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Verfahren zur Herstellung voll anorganischen Isolierschlchtei! auf
Metallteilen, insbesondere elektrischen Leitern Es ist bekannt, auf dlektri§chen
Leitern aus Aluminium durch elektiolytische Oxydation eine isolierende und hochtemperaturbeständige
Schicht äug Aluminiumoxyd zu erzeugen: Eine solche IsÖlatiöhsschicht kann: bei Drähten
oder Bäüderii iin stätiör= näreh Veifahten, also in beliebig großdh Lärigeii; erzeugt
Werden. Werden auf diese Weise istiliertd Drähte verwendet, braucht Eiei der Beriiessüüg
elektrischer Maschinen und. Apparate mit elektdscheri Wicklungen und Eisenblechpaketen
auf die Höhe ddf Betriebsteinperätur keine Rücksitlit gehommen -zu
werden;
da die Höhe der Betriebstemperatur durch die Isolierung der Diahtwcklüfig piäktisch
nicht mehr begrenzt.ist. Theoretisch lassen sieh Aluminiumdrähte mit einer elektrocherilisch
erzeugten Oxydschicht bis kürz unterhalb der Schfntlzteüiperättir des Alumlniünfs
anwenden. Defäitige Alumiüiü%ridrähte haben jedoch den Nachteil, däß ihte @p0,zlfischd
Leit= fähigkeit wesentlich genngei als die 'von Kupfei= leitern ist. Es besteht
daher ein Bedürfnis; eine gleich gut isolierende; festhäftWidt und göiiügend elastische
Metallok"ydsdhieht äilch ätif Kopfei öder gegebenenfalls auf andere hochleitfähige
Metalle; Wid Silber; aufzubringen.
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Es ist bereits hekalint; auch äiif Kupferteile vöizugeweise siliziumhaltige
Legierungen der Metalle Aluminium und Magnmitim aufzabriiigdn und clid aufgebrachte
Überzugsschicht durch Oxydieren in des Oxyd der betreffenden Metalle zu übefführen.
Da
hierzu beträchtliche Teniperatureii; beispielsweise in äuge; der Größenordnung
vdil 1ÖÖ0 bis 1500'C
wendet werden nitissefl3 hat dieses hekäürite Vdffahren
den Nachteil, daß die Leitfähigkeit des beispielsweise aus Kupfer bestehenden Kermnetalls
durch Diffusion des Mantehnetalls in das Kernmetall stark herabgesetzt wird. Dies
gilt insbesondere dann, wenn das Mantelmetall durch Schmelzen auf das Kernmetall
aufgebracht Vvird.. -Überdies hat dieses Verfahren noch den Nachteil, daß es sich
ilur füe Kernmetalle anwenden läßt; deren Schmelzpunkt über dem Schmelzpunkt des
Mantelmetalls liegt Da überdies in der Praxis nur ein Teil des äufgebrächten Mantelmetalls
in die Oxydform übergeführt wird, diffundiert auch während des späteren Betriebes
bei thermischer Beanspruchung das Mantelmetall weiter in das Kernmetall ein, so
daß beispielsweise bei einem mit einem solchen Aluminiummantel versehenen Kupferdraht
der Leitwert der Kupferseele dieses Drahtes im Laufe der Zeit abnimmt: Durch die
Erfindung werden die genannten Schwiefigkeiten überwunden: Gemäß der Erfindung werden
ein öder mehrere Halngenide; insbesondere Chlotide öder Brdinide, def Metalle Aluminium;
Mägfidsfüril, SillzWin oder Titan auf das zu isolle-2de Metallteil äufgebrächt und
denn mit Wasser, insbesöüdere wässerdampf; behandelt. Diese Beliaridhing kafüi vƒtziigsweisd
bei erhöhten Temperaturen vdtgdüoiriindri Werden. Da diese Temperaturen jedöch
beträchtlich unter deii für des bekannte Verfahren nötwendigeh Teinperätüten liegen
und außerdem die Metalle iii Fotßri ihter Hälogeriide auf das zu isofieref,de Metallteil
aufgebracht werden, findet cri Eindiffundieren von Maritelhietali in Keinrnetall
beim Vetfahren gemäß der Erfindung praktisch nicht statt.
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Die im Rahmen der Erfiridurig verwendeten Halogefiide können in gelöster
Form auf das zu isolierende Metallteil aufgebracht werden: Geeignet hierfür sind
organische Lösungsmittel, wie beispielsweise Dioxari. für Al Cl. oder Amylalkohol
für Al Br3: Nach dem Aüfbtingen auf des zu isolierende Metallteil vetd-athpfeil
die Lösüügsmittel dtitdh Erwärmeh. Metallhalogenide, die nicht in organischen Lösungsmitteln
löslich sind; wie etwa die Magnesiumhalogenide, werden in Form inetallorganischer
Verbindungen, beispielsw6ise als Alkyhriagnesiumbromid oder als Alkyhnagnesinfnchlorid,
aufgebracht. Ihre Reaktion mit Wasserdampf verläuft dann ebenfalls unter Bildung
von Oxydfilmen. Gegebenenfalls können die im Rahmen det Erfindung verwendeten I-ialogenide
in schmelzbarer oder flüssiger Form aufgebracht werden; so daß sieh die Anwendung
von Lösungsmitteln erübrigt: Bei. der Isolierung von Metalldrähten kann glas Aufbringen
der im Rahmen der Erfindung vorgesehenen Halogende in der für das Lackieren von
Drähten mit organischen Lacken bekannten Weise vorgenommen
werden.
Um -hierfür eine gewünschte Filmdicke bei gegebener Zuggeschwindigkeit sicherzustellen,
versetzt man das organische Lösungsmittel mit einigen Gewichtsprozenten eines organischen
Lackes, z. B. mit Polystyrol, das dem flüssigen Film die notwendige Zähigkeit verleiht.
Im- Laufe der anschließenden Temperaturbehandlung verdampft das Polystyrol infolge
Depolymerisation vollständig aus dem Film. Anschließend wird dann der Leiter, vorzugsweise
im kontinuierlichen Verfahren, bei geeigneten Temperaturen einer Atmosphäre von
Wasserdampf ausgesetzt. Infolge der stürmischen Reaktion der Metallhalogenide mit
dem in die Deckschicht eindiffundierenden Wasser entsteht über Oxychlorid als Endprodukt
ein Oxyd des betreffenden Metalls. Durch richtige Dosierung der Wasserdampfspannung;
die im Laufe des Prozesses zweckmäßig gesteigert werden kann, und durch eine entsprechende
Dosierung der Temperatur der Reaktionsräume gelingt es, auf den Metalldrähten festhaftende,
dichte und ausreichend flexible Isolierschichten zu erzeugen, die sich im Falle
der Anwendung von Aluminiumbromid odär -chlorid als Ausgangsmaterial von elektrolytisch
auf Aluminiumleitern erzeugten Oxydschichten praktisch nicht unterscheiden.
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Durch die zweckmäßig langsame Steigerung des Wasserdampf-Partialdruckes
einerseits und der Temperatur im Laufe des Umwandlungsprozesses der Isolierschicht
andererseits läßt es sich erreichen, daß in verhältnismäßig kurzer Zeit und bei
Anwendung technisch genügend großer Durchzugsgeschwindigkeiten des Drahtes eine
oberflächlich aus reinem Oxyd bestehende Schicht entsteht. Man findet allerdings
im Innern der Isolierschicht in diesem Fall noch erhebliche Mengen Oxyhalogenid
des betreffenden Metalls. Diese Oxyhalogenidschichten verbessern zwar die Flexibilität
der Isolierschicht, sie können jedoch im Anwendungsfall bei höheren Betriebstemperaturen
der Wicklung und Anwesenheit von Wasserdampf Schwierigkeiten erbringen durch die
weitere Entstehung von Halogenwasserstofsäuren bei der endgültigen Umsetzung zum
reinen Oxyd. Es ist daher zweckmäßig, den Draht, nachdem die äußere Oberfläche einen
genügenden Umsatz zum Oxyd erbracht hat, vor seiner betriebsmäßigen Anwendung einer
endgültigen Fixierung der Isolierschicht unter Ausbildung des reinen Metalloxydes
zu unterwerfen. Der Draht kann also nach Bildung einer äußeren Oxydschicht provisorisch
auf Spulen gewickelt oder zu der endgültigen Wicklung verarbeitet werden. Ein solches
Verfahren bedeutet eine Vereinfachung insofern, als im kontinuierlichen Prozeß bei
der zweiten Stufe der Draht nicht mehr bewegt zu werden braucht. Es kann ein Wasserdampfstrom
angewandt werden, der im Gegenstromverfahren die den Behandlungsofen verlassenden
Spulen mit höchster Tension und praktisch völliger Reinheit umspült, während die
in den Ofen eintretenden noch halogenid$altigen Spulen dem mit Säuredämpfen verunreinigten
Wasserdampf ausgesetzt werden.
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Versuche haben ergeben, daß die kontinuierliche Behandlung des Drahtes
im Durchzugsverfahren unter Abstufung der Bedingungen hinsichtlich Temperatur und
Wasserdampfgehalt sowie die kontinuierliche Behandlung der Wicklungen in, einem
Nachbehandlungsofen eine gewisse Schichtung der Oxydbeläge ergibt, die die Flexibilität
und damit Wickelfähigkeit der Drähte günstig beeinflußt: Insbesondere ist ein gewisser
Gehalt an Oxyhalogeniden wegen ihrer größeren Plastizität gegenüber dem reinen Oxyd
von außerordentlicher Bedeutung für die Erlangung guter Wickelfähigkeit, so daß
es zweckmäßig ist, die thermische Nachbehandlung der Drähte im endgültig gewickelten
Zustand vorzunehmen.
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Naturgemäß müssen dann die Träger der Wicklungen sowohl temperaturfest
als auch gegen gasförmige HalogenwasserstofEsäure kurzzeitig ausreichend beständig
sein. Dies ist bei Eisen, das für elektrische Maschinen und Geräte, z. B. als Anker
für Motoren, in Frage kommt; dann der Fall, wenn die Bedingungen der Behandlung
derart gewählt werden, daß zu keiner Zeit im Nachbehandlungsprozeß eine Kondensation
eines Halogenwasserstoff-Wasser-Gemisches auftritt. Diese Kondensation läßt sich
einerseits durch genügend ,hohe Temperaturen, andererseits durch genügend geringe
Partialdrücke sowohl der Säure als auch des. Wasserdampfes vermeiden.
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Wählt man als Komponenten Halogenide der Metalle -Magnesium oder Aluminium
einerseits, des Nichtmetalls Silizium oder des Säurebildners Titan andererseits,
so kann man statt der Oxyde bei stöchiometrischer Zusammensetzung der Mischung auch
hochtemperaturbeständige isolierende chemische Verbindungen in Form von Silikaten
bzw. Titanaten erhalten, die besondere Vorteile aufweisen. Erzeugt man z. B. auf
diese Weise ein dem Hornblende-Asbest entsprechendes Produkt, M96 S14 011 (0 M6
' H2 0' so erreicht man die Vorteile der langkettigen Fadenmoleküle hinsichtlich
besonders hoher Biegefähigkeit des entstandenen Films, weil die langen Fadenmoleküle
vorzugsweise in. der Filmebene verlaufen. Ihr Nachteil, eine verhältnismäßig geringe
Temperaturbeständigkeit von etwa 300° C, die sich aus ihrem Wassergehalt erklärt,
kann vermieden werden bei Anwendung von Filmen aus synthetischen anorganischen Fadenmolekülen,
die durch Umsetzung von bifunktionellen Metallhalogeniden, z. B. von Dichlorfluoraluminium
oder Dibromfluoraluminium, entstehen. Die feste Bindung zwischen dem Aluminium und
dem Fluor ist nicht hydrolysierbar. Es ist daher nur eine Reaktion mit den beiden
Chloratomen des Moleküls möglich, die bei geeignet geringer Konzentration in dem
ursprünglichen Film ein Netzwerk von fadenförmigen Makromolekülen der Struktur
erzeugt, deren Längsausdehnung vorzugweise in der Ebene des Filmes verläuft, wodurch
der Film eine besonders gute Biegefestigkeit beibehält.
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Die Erfindung ist im übrigen nicht auf die Anwendung bei elektrischen
Leitern beschränkt. Auch andere Teile, wie z. B. Eisenbleche, insbesondere für den
Aufbau elektrischer Maschinen und Apparate, können auf diese Weise mit einem anorganischen
Isolierüberzug versehen werden.