils zumindest abschnittsweise mit einer Schutzschicht versehen ist. Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Isolationsbauteil derart ausgebildet, dass es durch ein erfindungsgemäßes Verfahren erzeugt werden kann. Dementsprechend weist ein erfindungsgemäßes Isolationsbauteil die gleichen Vorteile auf, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren erläutert worden sind.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein elektrisch leitfähiges Heizkabel, welches durch zumindest ein erfindungsgemäßes Isolationsbauteil isoliert worden ist, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein entsprechend elektrisch leitfähiges Heizkabel weist dementsprechend die gleichen Vorteile auf, wie sie hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Isolationsbauteils beziehungsweise hinsichtlich eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausführlich erläutert worden sind.
  • Die vorliegende Erfindung wird näher erläutert anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren. Die dabei verwendeten Begrifflichkeiten „links”, „rechts”, „oben” und „unten” beziehen sich auf eine Ausrichtung der Zeichnungsfiguren mit normal lesbaren Bezugszeichen. Es zeigen:
  • 1 in schematischer Ansicht eine Möglichkeit der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine in erfindungsgemäßer Weise hergestellte Ausführungsform eines Isolationsbauteils,
  • 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Isolationsbauteils,
  • 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Isolationsbauteils,
  • 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Isolationsbauteils,
  • 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß hergestellten Isolationsbauteils, und
  • 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Isolationsbauteils.
  • Anhand von 1 soll die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden. Für das Durchführen des Verfahrens ist ein Plasmaflammenring vorgesehen, der schematisch in 1 dargestellt ist und mit C3H8 beschickt werden kann. Darüber hinaus ist am unteren Bereich des Ringes ein Anschluss für eine Wechselspannung vorgesehen um das Plasma in gewünschter Weise zu erzeugen. Zur Behandlung der Oberfläche des Isolationsbauteils 10 wird der Ring, insbesondere in rotierender Weise, entlang der Achse des Isolationsbauteils 10 bewegt. Dabei wird die Oberfläche des Isolationsbauteils 10 aktiviert. Diese Aktivierung überwindet die Reaktionsträgheit und ermöglicht auf diese Weise eine kraftschlüssige Verbindung mit dem Isolationsbauteil, Ein solcher nächster Produktionsschritt ist das Aufbringen einer Schutzschicht 20. Das Ergebnis eines solchen Produktionsschrittes ist in 2 dargestellt.
  • 2 zeigt beispielhaft in schematischem Querschnitt eine Ausführungsform eines Isolationsbauteils 10. Dieses ist mit einer Schutzschicht 20 versehen. Die Schutzschicht 20 ist dabei bei dieser Ausführungsform eine Sol-Gel-Schicht 22, mit einer Dicke D, die größer oder gleich 2 μm ist.
  • Das Sol-Gel-Verfahren ist dabei vorzugsweise in einer Weise durchgeführt worden, dass über eine Verdampfung eines Lösungsmittels der gewünschte Film mit einer gewünschten Schichtdicke erzeugt worden ist. Anschließend wurde ein Aushärtungsprozess durchgeführt, der eine glasartige Oxidschicht aus Nanopartikeln hinterlassen hat.
  • 3 zeigt die Isolationssituation mit einem erfindungsgemäßen Isolationsbauteil 10 gemäß 2. Dort befindet sich das Isolationsbauteil 10 in isolierter Weise ummantelnd um das elektrisch leitfähige Heizkabel 100. In dieser Anordnung kann das Heizkabel in der aggressiven Umweltbedingung zum Beispiel bei der Förderung von Ölsand zur Beheizung desselben eingesetzt werden.
  • In den 4, 5,6 und 7 sind alternative Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Isolationsbauteils 10 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren dargestellt. Diese unterscheiden sich durch unterschiedliche Schichtdickenarten und unterschiedlicher Anzahl von Schichtdicken.
  • In 4 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei welcher fünf Schutzschichten eine gemeinsame Schutzschicht 20 ergeben. Dabei wurden fünf Filme einer Sol-Gel-Lösung übereinander als jeweilige Sol-Gel-Schicht 22 erzeugt. Auf diese Weise konnte die Schichtdicke D vergrößert, insbesondere auf einen Bereich von 30 μm erhöht werden.
  • 5 zeigt die Möglichkeit der Kombination von verschiedenen Materialien für die Schutzschicht 20. Das Isolationsbauteil 10 dieser Ausführungsform ist zuerst mit einem Kleber 24 beschichtet worden. Dieser Kleber 24 wurde in einem Aushärteprozess nur zum Teil zum Aushärten gebracht, so dass er formstabil aber noch viskos verblieb. Anschließend wurde in einem Sol-Gel-Verfahren eine Sol-Gel-Schicht 22 auf den Kleber 24 aufgebracht. Auf diese Weise konnte eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Isolationsbauteil 10 und dem Kleber 24 sowie zwischen dem Kleber 24 und der Sol-Gel-Schicht 22 erzielt werden. Somit konnten die chemischen Bestandseigenschaften und damit die Schutzmechanismen der Kleberschicht 24 und der Sol-Gel-Schicht 22 miteinander kombiniert werden, um den aggressiven Umweltbedingungen hinsichtlich des Schutzes des Isolationsbauteils 10 bei dessen Einsatz noch besser zu trotzen.
  • In 6 ist eine alternative Ausführungsform des Isolationsbauteils 10 dargestellt. Die Schutzschicht 20 bei dieser Ausführungsform besteht aus einem Kleber 24. Dieser ist ebenfalls in einer Weise aufgebracht, wie dies ein erfindungsgemäßes Verfahren vorschreibt, also nach dem Plasmaaktivieren der Oberfläche des Isolationsbauteils 10.
  • In 7 ist dargestellt, dass auch der Kleber als Kleberschicht 24 doppelt oder sogar mehrfach ausgeführt sein kann. Auf diese Weise wird ebenfalls die Schichtdicke D vergrößert, so dass die Abschirmungswirkung gegen die aggressiven Umweltbedingungen vergrößert wird. Ein weiterer Vorteil vergrößerter Schichtdicken D ist es, dass auf diese Weise die mechanische Stabilität der Schutzschicht 20 verstärkt werden kann. Während des Einsatzes können auf diese Weise Risse noch weiter minimiert werden, so dass die Dauerstabilität des entsprechend isolierten elektrisch leitenden Heizkabels 100 noch weiter erhöht worden ist.
  • Die voranstehenden Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung nur im Rahmen von Beispielen. Dementsprechend können einzelne Merkmale zu diesen Ausführungsbeispielen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Claims (9)

  1. Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils (10), aufweisend PEEK (Polyetheretherketon), zur Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels (100), wobei das Isolationsbauteil (10) als hohlzylindrische Form ausgeführt ist, mit den folgenden Schritten: – Zumindest abschnittsweises Behandeln der Oberfläche des Isolationsbauteils (10), welche nach dem Anbringen des Isolationsbauteils (10) um das elektrisch leitfähige Heizkabel (100) herum zu dessen Isolierung nach außen zeigt, mit einer oder mehreren kalten Plasma-Flammen und – Aufbringen von wenigstens einer Schutzschicht (20) in chemischer Weise kraftschlüssig verbindend auf die behandelte Oberfläche des Isolationsbauteils (10).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Schutzschicht (20) als Sol-Gel-Schicht (22) durch ein Sol-Gel-Verfahren aufgebracht wird, wobei die Hauptkomponente der Sol-Gel-Lösung nach Ihrer Trocknung insbesondere SiO2 oder TiO2 ist.
  3. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (20) derart aufgetragen wird, dass eine Schichtdicke (D) von mindestens 2 μm erzielt wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Aufbringens der Schutzschicht (20) zumindest zweimal durchgeführt wird, so dass sich die Schichtdicke (D) der Schutzschicht (20) vergrößert.
  5. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Schutzschicht (20) zumindest ein Trockungsschritt für die Schutzschicht (20) folgt, der bei einer Temperatur oberhalb der Raumtemperatur, insbesondere zwischen 100°C und 200°C, durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schutzschicht (20) als Kleber (24), insbesondere direkt auf der Oberfläche des Isolationsbauteils (10), aufgebracht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufbringen der Schutzschicht (20) in Form des Klebers (24) ein Aushärtungsschritt derart durchgeführt wird, dass der Kleber (24) formstabil wird ohne bereits vollständig auszuhärten.
  8. Isolationsbauteil (10), aufweisend PEEK, für die Isolierung eines elektrisch leitfähigen Heizkabels (100) dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Isolationsbauteils (10), welche nach dem Anbringen des Isolationsbauteils (10) um das elektrisch leitfähige Heizkabel (100) herum zu dessen Isolierung nach außen zeigt, zumindest abschnittsweise mit einer Schutzschicht (20) versehen ist und dass das Isolationsbauteil (10) mit der Schutzschicht (20) durch ein Verfahren mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 7 erzeugt worden ist.
  9. Elektrisch leitfähiges Heizkabel (100), isoliert mit zumindest einem Isolationsbauteil (10) mit den Merkmalen des Anspruchs 8.
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