Werkstoff und Verfahren zum Herstellen desselben

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch isolierenden Werkstoff, bei dem mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich vorgesehen sind, welche genannten elektrischen Anschlußbereiche voneinander beabstandet sind, wobei der Werkstoff Gießharz aufweist und zumindest partiell mit Ruß versetzt ist, so daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich zwischen zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche gebildet ist, wobei zwischen mindestens einem der zwei ausgewählten elektrischen Anschlußbereiche und dem nicht ausgewählten elektrischen Anschlußbereich der Werkstoff elektrisch isolierend ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Werkstoffs.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch isolierenden Werkstoff.

[0002] Derartige Werkstoffe werden aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften häufig bei der Herstellung von elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen wie etwa Hochspannungselektroden (vgl. EP 0 208 169 B1) eingesetzt. Bei derartigen elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen werden im Regelfall aus Gründen der Betriebs- und Funktionssicherheit Widerstände vorgeschaltet, um durch diese eine Strombegrenzung zu bewirken. Derartige Widerstände sind konventionellerweise diskret ausgebildet und müssen separat angeschlossen und in Polyurethan (PU) eingegossen werden. Bei nicht wenigen elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen wie beispielsweise Hochspannungselektroden mit einer Vielzahl von Einzelelektroden erfordert dies entsprechend auch eine Vielzahl derartiger diskreter Widerstände.

[0003] Es liegt hierbei auf der Hand, daß das Anschließen, zumeist mittels Löten, und Vergießen der Vielzahl diskreter Widerstände nicht nur ausgesprochen kostspielig, sondern auch arbeitsaufwendig und zeitintensiv ist. Es wird hierbei gemeinhin als unbefriedigender Zustand empfunden, daß allein das Beschaffen, Anordnen und Anschließen der diskreten Widerstände bis zu etwa achtzig Prozent der Gesamtkosten einer derartigen elektrischen oder elektronischen Vorrichtung ausmachen kann.

[0004] Ausgehend von den vorstehend dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Werkstoff der vorgenannten Art bereitzustellen, bei dem die Notwendigkeit entfällt, diskrete Widerstände vorzusehen; mit anderen Worten zielt die vorliegende Erfindung auf einen Werkstoff ab, bei dem neben elektrisch isolierenden Bereichen gleichzeitig auch Bereiche geschaffen werden, die eine definierbare Leitfähigkeit, das heißt einen definierbaren Widerstand aufweisen, ohne daß dieser Widerstand in diskreter Weise vorgesehen werden müßten.

[0005] Diese Aufgabe wird durch einen elektrisch isolierenden Werkstoff gelöst, bei dem mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich vorgesehen sind, welche genannten elektrischen Anschlußbereiche voneinander beabstandet sind, wobei der Werkstoff Gießharz aufweist und zumindest partiell mit Ruß versetzt ist, so daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich zwischen zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche gebildet ist, wobei zwischen mindestens einem der zwei ausgewählten elektrischen Anschlußbereiche und dem nicht ausgewählten elektrischen Anschlußbereich der Werkstoff elektrisch isolierend ist.

[0006] Indem erfindungsgemäß der Werkstoff Gießharz aufweist und zumindest partiell mit Ruß versetzt ist, so daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich zwischen zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche gebildet ist, entfällt auf für den Fachmann nicht vorhersehbare Weise die Notwendigkeit, im Gießharz diskrete Widerstände zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche vorzusehen. Vielmehr weist der Bereich zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche eine definierbare Leitfähigkeit, das heißt einen definierbaren Widerstand auf.

[0007] Da ein Anschließen, zumeist mittels Löten, und Vergießen von diskreten Widerstände nicht mehr notwendig ist, werden durch den Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur Kosten in signifikanter Höhe eingespart, sondern es ist auch eine einfachere und schnellere Herstellung der elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen ermöglicht.

[0008] Unter einem Gießharz versteht man in diesem Zusammenhang ein im Regelfall lösungsmittelfreies, flüssiges oder durch mäßiges Erwärmen verflüssigtes Reaktionsharz, das ohne Druckanwendung in offene Formen gegossen werden kann und darin erstarrt die Formkörper ergibt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Gießharz um Polyurethan (PU).

[0009] Durch das Einstellen eines zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung, die als Vorzugsrichtung oder Raumvorzugsrichtung bezeichnet werden kann, leitenden Bereichs zwischen zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche wird auf überraschend elegante Weise ein anisotrop ausgerichtetes, leitfähiges Teilvolumen innerhalb des Gießharzes bereitgestellt, dessen Widerstand - beispielsweise etwa 10⁸ Ω - um in etwa eine bis vier Zehnerpotenzen kleiner sein kann als der Widerstand - beispielsweise etwa 10¹⁰ Ω - zwischen mindestens einem der zwei ausgewählten elektrischen Anschlußbereiche und dem nicht ausgewählten elektrischen Anschlußbereich, das heißt als der Widerstand eines im wesentlichen isolierenden Teilvolumens.

[0010] Somit weist gemäß der vorliegenden Erfindung der zumindest partiell elektrisch leitend einstellbare Bereich, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrisch schwach leitfähigen Belag bzw. um eine elektrisch schwach leitfähige Schicht handeln kann, mindestens eine Raumvorzugsrichtung auf, in der der elektrische Leitwert um etwa den Faktor 10 bis 10⁴ größer als in einer quer, vorzugsweise senkrecht dazu verlaufenden Raumrichtung ist, wodurch sich interessante und vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben:

[0011] So lassen sich Raumvorzugsrichtungen, die sich linienhaft oder flächenhaft erstrecken, oder sogar ganze räumliche Bereiche mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit herstellen, wobei durch verschiedene Zwischenelektroden sogar winklige Erstreckungen der Raumvorzugsrichtung einstellbar sind.

[0012] Durch derartige linienhaft und/oder flächenhaft ausgebildete Elektroden wird beispielsweise die gleichzeitige Aufladung einer Fläche oder ausgewählter Zonen dieser Fläche ermöglicht, was unter anderem im Hinblick auf quasistationäre Aufladeanwendungen für Kaschierapplikationen oder dergleichen von Bedeutung sein kann.

[0013] Dasselbe Ergebnis läßt sich auch erhalten, wenn beim Aushärtungsprozeß des Gießharzes der einzustellende Widerstandswert erreicht und gewissermaßen "eingefroren" ist, während der Werkstoff noch plastisch verformbar ist und in diesem Zustand in die gewünschte Raumform gebracht werden kann.

[0014] Das elektrisch leitfähige Teilvolumen, das abhängig von Aufbau, Beschaffenheit und Konstruktion der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, bei der der Werkstoff verwendet wird, auch ein elektrisch leitfähiger Belag bzw. eine elektrisch leitfähige Schicht sein kann, entsteht hierbei innerhalb des Gießharzes zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche, indem vor dem bzw. beim Aushärten des Gießharzes eine entsprechend gewählte Gleichspannung zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche angelegt wird; durch den damit einhergehenden Feldaufbau bildet sich ein partiell elektrisch leitend eingestellter Bereich, dessen Widerstandswert, wie vorstehend bereits ausgeführt, erheblich geringer, in der Praxis um etwa eine bis vier Größenordnungen, das heißt um etwa eine bis vier Zehnerpotenzen kleiner als der sonstige im Gießharz herrschende Widerstand ist.

[0015] Die vorstehend erläuterten Wirkungen des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung kommen in besonders vorteilhafter Weise zum Tragen, wenn der Ruß fein dispergiert ist. Hierdurch kann sich bei Anlegen des elektrischen Feldes die Raumvorzugsrichtung innerhalb des Werkstoffs in effektiver Weise einstellen, so daß ein besonders genaues Definieren des elektrischen Leitfähigkeitswertes bzw. des elektrischen Widerstandswertes entlang des elektrisch leitenden Bereichs gewährleistet ist.

[0016] Hierbei ist es auch denkbar, daß der Ruß für den Einsatz des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung in bestimmten elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen in Form eines Rußnetzwerks vorliegt.

[0017] Unabhängig davon, in welcher Form der Ruß innerhalb des Gießharzes vorliegt, liegt der Rußanteil gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung bei etwa 0,1 Gewichtsprozent.

[0018] Gemäß den vorgenannten Weiterbildungen ist der elektrisch leitende Bereich im Gießharz mittels des fein dispergierten Rußes und/oder mittels des elektrisch leitenden Rußnetzwerks gebildet, wodurch ein Verbundmaterial mit ausgesprochen vorteilhaften Eigenschaften entsteht. Hierbei handelt es sich gewissermaßen um einen rußgefüllten, elektrisch schwach leitfähigen Kunststoff, bei dem die Bildung der höher leitfähigen Rußnetzwerke durch ein angelegtes elektrisches Feld gesteuert werden kann.

[0019] An dieser Stelle sei noch als erfindungswesentlich angemerkt, daß sich durch den Einsatz strukturierter Elektroden homogene oder inhomogene laterale Leitfähigkeitsverteilungen in das Verbundmaterial "einschreiben" lassen, so daß sich eine oder mehr Raumvorzugsrichtungen, die sich in anisotroper Weise linien- oder flächenhaft erstrecken, oder sogar ganze räumliche Bereiche mit relativ hoher, anisotrop verteilter elektrischer Leitfähigkeit herstellen lassen, wie dies bereits vorstehend dargelegt ist.

[0020] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der zumindest partiell elektrisch leitend einstellbare Bereich durch mindestens einen Strompfad oder -kanal gebildet. Durch diesen Strompfad oder -kanal wird erwünschtermaßen eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche bereitgestellt.

[0021] Eine derartige, elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche kann in vorteilhafter Weise auch durch eine räumliche Matrix und/oder durch ein Netzwerk aus kreuzungsfreien Strompfaden oder -kanälen gebildet sein. Die Eigenschaft der Kreuzungsfreiheit, die beispielsweise durch zueinander im wesentlichen paralle oder windschiefe Strompfade oder -kanäle erzielbar ist, kann hierbei im Hinblick auf die Vermeidung von Kurzschlüssen von Relevanz sein.

[0022] Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung ist dieser zumindest partiell und/oder zumindest stellenweise gehärtet ist, wobei diese Härtung in bevorzugter Weise durch Ionenimplantation erfolgt. Hierdurch können dem Werkstoff die für den Einsatz in verschiedensten elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise Hochspannungselektroden, erwünschten oder notwendigen Eigenschaften verliehen werden.

[0023] Wie vorstehend bereits dargelegt, ist der Werkstoff gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz in verschiedensten elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen vorgesehen. Demzufolge kann mindestens einem der genannten elektrischen Anschlußbereiche in geeigneter Weise mindestens ein Anschluß einer elektrischen oder elektronischen Komponente zugeordnet sein.

[0024] Umfaßt die elektrische oder elektronische Vorrichtung in bevorzugter Weise eine Elektrode, vorzugsweise eine für Aufladung oder für Entladung vorgesehene Hochspannungselektrode, oder dergleichen, so ist es empfehlenswert, einem der genannten elektrischen Anschlußbereiche den Anschluß mindestens einer Spannungsquelle, vorzugsweise mindestens einer Hochspannungsquelle, zuzuordnen und einem anderen der genannten Anschlußbereiche den Endbereich mindestens einer Elektrode der Hochspannungselektrode zuzuordnen. Gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung können hierbei der Anschluß der Spannungsquelle und der Endbereich der Elektrode mit dem Gießharz vergossen sein.

[0025] Bei der Ausführung der elektrischen oder elektronischen Vorrichtung als Hochspannungselektrode weist diese vorteilhafterweise eine Vielzahl von in mindestens einer Reihe angeordneten, jeweils eine Spitze aufweisenden metallischen Einzelelektroden auf. Unabhängig davon, ob eine Vielzahl oder nur einige wenige Einzelelektroden vorgesehen sind, ist der rückwärtige Bereich der Einzelelektroden zweckmäßigerweise im wesentlichen kugelförmig ausgebildet und/oder endet der rückwärtige Bereich der Einzelelektroden zweckmäßigerweise beabstandet von mindestens einem elektrischen Sammelanschluß, der vorzugsweise in Form einer Metallschiene oder eines Metallstabs ausgebildet ist.

[0026] Wie auch in den vorstehenden Erläuterungen bereits angedeutet ist, ist gemäß einer besonders erfinderischen Weiterbildung des vorliegenden Werkstoffs der rückwärtige Bereich der Einzelelektroden über den mindestens einen zumindest partiell elektrisch leitend eingestellten Strompfad mit dem elektrischen Sammelanschluß elektrisch verbunden und mit Gießharz vergossen. Hierdurch findet die Implementierung des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung in einer elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, im speziellen in einer Hochspannungselektrode, ihre Ausprägung.

[0027] Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind mindestens zwei zueinander parallele, elektrisch voneinander isolierte Sammelanschlüsse vorgesehen; von den Sammelanschlüssen führt hierbei in geeigneter Weise jeweils ein zumindest partiell elektrisch leitend einstellbarer Bereich im Gießharz zum rückwärtigen Bereich der Einzelelektroden.

[0028] Analysiert man die vorstehenden Erläuterungen zur Struktur und zum Wirkungsprinzip der Hochspannungselektrode unter Einsatz des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung, so erweist es sich als zweckmäßig, wenn der elektrische Sammelanschluß als Kathode und die Spitzen der Einzelelektroden als Anoden ausgebildet sind.

[0029] Unabhängig hiervon oder in Verbindung hiermit ist geeigneterweise zwischen elektrischem Sammelanschluß und den Einzelelektroden mindestens eine Spannungsquelle geschaltet, um das vorstehend dargelegte elektrische Feld anlegen zu können. Die Spannungsquelle sollte hierbei, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Viskosität des Gießharzes, eine Gleichspannung in der Größenordnung von etwa dreißig Volt bis etwa einige 1000 Volt liefern können.

[0030] In bevorzugter Weise liegen die Spitzen der Einzelelektroden im wesentlichen auf einer Geraden bzw. im wesentlichen in einer Ebene, wobei die Gerade bzw. die Ebene praktischerweise im wesentlichen senkrecht zur Erstreckung der Einzelelektroden verläuft. Die Spitzen der Einzelelektroden sind zweckmäßigerweise im wesentlichen nadelförmig ausgebildet.

[0031] Bei Einsatz des Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung dient die Hochspannungselektrode zur Ionisierung der Luft oder zur Aufladung von beliebigen Substraten.

[0032] Ausgehend von den eingangs dargelegten Nachteilen und Unzulänglichkeiten liegt der vorliegenden Erfindung des weiteren die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs zu schaffen, bei welchem Verfahren die Notwendigkeit entfällt, diskrete Widerstände vorzusehen; mit anderen Worten zielt die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs ab, bei welchem Verfahren neben elektrisch isolierenden Bereichen gleichzeitig auch Bereiche geschaffen werden, die eine definierbare Leitfähigkeit, das heißt einen definierbaren Widerstand aufweisen, ohne daß dieser Widerstand in diskreter Weise vorgesehen werden müßten. Des weiteren soll das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu konventionellen Verfahren kostengünstiger, mit weniger Arbeitsschritten verbunden, einfacher und schneller sein.

[0033] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs gelöst, das gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung die folgenden Schritte aufweist:

• Gießharz wird zumindest partiell mit Ruß versetzt;
• das Gießharz wird in eine mindestens eine erste Hilfselektrode, mindestens eine zweite Hilfselektrode und mindestens eine weitere Hilfselektrode aufweisende Form eingefüllt;
• während des Aushärtens des Gießharzes wird zwischen zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden eine Gleichspannung mittels einer Spannungsquelle so angelegt, daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich gebildet wird, wobei der Werkstoff zwischen mindestens einer der zwei ausgewählten Hilfselektroden und der nicht ausgewählten Hilfselektrode elektrisch isolierend bleibt und wobei durch die genannten Hilfselektroden mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich definiert werden.

[0034] Indem erfindungsgemäß der Gießharz aufweisende Werkstoff zumindest partiell mit Ruß versetzt und in eine mindestens eine erste Hilfselektrode, mindestens eine zweite Hilfselektrode und mindestens eine weitere Hilfselektrode aufweisende Form eingefüllt ist, so daß bei Anlegen einer Gleichspannung zwischen zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden während des Aushärtens des Gießharzes mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich zwischen den zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden gebildet ist, entfällt auf für den Fachmann nicht vorhersehbare Weise die Notwendigkeit, im Gießharz diskrete Widerstände vorzusehen.

[0035] Hierbei ist von besonderer Bedeutung, daß durch die genannten Hilfselektroden bezüglich des durch das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten neuen Werkstoffs mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich, und hierbei insbesondere die Ausdehnung, die Dimensionierung und/oder die Form der genannten elektrischen Anschlußbereiche, definiert werden, welche genannten elektrischen Anschlußbereiche für die spätere elektrische oder elektronische Vorrichtung vorgesehen sind.

[0036] Der Bereich zwischen den zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden, durch den mithin in der späteren elektrischen oder elektronischen Vorrichtung der Bereich zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche definiert wird, weist demzufolge eine definierbare Leitfähigkeit, das heißt einen definierbaren Widerstand auf.

[0037] Da ein Anschließen, zumeist mittels Löten, und Vergießen von diskreten Widerstände nicht mehr notwendig ist, werden durch das Verfahren zum Herstellen eines Werkstoff erfindungsgemäß nicht nur Kosten in signifikanter Höhe eingespart, sondern es ist auch eine einfachere und schnellere Herstellung der elektrischen oder elektronischen Vorrichtungen ermöglicht.

[0038] Durch das verfahrensgemäße Einstellen eines zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung, die als Vorzugsrichtung oder Raumvorzugsrichtung bezeichnet werden kann, leitenden Bereichs zwischen zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden wird auf überraschend elegante Weise ein anisotrop ausgerichtetes, leitfähiges Teilvolumen innerhalb des Gießharzes bereitgestellt, dessen Widerstand - beispielsweise etwa 10⁸ Ω - um in etwa eine bis vier Zehnerpotenzen kleiner sein kann als der Widerstand - beispielsweise etwa 10¹⁰ Ω - zwischen mindestens einer der zwei ausgewählten Hilfselektroden und der nicht ausgewählten Hilfselektrode, das heißt als der Widerstand eines im wesentlichen isolierenden Teilvolumens.

[0039] Somit weist gemäß dem vorliegenden Verfahren der zumindest partiell elektrisch leitend einstellbare Bereich, bei dem es sich beispielsweise um einen elektrisch schwach leitfähigen Belag bzw. um eine elektrisch schwach leitfähige Schicht handeln kann, mindestens eine Raumvorzugsrichtung auf, in der der elektrische Leitwert um etwa den Faktor 10 bis 10⁴ größer als in einer quer, vorzugsweise senkrecht dazu verlaufenden Raumrichtung ist, wodurch sich interessante und vielfältige neue Anwendungsmöglichkeiten ergeben:

[0040] So lassen sich Raumvorzugsrichtungen, die sich linienhaft oder flächenhaft erstrecken, oder sogar ganze räumliche Bereiche mit relativ hoher elektrischer Leitfähigkeit herstellen, wobei durch verschiedene Zwischenelektroden sogar winklige Erstreckungen der Raumvorzugsrichtung einstellbar sind.

[0041] Durch derartige linienhaft und/oder flächenhaft ausgebildete Elektroden wird beispielsweise die gleichzeitige Aufladung einer Fläche oder ausgewählter Zonen dieser Fläche ermöglicht, was unter anderem im Hinblick auf quasistationäre Aufladeanwendungen für Kaschierapplikationen oder dergleichen von Bedeutung sein kann.

[0042] Dasselbe Ergebnis läßt sich auch erhalten, wenn beim Aushärtungsprozeß des Gießharzes der im Rahmen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellende Widerstandswert erreicht und gewissermaßen "eingefroren" wird, während der Werkstoff noch plastisch verformt wird und in diesem Zustand in die gewünschte Raumform gebracht werden kann.

[0043] Das elektrisch leitfähige Teilvolumen, das abhängig von Aufbau, Beschaffenheit und Konstruktion der späteren elektrischen oder elektronischen Vorrichtung, bei der der Werkstoff verwendet wird, auch ein elektrisch leitfähiger Belag bzw. eine elektrisch leitfähige Schicht sein kann, entsteht hierbei verfahrensgemäß innerhalb des Gießharzes zwischen den zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden, indem vor dem bzw. beim Aushärten des Gießharzes eine entsprechend gewählte Gleichspannung zwischen den zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden angelegt wird; durch den damit einhergehenden Feldaufbau wird ein partiell elektrisch leitend eingestellter Bereich gebildet, dessen Widerstandswert, wie vorstehend bereits ausgeführt, erheblich geringer, in der Praxis um etwa eine bis vier Größenordnungen, das heißt um etwa eine bis vier Zehnerpotenzen kleiner als der sonstige im Gießharz herrschende Widerstand ist.

[0044] Die vorstehend erläuterten Wirkungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung kommen in besonders vorteilhafter Weise zum Tragen, wenn das Gießharz mit sich in fein dispergiertem Zustand befindlichem Ruß versetzt wird. Hierdurch kann bei Anlegen des elektrischen Feldes die Raumvorzugsrichtung innerhalb des Werkstoffs in effektiver Weise eingestellt werden, so daß mit dem vorliegenden Verfahren der elektrische Leitfähigkeitswert bzw. der elektrische Widerstandswert entlang des elektrisch leitenden Bereichs besonders genau eingestellt werden kann.

[0045] Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des vorliegenden Verfahrens werden während des Aushärtens des Gießharzes die Spannung und/oder der Strom durch die Spannungsquelle zur Einstellung eines angestrebten Widerstandswertes gesteuert; bei festem Rußgehalt sind hierbei beispielsweise spezifische Widerstände im Bereich von etwa 10 Ωm bis etwa 10⁹ Ωm einstellbar.

[0046] Bei der Ausführung der späteren elektrischen oder elektronischen Vorrichtung als Hochspannungselektrode kann das Gießharz gemäß dem vorliegenden Verfahren in die für eine Hochspannungselektrode vorgesehene Form zumindest über mindestens einen elektrischen Sammelanschluß hinaus soweit eingefüllt werden, daß zumindest der rückwärtige Bereich einer Vielzahl von in dieser Lage gehaltenen Einzelelektroden vollständig im Gießharz eingetaucht ist.

[0047] In Ergänzung hierzu kann das vorliegende Verfahren in erfindungswesentlicher Weise dadurch weitergebildet werden, daß die Gleichspannung während des Aushärtens des Gießharzes zwischen elektrischem Sammelanschluß und den Einzelelektroden so angelegt wird, daß am elektrischen Sammelanschluß die Kathode und an den Spitzen der Einzelelektroden die Anode der Spannungsquelle anliegen.

[0048] Unabhängig hiervon oder in Verbindung hiermit können bei mindestens zwei elektrischen Sammelanschlüssen mindestens zwei getrennt steuerbare Spannungsquellen verwendet werden.

[0049] Weitere Ausgestaltungen, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in der Zeichnung anhand der Figur 1 beschrieben, durch die in exemplarischer Form ein Ausführungsbeispiel des in einer Hochspannungselektrode zum Einsatz gelangenden Werkstoffs gemäß der vorliegenden Erfindung in Querschnittansicht veranschaulicht ist.

[0050] Die in Figur 1 dargestellte Hochspannungselektrode mit dem gemäß dem vorliegenden Verfahren hergestellten neuen Werkstoff dient allgemein der Aufladung oder der Entladung, beispielsweise der Ionisierung der Luft.

[0051] Die Hochspannungselektrode weist hierzu eine Vielzahl von in einer Reihe angeordneten, jeweils eine nadelförmig ausgebildete Spitze 3 aufweisenden metallischen Einzelelektroden 6 auf, deren rückwärtiger Bereich 7 über einen schwach leitfähigen Bereich 4 in dem mit Ruß versetzten Gießharz 5 an einen mit Abstand davon angeordneten elektrischen Sammelanschluß 2, der die Form einer Metallschiene hat, elektrisch angeschlossen und mit Gießharz 5 vergossen ist.

[0052] Die Einzelelektroden 6 sind hierbei für die Dauer der Bildung bzw. der Herstellung des schwach leitenden Bereichs 4 über eine elektrisch leitende Verbindung 8 mit einem Pol einer Spannungsquelle 1 elektrisch verbunden, die zwischen elektrischem Sammelanschluß 2 und den Einzelelektroden 6 geschaltet ist und eine Gleichspannung in der Größenordnung von etwa 100 Volt liefert.

[0053] Wie aus Figur 1 entnehmbar ist, liegen die Spitzen 3 der Einzelelektroden 6 auf einer Geraden, die senkrecht zur Erstreckung der Einzelelektroden 6 verläuft. Der elektrische Sammelanschluß 2 ist als Kathode, die Spitzen 3 der Einzelelektroden 6 sind als Anoden ausgebildet.

[0054] Die Besonderheit der in Figur 1 dargestellten Hochspannungselektrode ist nun darin zu sehen, daß der rückwärtige Bereich 7 jeder Einzelelektrode 6 im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist, vom elektrischen Sammelanschluß 2 beabstandet endet und über einen partiell elektrisch leitend eingestellten Bereich 4 des Gießharzes 5 mit dem elektrischen Sammelanschluß 2 verbunden ist.

[0055] Durch das Einstellen eines partiell elektrisch leitenden Bereichs 4 zwischen Einzelelektroden 6 und elektrischem Sammelanschluß 2 wird ein leitfähiges Teilvolumen 4 innerhalb des Gießharzes 5 bereitgestellt, dessen Widerstand R₁ (etwa 10⁸ Ω) um in etwa zwei Zehnerpotenzen kleiner ist als der Widerstand R₃ (etwa 10¹⁰ Ω) eines isolierenden Teilvolumens zwischen benachbarten Einzelelektroden 6 bzw. als der Widerstand R₂ (etwa 10¹⁰ Ω) eines isolierenden Teilvolumens zwischen Einzelelektroden 6 und elektrischem Sammelanschluß 2 ohne ein leitfähiges Teilvolumen innerhalb des Gießharzes 5.

[0056] Die Bedingung für den Ersatz einer widerstandsentkoppelten Hochspannungselektrode für Aufladung oder für Entladung mit diskreten Widerständen lautet hierbei allgemein, daß der Widerstand R₁ wesentlich kleiner als der Widerstand R₂ und wesentlich kleiner als der Widerstand R₃ ist.

[0057] Der elektrisch leitende Bereich 4 im Gießharz 5 ist hierbei durch fein dispergierten Ruß gebildet, wobei der Rußanteil bei etwa 0,1 Gewichtsprozent liegt.

[0058] Der in Figur 1 gezeigte, im Rahmen der Hochspannungselektrode verarbeitete Werkstoff wird hergestellt, indem

• Gießharz 5 zumindest partiell mit Ruß versetzt wird;
• das Gießharz 5 in eine erste Hilfselektroden, zweite Hilfselektroden und weitere Hilfselektroden aufweisende Form eingefüllt wird;
• während des Aushärtens des Gießharzes 5 zwischen jeweils zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden eine Gleichspannung mittels einer Spannungsquelle 1 so angelegt wird, daß mehrere zumindest partiell elektrisch längs einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbare Bereiche 4 gebildet werden, wobei der Werkstoff zwischen jeweils einer der jeweils zwei ausgewählten Hilfselektroden und den jeweils nicht ausgewählten Hilfselektroden elektrisch isolierend bleibt.

[0059] Während des Aushärtens des Gießharzes 5 wird der Strom durch die Spannungsquelle 1 zur Einstellung des angestrebten Widerstandswertes R₁ gesteuert, wobei bei festem Rußgehalt spezifische Widerstände im Bereich von etwa 10 Ωm bis etwa 10⁹ Ωm einstellbar sind.

Ansprüche

1. Elektrisch isolierender Werkstoff,
dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich vorgesehen sind, daß die genannten elektrischen Anschlußbereiche voneinander beabstandet sind, daß der Werkstoff Gießharz (5) aufweist und zumindest partiell mit Ruß versetzt ist, so daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich (4) zwischen zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche gebildet ist, wobei zwischen mindestens einem der zwei ausgewählten elektrischen Anschlußbereiche und dem nicht ausgewählten elektrischen Anschlußbereich der Werkstoff elektrisch isolierend ist.

2. Werkstoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß fein dispergiert ist.

3. Werkstoff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ruß in Form eines Rußnetzwerks vorliegt.

4. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rußanteil bei etwa 0,1 Gewichtsprozent liegt.

5. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff von anisotroper Leitfähigkeit ist.

6. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest partiell elektrisch leitend einstellbare Bereich (4) durch mindestens einen Strompfad oder -kanal gebildet ist.

7. Werkstoff gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zwei ausgewählten der genannten elektrischen Anschlußbereiche eine räumliche Matrix und/oder ein Netzwerk aus kreuzungsfreien Strompfaden oder -kanälen gebildet ist.

8. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Gießharz (5) um Polyurethan (PU) handelt.

9. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff zumindest partiell und/oder zumindest stellenweise gehärtet ist.

10. Werkstoff gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff zumindest partiell und/oder zumindest stellenweise durch Ionenimplantation gehärtet ist.

11. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einem der genannten elektrischen Anschlußbereiche mindestens ein Anschluß einer elektrischen oder elektronischen Komponente zugeordnet ist.

12. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß einem der genannten elektrischen Anschlußbereiche der Anschluß mindestens einer Spannungsquelle zugeordnet ist und daß einem anderen der genannten Anschlußbereiche der Endbereich mindestens einer Elektrode zugeordnet ist.

13. Werkstoff gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß der Spannungsquelle und der Endbereich der Elektrode mit dem Gießharz (5) vergossen sind.

14. Werkstoff gemäß Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Spannungsquelle um eine Hochspannungsquelle handelt.

15. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei der Elektrode um eine für Aufladung oder für Entladung vorgesehene Hochspannungselektrode handelt.

16. Werkstoff gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungselektrode eine Vielzahl von in mindestens einer Reihe angeordneten, jeweils eine Spitze (3) aufweisenden metallischen Einzelelektroden (6) aufweist.

17. Werkstoff gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Bereich (7) der Einzelelektroden (6) im wesentlichen kugelförmig ausgebildet ist.

18. Werkstoff gemäß Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Bereich (7) der Einzelelektroden (6) beabstandet von mindestens einem elektrischen Sammelanschluß (2) endet.

19. Werkstoff gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der rückwärtige Bereich (7) der Einzelelektroden (6) über den mindestens einen zumindest partiell elektrisch leitend eingestellten Strompfad (4) mit dem elektrischen Sammelanschluß (2) elektrisch verbunden und mit Gießharz (5) vergossen ist.

20. Werkstoff gemäß Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zueinander parallele, elektrisch voneinander isolierte Sammelanschlüsse (2) vorgesehen sind und von den Sammelanschlüssen (2) jeweils ein zumindest partiell elektrisch leitend einstellbarer Bereich (4) im Gießharz (5) zum rückwärtigen Bereich (7) der Einzelelektroden (6) führt.

21. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Sammelanschluß (2) in Form einer Metallschiene oder eines Metallstabs ausgebildet ist.

22. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Sammelanschluß (2) als Kathode und die Spitzen (3) der Einzelelektroden (6) als Anoden ausgebildet sind.

23. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen elektrischem Sammelanschluß (2) und den Einzelelektroden (6) mindestens eine Spannungsquelle (1) geschaltet ist.

24. Werkstoff gemäß Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (1) eine Gleichspannung in der Größenordnung von etwa dreißig Volt bis etwa einige 1000 Volt liefert.

25. Werkstoff gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Gleichspannung von der Viskosität des Gießharzes (5) abhängig ist.

26. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (3) der Einzelelektroden (6) im wesentlichen auf einer Geraden bzw. im wesentlichen in einer Ebene liegen.

27. Werkstoff gemäß Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerade bzw. die Ebene im wesentlichen senkrecht zur Erstreckung der Einzelelektroden (6) verläuft.

28. Werkstoff gemäß mindestens einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzen (3) der Einzelelektroden (6) im wesentlichen nadelförmig ausgebildet sind.

29. Verfahren zum Herstellen eines Werkstoffs insbesondere gemäß einem der Ansprüche 1 bis 28, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Gießharz (5) wird zumindest partiell mit Ruß versetzt;

- das Gießharz (5) wird in eine mindestens eine erste Hilfselektrode, mindestens eine zweite Hilfselektrode und mindestens eine weitere Hilfselektrode aufweisende Form eingefüllt;

- während des Aushärtens des Gießharzes (5) wird zwischen zwei ausgewählten der genannten Hilfselektroden eine Gleichspannung mittels einer Spannungsquelle (1) so angelegt, daß mindestens ein zumindest partiell elektrisch längs mindestens einer vorgebbaren Richtung leitend einstellbarer Bereich (4) gebildet wird, wobei der Werkstoff zwischen mindestens einer der zwei ausgewählten Hilfselektroden und der nicht ausgewählten Hilfselektrode elektrisch isolierend bleibt und wobei durch die genannten Hilfselektroden mindestens ein erster elektrischer Anschlußbereich, mindestens ein zweiter elektrischer Anschlußbereich und mindestens ein weiterer elektrischer Anschlußbereich definiert werden.

30. Verfahren gemäß Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß durch die genannten Hilfselektroden die Ausdehnung, die Dimensionierung und/oder die Form des mindestens einen ersten elektrischen Anschlußbereichs, des mindestens einen zweiten elektrischen Anschlußbereichs und des mindestens einen weiteren elektrischen Anschlußbereichs definiert werden.

31. Verfahren gemäß Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießharz (5) mit sich in fein dispergiertem Zustand befindlichem Ruß versetzt wird.

32. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 29 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß während des Aushärtens des Gießharzes (5) die Spannung und/oder der Strom durch die Spannungsquelle (1) zur Einstellung eines angestrebten Widerstandswertes gesteuert werden.

33. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß bei festem Rußgehalt spezifische Widerstände im Bereich von etwa 10 Ωm bis etwa 10⁹ Ωm einstellbar sind.

34. Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 29 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Gießharz (5) in die für eine Hochspannungselektrode vorgesehene Form zumindest über mindestens einen elektrischen Sammelanschluß (2) hinaus soweit eingefüllt wird, daß zumindest der rückwärtige Bereich (7) einer Vielzahl von in dieser Lage gehaltenen Einzelelektroden (6) vollständig im Gießharz (5) eingetaucht ist.

35. Verfahren gemäß Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung während des Aushärtens des Gießharzes (5) zwischen elektrischem Sammelanschluß (2) und den Einzelelektroden (6) so angelegt wird, daß am elektrischen Sammelanschluß (2) die Kathode und an den Spitzen (3) der Einzelelektroden (6) die Anode der Spannungsquelle (1) anliegen.

36. Verfahren gemäß Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens zwei elektrischen Sammelanschlüssen (2) mindestens zwei getrennt steuerbare Spannungsquellen (1) vorgesehen werden.

Zeichnung