EP2663983A2 - Vorrichtung zur verbesserung der elektrischen eigenschaften einer beschichtung eines leiters oder dergleichen durch isolierstoffe, sowie ein verfahren zur anwendung einer derartigen vorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur verbesserung der elektrischen eigenschaften einer beschichtung eines leiters oder dergleichen durch isolierstoffe, sowie ein verfahren zur anwendung einer derartigen vorrichtung

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Publication number
EP2663983A2
EP2663983A2 EP12706448.3A EP12706448A EP2663983A2 EP 2663983 A2 EP2663983 A2 EP 2663983A2 EP 12706448 A EP12706448 A EP 12706448A EP 2663983 A2 EP2663983 A2 EP 2663983A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
coating
insulating substrate
electrical
molecules
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12706448.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Geron LÖBBE
Thomas WANISCH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ginzel Lothar
Original Assignee
Ginzel Lothar
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ginzel Lothar filed Critical Ginzel Lothar
Publication of EP2663983A2 publication Critical patent/EP2663983A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/14—Insulating conductors or cables by extrusion
    • H01B13/145—Pretreatment or after-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/0033—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables by electrostatic coating

Definitions

  • 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.
  • DD 281 314 A7 discloses a process for the electrical coating of parts which are completely or partially electrically conductive.
  • Such a coating composition consists of any polymers that may be mixed with fillers, or inorganic suspensions that can be applied uniformly to parts by the coating thickness and duration is adjustable by selecting the process parameters.
  • at least one solvent and a highly dispersed hydrophobicized silica have been added to the coating composition, so that the silica in combination with the solvent under the influence of the electric field on the
  • CONFIRMATION COPY Coating part is deposited and there builds a stabilizing framework for the coating composition.
  • WO 02/36 851 A1 describes a method and a device for the surface treatment of electrically insulating substrates, which are used to coat substrates.
  • DE 103 20 805 B4 discloses a device for processing cylindrical, at least one electrically conductive vein having substrates with a process space and by applying a voltage to at least one, the process space associated, fixedly disposed on the device electrode and a counter electrode, wherein in A plasma is ignitable in the process space and the applied voltage is an AC voltage.
  • 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.
  • nanoscale particles particles with a particle size that move in the nanoscale (nanoscale particles) have an increasing Application found. This also applies to dispersions containing particles with magnetic or ferroelectric properties.
  • transformers consist of a magnetic circuit with a ferrite or iron core around which the corresponding conductors of various circuits are wound so that the current of each circuit is passed around the core several times.
  • this consists of a magnetic flux that generates a magnetic field.
  • the voltages on the windings due to the electromagnetic induction are proportional to the rate of change of the magnetic flux and the number of turns of the winding.
  • transformers In order to increase the magnetic induction, transformers ideally have cores.
  • the inductance is an electrical property of a current-carrying conductor, where due to a change in the electric current, a magnetic field is built up.
  • 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.
  • In addition to increasing the dielectric strength should also be possible to increase the line inductance of the electrical conductors, so as to build the inductors made from the conductors, transformers or the like, for example, to make smaller or more powerful.
  • the object of the invention is achieved by a device according to claim 1 and by an insulating substrate according to claim 6 and a method according to claim 7 for the realization.
  • the subclaims have a further embodiment of the solution principle of the invention to the content.
  • 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, or the like with a coating device for applying a liquid insulating substrate, the orientation of the isotropic molecules and / or nanoparticles or aggregates of the still liquid insulating substrate achieved by application of a high voltage by the device according to the invention.
  • the conductor is continuously moved through the device, so that at the end of the device, a curing of the insulating substrate with simultaneous alignment of the molecules and / or nanoparticles or the like has taken place.
  • the insulating substrates used with certain, particularly effective additives in the form of paint fillers.
  • Barium titanate or strontium titanate or mica or serpentine or fiber glarpentine or glass fibers or aluminum oxide or the like have proven to be particularly suitable additives. It is also possible to use all non-expressive effective additives.
  • additives to the insulating substrates already increases the dielectric strength to a known extent.
  • the aggregates which in particular have a platelet geometry in the molecular range
  • an alignment by treatment with a high voltage is achieved by a method according to the invention to be described.
  • This means that the isotropic orientation of the platelets is converted into an anisotropic alignment of the platelets in one direction due to the applied high voltage, which is designed as a DC voltage.
  • Spherical particles are less suitable for such use, because thereby the degree of coverage of the conductor surface is not optimal. It remain between the individual spherical molecules to large gaps. For this reason, it is important to obtain the appropriate additives through a chemical process in the desired optimized form.
  • the dielectric strength improves over 50% over conventional applications.
  • different additives can be used for different electrical uses of the conductor wires.
  • Si for example, for the thermal conductivity of a different additive than, for example, an additive to increase inductances or dielectric strength necessary.
  • the varnish used as the insulating substrate is usually a polymer.
  • Such a lacquer layer with its molecules is isotropic, this applies to any type of insulating substrates.
  • This anisotropy means a closed or close to closed surface. A completely closed surface is achieved by several insulating substrate layers one above the other, d. H. the process of coating is repeated several times. This is already the case today. However, by the invention it is possible to align the molecules horizontally and thus achieve a higher degree of coverage and thus a higher dielectric strength.
  • paint coatings of conductors or the like are carried out with an insulating substrate in multiple layers to ensure a uniform quality.
  • This may be a whole number of layers depending on the use of the conductor.
  • it is possible to achieve a lower paint usage, because the number of paint layers may be lower due to the aggregates. This means not only a saving of paint quantities but also lower process times.
  • the coating of the conductor mechanically stable, ie it can be bent more. At the same time, however, this also means that the paint does not peel off, which is certainly the case with very thick layers of paint in the usual manner of application.
  • the proportion of aggregates depends on the desired use. Aggregates up to about 40% are to be mentioned as the upper limit, because in addition the molecules can only be aligned insufficiently by the process according to the invention. This is because the individual molecules or the like are enveloped by the insulating substrates, so that there is no grain contact against each other. In the electrical properties, it is not important that the surface is completely closed by a paint layer alone by the molecules in the aligned state. Due to the multiple application, d. H. in several layers on top of each other, the problem of holes is repaired.
  • 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.
  • the molecules or macromolecules or nanoparticles usually present in the insulating substrate have a heterogeneous state of an isotropic molecule composite.
  • 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 (hardened) insulating material, which is retained after curing.
  • the electrical properties are increased in terms of their self-inductance.
  • These nanoparticulate ingredients of the insulating substrate do not increase the dielectric strength. Rather, they serve to increase the inductance and to enhance corresponding magnetic properties.
  • these include corresponding windings for motors or generators.
  • the molecules or ferritic nanoparticles present in the insulating substrate also have a heterogeneous state within the liquid insulating substrate.
  • the device according to the invention which consists essentially of a helix with at least two electrical conductors, a directed homogeneous bond is achieved with a quasi-closed anisotropic surface of the not yet solidified insulating material, which remains after curing.
  • ferritic nanoparticles are also exclusively alone depending on the use of the conductor, introduced into the paint and can be aligned accordingly.
  • different layers can be applied to a conductor both to increase the dielectric strength and to increase the line inductance.
  • the coils, 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.
  • 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 outside diameter.
  • the inner diameter of the tube is dimensioned so that the provided with the paint insulation conductor passes without contact with the pipe.
  • 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.
  • At the ends of the sealed pipes or the like there are the high voltage electrical connections provided by a power supply allowing a continuous change in the high voltage.
  • the entire device is held by a holder.
  • the device may also be referred to as a dipole, wherein the corresponding device may also consist of a quadrupole.
  • 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.
  • the anisotropic surface of the coating of the conductor is reached, resulting in that the previously existing disorderly isotropic structure of the molecules or the like is virtually closed with their gaps.
  • 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.
  • 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.
  • the device described above the coating subsequent to the part of the Coating plant is. In such a case, for example, an immersion bath would cause the molecules to be aligned within or after the bath.
  • the invention is characterized in particular by the fact that a significant increase in the dielectric strength in the low-frequency range is achieved. At the same time, however, a low-loss filter and damping effect is achieved even in the high-frequency range. However, this also applies to the dielectric strength and the mechanical behavior in the HF range.

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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.

Description

Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen
Eigenschaften einer Beschichtung eines Leiters oder dergleichen durch Isolierstoffe, sowie ein Verfahren zur Anwendung einer derartigen Vorrichtung
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. Durch die DD 281 314 A7 ist ein Verfahren zur elektrischen Beschichtung von Teilen, die ganz oder teilweise elektrisch leitend sind, bekannt geworden. Eine derartige Beschichtungsmasse besteht aus beliebigen Polymeren, die mit Füllstoffen versetzt sein können, oder anorganischen Suspensionen bestehen, die gleichmäßig auf Teile aufgebracht werden können, indem die Beschichtungsstärke und Dauer durch Wahl der Prozessparameter einstellbar ist. Dabei sind der Beschichtungsmasse mindestens ein Lösungsmittel und eine hoch disperse hydrophobierte Kieselsäure zugesetzt worden, so dass die Kieselsäure in Verbindung mit dem Lösungsmittel unter Einfluss des elektrischen Feldes auf das zu
BESTÄTIGUNGSKOPIE beschichtende Teil abgeschieden wird und dort ein stabilisierendes Gerüst für die Beschichtungsmasse aufbaut.
Die WO 02/36 851 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von elektrisch isolierenden Substraten, die eingesetzt werden, um Substrate zu beschichten.
Die DE 103 20 805 B4 gibt eine Vorrichtung zur Bearbeitung von zylindrischen, zumindest eine elektrisch leitende Ader aufweisenden Substraten mit einem Prozessraum sowie durch Anlegen einer Spannung an wenigstens eine, dem Prozessraum zugeordnete, fest an der Vorrichtung angeordnete Elektrode und eine Gegenelektrode wieder, wobei in dem Prozessraum ein Plasma zündbar ist und die angelegte Spannung eine Wechselspannung ist.
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.
In der Technik haben Teilchen mit einer Teilchengröße, die sich im Nanobereich (nanoskalige Teilchen) bewegen, eine zunehmende Anwendung gefunden. Dieses gilt auch für Dispersionen, die Teilchen mit magnetischen oder ferroelektrischen Eigenschaften enthalten.
Beispielsweise bestehen Transformatoren aus einem magnetischen Kreis mit einem Ferrit- oder Eisenkern, um die entsprechende Leiter verschiedener Stromkreise so gewickelt sind, dass der Strom eines jeden Stromkreises mehrfach um den Kern herumgeführt wird. Dabei funktionieren derartige Transformatoren nach dem Induktionsprinzip, dieses besteht aus einem magnetischen Fluss, der ein Magnetfeld erzeugt. Bei einem idealen Transformator sind die Spannungen an den Wicklungen aufgrund der elektromagnetischen Induktion proportional zur Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses und zur Windungszahl der Wicklung. Um die magnetische Induktion zu erhöhen, weisen Transformatoren idealerweise Kerne auf.
Die Induktivität ist eine elektrische Eigenschaft eines strom- durchflossenen Leiters, wo aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufgebaut wird.
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. Neben der Erhöhung der Spannungsfestigkeit soll auch die Möglichkeit bestehen die Leitungsinduktivität der elektrischen Leiter zu erhöhen, um so die aus den Leitern gefertigten Induktivitäten, Transformatoren oder dergleichen beispielsweise kleiner zu bauen oder leistungsstärker zu machen. Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie durch ein Isoliersubstrat nach Patentanspruch 6 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7 zur Realisierung gelöst. Die Unteransprüche haben dabei eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lösungsprinzips zum Inhalt.
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, oder dergleichen mit einer Beschichtungsvorrichtung zur Applikation eines flüssigen Isoliersubstrates vorgeschlagen, die eine Ausrichtung der isotropen Moleküle und/oder Nanopartikel oder Zuschlagstoffe 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 oder dergleichen erfolgt ist. Durch das elektrische Feld der Hochspannung oder einer Feldstärke wird eine symmetrische Ausrichtung, vorzugsweise in tangentialer Richtung der Moleküle oder der Nanopartikel oder dergleichen 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. Je nach Verwendung der Leiter sind keine zusätzlichen Isoliermaterialien oder Zuschlagstoffe notwendig. Dabei können schon 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.
Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit ist es möglich, den verwendeten Isoliersubstraten bestimmte, besonders wirkungsvolle Zuschlagstoffe in Form von Lackfüllstoffen beizusetzen. Als besonders geeignete Zuschlagstoffe erwiesen sich Bariumtitanat oder Strontiumtitanat oder Glimmer oder Serpentin oder Faserserpentin oder Glasfasern oder Aluminiumoxyd oder dergleichen. Es können auch alle nicht ausdrücklich genannten wirkungsvollen Zuschlagstoffe verwendet werden.
Schon die Beigabe von Zuschlagsstoffen zu den Isoliersubstraten erhöht im bekannten Maße die Spannungsfestigkeit. Durch die Einarbeitung der Zuschlagsstoffe, die im Besonderen im molekularen Bereich eine Plättchengeometrie aufweisen, wird durch ein noch zu beschreibendes erfindungsgemäßes Verfahren eine Ausrichtung durch die Behandlung mit einer Hochspannung erreicht. Dieses bedeutet, dass die isotrope Ausrichtung der Plättchen in eine anisotrope Ausrichtung der Plättchen in eine Richtung aufgrund der angelegten Hochspannung, die als Gleichspannung ausgeführt ist, erreicht überführt werden. Kugelförmige Partikel eignen sich für eine solche Verwendung weniger, weil dadurch der Bedeckungsgrad der Leiteroberfläche nicht optimal ist. Es verbleiben dabei zwischen den einzelnen kugelförmigen Molekülen zu große Lücken. Aus diesem Grunde ist es wichtig, die geeigneten Zuschlagstoffe durch einen chemischen Prozess in der gewünschten optimierten Form zu gewinnen. Durch die Geometrie von lang ausgebildeten Molekülen und die Ausrichtung durch die Hochspannungsbehandlung während des Erhärtungsprozesses verbessert die Spannungsfestigkeit über 50 % gegenüber herkömmlichen Anwendungen. Dieses bedeutet, dass für unterschiedliche elektrische Verwendungen der Leiterdrähte auch unterschiedliche Zuschlagstoffe eingesetzt werden können. Si ist beispielsweise für die Wärmeleitfähigkeit ein anderer Zuschlagstoff als beispielsweise ein Zuschlagstoff zur Erhöhung von Induktivitäten oder zur Spannungsfestigkeit notwendig.
Zuschlagstoffe jeder Art verändern mit dem erfindungsgemäßen Hochspannungsprozess die Eigenschaften des Isoliersubstrates ganz entscheidend. Der Lack, der als Isoliersubstrat verwendet wird, ist üblicherweise ein Polymer. Eine solche Lackschicht mit ihren Molekülen ist isotrop, dieses gilt für jede Art von Isoliersubstraten. Allein durch die Anlegung einer Hoch-Gleichspannung entsteht durch den erfindungsgemäßen Prozess eine Ausrichtung der Moleküle oder dergleichen in eine anisotrope Anordnung. Diese Anisotropie bedeutet eine geschlossene oder nahe zu geschlossene Oberfläche. Eine komplett geschlossene Oberfläche erreicht man durch mehrere Isoliersubstratschichten übereinander, d. h. der Prozess der Beschichtung wird mehrfach wiederholt. Dieses ist auch heute schon der Fall. Allein durch die Erfindung ist es jedoch möglich, die Moleküle horizontal auszurichten und damit einen höheren Bedeckungsgrad und damit auch eine höhere Spannungsfestigkeit zu erzielen.
Auch heute werden Lackbeschichtungen von Leitern oder dergleichen mit einem Isoliersubstrat in mehrfachen Schichten ausgeführt, um eine gleichmäßige Qualität zu gewährleisten. Dieses kann je nach Verwendung des Leiters eine ganze Anzahl von Schichten sein. Durch die Erfindung aber ist es möglich, eine geringere Lackverwendung zu erzielen, weil die Anzahl der Lackschichten aufgrund der Zuschlagstoffe geringer sein können. Dieses bedeutet neben einer Einsparung von Lackmengen auch geringere Prozesszeiten. Ebenfalls wird die Beschichtung des Leiters mechanisch stabiler, d. h. er kann stärker gebogen werden. Gleichzeitig bedeutet dieses aber auch, dass der Lack sich nicht abschält, was bei sehr dicken Lackschichten in üblicher Aufbringungsart durchaus gegeben ist.
Der Anteil der Zuschlagstoffe ist abhängig von der gewünschten Verwendung. Zuschlagstoffe bis ca. 40 % sind als obere Grenze zu nennen, weil darüber hinaus sich die Moleküle nur unzureichend durch das erfindungsgemäße Verfahren ausrichten lassen. Dieses liegt daran, dass die einzelnen Moleküle oder dergleichen durch die Isoliersubstrate umhüllt sind, so dass kein Kornkontakt gegeneinander vorliegt. Bei den elektrischen Eigenschaften kommt es nicht darauf an, dass die Oberfläche komplett einer Lackschicht allein durch die Moleküle im ausgerichteten Zustand geschlossen ist. Durch die mehrfache Anwendung, d. h. in mehreren Schichten übereinander, wird das Problem der Löcher wieder behoben.
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.
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.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren ist es möglich, dass die elektrischen Eigenschaften hinsichtlich ihrer Eigeninduktivität erhöht werden. Diese nanopartikulären Inhaltstoffe des Isoliersubstrates erhöhen dabei nicht die Durchschlagfestigkeit. Sie dienen vielmehr dazu, die Induktivität zu erhöhen und entsprechende magnetische Eigenschaften zu verstärken. So ist es möglich, je nach Verwendung des elektrischen Leiters hier eine höhere Leitungsinduktivität als nur bei reinen Kupferoder Aluminiumleitern oder dergleichen zu bewirken. Dieses führt dazu, dass elektrische Bauteile, die mit derartigen Drähten, die eine erhöhte Leitungsinduktivität beinhalten, wesentlich kleiner gebaut werden können. Hierzu zählen neben den bereits genannten Transformatoren auch entsprechende Wicklungen für Motoren oder Generatoren. Auch die in dem Isoliersubstrat vorhandenen Moleküle bzw. ferritische Nanopartikel weisen innerhalb des flüssigen Isoliersubstrates einen heterogenen Zustand auf. Durch die Anlegung einer Hochspannung an die erfindungsgemäße Vorrichtung, die im Wesentlichen aus einer Wendel mit mindestens zwei elektrischen Leitern besteht, wird ein gerichteter homogener Verband mit einer in sich quasi geschlossenen anisotropen Oberfläche des noch nicht erstarrten Isoliermaterials erzielt, der nach der Aushärtung erhalten bleibt.
Je nach der gewünschten Verwendung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichteten Leitern ist es möglich, dass diese direkt oder indirekt mehrere Beschichtungsstrecken nacheinander durchlaufen, ohne dass die ausgehärteten Schichten ihre anisotrope Struktur verlieren.
So ist es möglich, dass die ferritischen Nanopartikel auch ausschließlich alleine je nach Verwendung des Leiters, in den Lack eingebracht werden und entsprechend ausgerichtet werden können. Im Wege der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass auf einem Leiter unterschiedliche Schichten sowohl zur Erhöhung der Durchschlagfestigkeit als auch zur Erhöhung der Leitungsinduktivität aufgebracht werden können.
Die Wendeln, 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.
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.
Die Vorrichtung kann auch als Dipol bezeichnet werden, wobei die entsprechende Vorrichtung auch aus einem Quadropol bestehen kann. Die angelegte Hochspannung, die vorzugsweise eine Gleichspannung ist, richtet sich nach der Durchschlagsfestigkeit des verwendeten Isoliersubstrates auf dem zu beschichteten Leiter oder dergleichen.
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. 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. 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. 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.
Durch die Erfindung werden eine wesentlich bessere Leiteroberfläche und damit eine Qualitätssteigerung des Produktes bei geringerem Außendurchmesser, weniger Prozesskosten und kürzerer Verarbeitungszeit erzielt.
Ferner zeichnet sich die Erfindung insbesondere dadurch aus, dass eine deutliche Erhöhung der Spannungsfestigkeit im Niederfrequenzbereich erreicht wird. Gleichzeitig wird jedoch auch im hochfrequenten Bereich eine verlustärmere Filter- und Dämpfungswirkung erzielt. Dieses trifft jedoch auch für die Spannungsfestigkeit und das mechanische Verhalten im HF-Bereich zu.
Um eine gleiche bzw. wesentlich verbesserte Spannungsfestigkeit bei Drähten zu erreichen, ist durch die Erfindung ein wesentlich geringerer Materialeinsatz notwendig. Dieses bedeutet, dass Isolierlacke in großem Maße eingespart werden, weil wesentlich weniger Isolierschichten übereinander aufgebracht werden müssen. Dadurch erhält der Lack eine bessere Qualität, weil weniger Fehlstellen enthalten sind. Gleichzeitig bedeutet dieses aber auch, dass die Prozesszeiten der Beschichtung verringert werden können.

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften einer Beschichtung mittels eines Isoliersubstrat auf der Oberfläche von Leitern für elektrische Verwendungen, wie Drähte oder dergleichen mit einer Beschichtungsvorrichtung zur Applikation des flüssigen Isoliersubstrates auf der Oberfläche des Leiters oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsvorrichtung nachgeschaltet eine Vorrichtung vorhanden ist, die eine Ausrichtung von Molekülen und/oder Nanopartikeln und/oder Zuschlagstoffen des nicht ausgehärteten Isoliersubstrates durch Beaufschlagung der Vorrichtung mit einer Hochspannung erreicht, wobei der Leiter oder dergleichen kontinuierlich durch die Vorrichtung hindurch bewegt wird, und aus einer isotropen Molekularanordnung und/oder Nanopartikelanordnung und/oder Zuschlagstoffanordnung eine anisotrope Molekularanordnung oder dergleichen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Wesentlichen aus einer Wendel, bestehend aus mindestens zwei elektrischen Leitern, besteht, die gleichläufig oder gegenläufig mit einer progressiven Steigung den hindurch bewegten beschichteten Leiter mittels eines Abstandes umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände der mindestens zwei Wendel der elektrischen Leiter der Vorrichtung zum Ende der Vorrichtung enger verlaufen, und mittels einer Halterung distanziert gehalten werden. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung im Wesentlichen aus einem Silicatrohr oder dergleichen mit aufgebrachten Wendeln besteht, durch das der zu bearbeitende Leiter oder dergleichen hindurchgeführt wird, und dass das Silicatrohr oder dergleichen von einem beabstandeten Körper umgeben ist, der mit einem Isolieröl oder einem Isolierharz ausgefüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der Molekularausrichtung oder dergleichen dienende Vorrichtungen hintereinander geschaltet oder einzeln verwendet werden, um mehrere Lackschichten auf den Leitern oder dergleichen zu erzielen.
Isoliersubstrat mit einer Molekularstruktur und/oder Zuschlagstoffen und/oder ferritischen Nanopartikeln zur Schaffung einer homogenen im Wesentlichen geschlossenen festen Oberfläche eines elektrischen Leiters.
Verfahren zur Verwendung eines flüssigen Isoliersubstrates nach Anspruch 6 auf Oberflächen von Leitern für eine elektrische Verwendung, mittels einer Vorrichtung, die einen Einlass und einen Auslass für den durchlaufenden, zu beschichteten Leiter oder dergleichen aufweist, wobei durch Anlegen einer Hochspannung an die Vorrichtung eine anisotrope Ausrichtung der isotropen Moleküle und/oder ferritischen Nanopartikel und/oder Zuschlagstoffe nach der Beschichtung des Leiters bei dem flüssigen Isoliersubstrat vor der Erstarrung in einem kontinuierlichen Prozess erreicht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine symmetrische Ausrichtung der Moleküle und/oder Nanopartikel oder dergleichen des Leiters in der Vorrichtung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ausrichtung der Moleküle und/oder ferritischen Nanopartikel und/oder der Zuschlagstoffe in der Vorrichtung durch Anlegung einer gleichgerichteten Hochspannung und/oder eines Magnetfeldes erzielt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Beschichtung mit anschließender Ausrichtung des isotropen Molekular- und/oder der Zuschlagstoffe und/oder des ferritischen Nanopartikelverbundes zu einem gerichteten homogenen anisotropen Verbund bei einem Leiter oder dergleichen mehrfach durchgeführt wird.
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