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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Bauteil bzw. eine Komponente für ein elektrisches Bauteil, umfassend an der Oberfläche einen ausgehärteten Lack, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektrischen Bauteils bzw. einer derartigen Komponente für ein elektrisches Bauteil. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Füllstoffes zur Verbesserung des Erhalts der Isolierungswirkung eines Lackes beim Umformen eines Rohlings für ein elektrisches Bauteil oder für die Komponente eines elektrischen Bauteils.
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Bei Spulen für den Einsatz in Elektromotoren muss ein Kurzschluss zwischen benachbarten Windungen oder zum Kern verhindert werden. Spulen für elektrische Anwendungen werden daher üblicherweise mit einer Isolationsschicht versehen, die sowohl die Spulenwindungen gegeneinander, als auch das Leitermaterial gegenüber der Umgebung isoliert.
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US 4,481,258 A offenbart ein Verfahren zum Ausbilden einer Beschichtung auf einem Leiter, z.B. einem Leiter in Form eines Metallstreifens. Dieses Verfahren umfasst die Schritte (A) Aufbringen einer UV-härtbaren Zusammensetzung auf die Oberfläche des Leiters, (B) Aushärten dieser Zusammensetzung durch Einwirken von UV-Strahlung, (C) Formen des Leiters zu einer Spule, und (D) Nachhärten durch Einwirkung von Wärme. Spulen werden üblicherweise durch Urformen (z.B. Gießen, Metallspritzgießen) aus einem Leitermaterial oder - gemäß neuerer Technologie - durch Umformen (z.B. Flachpressen, Stauchen, Biegen) eines Rohlings aus einem Leitermaterial hergestellt.
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Die Vorteile, die eine komplex geformte Spule gegenüber einer einfachen Wicklung aus Draht hat (hoher Füllfaktor, geringerer Bauraum), können nur zum Tragen kommen, wenn die Spule eine Isolationsschicht mit gleichmäßiger dünner Schichtdicke und hoher Isolationswirkung aufweist. Unter dem Füllfaktor wird das Verhältnis der effektiven Querschnittsfläche des Leitermaterials zur theoretisch maximalen Querschnittsfläche des Wickelraums verstanden.
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Bei der Herstellung einer Spule durch Umformprozesse wie z.B. Flachpressen ist das Leitermaterial (z.B. Kupfer oder Aluminium) oft einer starken Umformung ausgesetzt, wobei das Leitermaterial eine Dehnung von mehr als 100 % erfahren kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn aus einem Draht mit rundem Querschnitt durch Umformen eine Spule mit Windungen mit flachem Querschnitt hergestellt wird. Daher werden Isolationsbeschichtungen benötigt, die hohe Umformgrade (> 100 % Dehnung) erlauben und unter der damit verbundenen hohen mechanischen Belastung eine Mindestschichtdicke der Isolationsschicht gewährleisten.
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Herkömmliche Isolierlacke, wie sie z.B. für Drähte verwendet werden, sind dafür nicht geeignet, denn ihre Dehnfähigkeit ist nicht ausreichend. Unter hoher mechanischer Belastung, wie sie während des Umformens auftritt, würden aus herkömmlichen Isolierlacken gebildete Isolationsschichten zerstört, oder es wäre jedenfalls keine definierte Mindestschichtdicke der Isolationsschichtenmehr gewährleistet.
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Die Isolationsschicht erst nach erfolgter Umformung aufzutragen, wäre mit erheblichem Mehraufwand verbunden, und ist daher meist keine sinnvolle Alternative. Zum Aufbringend der Isolationsschicht müsste die fertig geformte Spule wieder auseinandergezogen werden, oder sogar aus dem Bauraum, an den sie durch den Umformprozess angepasst worden ist, herausgenommen werden. Somit besteht die Gefahr, dass durch die aufgebrachte Isolationsschicht die durch die Abmessungen des Bauraums vorgeschriebenen Maßtoleranzen der Spule überschritten wird.
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Generell weisen herkömmliche flüssige Isolierlacke gewisse Nachteile auf, und sind daher auch für die Bildung von Isolationsschichten auf durch Urformprozesse wie z.B. Gießen hergestellten Spulen nicht gut geeignet.
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Im Zeitraum zwischen dem Auftrag des Lackes auf eine senkrechte oder geneigte Bauteiloberfläche und der Aushärtung neigt der aufgetragene Lack zum Absacken in Richtung der Schwerkraft. Daraus resultiert eine ungleichmäßige Schichtdicke der aus dem Lack gebildeten Isolationsschicht mit einer erheblich höheren Schichtdicke am unteren Ende der Bauteiloberfläche. Diese Aufdickung führt häufig dazu, dass Maßtoleranzen nicht eingehalten werden können, oder dass der zur Aufnahme der Spule vorgesehene Bauraum nicht optimal mit dem Leitermaterial der Spule ausgefüllt ist.
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Außerdem neigen flüssigen Lacke dazu, sich nach erfolgtem Auftrag auf die Bauteiloberfläche, insbesondere aufgrund des Absinkens der Viskosität des Lacks zu Beginn des thermischen Härtungsprozesses, von den Kanten der Bauteiloberfläche zurückzuziehen („Kantenflucht“). Daraus resultiert wiederum eine ungleichmäßige Schichtdicke der aus dem Lack gebildeten Isolationsschicht mit einer erheblich geringeren Schichtdicke an den Kanten der Bauteiloberfläche, wobei die Gefahr besteht, dass hier die zur Isolation nötige Mindestschichtdicke unterschritten wird.
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Pulverlacke stellen wegen ihrer aufwändigen Handhabung und der hohen Mindestschichtdicke, die zur Erzeugung einer geschlossenen Lackschicht benötigt wird, keine geeignete Alternative dar.
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Vor dem Hintergrund des Standes der Technik war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisches Bauteil bzw. eine Komponente für ein elektrisches Bauteil mit einer Isolationsschicht sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, wobei die o.g. Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch ein elektrisches Bauteil oder eine Komponente für ein elektrisches Bauteil, umfassend an der Oberfläche einen ausgehärteten Lack, wobei (i) der Lack mittels eines ersten Härtungsmechanismus und eines zweiten Härtungsmechanismus ausgehärtet wurde, und (ii) der Lack Partikel eines oder mehrerer Füllstoff umfasst, sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektrischen Bauteils bzw. einer derartigen Komponente für ein elektrisches Bauteil.
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Erfindungsgemäße elektrische Bauteile sind z.B. Spulen, insbesondere durch Urformprozesse (z.B. Gießen, Metallspritzgießen) hergestellte Spulen sowie durch Umformprozesse (z.B. Flachpressen) hergestellte Spulen, spanend hergestellte Spulen, und andere komplex geformte elektrische Bauteile. Erfindungsgemäße Spulen sind für verschiedenste elektrische Anwendungen geeignet, z.B. Motoren und Generatoren. Erfindungsgemäße Spulen sind insbesondere geeignet für Elektromotoren mit vergleichsweise hohen Anforderungen an Leistung und Wärmemanagement (z.B. Radnabenmotoren).
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Erfindungsgemäße Komponenten für elektrische Bauteile sind beispielsweise Runddrähte und Profildrähte, vorgeformte Rund- oder Profildrähte, sowie Abschnitte von Rund- oder Profildrähten.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil weist an seiner Oberfläche einen ausgehärteten Lack auf, der einen oder mehrere Füllstoffe umfasst. Eine erfindungsgemäße Komponente für ein elektrisches Bauteil weist an ihrer Oberfläche einen ausgehärteten Lack auf, der einen oder mehrere Füllstoffe umfasst. Der ausgehärtete Lack ist gebildet durch Aushärten eines aushärtbaren Lackes mittels eines ersten Härtungsmechanismus und eines zweiten Härtungsmechanismus. Auf diese Weise aushärtbare Lacke sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden üblicherweise als „Dual Cure“-Lacke bezeichnet. Der ausgehärtete Lack umfasst somit durch den ersten Härtungsmechanismus gebildete Bestandteile und durch den zweiten Härtungsmechanismus gebildete Bestandteile.
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Bauteil weist somit an seiner Oberfläche einen ausgehärteten Dual Cure-Lack auf, der einen oder mehrere Füllstoffe umfasst. Eine erfindungsgemäße Komponente für elektrisches Bauteil weist somit an ihrer Oberfläche einen ausgehärteten Dual Cure-Lack auf, der einen oder mehrere Füllstoffe umfasst.
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Der erste Härtungsmechanismus ist bevorzugt ein Härtungsmechanismus aus der Gruppe bestehend aus Strahlenhärtung, Wärmehärtung, anaerober Härtung, und chemisch induzierter Härtung. Bei der Strahlenhärtung ist die UV-Härtung besonders bevorzugt. Dabei läuft im aushärtbaren Lack typischerweise eine radikalische oder kationische Polymerisation ab. Bei der chemisch induzierten Härtung läuft im aushärtbaren Lack typischerweise eine Polyaddition, eine Polykondensation, und/oder eine oxidative Trocknung ab.
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Der zweite Härtungsmechanismus ist bevorzugt ein Härtungsmechanismus aus der Gruppe bestehend aus Strahlenhärtung, Wärmehärtung, anaerober Härtung, chemisch induzierter Härtung und druckinduzierter Härtung.
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Typischerweise unterscheiden sich der erste Härtungsmechanismus und der zweite Härtungsmechanismus voneinander. Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Härtungsmechanismus um eine Strahlenhärtung, insbesondere eine UV-Härtung, und bei dem zweiten Härtungsmechanismus um eine Wärmehärtung oder eine chemisch induzierte Härtung. Bei der Strahlenhärtung ist die UV-Härtung besonders bevorzugt, dabei läuft im aushärtbaren Lack typischerweise eine radikalische oder kationische Polymerisation ab. Bei der Wärmehärtung bzw. chemisch induzierten Härtung läuft im aushärtbaren Lack typischerweise eine Polyaddition oder eine Polykondensation, und/oder eine oxidative Trocknung ab.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der erste Härtungsmechanismus eine radikalische Polymerisation eines Acrylates oder eines Urethanacrylates oder eine kationischen Polymerisation eines Epoxids, und/oder der zweite Härtungsmechanismus umfasst die Bildung eines Polyurethans durch Polyaddition eines Polyols und eines Polyisocyanats, oder die Bildung eines Epoxidharzes durch Polyaddition eines Monomers oder Polymers mit mehreren Oxiranringen und eines mehrfunktionellen Polyamins oder Polyamids.
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Besonders bevorzugt umfasst der erste Härtungsmechanismus die Strahlenhärtung, insbesondere UV-Härtung, eines radikalisch polymerisierenden Acrylat-Harzsystems oder eines radikalisch polymerisierenden Urethanacrylat-Harzsystems, und der zweite Härtungsmechanismus eine Polyaddition, bei der ein Polyurethan oder ein Epoxidharz gebildet wird.
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In dieser bevorzugten Ausführungsform umfasst (i) der durch den ersten Härtungsmechanismus gebildete Bestandteil des ausgehärteten Lacks das Produkt der radikalischen Polymerisation eines Acrylates oder eines Urethanacrylates oder der kationischen Polymerisation eines Epoxids, und (ii) der der durch den zweiten Härtungsmechanismus gebildete Bestandteil des ausgehärteten Lacks umfasst ein Polyurethan- oder ein Epoxidharz.
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Füllstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind partikelförmige Feststoffe. Bevorzugt sind Füllstoffe aus plättchenförmigen Partikeln. Aufgrund der gewünschten Isolierwirkung des ausgehärteten Lackes ist dem Fachmann klar, dass der Füllstoff aus Materialien mit entsprechend geringer elektrischer Leitfähigkeit, d.h. elektrisch isolierenden Materialien gebildet sein muss.
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Bevorzugt sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Füllstoffe ausgewählt aus Materialien aus der Gruppe bestehend aus Glimmer, Eisenglimmer, Glas, Schichtsilikaten, Talkum, Quarz, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Polyolefinen, fluorierten Polymeren und Duromeren. Glas und Quarz werden bevorzugt in Form von Flocken (flakes) eingesetzt.
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Bei der Auswahl der Größe der Füllstoffpartikel orientiert sich der Fachmann zweckmäßigerweise an der benötigten Mindestschichtdicke der herzustellenden Isolationsschicht, d.h. an der zur Erreichung der Durchschlagfestigkeit nötigen Mindestschichtdicke der Isolationsschicht. Bevorzugt liegt der arithmetische Mittelwert des kleinsten Partikeldurchmessers der Partikel des bzw. der Füllstoffe im Bereich von 500 nm bis 100 µm, besonders bevorzugt 1 µm bis 25, gemessen mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM).
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Der ausgehärtete Lack an der Oberfläche des erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils bzw. der erfindungsgemäßen Komponente eines elektrischen Bauteils bildet eine Matrix, in der die Partikel des Füllstoffmaterials eingebettet sind.
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Typischerweise beträgt der Massenanteil aller enthaltenen Füllstoffe 10 % bis 40 %, bezogen auf die Gesamtmasse von ausgehärtetem Lack und allen Füllstoffen.
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Bevorzugt waren die Bestandteile des Lackes vor der Aushärtung so eingestellt, dass der aushärtbare Lack nach Härten mittels des ersten Härtungsmechanismus eine Festigkeit mit einer Bruchdehnung bis Riss, bestimmt gemäß EN ISO 527-1, von 50 % bis 400%, bevorzugt 100 % bis 400 %, besonders bevorzugt 200 % bis 400 %, besaß, und keine flüssigen Inhaltsstoffe mehr umfasste. Der nach dem ersten Härtungsmechanismus gehärtete Lack ist somit ausreichend dehnfähig, um den hohen mechanischen Belastungen, die während des Umformens auftreten, standzuhalten, so dass eine definierte Mindestschichtdicke der Isolationsschicht gewährleistet ist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Bauteil eine verbackene Spule, d.h. eine Spule, in der die Isolationsschichten benachbarter Windungen miteinander verbacken (verklebt) sind. Dadurch wird die Spule mechanisch stabilisiert, so dass eine freitragende Spule erhältlich ist. In einer erfindungsgemäßen verbackenen Spule ist der durch den zweiten Härtungsmechanismus ausgehärtete Lack auf den Windungen der Spule wenigstens teilweise lateral mit dem ausgehärteten Lack einer jeweils benachbarten Windung kovalent verbunden.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen elektrischen Bauteils bzw. einer erfindungsgemäßen Komponente für ein elektrisches Bauteil.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
- a) Bereitstellen eines Rohlings für das elektrische Bauteil oder für die Komponente eines elektrischen Bauteils,
- b) Bereitstellen eines aushärtbaren Lackes, der über einen ersten Härtungsmechanismus und einen zweiten Härtungsmechanismus verfügt, wobei der Lack einen oder mehrere Füllstoffe umfasst,
- c) Beschichten des Rohlings für das elektrische Bauteil oder für die Komponente des elektrischen Bauteils mit dem aushärtbaren Lack,
- d) Härten des Lackes mittels des ersten Härtungsmechanismus,
- e) Umformen des Rohlings des elektrischen Bauteils oder der Komponente für ein elektrisches Bauteil
- f) Aushärten des Lackes mittels des zweiten Härtungsmechanismus.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise geeignet zur Herstellung einer Spule durch Umformen eines entsprechenden Rohlings.
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Aushärtbare Lacke, die über einen ersten Härtungsmechanismus und einen zweiten Härtungsmechanismus verfügen, sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt und werden üblicherweise als „Dual Cure“-Lacke bezeichnet. Hinsichtlich spezieller und bevorzugter Härtungsmechanismen gelten die oben stehenden Ausführungen.
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Der in Schritt b) bereitzustellende aushärtbare Lack enthält einen oder mehrere Füllstoffe. Füllstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind partikelförmige Feststoffe. Aufgrund der gewünschten Isolierwirkung des ausgehärteten Lackes ist dem Fachmann klar, dass der Füllstoff aus elektrisch nichtleitenden, d.h. elektrisch isolierenden Materialien gebildet sein muss. Hinsichtlich spezieller und bevorzugter Füllstoffe gelten die oben stehenden Ausführungen.
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Typischerweise sind die Partikel des oder der Füllstoffe in dem aushärtbaren Lack dispergiert. Die Herstellung von aushärtbaren Lacken mit darin dispergierten Partikeln eines oder mehrerer Füllstoffe ist dem Fachmann bekannt.
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Der aushärtbare Dual Cure-Lack kann als Zweikomponentensystem formuliert sein, wobei nach Ablauf des ersten Härtungsmechanismus die Verarbeitungszeit, d.h. die Zeit innerhalb der der zweite Härtungsmechanismus erfolgen muss, begrenzt ist. Alternativ können aushärtbare Dual Cure-Lacke in Form von Einkomponentensystemen mit unbegrenzter Verarbeitungszeit eingesetzt werden.
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Der aushärtbare Lack kann - neben dem Bindemittel und den Füllstoffen - weitere Inhaltsstoffe enthalten, die z.B. aus der Gruppe bestehend aus Pigmenten, Lösemitteln, Reaktivverdünnern, Photoinitiatoren und Katalysatoren ausgewählt sind. Die Auswahl dieser Inhaltsstoffe richtet sich insbesondere nach dem vorgesehenen ersten und zweiten Härtungsmechanismus. Beispielsweise für die erfindungsgemäß bevorzugte Variante mit einer Strahlenhärtung, insbesondere einer UV-Härtung, als erstem Härtungsmechanismus enthält der aushärtbare Lack einen oder mehrerer Photoinitiatoren, insbesondere UV-Initiatoren. Derartige Initiatoren sind dem Fachmann bekannt.
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Das Beschichten des Rohlings für das elektrische Bauteil oder für die Komponente des elektrischen Bauteils mit dem aushärtbaren Lack (Schritt c)) erfolgt beispielswiese durch Tauchen oder Spritzen.
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Das Härten des Lackes mittels des ersten Härtungsmechanismus (Schritt d)) erfolgt bevorzugt durch Strahlenhärtung, besonders bevorzugt durch UV-Härtung. Dieser Prozess benötigt üblicherweise nur wenige Sekunden. Für diese bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird üblicherweise ein aushärtbarer Lack eingesetzt, der 20 % bis 50 % an UV-härtbaren Harzsystemen enthält, bezogen auf die Gesamtmasse des aushärtbaren Lacks (einschließlich Füllstoffen und weiteren Komponenten). Bei den UV-härtbaren Harz-systemen handelt es sich vorzugsweise um radikalisch polymerisierende Acrylat-Harzsysteme oder radikalisch polymerisierende Urethanacrylat-Harzsystem.
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Im Schritt d) erfolgt das Härten nach dem ersten Härtungsmechanismus bevorzugt so, dass der nach dem ersten Härtungsmechanismus gehärtete Lack eine Festigkeit mit einer Bruchdehnung bis Riss, bestimmt gemäß EN ISO 527-1, von 50% bis 400%, bevorzugt 100 % bis 400%, besonders bevorzugt 200 bis 400 %, besitzt, und keine flüssigen Inhaltsstoffe mehr umfasst. Der in Schritt d) nach dem ersten Härtungsmechanismus gehärtete Lack ist somit ausreichend dehnfähig, um den hohen mechanischen Belastungen, die während des Umformens im nachfolgenden Schritt e) auftreten, standzuhalten, so dass eine definierte Mindestschichtdicke der Isolationsschicht gewährleistet ist. Durch die hohe Dehnfähigkeit des durch ersten Härtungsmechanismus gehärteten Lacks ist es möglich, den beschichteten Rohling mit hohen Verformungsgraden umzuformen.
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Die gewünschte hohe Dehnbarkeit des durch ersten Härtungsmechanismus gehärteten Lacks wird erreicht durch den Einsatz von speziellen Harzsystemen. Typischerweise werden polyurethanbildende Harzsysteme eingesetzt mit einem oder mehreren langkettigen wenig verzweigten, Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesters als Polyolkomponente, z.B. Desmophen 670 oder Desmophen 1200.
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Das Umformen des Rohlings (Schritt e)), an dessen Oberfläche der Lack den ersten Härtungsmechanismus durchlaufen hat, erfolgt beispielsweise durch Flachpressen, Kompaktieren, Stauchen, und/oder Biegen.
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In Schritt e) kann der Rohling bereits in den für das fertige Bauteil vorgesehenen Raum eingepasst werden. Daher ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung von Spulen mit engen Maßtoleranzen.
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Das Aushärten des Lackes mittels des zweiten Härtungsmechanismus (Schritt f)) an der Oberfläche des Rohlings erfolgt bevorzugt durch Wärme-Härtung. Dieser Prozess dauert üblicherweise 5 bis 30 Minuten, bevorzugt 15 bis 25 Minuten, und erfolgt bei einer Temperatur von 60 °C bis 200 °C, bevorzugt 70 °C bis 170 °C, besonders bevorzugt 70 °C bis 160 °C.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird durch die Aushärtung der Lackschicht nach dem zweiten Härtungsmechanismus ein Verbacken des umgeformten (insbesondere kompaktierten) Rohlings bewirkt. Enthält der Rohling Windungen (wie z.B. Windungen für die Bildung einer Spule), so wird beim Verbacken der (bereits durch den ersten Härtungsmechanismus gehärtete) Lack auf den Windungen des Rohlings wenigstens teilweise lateral mit dem (bereits durch den ersten Härtungsmechanismus gehärteten) Lack einer jeweils benachbarten Windung durch den zweiten Härtungsmechanismus kovalent verbunden, so dass eine verbackene Spule gebildet wird. Der aushärtbare Lack erfüllt bei seinem zweiten Härtungsmechanismus (typischerweise eine Wärmehärtung) also die Funktion eines Backlacks. Durch das Verbacken der Spule mittels des zweiten Härtungsmechanismus des aushärtbaren Lacks gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform entfällt das im Stand der Technik erforderliche zusätzliche Aufbringen und separate Härten eines Backlacks oder einer Vergussmasse.
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Ein für das erfindungsgemäße Verfahren geeigneter aushärtbarer Lack, der über einen ersten Härtungsmechanismus und einen zweiten Härtungsmechanismus verfügt, wobei der Lack einen oder mehrere Füllstoffe umfasst, ist auch zur Bildung einer Isolationsschicht auf der Oberfläche eines durch ein Urformverfahren hergestellten elektrischen Bauteil, z.B. einer gegossenen Spule, geeignet. Dabei wird anstelle eines Rohlings das urgeformte Bauteil bereitgestellt und mit dem oben beschriebenen aushärtbaren Lack beschichtet. Anschließend erfolgt das Aushärten nach dem ersten und dem zweiten Härtungsmechanismus, wobei jedoch im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren das Umformen (Schritt e) des oben beschriebenen Verfahrens) zwischen dem Härten nach dem ersten Härtungsmechanismus und dem Aushärten nach dem zweiten Härtungsmechanismus entfällt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines Füllstoffes zur Verbesserung des Erhalts der Isolierungswirkung eines Lackes beim Umformen eines Rohlings für ein elektrisches Bauteil oder für eine Komponente eines elektrischen Bauteils.
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Füllstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind partikelförmige Feststoffe. Bevorzugt sind Füllstoffe aus plättchenförmigen Partikeln. Aufgrund der gewünschten Isolierwirkung des ausgehärteten Lackes ist dem Fachmann klar, dass der Füllstoff aus elektrisch nichtleitenden, d.h. elektrisch isolierenden Materialien gebildet sein muss.
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Bevorzugt sind die erfindungsgemäß zu verwendenden Füllstoffe ausgewählt aus Materialien aus der Gruppe bestehend aus Glimmer, Eisenglimmer, Glas, Schichtsilikaten, Talkum, Quarz, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Polyolefinen, fluorierten Polymeren, und Duromeren. Glas und Quarz werden bevorzugt in Form von Flocken (flakes) eingesetzt.
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Bei der Auswahl der Größe der Füllstoffpartikel orientiert sich der Fachmann zweckmäßigerweise an der benötigten Mindestschichtdicke der herzustellenden Isolationsschicht, d.h. an der zur Erreichung der Durchschlagfestigkeit nötigen Mindestschichtdicke der Isolationsschicht. Bevorzugt liegt der arithmetische Mittelwert des kleinsten Partikeldurchmessers der Partikel des bzw. der Füllstoffe im Bereich von 500 nm bis 100 µm, besonders bevorzugt 1 µm bis 25, gemessen mittels Transmissions-Elektronenmikroskopie (TEM).
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Es wird derzeit angenommen, dass die Partikel der Füllstoffe in dem nach dem ersten Härtungsmechanismus gehärteten Lack beim Umformen als Abstandshalter wirken zwischen der Oberfläche des Leitermaterials des Rohlings und dem Umformwerkzeug bzw. zwischen solchen Bereichen der Oberfläche des Leitermaterials des Rohlings, die sich beim Umformen einander annähern (z.B. benachbarte Windungen einer Spule), und so erreicht wird, dass die aus dem Lack zu bildende Isolationsschicht auf der gesamten beschichteten Oberfläche des Rohlings eine Mindestschichtdicke aufweist. Somit bleibt die Isolierungswirkung des Lackes beim Umformen trotz hoher mechanischer Belastungen weitgehend erhalten. Bei herkömmlichen Isolierlacken hingegen besteht aufgrund des Fehlens als Abstandshalter wirkender Füllstoffe die Gefahr, dass aufgrund der hohen mechanischen Belastungen, denen die Lackschicht beim Umformen ausgesetzt ist, deren Schichtdicke soweit vermindert wird, dass die nötige Mindestdicke unterschritten wird oder die Isolationsschicht sogar reißt, so dass es zu einem Kurzschluss zwischen benachbarten Bauteilbereichen kommt, z.B. benachbarten Windungen einer Spule.
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Außerdem wird angenommen, dass die Partikel der im Lack enthaltenen Füllstoffe eine Minimierung der Kantenflucht bewirken, da der auf die Oberfläche aufgetragene Lackfilm sofort durch die Füllstoffpartikel fixiert wird. Auch dieser Effekt trägt dazu bei, dass die aus dem Lack zu bildende Isolationsschicht auf der gesamten beschichteten Oberfläche eine Mindestschichtdicke aufweist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.
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Ausführungsbeispiele
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Musterrezeptur 1
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Ein für das Herstellen erfindungsgemäßer Bauteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneter aushärtbarer Dual-Cure-Lack gemäß einer ersten Musterrezeptur in Form eines Zweikomponentensystems umfasst die Komponenten A und B, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist.
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In Tabelle 1 bezieht sich der Anteil des Inhaltsstoffes EBECRYL 8307 auf die Gesamtmasse von cycloaliphatischem Urethanacrylat und Hydroxypropylmethacrylat (HPMA), und der Anteil des Inhaltsstoffes „DBTL 1 „% Lösung“ auf die Gesamtmasse von Dibutyldizinnlaurat und Butylacetat.
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Der erste Härtungsmechanismus des aushärtbaren Lacks gemäß Musterrezeptur 1 besteht in der durch die enthaltenen Photoinitiatoren ausgelösten UV-Härtung der Acrylat-Gruppen enthaltenden Inhaltsstoffe. Der zweite Härtungsmechanismus dieses aushärtbaren Lacks besteht in der durch Dibutylzinnlaurat katalysierten Polyaddition des Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesters der Komponente A mit dem als Härter wirkenden Polyisocyanat aus Komponente B.
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Musterrezeptur 1 wird mittels Tauchlackierung auf Kupferspulen-Rohlinge, deren Windungen vor der Beschichtung einen Abstand von ca. 5 mm voneinander haben, aufgetragen (Schritt c)) und nach einer Ablüftezeit von 10 Minuten in einer UV-Härtungskammer mittels Quecksilberhochdrucklampe für 45 Sekunden gehärtet (Schritt d)). Anschließend werden die Rohlinge kompaktiert, bis der Abstand zwischen den Windungen maximal 500 µm beträgt (Schritt e)), und in diesem Zustand bei einer Temperatur von 70 °C für 30 Minuten getempert (Schritt f)). So werden kompaktierte, elektrisch isolierte Spulen erhalten, die keine weitere Bearbeitung, z.B. durch Applikation eines Backlacks, benötigt. Die Isolierwirkung und die Druckschlagsfestigkeit der Beschichtung weisen sehr gute Werte auf.
Tabelle 1
| Inhaltsstoff | Beschreibung | Funktion | Hersteller | Anteil (Masseteile) |
| Komponente A | | | | |
| Desmophen 1200 | Hydroxylgruppenhaltiger, schwach verzweigter Polyester | Bindemittel | BAYER | 20,0 |
| EBECRYL™ 846 | Hexafunktionelles Polyesteracrylat | Bindemittel | Allnex | 10,0 |
| EBECRYL 8307 | Cycloaliphatisches Urethanacrylat 70 % in Hydroxypropylmethacrylat (HPMA) | Bindemittel | Allnex | 13,3 |
| HDDA | 1,6-Hexandioldiacrylat | Reaktivverdünner | Sigma Aldrich | 2,7 |
| HEMA | 2-Hydroxyethylmethacrylat | Reaktivverdünner | Sigma Aldrich | 1,3 |
| Irgacure 754 | oxy-phenyl-acetic acid 2-[2 oxo-2 phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester und oxy-phenyl-acetic 2-[2-hydroxy-ethoxy]-ethyl ester | Photoinitiator | BASF | 1,0 |
| Irgacure 500 | Hydroxy-cyclohexylphenylketon und Benzophenon | Photoinitiator | BASF | 0,7 |
| Butylacetat | Essigsäure-n-butylester | Lösemittel | Sigma | 1,3 |
| | | | Aldrich | |
| DBTL 1% Lösung | Dibutyldizinnlauratlösung in Butylacetat | Katalysator | Sigma Aldrich | 1,0 |
| Kronos 2315 | Titandioxid | Pigment | Kronos | 14,7 |
| Millicarb GB | Calciumcarbonat | Füllstoff | Omya | 10,0 |
| Talkum AT 1 | Talkum | Füllstoff | Micro Minerals | 5,3 |
| Komponente B | | | | |
| Desmodur N 3300 | Aliphatisches Polyisocyanat (1,6-Hexamethylendiisocyanat (HDI)- Trimerisat) | Bindemittel / Härter | BAYER | 19,7 |
| Summe | | | | 100,0 |
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Musterrezeptur 2:
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Ein für das Herstellen erfindungsgemäßer Bauteile nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeigneter aushärtbarer Dual-Cure-Lack gemäß einer zweiten Musterrezeptur in Form eines Zweikomponentensystems umfasst die Komponenten A und B, deren Zusammensetzung in Tabelle 2 angegeben ist.
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In Tabelle 2 bezieht sich der Anteil des Inhaltsstoffes EBECRYL 8307 auf die Gesamtmasse von cycloaliphatischem Urethanacrylat und Hydroxypropylmethacrylat (HPMA).
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Der erste Härtungsmechanismus des aushärtbaren Lacks gemäß Musterrezeptur 2 besteht in der durch die enthaltenen Photoinitiatoren ausgelösten UV-Härtung der Acrylatgruppen enthaltenden Inhaltsstoffe. Der zweite Härtungsmechanismus dieses aushärtbaren Lacks besteht in der Polyaddition des Hydroxylgruppen enthaltenden Polyesters der Komponente A mit dem als Härter wirkenden Polyisocyanat aus Komponente B.
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Musterrezeptur 2 wird mittels Tauchlackierung auf Kupferspulen-Rohlinge, deren Windungen vor der Beschichtung einen Abstand von ca. 5 mm voneinander haben, aufgetragen (Schritt c)) und nach einer Ablüftezeit von 10 Minuten in einer UV-Härtungskammer mittels Quecksilberhochdrucklampe für 45 Sekunden gehärtet (Schritt d)). Anschließend werden die Rohlinge kompaktiert, bis der Abstand zwischen den Windungen maximal 500 µm beträgt (Schritt e)), und in diesem Zustand bei einer Temperatur von 150 °C für 20 Minuten getempert (Schritt f)). So werden kompaktierte, elektrisch isolierte Spulen erhalten, die keine weitere Bearbeitung, z.B. durch Applikation eines Backlacks, benötigt.
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Die Isolierwirkung und die Druckschlagsfestigkeit der Beschichtung weisen sehr gute Werte auf.
Tabelle 2
| Inhaltsstoff | Beschreibung | Funktion | Hersteller | Anteil-Masseteile) |
| Komponente A | | | | |
| Desmophen 1200 | Hydroxylgruppenhaltiger, schwach verzweigter Polyester | Bindemittel | BAYER | 13,0 |
| EBECRYL™ 846 | Hexafunktionelles Polyesteracrylat | Bindemittel | Allnex | 10,0 |
| EBECRYL 8307 | Cycloaliphatisches Urethanacrylat 70 % in Hydroxypropylmethacrylat (HPMA) | Bindemittel | Allnex | 9,4 |
| HDDA | 1,6-Hexandioldiacrylat | Reaktivverdünner | Sigma Aldrich | 2,7 |
| HEMA | 2-Hydroxyethylmethacrylat | Reaktivverdünner | Sigma Aldrich | 0,7 |
| Irgacure 754 | oxy-phenyl-acetic acid 2-[2 oxo-2 phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester und oxy-phenyl-acetic 2-[2-hydroxy-ethoxy]-ethyl ester | Photoinitiator | BASF | 1,0 |
| Irgacure 500 | Hydroxy-cyclohexylphenylketon und Benzophenon | Photoinitiator | BASF | 0,7 |
| Butylacetat | Essigsäure-n-butylester | Lösemittel | Sigma Aldrich | 1,3 |
| Kronos 2315 | Titandioxid | Pigment | Kronos | 14,7 |
| Millicarb GB | Calciumcarbonat | Füllstoff | Omya | 10,0 |
| Talkum AT 1 | Talkum | Füllstoff | Micro Minerals | 5,3 |
| Komponente B | | | | |
| Desmodur BL 3370 | Blockiertes aliphatisches Polyisocyanat auf Basis HDI (1,6-Hexamethylendiisocyanat) | Bindemittel / Härter | BAYER | 31,3 |
| Summe | | | | 100,0 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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