ITMI20121805A1 - Rivestimento conduttivo - Google Patents

Description

“Rivestimento conduttivoâ€

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si riferisce ai conduttori elettrici per la trasmissione dell’energia elettrica, in particolare a un rivestimento conduttivo da applicare a elementi filiformi.

STATO DELL’ARTE

I conduttori elettrici metallici, noti anche con il generico nome di cavi o cavi elettrici, permettono di trasportare l’energia elettrica da un punto a un altro. Ad esempio, dal punto di distribuzione della corrente elettrica al punto in cui à ̈ presente un’utenza (una spina o un interruttore) e, a sua volta, dall’utenza al relativo carico collegato (un elettrodomestico o una lampadina). Uno dei parametri principali di un conduttore à ̈ la sua conducibilità; tale parametro deriva dalla medesima caratteristica intrinseca del materiale con cui à ̈ realizzato.

Un altro parametro che determina la conducibilità di un conduttore à ̈ la sua sezione: all’aumentare di quest’ultima cresce anche la prima.

Alcuni materiali metallici presentano valori di conducibilità che li rendono idonei all’uso in svariate applicazioni: da quelle in cui sono coinvolte basse tensioni (indicando, con questo termine, tensioni comprese fino a 1kV) a quelle in cui sono coinvolte medie e alte tensioni.

Soprattutto nelle applicazioni a basse tensioni, esistono una pluralità di materiali metallici con cui vengono realizzati i conduttori; si possono citare ad esempio: l’oro, l’argento, il rame, l’alluminio, il tungsteno, eccetera, oltre a leghe composte da alcuni di questi. La scelta del materiale con cui realizzare un conduttore dipende dall’ambito d'uso di quest’ultimo. In questo senso il valore di conducibilità richiesto, il peso, l’ingombro e il costo di realizzazione influenzano tale scelta. Talvolta, alcune applicazioni richiedono particolari requisiti per il conduttore da impiegare (ad esempio: il valore di conducibilità richiesto, oppure il diametro massimo che questo deve avere), soddisfabili da un solo sottoinsieme dei materiali citati. E’ frequente che i requisiti da soddisfare siano più di uno allo stesso tempo e che uno specifico materiale non sia adatto a soddisfarli tutti in maniera ottimale. Ad esempio, per una determinata applicazione potrebbe essere necessario disporre di un conduttore con un certo valore di conducibilità e una certa dimensione massima; il materiale (o lega) scelto potrebbe garantire soltanto una soluzione di compromesso, dove solo uno di questi vincoli viene soddisfatto. Inoltre, le condizioni ambientali in cui un conduttore opera possono essere particolarmente difficili: alte temperature, esposizioni ad agenti corrosivi, eccetera possono compromettere l’integrità dello stesso. Per ovviare a possibili danneggiamenti à ̈ pertanto necessario sottoporre il conduttore a trattamenti che lo rendano robusto a questi.

Inoltre, alcuni dispositivi o sistemi prevedono una particolare installazione per la loro relativa pluralità di cavi, che vengono disposti in alloggiamenti o passaggi appositamente ricavati.

Inoltre, questi stessi dispositivi o sistemi possono essere concepiti per ripiegarsi su stessi o per compiere movimenti articolati. Nel primo caso, ad esempio, per aprirsi e chiudersi (come un telefono cellulare, un computer portatile); nel secondo caso, ad esempio, per essere mobili in più posizioni di funzionamento (come gli specchietti elettrici retrattili di un’automobile).

In queste condizioni i cavi così installati si flettono, subendo un sensibile stress meccanico; oltre agli sfregamenti che possono occorrere per il contatto dinamico con altri corpi presenti in prossimità dell’alloggiamento o del passaggio ad essi dedicato. A questo scopo, esistono più trattamenti possibili da applicare ai conduttori, in funzione dell’ambito d’uso di questi ultimi. Inoltre, molto spesso à ̈ necessario realizzare i conduttori utilizzando metalli costosi e disponibili in quantità limitata.

Inoltre, la costante crescita dei consumi ha contribuito a ridurre le scorte disponibili di materie prime con le quali realizzare conduttori elettrici. Questi materiali sono pertanto disponibili in quantità via via sempre ridotta.

SOMMARIO

La Richiedente si à ̈ resa conto che le tecniche note ed in parte descritte precedentemente non permettono di avere un conduttore elettrico a partire da materie prime largamente disponibili a bassi prezzi di mercato.

Lo scopo generale della presente invenzione à ̈ realizzare un conduttore elettrico, il quale consenta di risolvere in maniera semplice ed economica i problemi sopra esposti.

Lo scopo specifico della presente invenzione à ̈ realizzare un conduttore elettrico che garantisca una buona conduttività impiegando materiali non preziosi, non mettalici e ampiamente disponibili.

In generale, un conduttore elettrico per il trasporto di energia elettrica secondo la presente invenzione comprendente un elemento filiforme, in cui il citato elemento filiforme presenta una superficie esterna comprendente, a sua volta, un rivestimento di fibra di carbonio su di essa.

ELENCO DELLE FIGURE

Le caratteristiche tecniche della presente invenzione, nonché i suoi vantaggi, risulteranno chiari dalla descrizione a puro titolo di esempio non limitativo che segue, da considerare congiuntamente ai disegni qui annessi in cui:

- la Figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di una prima forma di realizzazione di un conduttore secondo la presente invenzione;

- la Figura 2 Ã ̈ una vista in sezione della forma di realizzazione del conduttore di Figura 1;

- la Figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di una seconda forma di realizzazione di un conduttore secondo la presente invenzione;

- la Figura 4 Ã ̈ una vista in sezione della forma di realizzazione del conduttore di Figura 3;

- la Figura 5 Ã ̈ una vista in sezione e in scala ampliata di una porzione di conduttore secondo la presente invenzione.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA

Sia tale descrizione che tali disegni sono da considerare solo a fini illustrativi e quindi non limitativi; pertanto, la presente invenzione potrà essere implementata secondo altre e diverse forme realizzative; inoltre, si deve tenere presente che tali figure sono schematiche e semplificate.

Con riferimento alla figura 1, con 10 à ̈ indicata una forma di realizzazione preferita di un cavo secondo la presente invenzione. Tale cavo comprende un elemento filiforme 1, il quale sulla sua superficie esterna comprende, a sua volta, un rivestimento 2. L’elemento filiforme 1 comprende un filo di materiale polimerico o di fibra sintetica aramidica. Ad esempio, tali materiali potrebbero essere: PVC, Kevlar®, Gore-tex®, Silicone.

Tipicamente, tale filo presenta una sezione circolare, si individua così una superficie radialmente esterna 1a del filo 2 sulla quale à ̈ presente il rivestimento di fibra di carbonio. Di preferenza, questo rivestimento di fibra di carbonio comprende uno strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico. Questo materiale à ̈ noto per la sua resistenza meccanica, oltre ad avere un ottimo valore di conducibilità elettrica. Inoltre, tale strato viene tipicamente applicato sulla superficie esterna dell’elemento filiforme mediante un particolare procedimento di deposizione in vuoto, come risulterà più chiaro dalla descrizione che segue, pertanto lo spessore e la quantità di materiale sono predeterminabili in modo fine e in base alle esigenze e alle caratteristiche da conferire al cavo. Vantaggiosamente, secondo la presente invenzione, si applica un rivestimento 2 avente proprietà conduttive su un materiale non conduttivo. In questo modo l’elemento non conduttivo, realizzato tipicamente a partire da materiali largamente accessibili testé descritti, mediante applicazione del rivestimento 2 risulta idoneo al trasporto di energia elettrica.

E’ bene specificare che la sezione circolare a cui si à ̈ fatto riferimento in precedenza à ̈ solo a titolo esemplificativo; à ̈ affatto possibile che la sezione dell’elemento filiforme 1 sia differente (ad esempio poligonale, tipicamente rettangolare, di frequente utilizzo come piste nei circuiti integrati), la superficie su cui verrà depositato lo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico sarà la porzione perimetrale più esterna che delimita l’elemento filiforme stesso.

Sempre con riferimento alla figura 1 à ̈ possibile notare un elemento 3 isolante, di preferenza una guaina di materiale elettricamente isolante, che ricopre l’elemento filiforme 1 rivestito dallo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico. L’elemento isolante viene applicato all’elemento filiformel per isolarlo elettricamente e renderlo così accostabile ad altri cavi. In uso, soltanto una piccola porzione di elemento filiformel attorno alla quale non sarà presente l’elemento isolante 3 (tipicamente una porzione dalla quale viene spelato l'isolante 3) necessaria a realizzare il collegamento con un morsetto o un analogo dispositivo di giunzione. In questo senso vale la pena di precisare che lo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico presenta un colore scuro, tipicamente nero, mentre l’elemento filiformel, presenta un colore differente. Lo strato 2 può rivestire l’elemento filiforme 1 fino alla sua estremità, oppure estendersi fino a un certo punto di modo che l’elemento filiforme 1 presenti una porzione non rivestita. Secondo quest’ultima modalità, l’estremità di cavo da inserire in un’opportuna sede risulta più visibile, facilitando così le operazioni necessarie per eseguire quest’operazione.

Con riferimento alla figura 2 à ̈ possibile visualizzare una forma di realizzazione preferita di un cavo 10 secondo la presente invenzione in cui à ̈ possibile distinguere i tre elementi concentrici disposti nel seguente ordine (partendo dall’elemento più interno a quello più esterno del cavo): l’elemento filiforme 1, di preferenza in materiale polimerico e di sezione specifica in base all’applicazione di destinazione; lo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico che riveste e avvolge in modo sostanzialmente uniforme l’elemento filiforme 1, di spessore specifico in base alle caratteristiche da conferire al cavo 10; l'isolante 3 realizzato con materiale di tipo noto e di spessore standard in base alle applicazioni del cavo 10. E’ bene notare che per cavi provvisti di un isolante esterno, alcune delle caratteristiche principali da conferire sono di solito dirette all’aumento della conducibilità. Vantaggiosamente, secondo la presente invenzione, à ̈ possibile disporre di un conduttore 1 di materiale con modesta conducibilità che viene in seguito rivestito da uno strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico. In questo modo, partendo da un conduttore largamente disponibile, ma dotato di limitate prestazioni in termini di trasporto di energia elettrica si ottiene, mediante il rivestimento con lo strato 2, un cavo con ottime prestazioni in maniera semplice ed economica. Inoltre, in determinate installazioni un cavo elettrico per essere idoneo, deve avere una certa resistenza agli sforzi: à ̈ il caso tipico di cavi elettrici installati in dispositivi o strutture richiudibili o movimentabili, che quindi, durante questi azionamenti, piegano il cavo stesso. Vantaggiosamente, lo strato 2 conferisce al cavo elettrico una maggiore resistenza meccanica, disponendo in questo modo di un cavo elettrico più resistente e affidabile.

Lo spessore dello strato 2 à ̈ compreso tra un valore minimo di progetto di 0,1 micrometri e un valore massimo di progetto di 10 micrometri. La scelta di quale valore esatto applicare sul conduttore 1, come già accennato, dipende dal tipo di applicazione del cavo 10. In questo senso, per applicazioni in cui interessa aumentare la conduttività del cavo può risultare sufficiente uno spessore scelto tra un primo intervallo variabile tra gli 0,1 micrometri e i 5 micrometri; per altre applicazioni, in cui oltre all'incremento della conduttività à ̈ d’interesse anche aumentare la resistenza agli sforzi meccanici (ad esempio di flessione) può essere necessario scegliere un valore prossimo al valore massimo testé indicato.

E’ da notare che l’applicazione dell’isolante esterno 3 sul conduttore 1 rivestito con lo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico può avvenire secondo le modalità già note all’esperto del ramo nel caso di applicazione dello stesso su un conduttore non rivestito. Vantaggiosamente, in questo modo à ̈ possibile sfruttare le medesime linee produttive con evidente beneficio in termini di costi.

Con riferimento alla figura 3 e alla figura 4, à ̈ possibile notare una forma di realizzazione di un cavo 10 in cui sono presenti una pluralità di conduttori 1, ciascuno dei quali comprende un rivestimento 2 sulla relativa superficie esterna 1a. Quello rappresentato in figura à ̈ un cavo elettrico multipolare formato una pluralità di conduttori unipolari, ricoperti a loro volta da una guaina isolante.

Lo strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico sulla superficie esterna del conduttore 1 ha spessore tale da non compromettere l’ingombro totale del cavo secondo la presente invenzione. Vale la pena di precisare che molto spesso i cavi elettrici integrano tra i conduttori e la guaina isolante uno o più elementi integrativi atti a garantire il corretto funzionamento e l'applicazione delle principali norme di sicurezza. Questi possono essere ad esempio: un’armatura di rinforzo per evitare tagli accidentali e uno schermo elettromagnetico per rendere il cavo elettromagneticamente compatibile. Questi elementi vengono disposti in modo concentrico tra i conduttori e la guaina isolante esterna. Inoltre, le sezioni dei cavi, 10 spessore di questi elementi integrativi nonché la loro diposizione all’interno del cavo à ̈ vincolata a standard costruttivi e di sicurezza che un cavo elettrico deve rispettare. Il ridotto spessore dello strato di carbonio turbostratico pirolitico non aumenta l'ingombro dei conduttori contenuti entro la il rivestimento ed eventualmente gli elementi integrativi: non à ̈ quindi necessario cambiare le tecnologie costruttive attualmente impiegate per assemblare cavi elettrici, in questo modo à ̈ possibile ottenere un cavo elettrico secondo la presente invenzione di dimensioni consone agli standard.

Con riferimento alla figura 5 à ̈ possibile apprezzare come il rivestimento di fibra di carbonio, di preferenza uno strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico, rivesta in modo sostanzialmente uniforme la superficie esterna dell'elemento filiforme 1. In pratica, lo strato 2 à ̈ continuo e sostanzialmente uniforme su tutta la superficie esterna del conduttore, inoltre lo spessore scelto à ̈ aH’incirca uguale, a meno di fluttuazioni determinate dalle tolleranze del processo di deposizione. In questo senso, sono possibili più configurazioni secondo cui l’elemento filiforme 1 può essere rivestito. Come già anticipato può essere previsto che una porzione terminale di conduttore non venga rivestita per facilitare le operazioni di connessione; altrimenti il rivestimento può essere realizzato su tutta la superficie, fino alla porzione più estrema.

11 processo di rivestimento di un cavo elettrico comprendente le fasi: predisporre una porzione di conduttore di detto cavo elettrico 10; rivestire la superficie esterna di detto conduttore 1 con uno strato di fibra di carbonio. Preferibilmente secondo la presente invenzione lo strato di fibra di carbonio comprende uno strato 2 di carbonio turbostratico pirolitico. Di preferenza il processo à ̈ ottenuto mediante deposizione in vuoto di fibra di carbonio sul conduttore 1.

Naturalmente i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto e illustrato, senza per questo uscire daH'ambito della presente invenzione così come definita nelle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Cavo (10) elettrico per il trasporto di energia elettrica comprendente un elemento filiforme (1), in cui detto conduttore presenta una superficie esterna (1a), caratterizzato dal fatto di comprendere un rivestimento di fibra di carbonio su detta superficie esterna (1a) di detto conduttore.
2. 2. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1 in cui detto rivestimento di fibra di carbonio comprende uno strato (2) di carbonio turbostratico pirolitico.
3. 3. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 in cui detto conduttore comprende un filo di materiale polimerico.
4. 4. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 in cui detto conduttore comprende una pluralità di fili realizzati in materiale polimerico.
5. 5. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 in cui detto elemento filiforme (1) comprende un filo di fibra sintetica aramidica.
6. 6. Cavo elettrico (10) secondo la rivendicazione 1 oppure 2 in cui detto elemento filiforme (1) comprende una pluralità di filo di fibra sintetica aramidica.
7. 7. Cavo elettrico (10) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 6 in cui detto strato di carbonio turbostratico pirolitico riveste in modo sostanzialmente uniforme detta superficie esterna di detto elemento filiforme (1).
8. 8. Conduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto rivestimento (2) ha uno spessore compreso in un intervallo tra 0,1 micrometri e 10 micrometri.
9. 9. Conduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente un isolante (3) esterno atto ad avvolgere detto elemento filiforme (1).
10. 10. Processo di rivestimento di un cavo elettrico (10) comprendente le fasi: a - predisporre una porzione di elemento filiforme (1) di detto cavo elettrico (10); b - rivestire la superficie esterna di detto conduttore (1) con uno strato di carbonio turbostratico pirolitico;