RS58038B1

RS58038B1 - Izolovani električni provodnik

Info

Publication number: RS58038B1
Application number: RS20181483A
Authority: RS
Inventors: Jürgen Höchstöger; Rudolf Schrayvogel; Ewald Koppensteiner
Original assignee: Gebauer & Griller Metallwerk Gmbh
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2019-02-28
Also published as: CN109074918A; CN114520071A; PL3394861T3; US20250054660A1; BR122020003443B1; EP3441986B1; PT3441986T; BR112018069576A2; PL3441986T3; PL3226258T3; JP2021122007A; MA44174A; KR20180128920A; EP3226258A1; EP3441986B8; EP3394861B1; MY188833A; KR20220137813A; KR102587257B1; MX2018011979A

Description

OPIS PRONALASKA

PODRUČJE PRONALASKA

Pronalazak se odnosi na izolovani električni provodnik koji obuhvata jedan provodnik, prvenstveno od bakra ili aluminijuma, sa jednom izolacionim omotačem-oblogom, pri čemu omotač sadrži najmanje jedan sloj od termoplastične veštačke mase, kao i na postupak za izradu jednog takvog izolovanog električnog provodnika.

STANJE TEHNIKE

Izolovani električni provodnik se ugrađuje u gotovo sve električne uređaje, kako bi se električna struja provodila bez izazivanja kratkog spoja, jer se kratak spoj može da izazove pomoć kontakta sa električno neizolovanim provodnikom. Takav izolovani električni provodnik sadrži jedan električni prodovodnik od bakra i jedan za električni provodnik odgovarajući izlacioni omotač (oblogu), koji na uobičajen način ima jedan ili više slojeva. Da bi se obezbedila sigurna izolacija provodnika izolacioni omotač sadrži jedan sloj od termoplastične veštačke mase, koji po pravilu predstavlja spoljašnjji sloj izolacionog omotača Na osnovu iskustva u mnogobrojnim oblastima primene povoljno je, kada se izvede slabo prijanjanje izolacionog omotača na električni provodnik, da bi se omogućilo lako skidanje izolacije sa električnog provodnika odnosno da se lako ogoli provodnik, kao što je takođe u nekim drugim oblastima primene poželjno da se obezbedi što je moguće veće prijanjanje izolacione obloge na provodnik. Takva oblast primene nalazi se na primer u gradnji električnih mašina i naročito kod elektromotora i transformatora, gde je izolovani električni provodnik takođe izložen povišenoj temperaturi. Radi pogodnosti za obradu izolovanog električnog provodnika zahteva se pri tome često jedno povišeno prijanjanje izolacionog omotača na provodnik, delimično takođe i pri visokim radnim temperaturama.

Patentni dokument EP 0 188 369 A2 opisuje jedan metalni deo, na primer jedan kabel, sa jednim otpornim na vartu omotačem, pri čemu omotač otporan na vatru ima jedan metalni osnovni sloj i jedan ili više metalnih među-slojeva od oksida metala, koji se pomoću metode elektronskog nanošenja u zaštitnoj gasnoj atmosferi nanose na metalne delove. Na ovaj omotač otporan na vatru kao sledeći spoljašnji izolacioni sloj biće nanet sloj od plastične veštačke mase.

Patentni dokument WO2016/039350 A1 opisuje izradu izolovanog električnog provodnika pri čemu je na električni provodnik najpre nanet sloj laka i nakon toga je postavljen termoplastični izolacioni sloj (PEEK- polietereterketon) na sloj sa lakom.

Da bi se ispitalo prijanjanje izvršiće se na uobičajen način kružni presek izolacije (kružno zasecanje izolacije) na provodniku normalno na podužnu osu provodnika, pa će se oko 20 % provodnika istegnuti i pri tome će se meriti odvajanje izolacionog omotača od provodnika. Ukoliko je manje odvajanja omotača od provodnika utoliko je bolje prijanjanje.

Kod uobičajenih izolovanih električnih provodnika koji imaju omotač sa izolacionim slojem, prvenstveno spoljašnjim izolacionim slojem izvedenim od materijala postojanog na visoku temperaturu, pri čemu je prijanjanje između bakra i obloge, naročito spoljašnjeg izolacionog sloja, ranije bilo malo, jer je prijanjanje jedne veštačke plastične mase na provodnik na osnovu njihovih površinskih karakteristika malo.

ZADATAK PRONALASKA

Na osnovu izloženog stanja tehnike zadatak pronalaska je da predloži izolovani električni provodnik, kojim bi se otklonili svi nedostaci iz stanja tehnike i obezbedilo jedno dobro prijanjanje između izolacionog omotača i električnog provodnika.

PRIKAZ SUŠTINE PRONALASKA

Električni provodnik shodno vrsti izolovanog električnog provodnika sastoji se od bakra ili jedne legure sa visokim udelom bakra ili aluminijuma ili ostalih električno provodljivih materijala. Geometrija poprečnog preseka provodnika, pri čemu je presek izvršen normalno na podužnu osu provodnika, može pri tome da ima bilo koju željenu formu: kvadratnu, pravougaonu, kružnu-okruglu ili eliptičnu, pri čemu je uobičajeno da je spoljna ivica eventualno zaobljena odnosno profilisana. Izolacija provodnika pomoću predviđenih izolacionih slojeva od termoplastične veštačke mase obezbeđuje sigurnu izolaciju, pri čemu je izolacioni sloj na povoljan način izvedena kao spoljašnji sloj izolacionog omotača. Ali je ovde takođe moguće, da se na ovaj izolacioni sloj nanese jedan ili više daljih slojeva.

Kroz kontakt sa kiseonikom, osim ako je provodnik uklonjen iz atmosfere, gradi se jedan oksidni sloj iz takozvanog bakar-oksida ili aluminijum-oksida na spoljnjoj površini provodnika. Uzimajuči u obzir niz proba-ispitivanja pokazalo se, da oksidni sloj na površini provodnika negativno deluje na svojstva prijanjanja jednog sloja omotača postavljenog na spoljnu površinu provodnika.

Kada se ipak ukloni oksidni sloj, poboljšava se prijanjanje na ovu spoljašnju površinu provodnika oslobođenu od oksidnog sloja, koja je merodavna za postavljanje sloja izolacionog omotača. Pokazalo se, da oksidni sloj pomoću postupka obrade plazmom u – oslobođenoj od kiseonika – zaštitnoj gasovitoj atmosferi može da se u potpunosti ukloni, pri čemu takođe mogu da se uklone pomoću obrade plazmom i ostale nečistoće. Čak je moguće, da se pomoću obrade plazmom nanesu glavni atomski slojevi provodnika.

Kod postupka obrade plazmom proizvodi se gas-plazma u zaštitnoj gasnoj atmosferi i provodnik se u plazmi bombarduje sa jonima zaštitnog gasa, da bi se izvršilo skidanje u najmanju ruku jednog oksidnog sloja pomoću bombardovanja jonima. Kao zaštitni gas odnosno kao procesni-tehnološki gas pogodan je na primer azot, argon ili vodonik. Obrada pomoću plazme pored odstranjivanja oksidnog sloja ima još dalje pozitivne efekte na provodnik: s jedne strane će se provodnik pomoću udarne energije jona snažno zagrejati na spoljnoj površini i može se tokom obrade plazmom izvršiti meko žarenje (termička obrada) provodnika, kako bi se izvršila rekristalizacija površinske strukture provodnika i s druge strane može se pomoću bombardovanja jonima povećati površinska energija provodnika, što dodatno poboljšava prijanjanje omotača na površinu provodnika. Može se slobodno reći da se u ovom zajedničkom sadejstvu vrši pozitivno aktiviranje površine provodnika. Jedan dalji efekat obrade plazmom ogleda se u tome da se povećava mikro-hrapavost površine provodnika, koja isto tako deluje pozitivno na prijanjanje izolacionog omotača.

Da bi se sprečilo ponovno formiranje oksidnog sloja na površini provodnika, makar jedan deo omotača ui zaštitnoj gasnoj atmosferi, prvenstveno pri sprovođenju postupka obrade plazmom u istoj zaštitnoj gasnoj atmosferi, biće postavljen na površinu provodnika.

Da bi se u osnovi rešio na početku postavljeni zagatak, predviđeno je kod jednog izolovanog električnog provodnika izvedenog u skladu sa pronalaskom, da izolovani električni provodnik obuhvata provodnik, koji je prvenstveno od bakra ili aluminijuma, sa jednim izolacionim omotačem, pri čemu izolacioni omotač sadrži najmanje jedan, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj od termoplastične veštačke mase, i ovaj izolovani električni provodnik se može dobiti pomoću jednog postupka, u kome se provodnik pri jednoj zaštitnoj gasnoj atmosferi bombarduje u jednoj gas-plazmi sa jonima zaštitnog gasa, da bi se na površini provodnika otklonio formirani oksidni sloj i/ili povećala površinska energija provodnika, i posle toga postavio omotač na spoljašnju površinu provodnika, pri čemu će se makar jedan deo omotača postaviti na površinu provodnika u zaštitnoj gasnoj atmosferi.

U skladu sa pronalaskom dalje je predviđeno, da se ovaj omotač sastoji makar iz jednog izolacionog sloja i da se izolacioni sloj neposredno postavi na površinu provodnika.

Na taj način se omogugućava jedna veoma jednostavna i po ceni povoljna izrada jednog izolovanog električnog provodnika izvedenog u skladu sa pronalaskom, pri čemu je prijanjanje najmanje jednog izolacionog sloja na površinu provodnika već tako dobro izvedeno zahvaljujući obradi pomoću plazme, tako da nisu potrebni nikakvi među-slojevi na provodniku. Nanošenje daljih slojeva na izolacioni sloj je takođe moguće.

Jedan izolovani električni provodnik izveden u skladu sa pronalaskom pomoću neposrednog nanošenja jednog sloja omotača na provodnik, koji je obrađen pomoću plazme i oslobođen od oksidnog sloja, ima naročito dobro svojstvo prijanjanja, koje je određeno na sledeći način: sprovedeno je kružno prosecanje izolacije na provodniku normalno na osu provodnika i provodnik je istegnut za oko 20 % tako da odvojeni deo omotača od provodnika mereno u pravcu ose provodnika iznosi samo maksimalno 3 mm, prvenstveno maksimalno 2 mm i naročito maksimalno 1 mm.

Omotač provodnika može pri tome na primer da se sastoji samo od spoljašnjeg izolacionog sloja ili može ipak da ima jedan ili više među-slojeva, koji su raspoređeni između površine provodnika i spoljašnjeg izolacionog sloja. U oba slučaja je takođe moguće, da izolacioni sloj nije formiran kao spoljašnji sloj.

Jedna varijanta izvođenja pronalaska ogleda se u tome, da se provodnik do nanošenja omotača nalazi prolazno raspoređen u zaštitnoj gasovitoj atmosferi, kako bi se sprečilo formiranje novog oksidnog sloja na površini provodnika. Takođe je moguće da više zaštitnih gasovitih atmosfera prolaze u nizu jedna za drugom, dogod se plazmom obrađenom provodniku ne prekine raspoređivanje unutar zaštitne gasovite atmosfere.

Kod jedne dalje varijante izvođenja pronalaska je predviđeno, da se bombardovanje provodnika u jednoj gas-plazmi vrši sa niskim pritiskom plazme, prvenstveno se radi o jednom pritisku ispod 80 mbar, koji se uspostavlja na poznati način. Pored toga mogući su na primer pritisci ispod 50 mbar ili čak ispod 20 mbar.

Da bi se omogućilo korišćenje izolovanog električnog provodnika u jednom okruženju sa povišenom temperaturom, na primer kod električnih mašina sa visokim pogonskim temperaturama, predviđeno je kod jedne dalje izvedene varijante pronalaska, da omotač, naročito izolacijski sloj, ima temperaturnu postojanost (izdržljivost) od najmanje 180<0>C, prvenstveno od najmanje 200<0>C, naročito od najmanje 220<0>C.

Naročito dobra svojstva u pogledu temperaturne postojanosti i otpornost na veliki broj organskih i hemijskih rastvarača, naročito takođe protih hidrolize, postižu se pomoću jedne povoljno izvedene varijante prema pronalasku, kod koje, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj sadrži polietereterketon (PEEK) ili polifenilen-sulfid (PPS) i ovaj izolacioni sloj ima prvenstveno debljinu između 10 µm i 1000 µm, prvenstveno između 25 µm i 750 µm, povoljno između 30 µm i 500 µm i naročito povoljno između 50 µm i 250 µm. Podrazumeva se samo po sebi, da su moguće takođe i neke druge debljine izolacionog sloja koje mogu da se navedu, na primer 40 µm, 60 µm, 80 µm, 100 µm ili 200 µm. Naročito je povoljno pri tome, kada se izolacioni slojevi sastoje od polietereterketona (PEEK) ili polifenilensulfida(PPS).

Ovaj izolacioni sloj, prvenstveno postavljen spolja, može se izraditi veoma brzo i sa niskom cenom u slučaju, kada se postavi pomoću jednog ekstruzionog procesa (proces istiskivanja), znači da je sloj ekstrudovan. Zato je dalje predviđena jedna povoljna varijanta izvođenja pronalaska, u kojoj se ovaj, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj izrađuje pomoću jednog ekstruzionog postupka.

Kod jedne izvedene prve alternativne varijante koja nije deo pronalaska, radi poboljšanja prijanjanja omotača na površinu provodnika predviđeno je, da omotač ima neposredno na površinu provodnika nanet sloj sa polimerom plazme sastavljen od lanaca umreženih makromolekula različite dužine, pri čemu se ovaj sloj sa polimerom plazme izrađuje pomoću polimerizacije jednog u obliku gasa monomera u jednoj gas-plazmi, prvenstveno u gasplazmi koja služi za bombardovanje provodnika. Sloj sa polimerom plazme služi kao među sloj i drži se s jedne strane odlično na površinu provodnika i omogućava s druge strane jedno poboljšano prijanjanje sloja omotača nanetog na sloj sa polimerom plazme.

Jedna dalja varijanta izvođenja prve alternativne varijante predviđa, da sloj sa polimerom plazme ima debljinu sloja od 1 µm ili manju. Moguće je da se pri tome debljina sloja kreće do stotog dela mikrometra kao donja granica. Pomoću male debljine sloj sa polimerom plazme ne utiče bitno na ukupnu debljinu izolovanog električnog provodnika.

U skladu sa jednom dalje izvedenom varijantom prve alternativne varijante u vezi sa monomero za izradu sloja sa polimerom plazme radi se o jednom etilenu, butenolu, acetonu ili tetrafluormetanu (CF4). Pomoću ovih monomera u plazmi formirani sloj sa polimerom plazme se odlikuje naročito dobrim svojstvima za prijanjanje. Naročito se pokazalo povoljnim, kada sloj sa polimerom plazme treba da ima slične osobine kao politetrafluoretilen (PTFE) ili perfluoretilen-propilen (FEP), da se upotrebi u toj varijanti CF4kao monomer.

Kod jedne druge izvedene alternativne varijante, koja takođe nije deo pronalaska, predviđeno je, da omotač ima jedan neposredno postavljen na površinu provodnika sloj, prvenstveno sloj sa fluoro polimerom, koji prvenstveno sadrži politetrafluor-etilen (PTFE) ili perfluoretilenpropilen (FEP). Sloj sa fluoro polimerom odlikuje se takođe sa već gore istaknutom dobrom osobinom prijanjanja, ne samo na provodniku već takođe i na sloj nanet na sloj sa fluoro polimerom i služi kao među-sloj omotača. Takođe je moguće, da se više slojeva sa fluoro polimerom postave jedan preko drugoga na provodnik. Naročito povoljno svojstvo prijanjanja se postiže time, kad debljina najmanje jednog sloja sa fluoro polimerom iznosi između 1µm i 120 µm, prvenstveno između 5 µm i 100 µm, povoljno između 10 µm i 80 µm i naročito povoljno između 20 µm i 50 µm.

U jednoj trećoj izvedenoj alernativnoj varijanti, koja takođe nije deo pronalaska, predviđeno je, da omotač ima jedan neposredno postavljen na površinu provodnika metalni sloj, prvenstveno od cinka ili od legura kalaja. Pri tome će se provodnik provući kroz jedno kupatilo sa rastopljenim metalom, da bi se na površini provodnika oformio metalni sloj. Metalni sloj ima takođe vrlo dobre osobine prijanjanja-držanja i fungira odnosno vrši funkciju kao noseći među-sloj.

Da bi se broj različitih slojeva u omotaču provodnika redukovao u skladu sa jednom trećom alternativnom varijantom, koja nije izvedena kao deo pronalaska i da se sa tim vezana cena izrade održi niskom može se predvideti, da se ovi, prvenstveno spoljašnji, izolacioni slojevi neposredno postave na sloj sa polimerom plazme ili da se postavi najmanje na jedan sloj sa fluoro polimerom ili na metalni sloj. Drugim rečima potrebno je da se omotač sastoji najmanje od dva sloja: prvi sloj, nanet ispod postavljenog spoljašnjeg sloja na provodniku, koji je izveden u skladu sa prvom, drugom ili trećom alternativnom varijantom izvođenja i drugi gornji sloj postavljen iznad ovog predhodno navedenog sloja u formi spoljašnjeg izolacionog sloja izrađen od termoplastične veštačke mase kao što je PEEK ili PPS. Spoljašnji sloj omotača može pri tome da bude ili izveden samostalno pomoću spoljašnjeg izolacionog sloja ili da bude izveden pomoću jednog ili više daljih slojeva.

Pronalazak može drugim rečima da bude takođe opisan pomoću jednog izolovanog električnog provodnika koji obuhvata jedan provodnik, prvenstveno izrađen od bakra ili aluminijuma, sa jednim izolacionim omotačem, pri čemu omotač sadrži najmanje jedan, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj od termoplastične veštačke mase, prvenstveno od PEEK ili PPS materijala. Pri tome je predviđeno, da se ukloni jedan oksidni sloj formiran na površini provodnika, tako da se najmanje jedan sloj omotača, prvenstveno spoljašnji izolacioni sloj, nanese neposredno na površinu provodnika, pri čemu je površina provodnika oslobođen od oksidnog sloja. Ovi pre toga opisani efekti koji poboljšavaju držanje omotača na provodnik nastupaju takođe i kod ovako definisanog izolovanog električnog provodnika. Otklanjanje oksidnog sloja može da usledi ili pomoću jedne obrade plazmom ili takođe pomoću hemiskog sredstva, eventualno može da se otkloni i pomoću kiselina. Predhodno opisani sinergistični (saradnički) efekti nastupaju samo pri jednoj obradi plazmom.

Pronalazak se odnosi dalje na jedan postupak za izradu izolovanog električnog provodnika, koji ima sledeće radne korake:

- Bombardovanje jednog električnog provodnika raspoređenog unutar zaštitne gasne atmosfere, prvenstveno provodnika od bakra ili aluminijuma, sa jonima zaštitnog gasa u jednoj gas-plazmi, prvenstveno sa plazmom koja je pod niskim pritiskom, da bi se otklonio jedan sloj oksida formirani na površini provodnika i/ili povećala površinska energija provodnika;

- Nanošenje izolacionog sloja na površinu električnog provodnika u zaštitnoj gasnoj atmosferi, pri čemu se provodnik do nanošenja omotača nalazi prolazno raspoređen u zaštitnoj gasovitoj atmosferi, pri čemu provodnik sadrži jedan, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj od termoplastične veštačke mase, prvenstveno od PEEK ili PPS veštačke mase.

Električni provodnik od bakra u obliku trake ili žiće biće podvrgun proizvodnom postupku. Pri tome će se električni provodnik obraditi ili "in line" postupkom, znači direkno priključen na izradu električnog provodnika (eventualno pomoću hladnog oblikovanja ili pomoću ekstruzije), što odgovatra postupku obrađivanja izvedenom u skladu sa pronalaskom ili će se provodnik obraditi raspoređen u namotanom obliku preko odmotavanja sa kalema. Po pravilu će se provodnik pri obradi plazmom podvrgnuti još jednom mehaničkom ili hemijskom prehodnom čišćenju. Obrada plazmom će se sprovesti analogno predhodno navedenom izvođenju, pri čemu će se provodnik kontinualno obrađivati pomoću zahtevane obrade plazmom sprovedene u jednoj jedinici za obradu plazmom. Pomoću povoljnog izbora procesnih paramatara dopušta se zahtevana debljina nanetog sloja, koja je tačno podešena pomoću procesa obrade plazmom provodnika. Dopunski uz to dopušta se takođe temperatura za meko žarenje i ova na taj način definisana i povezana rekristalizacija strukture provodnika. Posle obrade plazmom, znači da je otklonjen oksidni sloj i svaka nečistoća sa površine provodnika, pri kojoj takođe mogu da budu samostalno naneti tanki slojevi (manji od 1 pm, prvenstveno manji od 1 µm) na površinu provodnik, koji su postavljeni bombardovanjem jonima u jednoj gas-plazmi odnosno aktivacijom površine provodnika, pristupa se nanošenju omotač na obrađenu površinu provodnika. Omotač se drži, na osnovu predhodno odstranjenog oksidnog sloja odnosno pomoću aktivizaciju površine i kroz povećanje površinske energije provodnika, naročito dobro na površini provodnika. Obrazovanje novog oksidnog sloja na površinu provodnika je sprečeno, jer je efektima izvedenim prema pronalsaku prekinuto njegovo dalje pojavljivanje odnosno u najmanju ruku je dalje pojavljivanje jako oslabljeno, pa će se u zaštitnoj gasnoj atmosferi postaviti omotač na električni provodnik. Pri tome je naročito od koristi, kada se električni provodnik do nanošenja omotača nalazi prolazno raspoređen unutar zaštitne gasne atmosfere.

Jedna izvedena varijanta postupka karakteriše se time, da se ovaj, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj izrađuje ekstruzijom, pri čemu se električni provodnik pri ekstruziji predhodno zagreva, prvenstveno povoljno na najmanje 200<0>C. Ekstruzija predstavlja jedan po ceni veoma povoljan postupak za nanošenje izolacionog sloja i naročito je povoljna za nanošenje slojeva od PEEK i PPS veštačke plastične mase. Izolacioni sloj biće pri tome takođe na jednostavan način nanet kao spoljašnji sloj omotača električnog provodnika. Pomoću predhodnog zagrevanja provodnika ostvaruje se povoljnost, pri čemu ovo pokazuje naročitu prednos tada, kad se ovaj, naročito spoljašnji, izolacioni sloj dirkno nanosi na površinu provodnika, jer će se na mahove naglo hlađenje ekstrudovane plastične mase redukovati pri kontaktu sa provodnikom i na taj način će se minimizirati negativni upliv na prijanjanjedržanje izolacije. Naročito je povoljno kada se provodnik predhodno zagreje na najmanje 200<0>C, naročito na preko 300<0>C ili preko 400<0>C, naročito tada kada se na provodnik ekstruduje PEEK veštačka plastična masa.

U jednoj daljoj varijanti izvođenja pronalaska predviđeno je, da se izolovani električni provodnik posle ekstrudovanja ovog, prvenstveno spoljašnjeg, izolacionog sloja hladi u zavisnosti od dostignute čvrstoće ovog spoljašnjeg izolacijskog sloja. Podešavanje mehaničkih karakteristika izolacionog sloja, naročito mehaničke čvrstoće, sledi pored drugih elemenata i pomoću definisanja brzine hlađenja provodnika i njeno je podešavanje uslovljeno stepenom kristalizacije i naročito je bitno, kada se radi o spoljašnjem izolacionom sloju omotača. Ukoliko se na primer provodnik hladi polako, kada se eventualno hladi na vazduhu, dobija se visoka kristalnost izolacionog sloja. Moguće je takođe sprovesti hlađenje-kaljenje potapanjem u vodeno kupatilo, znači jedno naglo hlađenje ili je moguće jedno kombinovano hlađenje sastavljeno od naglog i laganog hlađenja.

Da bi se dalje poboljšalo prijanjnje-spajanje omotača na provodnik, naročito kada se ovaj, prvenstveno spoljašnji, izolacioni sloj direkno postavlja na površinu provodnika, predviđeno je u jednoj povoljnoj varijanti postupka izvedenoj u skladu sa pronalaskom, da se kod izolovanog električnog provodnik posle ekstrudovanja ovog, prvenstveno spoljašnjeg, izolacionog sloja sprovede namotavanje na kalem, prvenstveno namotavanje pod pritiskom na kalem. Naročito ovo ima prednost u slučaju, kada izolacioni sloj formira spoljašni sloj omotača. Jedno gusto odnosno zbijeno vođenje izolovanog provodnika preko namotavanja pod pritiskom na kalem, pri čemu se vrši sabijanja izolovanog električnog provodnika tokom namotavanja pomoću pritiska, vodi ka jednom naročito dobrom prijanjanju omotača odnosno prvenstveno prijanjanju spoljašnjeg izolacionog sloja na površinu provodnika. Pri tome će se granične površine između pojedinačnih slojeva omotača, ukoliko se radi o više slojeva i/ili granična površina između jednog sloja omotača i površine provodnika, ukoliko se radi o jednom sloju, međusobno jedan uz drugoga upresovati i na taj nači će se povećati adhezioni efekti.

Jedna dobra postojanost na visoke temperature i jedno visoko prijanjanje-spajanje omotača na električni provodnik igraju naročito bitnu ulogu u izradi električnih mašina, pa je u skladu sa pronalaskom predviđeno, da se jedan izolovani električni provodnik prema pronalasku kao namotana žica upotrebi za izradu električnih mašina, prvenstveno za elektromotore i transformatore.

KRATAK OPIS SLIKA NACRTA

Pronalazak će biti biže objašnjen uz pomoć izvedenih primera. Crtreži su dati kao primeri i treba doduše da prikažu zamisao pronalaska ali niukom slučaju netreba da je ograničavaju ili da je daju u konačnoj formi.

Oni prikazuju:

Slika 1 jedan šematski prikaz jednog postupka izvedenog u skladu sa pronalaskom; Slika 2a jedna prva varijanta izvođenja jednog izolovanog električnog provodnika sa pravougaonim poprečnim presekom;

Slika 2b jedna druga varijanta izvođenja jednog izolovanog električnog provodnika sa pravougaonim poprečnim presekom, koja nije deo pronalaska;

Slika 2c jedna treća varijanta izvođenja jednog izolovanog električnog provodnika sa pravougaonim poprečnim presekom, koja nije deo pronalaska;

Slika 2d jedna četvrta varijanta izvođenja jednog izolovanog električnog provodnika sa pravougaonim presekom, koja nije deo pronalaska;

Slika 3a-3d ove prva do četvrte varijante izvedene sa okruglim poprečnim presekom provodnika.

NAČINI ZA OSTVARIVANJE PRONALASKA

Na slici 1 je dat šematski prikaz jednog postupka za izradu jednog izolovanog električnog provodnika, pri čemu je sam provodnik prikazan na slikama 2a do 2d odnosno na slikama 3a do 3d. Izolovani elekrični provodnik obuhvata jedan električni provodnik 1 od bakra, pri čemu su takođe mogući i drugi materijali za izradu kao što je na primer aluminijum, i jedan izolacioni omotač 2, koji u najmanju ruku ima jedan izolacioni sloj 3 od termoplstične veštačke mase, prvenstveno otporne na visoku temperaturu. U sledećem izvedenom primeru je izolacioni sloj 3 formiran kao spoljašnji izolacioni sloj 3 i samim tim formira spoljašnji sloj omotača 2. Ovde se podrazumeva samo po sebi, da u alternativnoj varijanti izvođenja mogu da se nanesu na izolacioni sloj 3 jedan ili više daljih slojeva, prvenstveno izolacioni slojevi, koji tada formiraju spoljašnje slojeve omotača 2.

Električni provodnik 1 je u prikazanom primeru izveden kao traka ili okrugla žica koja se preko kalema 7 sa namotajim kontinualno vodi tokom procesa, pri čemu žica može biti proizvedena pomoću postupka hladnog oblikovanja, kao što je postupak vučenja, valjanja ili ekstrudovanja žice ili na primer pomoću postupka Conform®-tehnologije (Conform®-Technologie). Ovde se podrazumeva samo po sebi, da proces izveden u skladu sa pronalaskom može da bude sproveden takođe kao "in-line", znači direkno priključennastavljen na proizvodni postupak. U jednom prvom koraku će se električni provodnik 1 u jednoj jedinici 8 za predhodno čišćenje mehanički očistiti, eventualno pomoću jednog postupka brušenja, ili očistiti-odmastiti hemijski, eventualno pomoću odgovarajućeg rastvarača ili kiselina, da bi se otklonile grube nečistoće sa provodnika 1.

U sledećem proizvodnom koraku će prispeli predhodno očišćeni provodnik 1 biti podvrgnut obradi u jednoj jedinici 9 za obradu plazmom u kojoj vlada jedna zaštitna gasna atmosfera izvedena pomoću azota, argona ili vodonika i u jedinici 9 će biti proizvedena jedna gasplazma u obliku plazme niskog pritiska sa pritiskom manjim od 20 mbar. Plazma niskog pritiska prema potrebi može biti proizvedena takođe i pri jednom pritisku manjem od 80 mbar. U ovoj plazmi niskog pritiska će se površina provodnika bombardovati jonima zaštitnog gasa da bi se jedan na površini provodnika 1 formirani oksidni sloj razrušio odnosno otklonio. Istovremeno će provodniku 1 pomoću obrade plazmom biti podvrgnut mekom žarenju i na taj način će se povećati površinska energija provodnika 1 dakle biće provodnik površinski aktiviran.

Pomoću odstranjivanja oksidnog sloja i skidanja svake nečistoće sa površine provodnika 1, pri čemu čak može da bude predviđeno, da se veoma tanki slojevi skinu samo sa površine provodnika 1, i da pri tome povećana površinska energija može nesumnjivo da poboljša prijanjanje-držanje između električnog provodnika 1 od bakra i omotača 2 nanetog na provodnik 1.

U prvoj varijanti izvođenja električnog izolovanog provodnika u skladu sa pronalaskom, koji je prikazan na slici 2a kao trakasti provodnik sa pravougaonim poprečnim presekom i prikazan na slici 3a sa okruglim poprečnim presekom, omotač 2 se sastoji samo od jednog spoljašnjeg izolacionog sloja 3. Ovaj spoljašnji izolacioni sloj 3 ima pri tome temperaturnu postojanost na temperaturi od preko 180<0>C, prvenstveno na temperaturi većoj od 220<0>C, tako da se izolovani električni provodnik 1 može da koristi takođe i pri visokim radnim temperaturama. Spoljašnji izolacioni sloj 3 se pri tome sastoji od polietereterketona (PEEK), koji pri tome ima kako visoku temperaturnu postojanost tako isto ima takođe dobru otpornost na dejstvo velikog broja organskih i neorganskih supstanci. Alternativno se može spoljašnji izolacioni sloj 3 sastojati takođe od polifenilen-sulfida (PPS) ili da sadrži PEEK i/ili PPS. Da bi se postiglo dobro prijajanje-držanje između električnog provodnika 1 i spoljašnjeg izolacionog sloja 3, nailazeći provodnik 1 posle obrade plazmomu u jedinici 9 dolazi u jedinicu 12 za ekstruziju u kojoj će se izvršiti ekstrudiranje izolacionog sloja 3 na površinu provodnika 1. Pri tome će se izvršiti predhodno zagrevanje provodnika 1 na jednu temeraturu od najmanje 200<0>C, prvenstveno na jednu temperaturu od najmanje 300<0>C. Da bi se sprečilo novo formiranje oksidnog sloja, sledi kako ekstruzija tako isto takođe i transport provodnika u jedinicu 12 za ekstruziju pod zaštitnom gasnom atmosferom. Jedno takvo izvođenje izolovanog električnog provodnika 1 može da protiče kao namotana žica, na engleskom naznačeno takođe kao "magnet wire", i može se koristiti kod jedne električne mašine, kao što je jedan elektromotor ili jedan transformator. Debljina spoljašnjeg izolacionog sloja 3 u datom izvedenom primeru iznosi oko 30 µm.

Da bi se dalje povećalo prijanjanje između omotača 2 i električnog provodnika 1, omotač 2 u drugoj izvedenoj varijanti prikazanoj na slici 2b i 3b, koja nije izvedena kao deo pronalaska, sadrži pored spoljašnjeg izolacionog sloja 3 od PEEK i/ili PPS jedan među-sloj u obliku jednog sloja 4 sa polimerom plazme. Ovaj sloj 4 sa polimerom plazme može da se proizvede u jedinici 10 za polimerizaciju plazme, koja je raspoređena posle jedinice 9 za obradu plazmom, a pre jedinice 12 za ekstruziju. Takođe je moguće, da se obrada plazmom i polimerizacija plazme sprovedu u jednom kombinovanom uređaju. Posle otklanjanja oksidnog sloja i povećanja površinske energije, što je navedeno u gore opisanom postupku, izgrađuje se u jedinici 10 za polimerizaciju plazme jedan sloj 4 sa polimerom plazme na površini provodnika 1, pri čemu je u jedinici 10 za polimerizaciju plazme jedan u obliku gasa monomer, kao što je etilen, butenol, aceton ili tetrafluormetan (CF4), koji se aktivira plazmom i formiraju se na taj način visoko umreženi makro molekuli sa lancima različite dužine i jednim udelom na slobodno formiranim radikalima, koji se kao sloj 4 sa polimerom plazme talože na površinu provodnika 1. Ovaj tako formiran sloj 4 sa polimerom plazme u narednom izvedenom primeru, koji nije deo pronalaska, ima debljinu manju od 1 µm i prijanja odnosno drži se naročito dobro na površini provodnika 1, koja je pri tome aktivirana i oslobođena od oksidnog sloja.

Spoljašnji izolacioni sloj 3 s druge strane biće ekstrudovan na sloj 4 sa polimerom plazme u jedinici 12 za ekstruziju kako je to gore već opisano, pri čemu je takođe prijanjanje između sloja 4 sa polimerom plazme i spoljašnjeg izolacionog sloja 3 veoma visoko.

U jednoj trećoj varijanti izvođenja, koja nije izvedena u skladu sa pronalaskom, prikazana na slikama 2c i 3c, omotač 2 sadrži pored spoljašnjeg izolacionog sloja 3 od PEEK–a i jedan sloj 5 fluoro polimera izveden od politetrafluor-etilena (PTFE) ili od perfluoretilen-propilena (FEP) formirani kao među-sloj, koji su neposredno postavljeni na površinu provodnika 1 i na taj način dalje poboljšavaju prijanjanje između provodnika 1 i spoljašnjeg izolacionog sloja 3. Ovaj sloj 5 sa fluoro polimerom se može proizvesti zajedno sa spoljašnjim izolacionim slojem 3 u jedinici 12 za ekstruziju pomoću jednog koekstruzijonog postupka ili sa tandemekstruzionim postupkom. Debljina sloja 5 sa fluoro polimerom iznosi pri tome u prikazanom izvedenom primeru oko 30 µm.

Kod jedne četvrte varijante izvođenja, koja nije deo pronalaska, i koja je prikazana na slikama 2d i 3d, vidi se, da se ova varijanta razlikuje od dosada opisane druge i treće varijante izvođenja, koje nisu obuhvaćene pronalaskom, i da se ovde umesto među-sloja od veštačke plastične mase nalazi metalni sloj 6, koji je izveden kao među-sloj i postavljen je neposredno na površinu provodnik 1. Metalni sloj 6 se može proizvesti u jednoj jedinici 11 za kalajisanje na poznati način, i može se naneti na provodnik 1 pre nego što se ovaj spoljašnji izolacioni sloja 3 od PEEK-a ekstruduje u jedinici 12 za ekstruziju na metalni sloj 6. Ovim će se takođe dalje znatno pojačati efekat prijanjanja omotača 2 odnosno spoljašnjeg izolacionog sloja 3 na provodnik 1 od bakra.

Posle ekstrudovanja spoljašnjeg izolacionog sloja 3 izolovani električni provodnik 1 će se kontrolisano hladiti, na primer pomoću vazdušnog hlađenja, i preko jednog serijskog vođenja od strane pritisnog kalema, koji pomoću proizvedenog pritiska dalje poboljšava prijanjanje omotača na električni provodnik. Na kraju će izolovani električni provodnik biti namotan na jedan kalem 13 za namotavanje.

Kod jednog prikazanog uređaja na slici 1 radi se o jednom pregledu, u kome su prikazani svi uređaji, koji su potrebni za proizvodnju pojedinačno izvedenih varijanti. Dakle praćenjem jednog serijskog toka uređaja koji teče usmeren, od desna ka levo, vrši se obrada u zavisnosti od varijante izvođenja ali u svakom slučaju ma šta bilo mora se sprovesti obrada plazmom u jedinici 9 i ekstruzija u jedinici 12, pri čemu se kod polimerizacije plazme u jedinici 9 i kalajisanja u jedinici 11 radi o opcionom usmeravanju procesa, koji dolaze u ozir za korišćenje samo za formiranje nekih izvedenih varijanti, koje nisu deo pronalaska. Podrazumeva se samo po sebi, da umesto jednog koekstruzionog ili tandemekstruzionog postupka može da se sprovede više pojedinačnih ekstruzionih sekvenci.

Lista pozicija i njihove oznake na crtežima

1 električni provodnik

2 izolacioni omotač

3 izolacioni sloj

4 sloj sa polimerom plazme

5 sloj sa fluoro polimerom

6 metalni sloj

7 kalem sa namotajima

8 jedinica za čišćenje

9 jedinica za obradu plazmom

10 jedinica za plimerizaciju plazme

11 jedinica za kalajisanje

12 jedinica za ekstruziju

13 kalem za namotavanje

1

Claims

PATENTNI ZAHTEVI

1. Izolovani električni provodnik koji sadrži

jedan električni provodnik (1), prvenstveno od bakra ili aluinijuma, sa jednim izolacionim omotačem (2),

pri čemu se omotač (2) sastoji od najmanje jednog izolacionog sloja (3) od termoplastične veštačke mase,

koji se može dobiti pomoću postupka, u kome je provodnik (1) pri jednoj zaštitnoj gasovitoj atmosferi bombardovan u jednoj gas-plazmi sa jonima zaštitnog gasa, da bi se otklonio oksidni sloj formiran na površini provodnika (1) i/ili povećala površinska energija provodnika (1),

i kao sledeće postavio najmanje jedan izolacioni sloj (3) neposredno na površinu provodnika (1),

pri čemu je najmanje jedan izolacioni sloj (3) nanet unutar zaštitne gasovite atmosfere na provodnik (1).

2. Izolovani električni provodnik prema zahtevu 1, naznačen time, da je provodnik (1) pri nanošenju jedno izolacionog sloja (3) prolazno raspoređen unutar zaštitne gasovite atmosfere, da bi se sprečilo formiranje novog oksidnog sloja na površinu provodnika (1).

3. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 ili 2, naznačen time, da se kod jedne gas-plazme za bombardovanje provodnika (1) radi o jednoj plazmi niskog pritiska, prvenstveno sa jednim pritiskom ispod 80 mbar.

4. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 do 3, naznačen time, da omotač (2) ima jednu temperaturnu postojanost od najmanje 180<0>C, prvenstveno od najmanje 200<0>C, naročito od najmanje 220<0>C.

5. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 do 4, naznačen time, da najmanje jedan izolacioni sloj (3) sadrži polietereterketon [PEEK].

6. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 do 4, naznačen time, da najmanje jedan izolacioni sloj (3) sadrži polifenilen-sulfid [PPS].

7. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 5 do 6, naznačen time, da najmanje jedan izolacioni sloj (3) ima debljinu između 10 µm i do 1000 µm, prvenstveno između 25 µm i 750 µm, naročito povoljno između 30 µm i 500 µm, naročito između 50 µm i 250 µm.

8. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 do 7, naznačen time, da se najmanje jedan izolacioni sloj (3) može izraditi pomoću jednog ekstruzionog postupka.

9. Izolovani električni provodnik prema nekom zahtevu 1 do 8, naznačen time, da je najmanje jedan dalji sloj, prvenstveno jedan dalji izolacioni sloj, postavljen kao spoljašnji izolacioni sloj (3).

10. Postupak za izradu jednog izolovanog električnog provodnika, koji ima sledeće proizvodne korake:

- bombardovanje jednog električnog provodnika (1) raspoređenog unutar zaštitne gasne atmosfere, prvenstveno od bakra ili aluminijuma, sa jonima zaštitnog gasa u jednoj gasplazmi, prvenstveno sa plazmom koja je pod niskim pritiskom, da bi se otklonio jedan sloj oksida formirani na površini provodnika (1) i/ili povećala površinska energija provodnika (1);

- nanošenje jednog izolacionog sloja (3) na površinu električnog provodnika (1) pri zaštitnoj gasnoj atmosferi, pri čemu se omotač (2) sastoji od najmanje jednog izolacionog sloja (3) iz termoplastične veštačke mase, i najmanje jedan takav izolacioni sloj (3) se postavlja neposredno na površinu električnog provodnika (1).

11. Postupak prema zahtevu 10, naznačen time, da najmanje jedan izolacioni sloj (3) sadrži polietereterketon [PEEK].

12. Postupak prema zahtevu 10, naznačen time, da najmanje jedan izolacioni sloj (3) sadrži polifenilen-sulfid [PPS].

13. Postupak prema zahtevu 10 do 12, naznačen time, da je najmanje jedan izolacioni sloj (3) ekstrudiran.

14. Postupak prema zahtevu 13, naznačen time, da je električni provodnik (1) pre ekstruzije predhodno zagrejan na najmanje 200<0>C, prvenstveno na najmanje 400<0>C.

15. Postupak prema zahtevu 13 ili 14, naznačen time, da se električni provodnik (1) posle ekstrudovanja najmanje jednog izolacionog sloja (3) hladi u zavisnostiod od postignute čvrstoće izolacionog sloja (3).

16. Postupak prema nekom zahtevu 13 do 15, naznačen time, da se izolovani električni provodnik (1) posle ekstrudovanja najmanje jednog izolacionog sloja (3) uvodi na kotur, prvenstveno na kotur pod pritiskom.

17. Upotreba jednog izolacionog električnog voda prema nekom zahtevu 1 do 9 kao namotana žica za električne mašine, prvenstveno za elektromotore i transformatore.