DE102012000125A1 - Device for improving the electrical properties of a coating of a conductor or the like by insulating materials, and a method for using such a device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen Durchschlagfestigkeit eines Isoliersubstrates auf der Oberfläche eines elektrischen Leiters, wobei der Beschichtungsvorrichtung des Leiters eine Vorrichtung nachgeschaltet ist, die eine Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel oder dergleichen des noch flüssigen Isoliersubstrates durch Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Hochspannung erreicht. Ebenfalls wird ein Verfahren zur Verwendung dieser Vorrichtung beschrieben, das eine symmetrische anisotrope Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel oder dergleichen in der Vorrichtung durchführt.The invention relates to a device for improving the dielectric strength of an insulating substrate on the surface of an electrical conductor, the coating device of the conductor being followed by a device which aligns the molecules and / or nanoparticles or the like of the still liquid insulating substrate by applying a pressure to the device High voltage reached. A method for using this device is also described, which carries out a symmetrical anisotropic alignment of the molecules and / or nanoparticles or the like in the device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften einer Beschichtung mittels eines Isolierstoffes auf der Oberfläche von Leitern für eine elektrische Verwendung, sowie ein Verfahren zur Verwendung eines flüssigen Isolierstoffes auf Oberflächen von Leitern für eine elektrische Verwendung durch eine derartige Vorrichtung.The invention relates to a device for improving the electrical properties of a coating by means of an insulating material on the surface of conductors for electrical use, and to a method of using a liquid insulating material on surfaces of conductors for electrical use by such a device.
Durch die
Durch die
Die
Die
Isolierwerkstoffe, deren Grundbestandteile im Wesentlichen aus Polymeren oder dergleichen bestehen, die auf einer Oberfläche eines Leiters oder dergleichen aufgebracht sind, weisen häufig nicht ausreichende Isolationsfestigkeiten aus. Dieses führt zwangsläufig zu Kriech- und Gleitentladungen. Eine derartige geringe Isolationsfestigkeit zeichnet sich dadurch aus, dass eine nicht in sich geschlossene, homogene Isolationssperre vorhanden ist. Dabei entspricht die Durchschlagfestigkeit eines Isolationswerkstoffes einer elektrischen Feldstärke, die in dem Leiter höchstens herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag kommt. Bekannte Lackschichten von elektrischen Leitern oder dergleichen weisen eine isotrope Oberfläche hinsichtlich ihrer Moleküle oder dergleichen auf.Insulating materials whose basic components consist essentially of polymers or the like applied on a surface of a conductor or the like often do not have sufficient insulating strengths. This inevitably leads to creeping and sliding discharges. Such low insulation resistance is characterized by the fact that a non-self-contained, homogeneous insulation barrier is present. In this case, the dielectric strength of an insulating material corresponds to an electric field strength which may at most prevail in the conductor, without there being a voltage breakdown. Known paint layers of electrical conductors or the like have an isotropic surface with respect to their molecules or the like.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Durchschlag- und Spannungsfestigkeit im nieder- und hochfrequenten Spannungsbereich von Isolierungen bei elektrischen Leitern, wie Drähte, Kabel oder dergleichen zu erhöhen. Ferner soll im hochfrequenten Bereich bei den Leitern oder dergleichen eine geringere Dämpfungswirkung eintreten. Dabei soll die Erfindung zu einer Verringerung der Prozesszeiten und einem verringerten Einsatz von Isolierwerkstoffen führen.The object of the invention is to increase the breakdown and dielectric strength in the low and high-frequency voltage range of insulation in electrical conductors, such as wires, cables or the like. Furthermore, a lower damping effect should occur in the high-frequency range in the case of the conductors or the like. The invention should lead to a reduction of the process times and a reduced use of insulating materials.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Die Unteransprüche haben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lösungsprinzips zum Inhalt.The object of the invention is achieved by a device according to claim 1 and by a method according to claim 6. The subclaims have a further embodiment of the solution principle of the invention to the content.
Es wird deshalb eine Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften einer Beschichtung eines Isoliersubstrates oder einer oder mehrerer Lackschichten auf der Oberfläche von Leitern für elektrische Verwendungen, wie Drähte, Kabel oder dergleichen mit einer Beschichtungsvorrichtung zur Applikation eines flüssigen Isoliersubstrates vorgeschlagen, die eine Ausrichtung der isotropen Moleküle und/oder Nanopartikel des noch flüssigen Isoliersubstrates durch Beaufschlagung mit einer Hochspannung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erreicht. Dabei wird der Leiter kontinuierlich durch die Vorrichtung hindurch bewegt, so dass am Ende der Vorrichtung eine Aushärtung des Isoliersubstrates mit gleichzeitiger Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel erfolgt ist. Durch das elektrische Feld der Hochspannung wird eine symmetrische Ausrichtung, vorzugsweise in tangentialer Richtung der Moleküle oder der der Nanopartikel so ausgeführt, dass die Oberfläche des Isolierwerkstoffes eine anisotrope Struktur einnimmt. Mittels der gezielten Ausrichtung der Moleküle oder dergleichen wird quasi eine geschlossene Oberfläche des Isoliersubstrates erreicht, ohne dass es einer Verdickung der Isolierschicht bedarf. Ferner sind keine zusätzlichen Isoliermaterialien oder Zuschlagstoffe notwendig. Dabei können ohne Zusatz von Zuschlagstoffen in dem Isoliersubstrat wesentlich größere Dieelektrizitätskonstanten erzielt werden. Durch eine mehrmalige Anwendung des Verfahrens, dass heißt es werden mehrere Isoliersubstratschichten nach einander aufgebracht, erhöht sich die elektrische Spannungsfestigkeit neben anderen mechanischen Eigenschaften des elektrischen Leiters. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei so genannten Backlacken angewendet werden.There is therefore proposed a device for improving the electrical properties of a coating of an insulating substrate or one or more paint layers on the surface of conductors for electrical applications, such as wires, cables or the like with a coating device for applying a liquid insulating substrate, the orientation of the isotropic molecules and / or nanoparticles of the still liquid insulating substrate achieved by application of a high voltage by the device according to the invention. In this case, the conductor is moved continuously through the device, so that curing of the insulating substrate with simultaneous alignment of the molecules and / or nanoparticles has taken place at the end of the device. Due to the electric field of the high voltage, a symmetrical alignment, preferably in the tangential direction of the molecules or of the nanoparticles is carried out so that the surface of the insulating material assumes an anisotropic structure. By means of the targeted alignment of the molecules or the like, virtually a closed surface of the insulating substrate is achieved without requiring thickening of the insulating layer. Furthermore, no additional insulating materials or additives are necessary. Substantially larger dielectric constants can be achieved in the insulating substrate without the addition of additives. By a multiple application of the method, that is, several insulating substrate layers are applied one after the other, the electrical increases Dielectric strength in addition to other mechanical properties of the electrical conductor. The inventive method can also be applied to so-called baked enamels.
Eine Leiteroberfläche, hergestellt durch das erfindungsgemäße Verfahren, benötigt wesentlich weniger Lackschichten als herkömmlich hergestellte Oberflächen. Dieses hat zur Folge, dass der Materialeinsatz geringer ist und dieses auch gleichzeitig zu einer Verringerung der Prozesszeiten führt, bei gleichzeitig wesentlich verbesserten elektrischen Eigenschaften. Der Isolierwerkstoff wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mechanisch stabiler, denn er kann größeren mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, ohne seine errungenen Eigenschaften zu verändern und zu übersteigen. Eine schnellere Weiterverarbeitung ist ebenfalls möglich.A conductor surface produced by the method according to the invention requires substantially less coating layers than conventionally produced surfaces. This has the consequence that the use of material is lower and this also leads to a reduction of the process times, at the same time significantly improved electrical properties. The insulating material is mechanically stable by the method according to the invention, because it can be subjected to greater mechanical stress, without changing its achievements and exceed. A faster processing is also possible.
Die üblicherweise in dem Isoliersubstrat vorhandenen Moleküle oder Makromoleküle oder Nanopartikel weisen einen heterogenen Zustand eines isotropen Molekülverbundes auf. Durch die Anlegung einer Hochspannung an die Vorrichtung, die im Wesentlichen aus einer Wendel mit mindestens zwei elektrischen Leitern besteht, wird ein ausgerichteter homogener Verband mit einer in sich geschlossenen anisotropen Oberfläche des noch nicht erstarrten (ausgehärteten) Isoliermaterials erzielt, der nach der Aushärtung erhalten bleibt.The molecules or macromolecules or nanoparticles usually present in the insulating substrate have a heterogeneous state of an isotropic molecule composite. By applying a high voltage to the device, which consists essentially of a helix with at least two electrical conductors, an aligned homogeneous dressing is achieved with a self-contained anisotropic surface of the not yet solidified (cured) insulating material, which remains after curing ,
Die Wendel, der mindestens beiden Leiter, sind in einer bevorzugten Ausführungsform progressiv in ihren Abständen zueinander ausgeführt, d. h. sie werden stufenweise fortschreitend enger gewickelt. Dadurch wird eine „schleichende” Ausrichtung der isotropen Molekularstruktur oder dergleichen in eine anisotrope Struktur erzielt.The helix, the at least two conductors, are in a preferred embodiment progressively spaced apart, d. H. they are wound gradually progressively narrower. This achieves a "creeping" alignment of the isotropic molecular structure or the like into an anisotropic structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die mindestens beiden elektrischen Leiter gegenläufig mit einer progressiven Steigung ausgeführt werden. Ein möglicher Aufbau der Vorrichtung zur anisotropen Ausrichtung der Moleküle oder dergleichen in dem Lack kann beispielsweise so aufgebaut sein, dass auf ein Silicatrohr die mindestens beiden Leiter in progressiven oder in annähernd gleichen Abständen auf dem Außendurchmesser aufgebracht sind. Der Innendurchmesser des Rohres ist dabei so bemessen, dass der mit der Lackisolierung versehene Leiter ohne Kontakt mit dem Rohr hindurchgeht. Zur sicheren Hochspannungsisolierung schließt ein weiteres Rohr oder ein Körper das Silicatrohr mit den Wendeln ein, wobei der verschlossene Raum zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr mit einem Isolieröl gefüllt ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist es auch möglich diesen Zwischenraum mit einem geeigneten Isolierharz oder dergleichen hochspannungsfest zu machen. An den Enden der verschlossenen Rohre oder dergleichen sind die elektrischen Anschlüsse für die Hochspannung vorhanden, die von einem Netzteil zur Verfügung gestellt wird, das eine kontinuierliche Veränderung der Hochspannung zulässt. Gehalten wird die gesamte Vorrichtung durch eine Halterung.In a further preferred embodiment, it is possible that the at least two electrical conductors are executed in opposite directions with a progressive pitch. A possible construction of the device for the anisotropic alignment of the molecules or the like in the paint can be constructed, for example, such that the at least two conductors are applied on a silicate tube in progressive or approximately equal distances on the outer diameter. The inner diameter of the tube is dimensioned so that the provided with the paint insulation conductor passes without contact with the pipe. For safe high voltage insulation, another tube or body includes the silicate tube with the coils, the sealed space between the outer tube and the inner tube being filled with an insulating oil. In a further preferred embodiment, it is also possible to make this gap with a suitable insulating resin or the like high voltage resistant. At the ends of the sealed tubes or the like, there are the high voltage electrical connections provided by a power supply allowing a continuous change of the high voltage. The entire device is held by a holder.
Die Vorrichtung kann auch als Dipol bezeichnet werden, wobei die entsprechende Vorrichtung auch aus einem Quadropol bestehen kann.The device may also be referred to as a dipole, wherein the corresponding device may also consist of a quadrupole.
Die angelegte Hochspannung, die vorzugsweise eine Gleichspannung ist, richtet sich nach der Durchschlagsfestigkeit des verwendeten Isoliersubstrates auf dem zu beschichteten Leiter oder dergleichen.The applied high voltage, which is preferably a DC voltage, depends on the dielectric strength of the insulating substrate used on the conductor to be coated or the like.
Durch die Anlegung der Hochspannung, an die vor bezeichnete Vorrichtung, wird die anisotrope Oberfläche der Beschichtung des Leiters erreicht, was dazu führt, dass die vorher vorhandene ungeordnete isotrope Struktur der Moleküle oder dergleichen mit ihren Lücken quasi geschlossen wird. Durch die erfinderische Vorrichtung und das damit angewandte Verfahren wird eine gezielte Ausrichtung der Molekularstruktur oder dergleichen des Isolierstoffes erreicht. Dieses bedeutet, dass von der Molekularstruktur eine innere und äußere gleichmäßige Oberfläche erzielt wird, die deutlich weniger Fehlstellen aufweist als eine normale gängige Oberflächenbeschichtung von elektrischen Leitern oder dergleichen. Dabei wird neben einer elektrischen auch eine mechanische Verbesserung der Beschichtung erreicht.By applying the high voltage to the device described above, the anisotropic surface of the coating of the conductor is achieved, resulting in that the previously existing disorderly isotropic structure of the molecules or the like is virtually closed with their gaps. By the inventive device and the method used therewith, a targeted alignment of the molecular structure or the like of the insulating material is achieved. This means that an internal and external uniform surface is achieved by the molecular structure, which has significantly fewer defects than a normal common surface coating of electrical conductors or the like. In this case, an electrical as well as a mechanical improvement of the coating is achieved.
Je nach der gewünschten Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Leiter ist es möglich, dass diese direkt oder indirekt mehrere Beschichtungsstrecken nach einander durchlaufen, ohne dass die ausgehärteten Schichten ihre anisotrope Struktur verlieren.Depending on the desired use of the conductors coated according to the method of the invention, it is possible for them to pass directly or indirectly through a plurality of coating sections without the hardened layers losing their anisotropic structure.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, dass die vor beschriebene, der Beschichtung nachfolgende Vorrichtung, Teil der Beschichtungsanlage ist. In einem solchen Falle würde es beispielsweise bei einem Tauchbad dazu kommen, dass innerhalb des Bades oder danach eine Ausrichtung der Moleküle vorgenommen würde.In a further preferred embodiment, it is possible for the device described above, following the coating, to be part of the coating installation. In such a case, for example, an immersion bath would cause the molecules to be aligned within or after the bath.
Durch die vor beschriebene Vorgehensweise des Verfahrens in Verbindung mit der Vorrichtung wird eine Vergrößerung der Beschichtungsdicke vermieden, so dass beispielsweise bei isolierten Drähten bei der Verwendung auf Wickelkörpern ein höherer Füllfaktor bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Spannungsfestigkeit erreicht wird.By the above-described procedure of the method in connection with the device, an increase in the coating thickness is avoided, so that, for example, in insulated wires when used on winding bodies, a higher filling factor is achieved with a simultaneous increase in the dielectric strength.
Durch die Erfindung werden eine wesentlich bessere Leiteroberfläche und damit eine Qualitätssteigerung des Produktes bei geringerem Außendurchmesser, weniger Prozesskosten und kürzerer Verarbeitungszeit erzielt.By the invention, a much better conductor surface and thus an increase in quality of the product at a lower Outer diameter, reduced process costs and shorter processing time achieved.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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