CH495038A

CH495038A - Verfahren zum Isolieren elektrischer Leiter

Info

Publication number: CH495038A
Application number: CH1315167A
Authority: CH
Inventors: Schreiber Herbert
Original assignee: Micafil Ag
Priority date: 1967-09-20
Filing date: 1967-09-20
Publication date: 1970-08-15
Also published as: DE1765995B2; DE1765995A1; AT292818B; FR1580719A

Description

Verfahren zum Isolieren elektrischer Leiter
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Isolieren elektrischer Leiter mit Folien unterschiedlicher Schmelztemperaturen sowie nach diesem Verfahren hergestellte Isolationen.

Es ist bekannt, elektrische Leiter durch Umwickeln mit thermoplastischen Folien zu isolieren. Durch Einwickeln von elektrisch leitenden Schichten können bei solchen Isolierungen elektrische Felder in gewünschter Weise gesteuert oder abgeschirmt werden. Versucht man jedoch, bei einer derartigen Isolierung die einzelnen Schichten durch Venschmelzen in eine kompakte, spaltfreie Isolierung zu verwandeln, so treten erhebliche Schwierigkeiten auf. Durch das beim Schmelzen leintretende Fliessen ändert sich die geometrische Form in nicht vorhersehbarer Weise, was sich insbesondere auf eventuell eingebaute Steuerbeläge sehr nachteilig auswirkt. Es war daher bisher nicht möglich, nach diesem Verfahren gesteuerte Wickelkörper herzustellen.

Durch (die vorliegende Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden. Sie ermöglicht die Herstellung von gesteuerten Hochspannungsisolationen nach einem neuen Verfahren. Insbesondere können nach diesem Verfahren isolierte Sammelschienen, Hochspannungsdurchführungen, Kabel und Kabelendverschlüsse hergestellt werden.

Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, dass der elektrische Leiter gleichzeitig mit
Folien a aus thermoplastischem Material und
Folien b aus einem Material, das bei der Schmelz temperatur der Folie a seine geometrische Figur bei behält, so umwickelt wird, dass die einzelnen Folienschichten in zur Leiterachse senkrechter Richtung so aufeinanderfolgen, dass sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lagen der Folie b mindestens eine Lage der Folie a befindet und Idier Wickel bei einer Temperatur verschmolzen wird, die über der Schmelztemperatur der Folie a und unter der Temperatur liegt, bei der die Folie b ihre geometrische Struktur verliert.

Beim Erwärmen auf eine Temperatur über der Schmelztemperatur der Folie a verschmilzt der Wickel zu einem kompakten Körper, wobei die Struktur durch die bei dieser Temperatur noch nicht schmelzende Folie b erhalten bleibt.

Als Schmelzbemperatur der Folie a soll bei dieser Erfindung die Temperatur verstanden werden, bei der zwei aufeinanderliegende Lagen der Folie unter schwa chem Druck zu einer festen Verbindung verschmelzen.

Es ist nicht erforderlich, dass das Material der Folie dabei leinen vollkommen flüssigen Zustand erreicht. Die Sohmelztemperatur gemäss dieser Definition braucht nicht identisch zu sein mit der bei kristallinen Polymeren aus dem Verschwinden der kristallinen Bereiche ermittelten Schmelztemperatur.

Um ein Aufgeben des Wickels während des Verschmelzens zu verhindern, kann das Ende des Wickels fixiert werden. Dies kann beispielsweise durch thermisches Versiegeln, durch Umhüllen mit Trennfolien und elastischen Bändern oder durch Aufschrumpfen eines Schrumpfschlauches erfolgen. Das Verschmelzen des Wickels wird zweckmässwerweise unter Vakuum durchgeführt, um eine völlig vakuoienfreie Isolierung zu erhalten. Hierzu wird beispielsweise der Wickel zunächst längere Zeit unterhalb der Verschullelzungstemperatur evakuiert, unter Vakuum auf die Verschmelzungstemperatur erwärmt und schliesslich bei Normaldruck oder Überdruck noch einige Zeit auf dieser Temperatur gehalten.

Ist der Wickel durch einen Schlauch umhüllt, so kann er auch von den Stirnseiten her noch weiter evakuiert werden, während man auf den Schlauch von aussen Normaldruck oder Überdruck einwirken lässt. Man kann den Wickel auch in einer Druckform unter mechanischer Druckeinwirkung verschmelzen. Dickere Wickel, wie Hochspannungsdurchführungen, werden am besten, um Spaltbildungen durch Iden thermischen Schwund zu verhindlern, nach dem Verschmelzen von innen her abgekühlt. Auch das Aufheizen kann von innen her, also über den elektrischen Leiter, beispielsweise durch einen Kurzschlussstrom, erfolgen. Eine Variante des Verfah rens besteht darin, die Folien schon beim Wickeln auf die Versch elzungstemperatur zu erwärmen.

Als Material für die Folien a und b kommen beliebige thermoplastische Kunststoffe in Frage. Als thermoplastisch sind hierbei auch vulkanisierbare Kunststoffe im nicht vulkanisierten Zustand anzusehen. Die Folien b können ausserdem aus unschmelzbaren oder vulkanisierten Kunststoffen bestehen.

Die wesentlichste Voraussetzung für die Auswahl geeigneter Folienkombinationen ist d!er niedrigere Schmelzpunkt der Folie a. Ferner sollen die verwendeten Materialien eine gute gegenseitige Adhäsion aufweisen. Bei manchen Folien lässt sich die Adhäsion durch eine chemische Oberflächenbehandlung, beispielsweise mit Oxy dationsmitteln oder Alkalimetallverbindungen, oder durch Bestrahlung wesentlich verbessern. Ferner sind die Dielektrizitätskonstanten fürdie Verteilung der elek tischen Feldstärke in den beiden Folien massgebend.

In Tabelle 1 sind für einige handelsübliche Folilen die Schm elztemp eraturen und Dielektrizitätskonstanten angegeben. Es ist zu beachten, dass es sich bei den in der Tabelle 1 angegebenen kristallinen Schmelztemperaturen und Erweichungsbereichen um Literaturwerte handelt, die nicht mit der oben definierten Schmelztemperatur identisch sind. Diese Tabellenwerte sind lediglich als Anhaltspunkte für die Auswahl brauchbarer Folienpaare gedacht. Die Verschmelzungstemperatur für den Folien wickel wird dagegen am besten anhand kleiner Probe wickel bestimmt.

Bei vulkanisierbaren Folien kann die Folie a aus dei unvulkanisierten und die Folie b aus der vulkanisierten Form desselben Materials bestellten. Gleichzeitig mit oder nach dem Verschmelzen wird dann der ganze Wik kel ausvulkanisiert. Auch andere, in der Tabelle nicht genannte Folien eignen sich für den erfindungsgemässen Zweck, sofern sie den oben genannten Anforderungen genügen und eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Bei plastifizierten Folien lassen sich unterschiedliche SchmelztemPeraturen leicht durch Variation des Weichmachergehaltes einstellen.

Sehr feste Wickel lassen sich durch Verwendung von Schrumpffolien erhalten. Diese sollen jedoch nur in Maschinenrichtung schrumpfen.

Besonders vorteilhaft ist eine Variation des Verfahrens, bei der die Folien a und b schon vor dem Wickeln fest miteinander verbunden sind. Man kann dabei von den beiden fertigen Folien ausgehen, die z. B. durch Verkleben, durch Kaschieren bei erhöhter Temperatur und eventuell mittels Druckwalzen miteinander verbun den werden. Oder die eine Folie wird mit der anderen beschichtet, die aus der Schmelze, Lösung, Dispersion oder durch Aufpolymerisieren aufgebracht werden kann.

Verbundfolien können auch durch gleichzeitiges Extrudieren hergestellt werden. Am ,günstigsten sind Drei schichtenfolien, bei denen die mittlere Schicht aus der höher schmelzenden oder unschmelzbaren Folie b und die Oberflächen aus niedriger schmelzenden Folien a bestehen.

Tabelle 1 Material Dielektrizitäts-Konstante Kristalline Schmelztemperatur oder Erweichungsbereich, OC Polyäthylen, niedere Dichte 2,3 110 Polyäthylen, hohe Dichte 2,3 129-133 Polyäthylen, ionisch vernetzt 2,4- 2,5 80-100 Polypropylen 2,2- 2,5 160-170 Copoly-äthylen-propylen 2,2- 2,5 100-160 Polybuten 2,2- 2,5 12z130 Polyisobutylen 2,3 < 100 Copoly-äthylen-isobutylen 2 - 2,5 128 Copoly-äthylen-vinylacetat 2,3 < 100 Polystyrol 2,5- 2,7 90-100 Polyvinylchlorid 3 - 4,5 80- 90 Vinylchlorid-copolymerisat 3 - 4,5 < 90 Copoly-vinylchlorid-vinylidenchlorid 3 - 5 80-100 Polyvinylfluorid 8,5-10 > 300 Polytetrafluoräthylen 2 i > 300 Polytrifluorchloräthylen 2,5- 2,7 200-220 Copoly-perfluor-äthylen-propylen 2 285-295 Polyvinylacetat 3,1 40 Polyvinylbutyral 3 -

4 20- 60 Polymethylmethacrylat 2,7- 3,9 95 Material Dielektrizitäts-Konstante Kristalline Schmelztemperatur oder Erweichungsbereich, cc Polyäthylenterephthalat 3 - 3,3 250-265 Polycarbonat 3 140-150 Polyamid-6 3,6- 4,7 215-220 Polyamid-1 1 3,7 185 Polyamid-6,6 4 -18 232-260 Polyamid-6,1 0 4 - 6 210-220 Polyvinylcarbazol 3 210 Polyoxymethylen 3,7- 4,1 165-175 Polyparaxylylen 2,6 400 Polyphenylenoxyd 2,5 > 175 Polysulfon 8 > 200 Polyurethan 5 - 8 180-185 Celluloseacetat 5 unschmelzbar Celluloseacetobutyrat 2,5 unschmelzbar Polyäthylen, strahlenvernetzt 2,35 unschmelzbar Polyimid 2,6- 3,5 unschmelzbar
EMI3.1

<tb> Polyäthylen, <SEP> chlorsulfoniert <SEP> 5 <SEP> -10 <SEP> < <SEP> 100
<tb> Polyäthylen, <SEP> vernetzbar <SEP> 2,3 <SEP> 110-130 <SEP> . <SEP>
<tb>

Copoly-butadien-styrol <SEP> 3,5- <SEP> 5 <SEP> < <SEP> 100 <SEP> in <SEP> der <SEP> vul
<tb> <SEP> kanisierten
<tb> Copoly-acrylnitril-butadien-styrol <SEP> 3,7 <SEP> < <SEP> 100 <SEP> Form <SEP> un
<tb> Polyisopren <SEP> 3,5- <SEP> 5 <SEP> < <SEP> 100 <SEP> schmelzbar
<tb> Copoly-isobutylen-isopren <SEP> 2,5- <SEP> 5 <SEP> < <SEP> 100
<tb> Siliconkautschuk <SEP> 3 <SEP> - <SEP> 9 <SEP> < <SEP> 100
<tb>
Die Dicke der Folien kann in weiten Grenzen gewählt werden. Sie ist nach unten lediglich durch die Festigkeit der Folien und eventuell durch wirtschaftliche Gesichtspunkte und nach oben durch die Schmiegsamkeit der Folien begrenzt. Die bevorzugte Dicke der einzelnen Folien bzw. bei kaschierten Folien deren Gesamtdicke liegt zwischen 0,01 und 1 mm.

Die Breite der Folien kann der Länge der Isolation entsprechen. Es können aber auch Isolationen beliebiger Länge hergestellt werden, wofür man mehrere Folien nebeneinander wickelt. Die Breite oder Lage der Folien kann dabei während des Wickelns so variiert werden, dass die S,tossstelllen in aufeinanderfolgenden Lagen gegeneinander versetzt sind. Mit bandförmigen Folien lassen sich insbesondere endlose oder gekrümmte Leiter schraubenartig umwickeln, wobei die Windungen stumpf aneinander stossend, überlappt oder mit gegen seitigem Abstand gewickelt werden können. In den beiden letzteren Fällen ist jedoch zu beachte, dass Folien der Sorte b nicht ,direkt aufeinanderliegen dürfen.

Es kann vorteilhaft sein, eine Folie b mit mehreren Folien a oder eine Folie a mit einer Dreischichtenfolie vom Typ albla zusammen zu wickeln.

Die Folien sollen frei von Lufteinschlüssen sein, Gebilde aus faserförmigem Material, wie Papier oder Gewebe, sind nicht geeignet.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit, in die Isolierung an beliebigen Stellen und in beliebiger Form und Grösse Steuerbeläge einzuwickeln; das sind elektrisch leitende oder halbleitende Schichten, die zur Steuerung oder Abschirmung elektrischer Feldler dienen. Die leitenden Schichten können z. B. aus dünnen Metallfolien oder aus metallisierten Kunststoffolien bestehen, die an der gewünschten Stelle mit eingewickelt werden. Die Steuerbeläge können auch auf der Basis von Kunststoffolien oder Lacken hergestellt werden, die elektrisch leitende oder halbleitende Stoffe, wie z. B. Graphit oder Metallpulver, in feinverteilter Form, enthalten.

Beispiel 1
Ein Kupferrohr von 14 mm Durchmesser wird mit einer Dreischichtenfolie umwickelt. Die Dreischichtenfolie hat folgenden Aufbau: 25 um Polyäthylen niedriger Dichte, 25 ,mm Polyäthylen hoher Dichte, 25 ,um Poly äthylen niedriger Dichte. Durch Aufstreichen eines Gra phitlackes auf die Folie werden in Dickenabständen von
1 mm 5 in der axialen Länge von 220 bis 140 mm abgestufte Steuerbeläge im der Form ,einer Kondensatordurchführung eingewickelt.

Das Ende des Wickels wird durch punktweises Erwärmen fixiert. Der Wickel wird 15 Stunden lang auf 1 Torr evakuiertvund dann auf 128 OC erwärmt. Nach 4 Stunden wird er noch 1 Stunde bei Normaldruck auf dieser Temperatur gehalten und dann langsam von innen her abgekühlt. Man erhält eine kompakte, vollkommen spalt- und ionisationsfreie Isolierung mit einem Verlustfaktor von 10-4.

Beispiele 2-6
Ein Kupferstab wird gleichzeitig mit einer Copolyperfluor-äthylen-propylen-Folie und Poly-tetrafluoräthylen-Folie umwickelt. Die Oberflächen der beiden Folien sind mit Naphthalin-natrium angeätzt. Nach einstündigem Erhitzen auf 360 "C entsteht eine kompakte, ionisationsfreie Isolierschicht.

Weitere spaltfreie Isolierungen wurden aus den in Tabelle 2 angegebenen Folienkombinationen hergestellt.

Tabelle 2
Verschmel Beispiel Folienkombination zungstemp.

Nr. cc
3 a Polyäthylen 100 ,um 140 b Polypropylen 100 pm
Beide Folien mit Glimmentladungen behandelt
4 Dreischichtenfolie Polypropylen, 120 beschichtet mit Copoly-vinylchlorid vinylidenchlorid
Gesamtdicke 28,um
5 Polyäthylenterephthalat, beschichtet 180 mit Polyäthylen 75/12 um
6 a Phenoxyfolie 100 um 160 b Superpolyamid 100 um
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zum Isolieren lelektrischer Leiter, dadurch gekennzeichnet, dass der etektrische Leiter gleichzeitig mit
Folien aus thermoplastischem Material (a) und
Folien aus einem Material (b), das bei der Schmelz temperatur der Folie (a) seine geometrische Struktur beibehält, so umwickelt wird,

dass die einzelnen Folienschichten in zur Leiterachse senkrechter Richtung so aufeinander folgen, dass sich zwischen zwei aufeinanderfolgenden Lagen Ider Folie b mindestens eine Lage der Folie a befindet und der Wickel bei einer Temperatur verschmolzen wird, ldile über der Schmelztemperatur der Folien a und unter der Temperatur liegt, bei der die Folien b ihre geometrische Struktur verlieren.

Claims

UN1ERANSPRUCHE

1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien b aus einem thermoplastischen Material bestehen, das eine höhere Schmelztemperatur als die Folien a besitzt.

2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien b aus nichtthermoplasti- schem Material bestehen.

3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschmelzen des Wickels unter Vakuum vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Patentanspruch I, ,dadurch ge kennzeichnet, dass das Verschmelzen unter Druck in einer Form erfolgt.

5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass das Verschmelzen während des Wik keivorganges erfolgt.

6. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in den Wickel elektrisch leitende oder halbleitende Schichten eingebaut sind.

7. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien b vor.dem Wickeln einoder beidseitig fest mit den Folien a verbunden sind.

8. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite ,der Folie der Länge des Wickelkörpers entspricht.

9. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wickelkörpier, dessen Länge grösser als ,die Breite der Folien ist, hergestellt wird, wobei gleichzeitig nebeneinander mehrere Bahnen der Folien a und b oder bandförmige Folien schraubenartig um den elektrischen Leiter gewickelt werden.

10. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Material nach dem Verschmelzen in einen nicht thermoplastischen Zustand übergeführt wird.

11. Verfahren nach Patentanspruch I, ,dadurch gekennzeichnet, dass die Folien a und/oder b aus Polyolefinen oder Olefincopolymerisaten besbehlen.

12. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass die Folien b aus einem Polyester bestehen.

PATENTANSPRUCH II Nach dem Verfahren gemäss Patentanspruch I isolierter elektrischer Leiter.

UNTERANSPRUCH 13. Leiter nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass er leine elektrische Hochspannungsdurchführung oder eine isolierte Sammelschiene ist.