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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur hydrophoben Beschichtung von Oberflächen in elektrischen Maschinen bzw. Teilen davon, sowie elektrische Maschinen, in denen zumindest ein Teil der Oberflächen mit einer derartigen Beschichtung versehen sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Im Bereich elektrischer Maschinen, wie etwa Motoren und Generatoren, sind die meisten wesentlichen Bauteile üblicherweise aus Metallen oder Metallverbindungen gefertigt, unter anderem aus Kupfer, Aluminium oder Eisen. Diese Bauteile unterliegen je nach Einsatzgebiet mehr oder weniger starken Korrosionseffekten. Zum einen tritt chemische Korrosion an den Metalloberflächen z.B. durch gasförmige Komponenten wie Sauerstoff oder durch Wasser (Luftfeuchtigkeit) auf, so dass sich z.B. Rost an Eisenteilen bildet. Dies betrifft insbesondere die äußeren Schichten bzw. Oberflächen eines metallischen Bauteils.
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Eine wesentliche Rolle spielt jedoch auch die elektrolytische oder galvanische Korrosion, die zwischen verschiedenen Metallen unter Anwesenheit eines Elektrolyts auftritt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Standardpotentiale der beteiligten Metalle eine große Differenz aufweisen, wie etwa zwischen Kupfer und Aluminium. Durch unterschiedliche Potentiale baut sich zwischen den Metallen eine elektrische Spannung auf, wobei durch den Elektrolyten ein geschlossener Stromkreis und damit eine elektrolytische Zelle entsteht. Dabei wird das Material, das die Anode bildet, gelöst bzw. oxidiert und dadurch zerstört. Zusätzlich fließender Strom aus externen Quellen verstärkt diese Effekte weiter. Durch die Elektrolyse können aus den Metallen auch elektrisch leitfähige Salze gebildet werden, welche kleine, aber stetig wachsende leitfähige Überbrückungen aus Salzkristallen zwischen benachbarten Leitungsdrähten, Anschlüssen oder Leiterbahnen bilden können, was zu Kurzschlüssen und zur Zerstörung eines elektronischen Bauteils führen kann.
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Beispielsweise sind Abdeckungen häufig aus einem anderen Metall gefertigt als ihre Befestigungen. Ebenso finden sich an vielen Stellen einer elektrischen Maschine Kupferleitungen oder Anschlussdrähte. Selbst wenn diese Teile sich nicht direkt berühren, können sie in einer korrosionsfördernden Umgebung, z.B. bei ständiger Feuchtigkeit, ein Korrosionselement bilden und so die Korrosion des Bauteils bis zur vollständigen Zerstörung beschleunigen.
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Herkömmliche Beschichtungen können zwar Bauteile gegeneinander isolieren; bei einer Beschädigung der Beschichtung an einzelnen Stellen jedoch besteht beispielweise die Gefahr, dass Wasser unter die Beschichtung eindringt und die Oberfläche sofort weiter korrodiert, was zu einer weiteren Ablösung der Beschichtung führen kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zur hydrophoben Beschichtung von Oberflächen in elektrischen Maschinen bzw. Teilen davon, sowie elektrische Maschinen, in denen zumindest ein Teil der Oberflächen mit einer derartigen Beschichtung versehen sind, mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Es wird vorgeschlagen, mindestens eine Oberfläche von einem oder mehreren Bauteilen einer elektrischen Maschine mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial zu beschichten, wobei das Beschichten auf der Oberfläche mikroskopische Erhebungen und/oder Vertiefungen erzeugt, welche so bemessen sind, dass die beschichtete Oberfläche hydrophobe Eigenschaften aufweist. Eine so beschichtete (Teil-)Oberfläche sorgt dafür, dass Feuchtigkeit in diesen Bereichen verdrängt wird und am Benetzen der Oberflächen gehindert wird. Damit wird zusammen mit der isolierenden Wirkung auch die mögliche Bildung einer elektrolytischen Zelle verhindert und somit die Bauteile vor elektrolytischer Korrosion geschützt. Das Aufbringen der Beschichtung kann beispielsweise durch Sprühen vorgenommen werden.
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Es wird weiter ein Bauteil einer elektrischen Maschine vorgeschlagen, das mindestens eine Oberfläche umfasst, welche zumindest teilweise mit einem isolierenden Beschichtungsmaterial beschichtet ist, wobei die beschichtete Oberfläche mikroskopische Erhebungen und/oder Vertiefungen aufweist, welche so bemessen sind, dass die beschichtete Oberfläche hydrophobe Eigenschaften aufweist.
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Seit einiger Zeit wurden Beschichtungsmaterialien entwickelt, die auf Nanotechnologie beruhen und die Eigenschaften beschichteter Oberflächen auf bestimmte Weise verändern. Insbesondere ist ein Teil dieser Materialien in der Lage, einer damit beschichteten Oberfläche hydrophobe Eigenschaften zu verleihen. Solche Beschichtungen werden häufig unter dem Stichwort „Lotus-Effekt“ vermarktet, da die wasserabweisenden Eigenschaften denen der Lotuspflanze ähneln.
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Grundsätzlich bestimmen sich die hydrophoben Eigenschaften einer Oberfläche über den Kontaktwinkel, also den Winkel, den ein aufliegender Flüssigkeitstropfen an seinen Außenkanten mit der Oberfläche bildet. Oberflächen mit einem Kontaktwinkel von weniger als 90° werden als hydrophil bezeichnet, während Oberflächen mit einem Kontaktwinkel von mehr als 90° als hydrophob bezeichnet werden. Durch nanostrukturierte Oberflächen können sehr hohe Kontaktwinkel weit über 90° erreicht werden, die dann als superhydrophob bezeichnet werden und den beschriebenen wasserabweisenden Effekt hervorbringen. Dazu werden auf der Oberfläche durch Beschichtungsverfahren Nanostrukturen aus Erhebungen und Vertiefungen im Bereich von einigen Mikrometern geschaffen, etwa aus hydrophoben Polymeren. Aufgrund des so gebildeten großen Kontaktwinkels verringert sich die Auflagefläche und damit die Adhäsion von Wassertropfen wesentlich. Ebenso weisen auch Schmutzpartikel nur eine geringe Adhäsion zur strukturierten Oberfläche auf und können durch abperlende Wassertropfen mitgerissen werden, so dass ein „selbstreinigender“ Effekt erreicht wird. Daher werden derartige Beschichtungen vor allem für selbstreinigende Oberflächen genutzt, etwa für Fassadenfarben und Glasbeschichtung.
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Weitere Details solcher wasserabweisenden Beschichtungen und Beschichtungsverfahren, die eine nanostrukturierte Oberfläche erreichen, sind beispielsweise in der
EP 0 772 514 B1 ausgeführt.
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Gemäß einer Ausführungsform liegt der Abstand der erzeugten Erhebungen und/oder Vertiefungen voneinander auf der Oberfläche im Bereich von 1 Mikrometer bis 1 Millimeter, bevorzugt im Bereich von 10 bis 100 Mikrometern, wobei die Höhe der erzeugten Erhebungen und/oder Vertiefungen in einem Bereich zwischen etwa 5 bis 100 Mikrometern, bevorzugt etwa 10 bis 50 Mikrometern liegt. Mit Strukturierungen in diesen Größenordnungen können große Kontaktwinkel erreicht werden, die ein Benetzen der Oberflächen verhindern.
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In einer Ausführungsform kann dabei zumindest eine Oberfläche einer Stromrichtereinrichtung (Gleichrichter, Wechselrichter) für eine elektrische Maschine (Generator, Motor) beschichtet werden, wobei mindestens ein Bereich eines montierten Halbleiterelements (Diode, Halbleiterschalter (MOSFET usw.)) der Stromrichtereinrichtung beschichtet wird. Diese Bereiche sind erfahrungsgemäß durch unterschiedliche Metalle und anliegende elektrische Potentialdifferenzen besonders korrosionsgefährdet und können durch eine hydrophobe Beschichtung vor der Bildung einer elektrolytischen Zelle geschützt werden. Dabei kann eine hydrophobe Beschichtung beispielsweise mindestens einen Teil des Körpers des Halbleiterelements und einen Bereich der das Halbleiterelement umgebenden Oberfläche (z.B. eines Kühlkörpers oder eines Lagerschilds), in der das Halbleiterelement montiert ist, umfassen.
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Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können in Oberflächen von Bauteilen einer elektrischen Maschine Vertiefungen eingebracht werden, wobei die Vertiefungen so angeordnet sind, dass Flüssigkeiten, die im Betriebszustand der elektrischen Maschine von den wie zuvor beschriebenen hydrophob beschichteten Oberflächen abfließen, sich in den Vertiefungen sammeln und/oder mittels der Vertiefungen abgeleitet werden. Damit wird verhindert, dass Feuchtigkeit, die von den hydrophoben Oberflächen wie erwartet abfließt, sich in unerwünschten Bereichen der elektrischen Maschine sammelt und dort Korrosion verursacht. Beispielsweise können solche Vertiefungen im Randbereich eines beschichteten Oberflächenabschnitts angeordnet werden oder um einen solchen Oberflächenabschnitt herum.
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In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Bauteil einen Teil einer Stromrichtereinrichtung für eine elektrische Maschine umfassen, wobei die Beschichtung mindestens im Bereich eines Halbleiterelements der Stromrichtereinrichtung aufgebracht ist.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Schnittansicht durch einen beispielhaften Wechselstromgenerator,
- 2a zeigt einen Ausschnitt aus 1, welcher einen Abschnitt eines Gleichrichters im Generator im Querschnitt darstellt, und
- 2b den Gleichrichterausschnitt aus 2a zeigt, wobei ein Teil der Oberflächen im Bereich einer Diode gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschichtet ist.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In einer elektrischen Maschine sind verschiedenste Flächen der Korrosion ausgesetzt. Dies gilt insbesondere für Flächen, die aus Metallen oder Metalllegierungen gefertigt sind. Als Beispiel soll im Folgenden ein Wechselstromgenerator betrachtet werden, wie er beispielsweise in Fahrzeugen häufig eingesetzt wird. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen solchen beispielhaften Generator 10. Dabei kann der Generator als Ganzes von einem zweiteiligen Gehäuse 13 eingeschlossen sein, welches beispielsweise aus Aluminium oder einem anderen Metall gebildet sein kann und ein erstes 13.1 und zweites 13.2 Lagerschild umfasst.
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Der Generator selbst kann wie üblich einen Stator 16 aufweisen, welcher ein Statoreisen 17 mit Statorwicklungen 18 umfasst, die in axiale Nuten des Statoreisens eingelegt sind. Innerhalb des ringförmigen Stators 16 ist ein Rotor 20 angeordnet, der hier als Klauenpolläufer ausgebildet ist. Der Rotor 20 ist mittels einer Welle 27 und je einem auf je einer Rotorseite befindlichen Wälzlager 28 in den jeweiligen Lagerschilden 13.1 bzw. 13.2 drehbar gelagert. An axialen Stirnflächen des Rotors 20 kann ein Lüfter 30 angeordnet sein. Auf der hier rechts gezeigten Seite des Generators kann eine Schutzkappe 47 angeordnet sein, welche verschiedene Bauteile vor Umgebungseinflüssen schützt, unter anderem eine als Gleichrichtereinrichtung 105 ausgebildete Stromrichtereinrichtung, welche elektrisch mit der Statorwicklung 18 verbunden ist.
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Zur Vermeidung von Korrosion in elektrischen Maschinen wird gemäß Ausführungsformen der Erfindung vorgeschlagen, zumindest bestimmte Oberflächen (oder Abschnitte dieser Oberflächen) von Bauteilen einer elektrischen Maschine mit einem nanotechnologischen Material zu beschichten, welches die Charakteristik der Oberfläche so verändert, dass ihr hydrophobe Eigenschaften verliehen werden. Insbesondere kann zu diesem Zweck ein Beschichtungsmaterial verwendet werden, welches dazu führt, dass die mikroskopischen Strukturen der Oberfläche verändert werden bzw. sich durch die Ablagerung des Beschichtungsmaterials entsprechende Strukturen aufbauen. Dabei können beispielsweise Nanostrukturen erzeugt werden, die im Bereich von einigen Mikrometern liegen, so dass der Kontaktwinkel aufliegender Wassertropfen sehr groß wird. Je nach erzeugter Oberflächenstruktur können dabei Kontaktwinkel über 150° erreicht werden.
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Damit wird Wasser, das in Form kleiner Tropfen vorliegt, von der beschichteten Oberfläche ferngehalten. Ein Benetzen der Oberfläche wird damit effektiv verhindert und Feuchtigkeit von den Oberflächen verdrängt. Die aufgebrachte Beschichtung baut damit eine Barriere auf, welche die entsprechenden Bauteilflächen schützt.
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Die Strukturen, die durch die Beschichtung auf einer Oberfläche erzeugt werden können, sollen eine Vielzahl von mikroskopischen Erhebungen und Vertiefungen umfassen. Dabei können die Abstände dieser Erhebungen und Vertiefungen voneinander auf der Oberfläche im Bereich von wenigen Mikrometern bis hin zu Millimetern liegen; bevorzugt für eine hydrophobe Wirkung sind Abstände von etwa 5 bis 200 Mikrometern, bevorzugt etwa 10 bis 100 Mikrometern. Dabei kann sich die Höhe der Erhebungen bzw. Vertiefungen in denselben Größenordnungen wie die Abstände zueinander bewegen; beispielsweise können Erhebungen mit einer Höhe von 5 bis 100 Mikrometern, vorzugsweise etwa 10 bis 50 Mikrometern gebildet werden. Die Höhe der einzelnen Erhebungen und ihre Abstände voneinander müssen dabei nicht gleichförmig über die Oberfläche hinweg sein, sondern können auch unterschiedlich innerhalb der genannten Grenzen sein. In anderen Ausführungsformen kann durch ein geeignetes Beschichtungsmaterial auch eine Strukturierung gebildet werden, die im wesentlichen regelmäßige Höhen und Abstände erzeugt.
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Als Material für eine derartige hydrophobe Beschichtung kommen je nach Ausführungsform verschiedene Möglichkeiten in Betracht. Beispielsweise kann ein polymerbasiertes Beschichtungsmaterial gewählt werden. Alternativ kann eine Nanostruktur beispielsweise auf Grundlage von Zeolithen oder Zeolith-Verbindungen oder anderen mineralischen Verbindungen erzeugt werden. Das Beschichtungsmaterial kann beispielsweise auf Grundlage hochraffinierter Mineralöle gebildet werden und weitere Bestandteile wie etwa Antioxidationsmittel, Korrosionsschutzmittel, dearomatisierte Paraffine, napthenische Kohlenwasserstoffe, Komplexbildner zur Metalldeaktivierung und andere umfassen.
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Selbstverständlich können im Beschichtungsmaterial auch weitere, hier nicht berücksichtigte Bestandteile vorhanden sein, soweit die nanostrukturierende Eigenschaft des Beschichtungsmaterial dadurch nicht verloren geht. Ebenso sollte das Beschichtungsmaterial so gewählt werden, dass es ausreichend beständig unter den Betriebsbedingungen der elektrischen Maschine ist, also z.B. eine hinreichende Hitzebeständigkeit. Bei einer Beschichtung von Oberflächen bzw. Teiloberflächen einer elektrischen Maschine ist auch denkbar, unterschiedliche Oberflächen mit unterschiedlichen nanostrukturierenden Beschichtungen zu versehen.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Beschichtungsmaterial um einen elektrischen Isolator, so dass elektrisch leitende Kontakte zwischen Bauteilen durch die Beschichtung effektiv unterbrochen werden können und damit auch die Bildung einer elektrolytischen Zelle zwischen verschiedenen elektrisch leitenden Bauteilen mit den bereits beschriebenen Korrosionseffekten verhindert werden kann. Wenn verschiedene metallische Oberflächen vorliegen, die unbeschichtet eine elektrolytische Zelle bilden könnten, und eine Beschichtung aller Oberflächen nicht möglich oder nicht gewünscht ist, kann beispielsweise gezielt eine Beschichtung auf das edlere Metall aufgebracht werden.
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Generell ist auch ein mehrstufiges Beschichtungsverfahren möglich, z.B. Aufbringen eines ersten Materials und anschließendes Aufbringen eines zweiten Materials, welches als Reaktion mit der ersten Schicht die strukturierte Schicht bildet. Alternativ kann das Beschichtungsverfahren weitere Schritte zur Behandlung der beschichteten Fläche umfassen, welche dann zur Bildung der beschriebenen Oberflächenstrukturen führen. In weiteren Ausführungsformen könnte auf eine Oberfläche zunächst eine elektrisch isolierende Zwischenschicht aufgebracht werden, welche dann mit einer geeigneten hydrophoben oberen Schicht aus isolierendem oder nicht-isolierendem Material beschichtet werden kann. Auf diese Weise können die isolierende Wirkung und die hydrophobe Wirkung der Oberflächenbeschichtung getrennt voneinander bereitgestellt werden, so dass eine breitere Auswahl von Materialien und Beschichtungsverfahren möglich ist.
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Soweit im Folgenden von einem Beschichtungsmaterial bzw. einer Beschichtung gesprochen wird, soll dies als ein erfindungsgemäßes Beschichtungsmaterial bzw. eine Beschichtung verstanden werden, die mit einem geeigneten Verfahren aufgebracht wird, so dass die beschichtete Oberfläche anschließend Nanostrukturierungen aufweist, die der Oberfläche hydrophobe Eigenschaften verleihen.
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Die Aufbringung der Beschichtung auf die gewünschten Flächen kann auf unterschiedliche Weise erfolgen und ist sowohl von der Bauteilgeometrie als auch von dem Beschichtungsmaterial selbst abhängig. Geeignete Beschichtungsmaterialien, die in flüssiger Form vorliegen, könnten beispielsweise durch einfache Sprühverfahren aufgebracht werden, etwa durch Sprühen mittels Luftdruck oder Aerosolen. Dabei kann ein gesamtes Bauteil durch Sprühen beschichtet werden, oder es können Bereiche durch lokale Ausrichtung von Sprühdüsen oder durch Abdecken mit geeigneten Masken begrenzt beschichtet werden. Eine spezielle Behandlung wie etwa eine Temperaturvorbehandlung der Oberflächen ist üblicherweise nicht notwendig, so dass das Beschichtungsverfahren sehr einfach und kostengünstig eingesetzt werden kann. Es versteht sich, dass die Auswahl des Sprühverfahrens vom verwendeten Material abhängig ist. In anderen Fällen könnte beispielsweise ein Tauchverfahren verwendet werden. Selbstverständlich sind auch weitere Beschichtungsverfahren möglich, die dem Fachmann bekannt sind und hier nicht im Detail ausgeführt werden.
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Als Beispiel eines Bauteils, das sich für eine derartige hydrophobe Beschichtung eignet, soll eine Gleichrichtereinrichtung in einem Wechselstromgenerator dienen, welche erfahrungsgemäß ein besonders korrosionsanfälliges Bauteil ist.
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2a zeigt einen Querschnitt durch einen vergrößerten Ausschnitt der Gleichrichtereinrichtung 105 aus 1. Zum Gleichrichten des vom Generator erzeugten Wechsel- bzw. Drehstroms sind mehrere Dioden 58, 85 als Halbleiterelemente vorgesehen, die auf geeignete Weise, etwa in einer Brückenschaltung, elektrisch miteinander verschaltet sind. Auch die generelle Funktionsweise und der Aufbau eines derartigen Gleichrichters ist im Fach bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.
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Gezeigt sind zwei der Dioden und die angrenzenden Bauteilbereiche. Dabei ist eine Minusdiode 58 gezeigt, welche in einer Fläche 200 des Lagerschilds 13.2 eingesetzt sein kann und teilweise aus dieser herausragt. Das Lagerschild 13.2 dient damit auch als Minuskühlkörper. Der Anschlussdraht 94 der Minusdiode 58 kann mit einem leitenden Verbindungsdraht einer Anschlussplatte 56 auf geeignete Weise verbunden, z.B. verlötet sein. Entsprechend ist eine Plusdiode 85 mit ihrem Diodensockel 88 in einer Ausnehmung eines Pluskühlkörper 53 eingesetzt und der Anschlussdraht 94 der Plusdiode 85 wiederum auf geeignete Weise mit der Anschlussplatte 56 verbunden. Die Anschlussplatte 56 bildet dann mit weiteren Dioden die hier nicht weiter gezeigte Gleichrichterschaltung. Alternativ kann auch das Lagerschild und/oder der Pluskühlkörper ohne Ausnehmungen an den Stellen der Dioden gefertigt sein, so dass die Dioden 85, 58 dann nicht eingesetzt, sondern direkt auf der jeweiligen Oberfläche verlötet sein können.
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Der Gleichrichter ist von einer Schutzkappe 47 bedeckt, um grobe Verschmutzungen zu verhindern. Weitere Elemente, wie etwa vorhandene Befestigungselemente, sind hier nicht gezeigt.
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Zwischen den verschiedenen Elementen des Gleichrichters bestehen Potentialdifferenzen, welche die elektrochemische Korrosion beschleunigen. So kann üblicherweise am metallischen Pluskühlkörper 53 ein positives Potential anliegen, während Befestigungselemente (Schrauben, Klemmen) und das Lagerschild 13.2 (häufig aus einem Metall wie z.B. Aluminium oder einer ähnlichen Legierung gefertigt) masseführend sind. Die elektrischen Verbindungsdrähte (nicht gezeigt), die z.B. in der Anschlussplatte 56 angeordnet sind, sowie die Diodenanschlussdrähte 94 sind üblicherweise aus Kupfer gefertigt und weisen ein leicht positives Potential auf.
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Auch die hier genannten Potentiale und Materialien sind selbstverständlich nicht als Einschränkung zu verstehen, sondern dienen zur Erläuterung der korrosionsgefährdeten Elemente. Die vorhandenen Potentialdifferenzen begünstigen damit die Entstehung eines galvanischen Elements unter entsprechenden Bedingungen, z.B. aufgrund der vorhandenen Luftfeuchtigkeit und eindringenden Schmutzpartikeln.
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2b zeigt nun den Gleichrichterausschnitt aus 2a im Querschnitt mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung im Bereich der Diode 58. Die Beschichtung 150 ist durch die breite Linie schematisch dargestellt, wobei die Größenverhältnisse selbstverständlich nur zur Erläuterung dienen und nicht den realen Schichtdicken entsprechen.
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Dabei ist eine im Wesentlichen durchgehende flächige Beschichtung 150 auf dem Diodenkörper und einem Teil der Oberfläche 200 des Lagerschilds 13.2 vorgesehen, welcher die Diode 58 umgibt. Ebenso kann dabei auch zumindest ein Abschnitt des Diodenanschlussdrahts 94 beschichtet werden. Diese Beschichtung kann durch Sprühen mit oder ohne Maske aufgebracht werden, nachdem die Dioden in ihre jeweiligen Aufnahmen in dem Lagerschild 13.2 eingesetzt wurden, aber bevor der gesamte Gleichrichter mit Schutzabdeckung vollständig montiert wird. Alternativ könnte aber auch nur die Oberfläche 200 des Lagerschilds 13.2 beschichtet werden, bevor die Dioden eingesetzt werden, oder es könnten auch weitere Bauteile wie z.B. der Pluskühlkörper 53 ganz oder teilweise beschichtet werden. Wenn einzelne, insbesondere nicht montierte Bauteile beschichtet werden sollen, kann auch ein Tauchverfahren anstelle eines Sprühverfahrens sinnvoll sein.
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In 2b ist die Beschichtung nur an einer einzelnen Diode dargestellt; selbstverständlich kann aber jede Diode der Gleichrichtereinrichtung mit ihren umgebenden Oberflächenbereichen beschichtet werden.
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Es soll auch beachtet werden, dass die Erfindung nicht auf ein bestimmtes beschichtetes Bauteil oder eine bestimmte Ausführungsform solcher Bauteile beschränkt ist, sondern dass grundsätzlich alle geeigneten Flächen einer elektrischen Maschine wie beschrieben beschichtet werden können. Die gezeigten Bauteile, insbesondere die Gleichrichter-Dioden und die anliegenden Oberflächen dienen daher nur zur beispielhaften Veranschaulichung. Die Auswahl der zu beschichtenden Bereiche kann aufgrund von geometrischen Überlegungen getroffen werden und/oder die zu erwartenden Potentialdifferenzen berücksichtigen.
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Auch Flächen, die bereits aus einem isolierenden Material gefertigt sind oder mit einem solchen überdeckt sind, können grundsätzlich in Ausführungsformen der Erfindung ebenfalls mit einer wasserabweisenden Beschichtung wie beschrieben beschichtet werden. Falls beispielsweise die Oberflächen erst nach vollständiger oder teilweiser Montage von Bauteilen beschichtet werden sollen, kann optional das gesamte montierte Element beschichtet werden. Alternativ können Oberflächenbereiche etwa durch Masken selektiv beschichtet werden, sowohl an einstückigen als auch an zusammengesetzten Bauteilen. Im obigen Beispiel aus 2b wird beispielhaft auch das Diodengehäuse mitbeschichtet. Eine durchgehende wasserabweisende Beschichtung kann außerdem den Vorteil haben, dass sich insgesamt weniger Feuchtigkeit in der Nähe korrosionsanfälliger Flächen ansammeln kann, bzw. dass durch geeignete Ausformung der Bauteile die Feuchtigkeit an gewünschte Stellen abgeleitet werden kann.
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Eine Beschichtung wie beschrieben kann nicht nur auf freiliegende Oberflächen in einer elektrischen Maschine angewendet werden, sondern beispielsweise auch bei Oberflächen eingesetzt werden, die nach der Montage der Bauteile an anderen Oberflächen anliegen oder von Elementen überdeckt werden. Da Feuchtigkeit dazu neigt, sich auf herkömmlichen Oberflächen auch in schmalen Zwischenräumen anzusammeln und diese zu benetzen, kann durch eine hydrophobe Nanobeschichtung an solchen Flächen eine effektivere Ableitung von Feuchtigkeit und damit erneut ein verbesserter Korrosionsschutz erreicht werden. Es versteht sich, dass zu diesem Zweck die gewünschten Oberflächen dann vor der Montage beschichtet werden können.
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Ein weiterer Bereich, der besonders von elektrolytischer/elektrochemischer Korrosion betroffen ist, sind Schrauben und andere Befestigungsmittel an metallischen Bauteilen. Häufig sind die Befestigungsmittel aus einem anderen Metall gefertigt als das zu befestigende Bauteil, z.B. aus Eisen oder verschiedenen Legierungen. Auch hier können die fertig montierten und bereits befestigten Bauteile und/oder die einzelnen Bauteile vor der Montage beschichtet werden. Dasselbe gilt für geschweißte oder gelötete Verbindungsstellen zwischen verschiedenen Bauteilen.
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In beispielhaften Ausführungsformen können Bauteile auch speziell so ausgeformt sein, dass das Wasser, das durch eine hydrophobe Bauteilbeschichtung verstärkt abperlt, bevorzugt auf vorbestimmten Bahnen abläuft, z.B. durch Bildung kleiner Rillen oder Vertiefungen, mittels derer die ablaufende Feuchtigkeit an geeigneten Stellen gesammelt und/oder nach außen geleitet wird. Damit kann verhindert werden, dass sich Wasser, das von beschichteten Stellen abläuft, unerwünscht in anderen Bereichen der Maschine sammelt. Es ist beispielsweise denkbar, rund um die in 2b gezeigte, hydrophob beschichtete Diode 58 eine teilweise oder vollständig umlaufende feine Rille in der Oberfläche 200 des Lagerschilds 13.2 vorzusehen, in welcher abfließendes Wasser gesammelt werden kann. Insbesondere soll verhindert werden, dass Feuchtigkeit, die durch die hydrophobe Beschichtung von einem bestimmten Bauteil ferngehalten werden kann, sich nun an anderen Bauteilen sammelt und dort verstärkte Korrosion verursacht. Optional kann die umlaufende Rille daher mit einer weiteren, von diesen Bereichen weg bzw. nach außen führenden Rille verbunden werden, mittels welcher Wasser vom Diodenbereich bis zum Rand der Abdeckung geleitet werden kann. Vorteilhafterweise wird bei der Anordnung der Vertiefungen die spätere Lage des Bauteils im Betrieb der elektrischen Maschine berücksichtigt, um unter Einbezug der Schwerkraft eine möglichst effektive Ableitung der Feuchtigkeit zu erreichen. Bevorzugt werden solche Strukturierungen, deren Größenordnung normalerweise deutlich über der der durch die Beschichtung erreichten Nanostrukturen liegen wird, z.B. grob im Millimeterbereich, bereits bei der Formung des Bauteils (z.B. Formguss) vorgesehen oder durch geeignete Oberflächenbehandlung (Prägen, Fräsen etc.) nachträglich eingebracht. Anschließend kann dann wie beschrieben die hydrophobe Oberflächenbeschichtung auf das gesamte Bauteil oder zumindest auf einen Teil der Flächen aufgebracht werden. Dabei können die Bereiche der Vertiefungen wahlweise mitbeschichtet oder ausgelassen werden, abhängig von der sonstigen Auslegung des Bauteils.
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Es versteht sich, dass alle beschriebenen Bauteile nur zur Veranschaulichung gewählt wurden und dass die Erfindung nicht auf eine Beschichtung dieser Bauteile beschränkt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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