DE102010036354B4

DE102010036354B4 - Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Drahtes mit einem Mantel auf PTFE-Basis und entsprechende Schmiermittelverdampfungs- und Sinteranlage

Info

Publication number: DE102010036354B4
Application number: DE102010036354.5A
Authority: DE
Inventors: Sophie Perez
Original assignee: Axon Cable SA
Current assignee: Axon Cable SA
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2023-06-07
Anticipated expiration: 2030-07-13
Also published as: DE102010036354A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Drahtes (2), der wenigstens einen Leiter (21) in einem Mantel (23) auf PTFE-Basis aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Bereitstellen wenigstens eines Leiters (21) aus Kupferlegierung- Formen eines schmiermittelbeladenen Mantels (23) aus einem PTFE-basierten Material um den wenigstens einen Leiter (21),- Erhitzen des Drahtes (2), um das Schmiermittel zum Verdampfen zu bringen und um das Sintern des Mantels (23) auf PTFE-Basis zu vollziehen, wobei der wenigstens eine Leiter (21) ohne Außenbeschichtung bereitgestellt wird und das Erhitzen des Drahtes (2) hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt, das heißt in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffgehalt unter 5 % liegt, durchgeführt wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft für die Herstellung eines elektrischen Drahtes, der wenigstens einen Leiter aus Kupferlegierung umfasst, der von einem Mantel auf PTFE-Basis (Polytetrafluorethylen) umgeben ist, bzw. eines Kabels, das wenigstens einen solchen Draht verwendet, eine Anlage zum Verdampfen von Schmiermittel und/oder zum Sintern dieses Drahtes während seiner Herstellung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Mit Mantel auf PTFE-Basis wird hier ein Mantel bezeichnet, dessen Material PTFEbasiert ist, das heißt aus mehr als 50 Masseprozent PTFE besteht. Der Begriff ‚Kupferlegierung‘ umfasst jede Legierung, die hauptsächlich aus Kupfer besteht, und insbesondere reines Kupfer.
Es ist bekannt, einen elektrischen Draht herzustellen, der einen Leiter aus Kupferlegierung umfasst, welcher durch einen Mantel auf PTFE-Basis geschützt ist. Der Draht wird durch Formen eines Mantels auf PTFE-Basis um den Leiter aus Kupferlegierung herum gefertigt.
Wenn für eine solche Herstellung ein „blanker“ Leiter verwendet wird, das heißt ein Leiter, der nicht mit einer Außenbeschichtung versehen ist, die dessen Schutz gegen Oxidation während der Schritte des Verdampfens und Sinterns des PTFE-Mantels sicherstellt, so bildet sich um den Leiter aus Kupferlegierung eine dünne Kupferoxidschicht. Eine solche Oxidschicht ist leicht sichtbar, denn sie nimmt im Allgemeinen eine Farbe an, die sich deutlich von der des Kupfers unterscheidet. Aufgrund dieser Oxidschicht ist das Aussehen des Leiters dunkelrot, ja sogar schwarz.
Mit einem solchen Leiter sind die Möglichkeiten eines Lötens, Elektro- oder Ultraschallschweißens eingeschränkt und ist der Kontaktwiderstand nach dem Crimpen von Verbindungselementen hoch.
Aus diesen Gründen wird in der Praxis kein elektrischer Draht auf diese Weise, unter Verwendung eines „blanken“ Leiters hergestellt. Im Gegenteil; um diese Probleme zu vermeiden, wird in bekannter Weise - anstatt einen blanken Leiter aus Kupferlegierung zu verwenden - ein Leiter aus Kupferlegierung verwendet, der zudem mit einer Außenbeschichtung zum Schutz gegen Oxidation überzogen ist. Eine solche Beschichtung ist üblicherweise eine Silber- oder Nickelschicht, die sich zwischen der Atmosphäre außerhalb des Drahtes und dem Leiter abscheidet, um jede Oxidation des Leiters zu verhindern. Natürlich führt das Auftragen dieser Beschichtung zu erheblichen Mehrkosten für den Leiter, zu einer erhöhten Komplexität des Herstellungsverfahrens.
Nach der US 4 299 788 A wird die Oxidation von Kupferlitzendraht während der Hochtemperaturbeschichtung mit nicht schmelzverarbeitbarem Tetrafluorethylenpolymer im Wesentlichen verhindert, indem der Draht während des Erhitzens unmittelbar vor und während der Beschichtung einer nichtoxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird.
Die DE 27 13 566 A1 zeigt ein Verfahren zur Bildung eines ausgehärteten, mit einer Harzbeschichtung versehenen Gegenstandes mit Aufbringen eins anaeroben Harzes auf den Gegenstand in der Anwesenheit von Sauerstoff und Anordnen des Gegenstandes in eine gasförmige Atmosphäre, die keinen Sauerstoff enthält.
Die US 6 780 360 B2 zeigt ein Verfahren zum Bilden einer Isolierschicht aus PTFE über einen metallischen Leiter eines verarbeiteten Produkts, das die Schritte des Extrudierens von PTFE über einen metallischen Leiter und des Erhitzens des PTFE auf eine Temperatur, die wesentlich unter der Sintertemperatur von PTFE liegt, um eine gesintertes PFTE zu bilden, umfasst.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Ein Abschnitt eines elektrischen Drahtes, der diese Merkmale aufweist, ist in 1 dargestellt. Der elektrische Draht 1 umfasst somit einen mittleren Leiter mit kreisförmigen Querschnitt 11, der mit einer Außenbeschichtung (Beschichtung mit korrosionshemmender Oberfläche) 12, beispielsweise mit einer Silberschicht überzogen ist. Das Ganze ist durch einen Außenmantel 13 mit im Wesentlichen konstanter Dicke auf PTFE-Basis geschützt.
Mit einer solchen Drahtstruktur kommt es dank der korrosionshemmenden Beschichtung 12, während der Schritte des Verdampfens des Schmiermittels und des Sinterns des PTFE, die nach dem Formen des PTFE-Mantels durchgeführt werden, nicht zu einer Oxidation des Kupfers an der Oberfläche des Leiters 11. Im Gegenzug führt der Einsatz einer korrosionshemmenden Beschichtung 12 dazu, dass das Verfahren komplizierter und kostenintensiver wird.
Ein erstes Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Drahtes, der wenigstens einen Leiter in einem Mantel auf PTFE-Basis aufweist, zu definieren, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen wenigstens eines Leiters aus Kupferlegierung
- Formen eines schmiermittelbeladenen Mantels aus einem PTFE-basierten Material um den wenigstens einen Leiter,
- Erhitzen des Drahtes, um das Schmiermittel zum Verdampfen zu bringen und um das Sintern des Mantels auf PTFE-Basis zu vollziehen,

Erreicht wird dieses Ziel dadurch, dass der Leiter ohne Außenbeschichtung bereitgestellt wird und dass das Erhitzen des Drahtes hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt wird.
Dabei verhindert der geringe Sauerstoffgehalt der Atmosphäre, die den elektrischen Draht während des überwiegenden Teils der Erhitzungsphase umgibt, die Oxidation des Leiters während dieser Phase. Eine geringfügige Exposition gegenüber einer oxidierenden Atmosphäre bleibt jedoch üblicherweise akzeptabel; wenn das Erhitzen des elektrischen Drahtes dadurch vollzogen wird, dass er eine Folge von Öfen durchläuft, kann der Draht somit kurzen Phasen einer Luftexposition für den Übergang von einem Ofen zum nächsten ausgesetzt werden, ohne eine sichtbare Oxidation des Leiters zu bewirken. So kann betrachtet werden, dass das Erhitzen des Drahtes hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt wird, da sich der Draht während seines Erhitzens zu wenigstens 80 % der Zeit, und vorzugsweise wenigstens 95 %, in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt befindet.
Eine Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt ist eine Atmosphäre, deren Sauerstoffgehalt begrenzt ist, die einen (Mol)Gehalt an Sauerstoff von weniger als 5 % aufweist. Vorzugsweise wird der Sauerstoffgehalt gesenkt, bis er unter 1 % liegt.
Die Oxidation des Leiters während der Phase des Erhitzens ist mit der hohen Temperatur und eventuell dem Vorliegen von Flusssäure verbunden. Vor dem Sintern ist der Mantel auf PTFE-Basis leicht porös und liegt seine Dichte in der Größenordnung von 1,6 g/cm³. Im Laufe des Sinterns des PTFE wird das Material des Mantels kompakter, die in dem Mantel gebildeten Poren verschwinden, die Dichte des PTFE steigt bis auf etwa 2,15 g/cm³.
Aufgrund dieser Wandlung des PTFE wird der Mantel auf PTFE-Basis vorteilhafterweise sauerstoffdicht; hieraus folgt, dass sobald der Sintervorgang weit genug fortgeschritten ist, der Leiter durch seinen Mantel auf PTFE-Basis vor dem umgebenden Sauerstoff geschützt ist.
So ist es gemäß der Erfindung möglich, einen elektrischen Draht, der einen oder mehrere Leiter unter einem PTFE-Mantel umfasst, unter Verwendung eines nicht mit einer Außenbeschichtung überzogenen Leiters herzustellen, wenn die oben angegebenen Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um den elektrischen Draht während des Erhitzens nicht dem Sauerstoff auszusetzen und so dessen Oxidation zu vermeiden. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Herstellung eines sogenannten „einadrigen“ elektrischen Drahtes, bei dem ein einziger Kupferleiter von einem Mantel auf PTFE-Basis umgeben ist. In diesem Fall ist der Leiter ein einfacher Draht aus Kupferlegierung und ist nicht wie eine Litze durch das Verbinden mehrerer Drähte gebildet.
Bei einer Ausführungsform wird das Erhitzen des Drahtes hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt, da die Temperatur 100 °C übersteigt. Diese Temperatur ist die empfohlene Mindesttemperatur, ab der die den erhitzten elektrischen Draht umgebende Atmosphäre eine Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt sein sollte. Ab dieser Temperatur bewirkt die oxidierende Wirkung des Sauerstoffs, die eventuell durch das Vorliegen von durch das PTFE freigesetzter Flusssäure (HF) begünstigt wird, nach und nach eine Oxidation des Leiters. Je niedriger natürlich die Temperatur ist, ab der der Leiter durch die Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt vor der Oxidation geschützt wird, und je durchgehender dieser Schutz ist, um so weniger oxidiert der Leiter.
Bei einer Ausführungsform wird das Erhitzen des Drahtes hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt wenigstens bis zur Teilsinterung des Mantels auf PTFE-Basis durchgeführt. Denn ab einem gewissen Sintergrad erhält der PTFE-basierte Mantel eine Sauerstoffdichtigkeit, die ausreichend ist, um den Leiter vor der Oxidation zu schützen.
Bei einer Ausführungsform umfasst das Erhitzen des Drahtes hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt ein Durchführen des Drahtes durch einen Ofen, der mittels eines gegenüber Kupfer inerten Gases mit Überdruck beaufschlagt wird. Dieses gegenüber Kupfer inerte Gas ist hier in dem Sinn inert, dass es keine Oxidation des Kupfers bewirkt; es kann sich dabei um Stickstoff oder ein anderes Gas handeln. Zum Erhalt einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt wird dieses Gas in den Raum des Ofens eingeleitet, und es wird ein leichter Überdruck aufrecht erhalten, um sicherzustellen, dass die Umgebungsluft nicht in den Ofen eindringt.
Des Weiteren wird zur Begrenzung des Verbrauchs des gegenüber Kupfer inerten Gases der Ofen soweit wie möglich abgedichtet.
Bei einer Ausführungsform wird der Draht in der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt solange erhitzt, wie die Dichte des Materials des Mantels unter 2,1 g/cm³ bleibt. Ab einer solchen Dichte kann die Sauerstoffdichtigkeit des PTFE-basierten Mantels nämlich als ausreichend betrachtet werden, um die Oxidation des oder der Leiter(s) des elektrischen Drahtes zu vermeiden.
Darüber hinaus kann die Erfindung vorteilhafterweise unabhängig von dem Verfahren, das für das Ummanteln des oder der Leiter(s) mit PTFE zur Ausbildung des Mantels verwendet wird, durchgeführt werden. So kann die Erfindung insbesondere mit reinem PTFE zur Ausbildung des Mantels, das heißt mit PTFE, dem keinerlei Copolymer (beispielsweise aus der Familie der Fluorethylene) zugegeben wurde, durchgeführt werden.
Bei einer Ausführungsform wird der Mantel um den Leiter mittels eines Verfahrens, wie Extrudieren des Mantels um den oder die Leiter, Umwickeln des Leiters mit einem Band, Beschichten durch Einbringen des oder der Leiter(s) in ein Bad, das eine Dispersion auf PTFE-Basis enthält, Aufwalzen eines Bandes auf den oder die Leiter geformt.
Im Allgemeinen sind erfindungsgemäß alle Verfahren zur Ausbildung eines Mantels auf PTFE-Basis um die Leiter einsetzbar, und der vorhergehende Absatz gibt nur einige dieser Verfahren an. Mit welchem Verfahren auch immer der Mantel um den oder die Leiter herum ausgebildet wird, PTFE erfordert ein Erhitzen, um dessen Sintern zu ermöglichen. Es sind also vor allem die Bedingungen der Durchführung des Schrittes zum Erhitzen des elektrischen Drahtes nach Ausbilden des Mantels, die die Erfindung kennzeichnen.
Es ist möglich, die vorgenannten Nachteile, insbesondere die Komplexität der Herstellung und die hohen Kosten der erforderlichen Leiter, dadurch zu beheben, dass der Leiter keine Außenbeschichtung aufweist, dass der Mantel in direktem Kontakt mit dem nicht oxidierten Leiter ist und dass der elektrische Draht mit Hilfe des zuvor vorgestellten Verfahrens hergestellt wird.
Der Leiter (oder die Leiter) ist ein Leiter nicht gemäß der Erfindung, der keine Außenbeschichtung, Oberflächenbeschichtung aufweist. Die Kupferlegierung, aus der er besteht, erscheint direkt an seiner Oberfläche. Demzufolge ist die Kupferlegierung, wenn der Leiter in den elektrischen Draht eingebracht ist, mit dem Mantel auf PTFE-Basis in Kontakt. Mit einem Leiter aus ‚bloßem Kupfer‘, der in den PTFE-Mantel integriert ist, ohne oxidiert zu sein, befindet sich keinerlei Substanz zwischen dem Mantel auf PTFE-Basis und dem Leiter aus Kupferlegierung, sei dies ein Kupferoxid aus der Oberflächenoxidation des Leiters oder eine Beschichtung zum Schutz des Leiters, die zuvor, vor Ausbilden des Mantels, auf diesem angeordnet wird. Dank des direkten Kontakts zwischen dem Mantel und dem Leiter wird eine gute Haftung des PTFE an dem Leiter erreicht.
Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Schmiermittelverdampfungs- und Sinteranlage für einen elektrischen Draht, der wenigstens einen Leiter aus Kupferlegierung unter einem Mantel auf PTFE-Basis umfasst, zu definieren, wobei die Anlage wenigstens einen Schmiermittelverdampfungs- und/oder Sinterofen, der einen Raum aufweist, welcher geeignet ist, das Umlaufen des Drahtes im Inneren zu ermöglichen, sowie Heizmittel umfasst, die das Erhitzen des Inneren des Raums ermöglichen, wobei die Anlage ermöglicht, das Verdampfen des Schmiermittels des PTFE zu bewirken und das Sintern des PTFE eines Mantels eines elektrischen Drahtes unter Vermeidung der Oxidation des Leiters während des Vorgangs zu vollziehen, wodurch die Herstellung eines elektrischen Drahtes ermöglicht wird, dessen Leiter (innerhalb des Mantels) keine Außenbeschichtung aufweist und nach dem Sintern unter dem Mantel nicht-oxidiert bleibt.
Erreicht wird dieses Ziel dadurch, dass der wenigstens eine Ofen ferner Mittel aufweist, um den Raum unter einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt zu halten. Dank dieses geringen Sauerstoffgehalts während des Durchlaufens des Drahtes durch den Ofen oder die Öfen, kommt es nicht zur Oxidation des Leiters oder bleibt diese vernachlässigbar. Hieraus ergibt sich, dass die Anlage den Erhalt eines elektrischen Drahtes ermöglicht, dessen Leiter unter dem Mantel auf PTFE-Basis nicht oxidiert ist.
Natürlich müssen die Heizmittel ermöglichen, die Temperatur innerhalb des Raumes auf eine Temperatur zur Verdampfung des verwendeten Schmiermittels des PTFE oder für die Sinterung des PTFE zu erhöhen.
Der Durchgang des elektrischen Drahtes durch den Ofen oder die Öfen erfolgt vorzugsweise unter einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt, da die Temperatur 100 °C übersteigt, und wenigstens bis zur Teilsinterung des PTFE-basierten Mantels.
Bei einer Ausführungsform umfassen die Mittel zum Halten des Raums unter einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt Mittel zum Einleiten eines gegenüber Kupfer inerten Gases in den Raum. Dank des Einleitens von gegenüber Kupfer inertem Gas in seinen Raum ermöglicht der Ofen das Erhitzen des elektrischen Drahtes, indem der elektrische Draht nur einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt ausgesetzt wird, wodurch während der Phase des Erhitzens keine Oxidation des Leiters oder eine Oxidation in vernachlässigbarem Maße stattfindet.
Das Einleiten von gegenüber Kupfer inertem Gas, beispielsweise Stickstoff oder ähnlichem, ermöglicht, die Luft durch dieses Gas zu ersetzen und somit den Ofen unter eine Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt zu setzen. Bei einer Ausführungsform umfassen die Mittel zum Einleiten eines gegenüber Kupfer inerten Gases einen Gasbehälter und eine Leitung zum Führen des Gases von dem Behälter zu dem Raum, wobei das aus dem Behälter kommende Gas vor Einleiten in den Raum erhitzt wird. Diese Ausführungsform betrifft vor allem die Fälle, in denen das Gas in dem Behälter in flüssiger Phase oder gasförmiger Phase unter hohem Druck gelagert wird. In diesen beiden Fällen, ob es nun bei seiner Beaufschlagung mit Einspritzdruck zerstäubt oder entspannt wird, nimmt die Temperatur des Gases stark ab. Es ist demnach wünschenswert, es vor seinem Einleiten in den Raum des Ofens zu erhitzen, um keinen unerwünschten Temperaturgradienten zu erzeugen. Dieses Erhitzen kann vorteilhafterweise dadurch erfolgen, dass man das Gas in der Nähe des Raumes, nahe der Heizmittel passieren lässt. Auf diese Weise erwärmt sich das Gas und kann dann mit einer ausreichenden Temperatur, beispielsweise von über 50 °C, in den Raum eingeleitet werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Raum mit Ausnahme von Öffnungen, die für das Ein- und Austreten des Drahtes, für das Einleiten von gegenüber Kupfer inertem Gas in den Raum sowie eventuell für das Abziehen von Gas aus dem Raum vorgesehen sind, im wesentlichen dicht. Diese Anordnungen ermöglichen, den Verbrauch von gegenüber Kupfer inertem Gas zu begrenzen, und begünstigen den Erhalt einer nicht-oxidierenden Atmosphäre in dem Raum.
Bei einer Ausführungsform weist der Ofen ferner Mittel zum Ausstoßen der in dem Raum enthaltenen Gase auf. Dieses Ausstoßen kann entweder durch Absaugen der Gase aus dem Raum, um sie nach außen zu befördern, oder, in einigen Fällen, über einen mit einem Rückschlagventil ausgestatteten einfachen Durchgang für den Austritt der Gase aus dem Raum (wobei dieser unter Überdruck steht) erfolgen.
Im Allgemeinen ist der Raum vorgesehen, um vertikal angeordnet zu werden. Das Ausstoßen erfolgt vorzugsweise in der Nähe der oberen Stellen des Raumes. Da das eingeleitete Gas üblicherweise kälter als die Atmosphäre innerhalb des Raumes ist, konzentrieren sich die anderen Gase als das eingeleitete Gas im Allgemeinen an dem dem Einspritzpunkt gegenüberliegenden Ende und insbesondere zum oberen Teil des Raumes hin, wobei ihre Dichte aufgrund der in dem Raum vollzogenen Erwärmung geringer ist.
Durch Erneuern der in dem Raum enthaltenen Gase, entfernen die Ausstoßmittel die anderen Gase als das eingeleitete Gas und folglich insbesondere den eventuell in dem Raum vorhandenen Sauerstoff, wodurch zur Reduktion des in dem Raum vorliegenden Sauerstoffgehalts beigetragen wird.
Wenn mehrere Öfen für das Verdampfen des Schmiermittels des PTFE und die Sinterung des Mantels hintereinander angeordnet sind und insbesondere, wenn sie vertikal hintereinander ausgerichtet sind, um eine ‚Ofenkolonne‘ zu bilden, können die Ausstoßmittel diesen verschiedenen Öfen gemein sein.
Bei einer Ausführungsform weist die Verdampfungs- und/oder Sinteranlage eine Vielzahl von Öfen auf, deren Räume über wenigstens einen Verbinder miteinander verbunden und dabei durch diesen gleichen Verbinder gegenüber der Außenseite dicht isoliert sind. Diese Anordnung erleichtert das Halten unter Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt, ermöglicht insbesondere, Mittel, wie Mittel zum Einleiten von gegenüber Kuper inertem Gas und/oder Mittel zum Ausstoßen der Gase, für die über (einen) derartige(n) Verbinder verbundenen Öfen gemeinsam zu verwenden.
Bei einer Ausführungsform einer solchen Verdampfungs- und/oder Sinteranlage ist eine Vielzahl von Öfen entlang einer gleichen vertikalen Achse fluchtend angeordnet, um eine Ofenkolonne zu bilden, und ist diese Ofenkolonne auf einer einzigen Ebene an ihrer vertikalen Achse axial befestigt, um deren ungehinderte Wärmeausdehnung in vertikaler Richtung zu ermöglichen.
Da die Sintertemperatur des PTFE in der Größenordnung von 350 °C liegt, ist der Ofen zwischen seinem Kaltzustand und seinem Einsatzzustand Temperaturdifferenzen und folglich erheblichen Wärmeausdehnungen ausgesetzt. Üblicherweise werden die durch die Wärmewirkungen bedingten Ausdehnungen/Schwinden durch Dehnungsfugen ausgeglichen. Dadurch, dass die Ofenkolonne axial auf nur einer einzigen Ebene (das heißt im Wesentlichen in einer einzigen zur Längsachse des Raumes senkrechten Ebene) befestigt wird, ist es möglich, auf die Verwendung von Dehnungsfugen zu verzichten, somit die Dichtigkeit der Kolonne zu erhöhen, den Inertgasverbrauch und die Herstellungskosten des elektrischen Drahtes zu verringern.
Beim Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, die als nicht einschränkend zu verstehende Beispiele dargestellt sind, wird die Erfindung gut verständlich und werden ihre Vorteile besser hervorgehen. Die Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen.
Figurenliste

1 zeigt den Querschnitt eines elektrischen Drahtes, der einen Leiter in einem Mantel auf PTFE-Basis umfasst, nach einer bekannten, bereits vorgestellten Ausführungsform.
2 zeigt den Querschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Drahtes, der einen Leiter in einem Mantel auf PTFE-Basis umfasst.
3 ist ein Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Anlage zur Schmiermittelverdampfung und/oder Sinterung eines elektrischen Drahtes.

Bezugnehmend auf 2 wird nun ein erfindungsgemäßer elektrischer Draht beschrieben.
Der elektrische Draht 2 umfasst einen mittleren Leiter mit kreisförmigem Querschnitt aus Kupferlegierung 21, der in einem Außenmantel 23 auf PTFE-Basis mit im Wesentlichen konstanter Dicke angeordnet ist. Das Material des Außenmantels 23 ist in direktem Kontakt mit dem mittleren Leiter 21. Der mittlere Leiter 21 weist keinerlei Beschichtung, insbesondere keinerlei korrosionshemmende Beschichtung auf. Er ist nicht oxidiert. Natürlich kann ein erfindungsgemäßer elektrischer Draht bei weiteren Ausführungsformen eine Vielzahl von Leitern umfassen, wobei die Anzahl der Leiter in Abhängigkeit von dem für die Bildung des Mantels gewählten Verfahren in den PTFE-basierten Mantel integriert werden. Es sei ferner angemerkt, dass ein elektrischer Draht, wie der in 2 dargestellte Draht 2, selbst ein Bestandteil eines elektrischen Kabels mit komplexerer Struktur, beispielsweise eines Koaxialkabels sein kann, dessen Seele von dem Leiter 21 gebildet ist. Ein Abschnitt eines solchen elektrischen Kabels kann mit Verbindern versehen sein, um eine Leitungsschnur zu bilden.
Darüber hinaus kann der elektrische Draht 2 geformt sein, um im Wesentlichen eine geradlinige Form aufzuweisen, oder kann ein elektrischer Litzendraht oder anderer sein. Der Mantel auf PTFE-Basis kann weitere Strukturelemente, beispielsweise Kanäle für den Luftdurchgang, Lichtwellenleiter, Metallverstärkungen oder andere, und/oder weitere Elemente einschließen.
Bezugnehmend auf 3 wird nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Drahtes, der wenigstens einen Leiter in einem PTFE-basierten Mantel umfasst, vorgestellt. Bei diesem Beispiel umfasst der Draht einen einzigen Leiter. Es versteht sich jedoch, dass das Verfahren auch für die Herstellung eines elektrischen Drahtes mit mehreren Leitern durchführbar ist.
Bei diesem Verfahren umfasst die Herstellung dieses Drahtes zunächst einen nicht dargestellten Schritt zur Formung des Mantels auf PTFE-Basis um den elektrischen Leiter herum. Dieser Schritt ist im Allgemeinen ein Schritt zum Extrudieren des PTFE um den Leiter aus Kupferlegierung herum. Da ein solcher Formungsschritt an sich bekannt ist, wird er in dieser Anmeldung weder dargestellt noch eingehend erläutert. Im Allgemeinen kann jedes andere Verfahren zur Formung des PTFE-basierten Mantels eingesetzt werden, um diesen Mantel zu bilden, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Nach der Formung des Mantels erfolgt ein Schritt zum Erhitzen des elektrischen Drahtes, um das in dem PTFE enthaltene Schmiermittel falls erforderlich zu verdampfen und um das PTFE zu sintern, um ihm seine permanenten Eigenschaften zu verleihen.
Eine Anlage 15 zur Schmiermittelverdampfung und zum Sintern von PTFE, die die Durchführung dieses Erhitzungsschrittes ermöglicht, ist in 3 dargestellt. Diese Anlage 15 ist in unmittelbarer Nähe der Austrittsöffnung des Drahtes aus dem Werkzeug 5 zur Formung des Mantels auf PTFE-Basis (einem Extruder) angeordnet.
Sie umfasst vier Öfen 10, 20, 60, 70, die entlang des Weges eines am Ausgang des Werkzeugs 5 zur Formung des Mantels des Drahtes gelieferten elektrischen Drahtes 2 nacheinander angeordnet sind. Die Öfen 10, 20, 60, 70 sind alle im Wesentlichen identisch, bis auf insbesondere die Einstellung der in diesen Öfen herrschenden Temperaturen und Einrichtungen zur Stickstofferwärmung, die später vorgestellt werden.
Die Öfen der Anlage 15 sind zu zwei Ofenkolonnen A und B zusammengefasst. Die erste Ofenkolonne A besteht aus zwei ersten vertikal ausgerichteten Öfen 10 und 20; dies sind Öfen zur Schmiermittelverdampfung, die nacheinander einer hinter dem anderen entlang einer gleichen vertikalen Achse 7 oberhalb der Austrittsöffnung des Extruders 5 angeordnet sind.
Die zweite Ofenkolonne B besteht aus zwei vertikal ausgerichteten Öfen 60 und 70; dies sind Sinteröfen; ihre Temperatur wird eingestellt, um das Sintern des PTFE zu ermöglichen, also auf etwa 350 °C (während die Öfen zur Schmiermittelverdampfung weniger heiß sind, etwa 250 °C aufweisen). Die Öfen 60 und 70 sind entlang einer vertikalen Achse 8 angeordnet, die parallel zur Achse 7, direkt neben dieser verläuft.
Bei der Anlage 15 läuft also der aus dem Extruder 5 kommende elektrische Draht 2 sich vertikal nach oben bewegend durch die Schmiermittelverdampfungsöfen 10, dann 20. Er tritt über eine Öffnung 34 im oberen Teil des Ofens 20 aus diesen Öfen aus, wird über eine Rolle 52 derart geführt, dass er in die Achse der Öfen 60 und 70 gelenkt wird, tritt über eine Eintrittsöffnung 54 in den Ofen 60 ein, läuft sich abwärts bewegend durch die Öfen 60, dann 70.
Bei Durchlaufen der Öfen 10, 20, 60 und 70 ist der Mantel des elektrischen Drahtes hohen Temperaturen ausgesetzt, die die Verdampfung des Schmiermittels, im Wesentlichen in den Öfen 10 und 20, anschließend das Sintern des PTFE-Mantels in den Öfen 60 und 70 bewirken. Bei Austritt aus dem Ofen 70 liegt der Mantel in seinem endgültigen Zustand vor und ist sauerstoffdicht, wodurch die Oberfläche des Leiters gegen Oxidation durch den Sauerstoff der Luft geschützt ist.
Bei Austritt aus der Ofenkolonne B über eine Öffnung 56 des Ofens 70 wird der elektrische Draht über eine Rolle 72 mitgenommen und in Richtung von nicht dargestellten Aufwickelmitteln geleitet. Darüber hinaus wird der Draht durch nicht dargestellte Antriebsmittel mitgeführt.
Die Ofenkolonnen A und B sind durch Befestigungslaschen 74 an einer nicht dargestellten Tragmauer aufgehängt. Diese Befestigungslaschen 74 sind auf einer einzigen Ebene gegenüber den vertikalen Achsen 7 und 8 der Kolonnen, am oberen Teil der Kolonnen A und B platziert, um die ungehinderte Wärmeausdehnung der beiden Ofenkolonnen A und B in vertikaler Richtung zu ermöglichen.
Der Aufbau der Anlage 15 wird nun durch Präzisieren des Aufbaus des Schmiermittelverdampfungsofens 10 eingehender beschrieben. Da die anderen Öfen 20, 60, 70 im Wesentlichen identisch sind, werden sie nicht im Detail erläutert.
Der Ofen 10 umfasst einen rohrförmigen Raum 122 sowie Mittel 14 zum Erhitzen des Drahtes 2. Er verwendet Mittel 26 zum Einleiten von Inertgas in die Öfen sowie Mittel 28 zum Ausstoßen der in den Räumen der Öfen enthaltenen Gase. Diese verschiedenen Mittel 26 und 28 werden in der Anlage 15 wenigstens teilweise gemeinsam genutzt, so dass sie allen Öfen dienen.
Im allgemeinen können erfindungsgemäß die Heizmittel 14, die Einleitmittel 26, die Mittel 28 zum Ausstoßen der in dem Raum enthaltenen Gase entweder einem Ofen eigen sein oder einer Ofenkolonne (Anordnung aus entlang einer gleichen vertikalen Achse angeordneten Öfen) gemein sein oder einer Anordnung von Öfen, wie der Anordnung der Öfen einer Schmiermittelverdampfungs- und Sinteranlage gemein sein. Im Fall der Anlage 15 sind die Einleitmittel 26 und die Mittel 28 zum Ausstoßen der Gase der gesamten Anlage 15 gemein.
Der Ofen 10 umfasst für das Erhitzen des Drahtes 2 einen rohrförmigen Raum 122, der von einem dichten Rohr aus rostfreiem Stahl oder Aluminium mit einem Durchmesser zwischen 30 und 40 mm gebildet ist. Der Draht 2 tritt über die Öffnung 44, die sich im unteren Teil des Raumes 122 befindet, in diesen ein, durchläuft anschließend den Raum 122 in aufsteigender Richtung entlang der Achse 7 des Raumes 122. Außerdem umfasst der Ofen 20 einen Raum 222, der dem Raum 122 des Ofens 10 ähnlich ist. Der Raum 222 fluchtet mit dem Raum 122 und ist in dessen Verlängerung angeordnet. Bei Austritt aus dem Raum 122 tritt der Draht 2 ohne ins Freie zu gelangen in den Raum 222 ein; dann, nach Durchlaufen des Raumes 222, tritt er aus diesem über eine im oberen Teil des Raumes 222 angeordnete Austrittsöffnung 34 wieder aus.
Die Heizmittel 14 des Ofens 10 sind von drei elektrischen Widerständen 141, 142 und 143 gebildet. Diese Widerstände sind wendelförmig ausgebildet und sind um den rohrförmigen Raum 122 gewickelt und dabei über dessen gesamte Länge gleichmäßig verteilt, um ihn gleichmäßig zu erwärmen und ihn auf eine Temperatur zu erhitzen, die das Verdampfen des in dem Mantel enthaltenen Schmiermittels ermöglicht.
Der rohrförmige Raum 122, der metallisch ist, überträgt die aufgenommene Wärme und gibt sie an das Innere des Drahtes 2 weiter. Die Widerstände 141, 142 und 143 sind mit nicht dargestellten Stromversorgungsmitteln verbunden.
Um die unnützen Wärmeverluste zu begrenzen, umfasst der Ofen 10 - wie auch die anderen Öfen - eine manschettenförmige Wärmedämmung 25 aus Steinwolle, die den rohrförmigen Raum 122 umgibt.
Es werden nun die Mittel beschrieben, die verwendet werden, um die Zusammensetzung der den elektrischen Draht während der Herstellung umgebenden Atmosphäre zu kontrollieren. Diese Mittel umfassen insbesondere die Mittel zum Einleiten von Inertgas 26 und die Ausstoßmittel 28 der Anlage 15. Es ist zunächst anzumerken, dass die Eintritts- und Austrittsöffnungen 44 und 56 des Drahtes jeweils im unteren Teil der Kolonnen A und B, im Bereich derer der Draht in die Ofenkolonnen eintritt bzw. aus diesen austritt, jeweils mit einer Dichtigkeitsvorrichtung von der Art mit Drossel ausgestattet sind, was ermöglicht, den Gasdurchtritt durch diese Öffnungen und folglich den Eintritt von Gasen in die Räume 122-222 und 622-722 (die Räume 622 und 722 sind die Räume der Öfen 60 bzw. 70) auf ein Minimum zu reduzieren.
Darüber hinaus wird als Inertgas Stickstoff mit Hilfe der Einleitmittel 26, die der Anlage 15 gemein sind, in die Ofenkolonnen eingeleitet. Diese Mittel 26 umfassen einen Inertgasbehälter 36, der von einer Stickstofflasche gebildet ist, sowie eine Leitung 38 zum Leiten des Gases von dem Behälter 36 bis zu den Öfen. Diese Leitung 38 weist eine Abzweigung auf, um den Stickstoff im unteren Teil des Raumes 122 des Ofens 10 über eine Einspritzleitung 62 in die erste Ofenkolonne A bzw. im unteren Teil des Raumes 722 des Ofens 70 über eine Einspritzleitung 64 in die zweite Ofenkolonne B einzuleiten. Des Weiteren ist eine optionale Vorrichtung 37 zur Einstellung der Inertgasmenge an der Leitung 38 angebracht.
Bei dem Ofen 10 befindet sich die Stickstoffeinspritzstelle 40 in der Nähe der Eintrittsstelle 44 des Drahtes in den Ofen 10.
Des weiteren verläuft die Leitung 38 zum Leiten von Stickstoff, stromaufwärts des Einspritzpunktes 40, im unteren Teil des Ofens 10 innerhalb der Wärmedämmung 25 und umfasst einen wendelförmigen Teil 68, der eine gewisse Anzahl von Windungen aufweist, die um den rohrförmigen Raum 122 gewickelt sind, ohne jedoch mit diesem in Kontakt zu sein. Dieser wendelförmige Teil 68 zum Erwärmen von Stickstoff ermöglicht, die Temperatur des Stickstoffs zu erhöhen; auf diese Weise wird verhindert, dass der Stickstoff mit einer sehr geringen Temperatur in die Ofenräume eingeleitet wird, was erhebliche Temperaturgradienten erzeugen würde, die in der Lage sind, in dem Ofen mechanische Spannungen hervorzurufen und den Eigenschaften des hergestellten elektrischen Drahtes zu schaden.
Innerhalb einer gleichen Ofenkolonne (A, B) stehen die Räume von zwei aufeinanderfolgenden Öfen miteinander in Verbindung. So stehen bei der ersten Ofenkolonne A die Räume 122 und 222 in Verbindung und sind über einen Verbinder 52 miteinander verbunden. Durch diesen Verbinder ist der den Räumen 122, 222 gemeinsame Innenraum gegenüber der Außenseite dicht isoliert.
Aufgrund dieser Tatsache bilden bei jeder der Ofenkolonnen A bzw. B die miteinander verbundenen Räume 122-222 bzw. 622-722 in jeder Kolonne einen im Wesentlichen von der Außenseite isolierten gemeinsamen Innenraum. Aus diesem Grund ist für jede Ofenkolonne eine Stelle zum Einleiten von Inertgas im unteren Kolonnenteil und eine Stelle zum Absaugen der Gase aus dem Raum im oberen Kolonnenteil ausreichend. Des weiteren stellt aufgrund der auf diese Weise für die Räume 122-222 und 622-722 erzielten relativ guten Dichtigkeit der über die Einspritzmittel 26 zugeführte Stickstoff den wesentlichen Teil des Gases dar, das den in diesen Räumen umlaufenden elektrischen Draht 2 umgibt.
Das Absaugen oder Ausstoßen der Gase erfolgt am Scheitelpunkt der Ofenkolonnen A und B. Denn an den Scheitelpunkten der beiden Ofenkolonnen A und B münden die Enden der Räume 222 und 622 unter Durchqueren einer dichten Platte 76 in einen Raum 78, der durch einen Mantel 55 von der Außenseite isoliert ist. Der Mantel 55 enthält die Rolle 52, so dass der in Herstellung befindliche elektrische Draht 2 von dem Ofen 20 über die Rolle 52, ohne den Raum 78 zu verlassen und folglich ohne in eine Atmosphäre mit hohem Sauerstoffgehalt zu gelangen, in den Ofen 60 übergeht. Denn der Innenraum des Mantels 55 enthält die aus den Räumen 122-222 und 622-722 der Öfen stammenden Gase und hat demnach wie auch sie einen niedrigen Sauerstoffgehalt.
Dieser niedrige Sauerstoffgehalt wird dank der Zwangserneuerung des in den Räumen 122-222, 622-722 und 78 enthaltenen Gases durch die Gasausstoßmittel 28 sichergestellt.
Die Ausstoßmittel 28 sind Gasabsaugmittel, die verwendet werden, um das in dem Raum 78 enthaltene Gas abzusaugen. Da der Raum 78 über die Öffnungen 34 und 54 für den Durchgang des Drahtes mit den Räumen 122-222 und 622-722 in Verbindung steht, führt das Absaugen und Erneuern des in dem Raum 78 enthaltenen Gases zum Absaugen und Erneuern des in den Räumen 122-222 und 622-722 enthaltenen Gases.
Die Ausstoßmittel 28 umfassen eine Absaugrohrleitung 50, die mit dem Innenraum des Mantels 55, einer Pumpe 46, welche das über die Rohrleitung 50 geleitete Gas ansaugt, um es zur Außenseite der Öfen zu fördern, sowie mit einem Manometer 48 in Verbindung steht.
Dieses Manometer 48 ermöglicht, den Druck in der Absaugrohrleitung 50 zu messen und zu überprüfen, ob zu jedem Zeitpunkt während der Herstellung die Räume der Öfen der Kolonnen A und B unter Überdruck bleiben, wodurch das Vorliegen einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt innerhalb der Räume sichergestellt ist, sowohl für den Raum 78, der den Draht bei seinem Übergang von der Ofenkolonne A zur Ofenkolonne B umgibt, als auch für die Räume der Öfen 122-222 und 622-722.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Drahtes (2), der wenigstens einen Leiter (21) in einem Mantel (23) auf PTFE-Basis aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen wenigstens eines Leiters (21) aus Kupferlegierung - Formen eines schmiermittelbeladenen Mantels (23) aus einem PTFE-basierten Material um den wenigstens einen Leiter (21), - Erhitzen des Drahtes (2), um das Schmiermittel zum Verdampfen zu bringen und um das Sintern des Mantels (23) auf PTFE-Basis zu vollziehen, wobei der wenigstens eine Leiter (21) ohne Außenbeschichtung bereitgestellt wird und das Erhitzen des Drahtes (2) hauptsächlich in einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt, das heißt in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffgehalt unter 5 % liegt, durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Erhitzen des Drahtes (2) hauptsächlich in der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt durchgeführt wird, da die Temperatur 100 °C übersteigt.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Erhitzen des Drahtes (2) hauptsächlich in der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt wenigstens bis zur Teilsinterung des PTFE-basierten Mantels (23) durchgeführt wird.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Erhitzen des Drahtes (2) hauptsächlich in der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt ein Durchführen des Drahtes (2) durch einen Ofen (10, 20, 60, 70), der mittels eines gegenüber Kupfer inerten Gases mit Überdruck beaufschlagt wird, umfasst.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Draht (2) in der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt solange erhitzt wird, wie die Dichte des Materials des Mantels (23) unter 2,1 g/cm³ bleibt.
Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Mantel (23) um den wenigstens einen Leiter (21) mittels eines Verfahrens, wie Extrudieren des Mantels (23) um den oder die Leiter (21), Umwickeln des Leiters (21) mit einem Band, Beschichten durch Einbringen des oder der Leiter(s) (21) in ein Bad, das eine Dispersion auf PTFE-Basis enthält, Aufwalzen eines Bandes auf den wenigstens einen Leiter (21), geformt wird.
Anlage (15) zur Schmiermittelverdampfung und/oder Sinterung für einen elektrischen Draht (2), der wenigstens einen Leiter (21) aus Kupferlegierung unter einem Mantel (23) auf PTFE-Basis aufweist, wobei die Anlage (15) wenigstens einen Ofen (10, 20, 60, 70) zur Schmiermittelverdampfung und/oder Sinterung, der einen Raum (122, 222, 622, 722) aufweist, welcher geeignet ist, das Umlaufen des Drahtes (2) im Inneren zu ermöglichen, sowie Heizmittel (14) aufweist, die das Erhitzen des Inneren des Raums (122, 222, 622, 722) ermöglichen; wobei die Anlage dadurch gekennzeichnet ist, dass der wenigstens eine Ofen (10, 20, 60, 70) ferner Mittel (26, 28) aufweist, um den Raum (122, 222, 622, 722) unter einer Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt, das heißt in einer Atmosphäre, deren Sauerstoffgehalt unter 5 % liegt, zu halten.
Anlage (15) nach Anspruch 7, wobei die Mittel (26, 28) zum Halten des Raums (122, 222, 622, 722) unter der Atmosphäre mit niedrigem Sauerstoffgehalt Mittel (26) zum Einleiten eines gegenüber Kupfer inerten Gases in den Raum (122, 222, 622, 722) aufweisen.
Anlage (15) nach Anspruch 8, wobei die Mittel (26) zum Einleiten eines gegenüber Kupfer inerten Gases einen Behälter (36) sowie eine Leitung (38) zum Führen des Gases von dem Behälter (36) zu dem Raum (122, 222, 622, 722) aufweisen, wobei das aus dem Behälter (36) kommende Gas vor Einleiten in den Raum (122, 222, 622, 722) erhitzt wird.
Anlage (15) nach Anspruch 7 bis 9, wobei der Raum (122, 222, 622, 722) mit Ausnahme von Öffnungen (34, 44, 54, 56), die für das Ein- und Austreten des Drahtes (2), für das Einleiten von gegenüber Kupfer inertem Gas in den Raum (122, 222, 622, 722) sowie für das Abziehen von Gas aus dem Raum vorhanden sind, im Wesentlichen dicht ist.
Anlage (15) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, die ferner Mittel (28) zum Ausstoßen der in dem Raum (122, 222, 622, 722) enthaltenen Gase aufweist.
Anlage (15) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, die eine Vielzahl von Öfen (10, 20, 60, 70) aufweist, deren Räume (122, 222, 622, 722) über wenigstens einen Verbinder (52) miteinander verbunden und dabei durch diesen gleichen Verbinder (52) gegenüber der Außenseite dicht isoliert sind.
Anlage (15) nach einem der Ansprüche 7 bis 12, die eine Vielzahl von Öfen (10, 20, 60, 70) aufweist, welche entlang einer gleichen vertikalen Achse (7, 8) fluchtend angeordnet sind, um eine Ofenkolonne (A, B) zu bilden, wobei diese Ofenkolonne (A, B) auf einer einzigen Ebene an ihrer vertikalen Achse (7, 8) axial befestigt ist, um deren ungehinderte Wärmeausdehnung in vertikaler Richtung zu ermöglichen.