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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ablösen einer Isolationsschicht von einem Leiterdrahtende. Eine derartige Vorrichtung bzw. ein derartiges Verfahren kommen beispielsweise dort zum Einsatz, wo elektrische Leiter kontaktiert werden müssen.
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Elektrische Leiterdrähte, zu denen in der vorliegenden Anmeldung auch Litzen subsumiert werden, sind in vielen Anwendungen aus funktionellen Gründen und/oder zur Gewährleistung eines Berührschutzes mit einem Isoliermantel versehen. Beispielsweise werden die Wicklungsdrähte elektrischer Maschinen häufig mit einem Isolierlack beschichtet. Häufig werden auch Drahtisolierungen aus einem thermoplastische Material verwendet. Diese können über eine Adhäsionsschicht mit der Oberfläche des Leiters verbunden sein, die beispielsweise durch Verkleben oder Erwärmen als Grenzschicht zwischen Leiter und Isoliermantel entsteht. Auch Papier ist als Isolationsmaterial für Leitungsdrähte und insbesondere auch Wicklungsdrähte bekannt.
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Insbesondere zum Zwecke der Kontaktierung beispielsweise mit anderen Drähten, Stromschienen oder Kabelschuhen müssen derartige Isolationsschichten partiell entfernt werden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik verschiedene Verfahren bekannt. Bei Lackdrähten wird beispielsweise der Bereich, in dem die Isolation entfernt werden muss, maschinell abgebürstet. Drähte mit einem thermoplastischen Isolationsmantel werden hingegen häufig mithilfe einer Schneidevorrichtung abisoliert, die auf den verbleibenden Drahtdurchmesser eingestellt werden kann. Sofern der thermoplastische Isolationsmantel nicht mit dem Leiterdraht verklebt ist, kann das zu entfernende Isolationsmaterial nach dem Schnitt einfach abgezogen werden.
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Insbesondere zum Abisolieren thermoplastisch isolierter Drähte ist aus
EP 0 180 893 B1 ein Verfahren bekannt, bei dem ein kammartig geschlitzter und in Querrichtung mit einer Rille in Größe des Drahtdurchmessers ausgestatteter Schmelzbügel mit einer definierten Kraft während einer kurzzeitigen Erwärmung auf den Draht aufgedrückt wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und serientaugliches Verfahren zur Entfernung einer mit einem Leiterdraht über eine Adhäsionsschicht verbundene Isolationsschicht anzugeben, bei dem eine Beschädigung des Leiters vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Isolationsschicht, die mit der Oberfläche eines Leiterdrahtes über eine Adhäsionsschicht gebunden ist, dadurch entfernt werden kann, dass wiederholt eine Flächenpressung auf die gesamte abzulösende Oberfläche der Isolationsschicht ausgeübt wird. Durch die flächige und periodische Applikation von Druck auf die Oberfläche des Isolationsmantels setzt beispielsweise an der Grenzfläche zwischen dem Leiter und dem Isoliermantel ein Fließen des Isoliermaterials ein und löst damit die Adhäsionskräfte auf. Dieser Fließprozess kann ohne die Zufuhr von Wärme initiiert werden. Beheizbare Pressbacken oder andere Vorrichtungen zur Erwärmung des Isolationsmantels sind nicht erforderlich.
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Das Verfahren eignet sich in besonderem Maße bei einem Leiter, dessen Isolationsschicht einen Thermoplast enthält, insbesondere Polyetheretherketon (abgekürzt auch PEEK). Thermoplastische Isolationsmaterialien werden vermehrt auch für Wicklungen von dynamoelektrischen Maschinen verwendet. Die Isolationsschicht kann neben dem Thermoplast auch noch weitere Materialien enthalten, zum Beispiel einen duroplastischen Werkstoff oder einen Isolierlack. Insbesondere dann, wenn der thermoplastische Anteil der Isolationsschicht eine Schicht des Isoliermantels am Mantelinneren und mithin die Kontaktfläche zur Leiteroberfläche darstellt, beginnt durch die periodische Flächenpressung dieser thermoplastische Isolierstoff im Grenzflächenbereich zwischen dem Isoliermantel und dem elektrischen Leiter zu fließen. Die Adhäsionsschicht löst sich als Konsequenz auf, sodass der Isoliermantel vom Leiter gelöst wird. Insbesondere in diesem Zusammenhang hat sich gezeigt, dass das Verfahren deutliche Vorteile gegenüber den gängigen Verfahren zur Entfernung des Isolationsmaterials aufweist. Denn das Verfahren vermeidet jegliche Verschmutzung, die beispielsweise durch eine Schneidklinge verursacht werden können. So entstehen bei dem periodischen Flächenpressen keine Metallspäne, die eine Kurzschlussgefahr verursachen können.
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Bei einem Isoliermantel mit einer vollumfänglichen thermoplastischen Schicht am Mantelinneren gelingt die Ablösung durch das periodische Flächenpressen sehr einfach und zuverlässig, was auf den Fließprozess an der Leiteroberfläche zurückzuführen ist.
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Denkbar ist aber auch ein Einsatz des Verfahrens bei einem Isoliermantel, der über eine duroplastische Schicht mit dem elektrischen Leiter in Verbindung steht. Beispielsweise kann sich zwischen dem Leiter und einem thermoplastischen Isoliermantel ein ausgehärtetes Harz befinden, dass die Adhäsion zwischen Leiter und Isoliermantel bewirkt. Durch die wiederholte, periodische Flächenpressung bricht das Harz auf, sodass die Adhäsionsschicht zerstört wird.
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Um an der abzuisolierenden Stelle die Isolationsschicht zu entfernen, muss diese nicht nur vom darunterliegenden Leiterdraht gelöst werden, sondern auch vom restlichen Isolationsmaterial getrennt werden, der auf dem Leiterdraht verbleiben soll. Der hierfür notwendige Bruch des Isolationsmaterials entlang dessen Umfang kann ebenfalls durch die wiederholte Applikation des Flächendrucks erfolgen. Es kann sogar auf die Zuhilfenahme eines Schneidewerkzeuges zum Abtrennen von der Leiteroberfläche gelösten Isoliermaterials verzichtet werden. Alternativ kann das vom Leiter gelöste thermoplastische Material auch durch einen Schnitt entlang des Umfanges des Leiters vom restlichen Isoliermantel, der noch mit dem Leiter adhäsiv verbunden ist, gelöst werden.
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Das Verfahren kann so durchgeführt werden, dass bei dem wiederholten Aufbringen der Presskraft auf den Isoliermantel keine Verschiebungskräfte und keine Drehmomente auf den Isoliermantel und den von dem Isoliermantel umgebenen Leiter ausgeübt werden. Durch eine verschiebungs- und momentenneutrale Applikation der Presskräfte kann eine Beschädigung des Leiterquerschnitts vermieden werden. Darüber hinaus wird auch eine Verschmutzung durch den Abrieb von Isolationsmaterial vermieden, der bei gängigen Verfahren, die mit einer Schneidklinge arbeiten, unvermeidbar ist. Da bei dem Verfahren keine Kraft in Längs- und Querrichtung des Drahtes eingeleitet wird, kann beispielsweise die Beschädigung einer Ständerwicklung einer elektrischen Maschine effektiv vermieden werden.
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Durch die Flächenpressung auf die gesamte abzulösende Oberfläche der Isolationsschicht lässt sich das Isolationsende am gesamten Drahtumfang sehr genau definieren. Wenn beispielsweise das Verfahren auf einen Leiterdraht mit rechteckigem Querschnitt appliziert wird und die Flächenpressung mit mindestens einem ersten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken auf einen dazwischenliegenden abzuisolierenden Drahtabschnitt erfolgt, ist automatisch sichergestellt, dass der von der Isolation befreite Bereich des Leiters nahezu exakt durch die Ausmaße der Pressbacken definiert ist.
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Durch die zwei gegenüberliegenden Pressbacken kann zunächst die Adhäsionsschicht des Isolationsmantels an zwei sich gegenüberliegenden Flächen des rechteckförmigen Leiterdrahtes zerstört werden. In einem weiteren Verfahrensschritt können nun entweder die sich gegenüberliegenden Pressbacken um 90° gedreht werden oder der zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Pressbacken befindliche Leiterdraht. Nach diesem Drehvorgang können die verbleibenden, sich gegenüberliegenden Flächen des Isolationsmantels durch wiederholtes Aufbringen der Presskraft vom Leiterdraht gelöst werden. Im Anschluss kann der gelöste Teil des Isolationsmantels vom Leiterdraht abgeschoben werden. In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das wiederholte Pressen auf die verbliebenen, sich gegenüberliegenden Flächen des Isolationsmantels mit einem zweiten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken, wobei das zweite Paar in Umfangsrichtung des Drahtes betrachtet um 90 Grad versetzt zum ersten Paar angeordnet ist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Erfindung ist denkbar, dass die Flächenpressungen durch die besagten, sich gegenüberliegenden und um 90° zueinander versetzten Paare von Pressbacken immer abwechselnd geschieht.
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Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung wird das Verfahren auf einen Leiterdraht mit rundem Querschnitt appliziert. Hierbei erfolgt die Flächenpressung mit zum Beispiel drei um jeweils 120 Grad zueinander versetzten Pressbacken auf den dazwischenliegenden abzuisolierenden Drahtabschnitt.
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Die Erfindung umfasst ferner eine Vorrichtung zum Ablösen einer Isolationsschicht von einem Leiterdraht, die über eine Adhäsionsschicht mit dem Leiterdraht verbunden ist, mit mindestens einer Pressbacke zur wiederholten Ausübung einer Flächenpressung auf die gesamte abzulösende Oberfläche der Isolationsschicht mit einer Presskraft, die die Adhäsionsschciht zwischen dem Leiterdraht und der Isolationsschicht zerstört.
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Eine solche Vorrichtung weist zum Beispiel mindestens zwei Paar sich gegenüberliegender Pressbacken auf, wobei jede Pressbacke von einem Kipphebel aktuierbar ist. Der Kipphebel wird beispielsweise über eine rotierende elliptische Welle angetrieben. Durch die elliptische Wellenform wird die Rotation der Welle in eine translatorische Bewegung des Kipphebels umgesetzt, der seinerseits den notwendigen Druck auf die Pressbacken und damit auf den Isoliermantel ausübt.
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Zum Abtrennen des durch die Druckapplikation gelösten Isolationsmaterials kann mindestens eine Pressbacke eine erhabene Kante aufweisen. Diese Kante dient hierbei zumindest nicht primär als Schnittkante. Die Lösung des Isolationsmantels vom Leiterdraht geschieht in erster Linie durch die Flächenpressung und die von dieser verursachten Zerstörung der Adhäsionsschicht. Die erhabene Kante dient vornehmlich zur Mitnahme des gelösten Isolationsmaterials, wenn dieses vom Draht abgezogen wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
- 1 einen Leiterdraht mit einer Isolationsschicht,
- 2 den Leiterdraht nach 1 im Querschnitt,
- 3 ein Verfahren zur Entfernung der Isolationsschicht an einem Ende des Leiterdrahtes,
- 4 den Leiterdraht nach Durchführung des Verfahrens,
- 5 eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entfernung der Isolationsschicht und
- 6 eine Schnittdarstellung einer Pressbacke der Vorrichtung nach 5
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1 zeigt einen Leiterdraht 2 mit einer Isolationsschicht 1 mit einem rechteckigen Leiterdrahtquerschnitt. Es handelt sich hierbei um den Wicklungsdraht eines Ständers einer dynamoelektrischen Maschine, eine sogenannte Flachdrahtwicklung. Mit der Flachdrahtwicklung lässt sich in den Nuten der elektrischen Maschine ein hoher Kupferfüllfaktor verwirklichen, was ein hohe Energiedichte der elektrischen Maschine zur Folge hat.
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Die Isolationsschicht 1 besteht aus Polyetheretherketon, abgekürzt auch PEEK. Hierbei handelt es sich um ein thermoplastisches Material. Die PEEK-Isolation ist über eine Adhäsionsschicht 9 mit den Leiterdraht 2 verbunden. Dies ist in 2 zu erkennen, die den Leiterdraht 2, die Isolationsschicht 1 und die Adhäsionsschicht 9 im Querschnitt darstellt. Die Adhäsionsschicht 9 kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass der Isoliermantel kurzzeitig erwärmt wird. Denkbar ist auch eine Verbindung des Isoliermantel mit dem Leiter über einen Klebstoff zur Erzeugung der Adhäsionsschicht 9. Auch können verschiedene Aktivatoren eingesetzt werden, um die Adhäsionskräfte zwischen der Isolationsschicht 1 und dem darunterliegenden Leiterdraht 2 sicherzustellen.
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3 zeigt ein Verfahren zur Entfernung der Isolationsschicht 1 an einem Ende des Leiterdrahtes 2. Bei dem Verfahren wirken ein erstes Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3 und ein zweites Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 exakt auf den Bereich der Isolationsschicht 1 ein, der von dem Leiterdraht 2 entfernt werden soll. Die beiden Paare sich gegenüberliegender Pressbacken 3, 4 - in der Figur auch mit den Buchstaben A für das erste Paar 3 und B für das zweite Paar 4 bezeichnet - üben abwechselnd und periodisch eine Flächenpressung auf die gesamte abzulösende Oberfläche der Isolationsschicht 1 aus. So werden zunächst die Pressbacken A des ersten Paares 3 gegeneinander gedrückt während das zweite Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 bzw. B entlastet ist. Anschließend wird das erste Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3 entlastet und der Flächendruck wird von dem zweiten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 auf die Oberfläche des Isolationsmantels appliziert. Dieses abwechselnde Be- und Entlasten der sich gegenüberliegenden Paare von Pressbacken 3,4 wird zyklisch wiederholt. Der Vorgang wird solange wiederholt, bis die unterhalb der jeweiligen Pressbacken vorhandenen Adhäsionsschicht 9 zwischen der Isolationsschicht 1 und dem Leiterdraht 2 zerstört ist.
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Hierbei ist nicht zwingend nach jedem Pressvorgang das Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3,4 zu wechseln. Denkbar ist auch, dass zunächst mehrere Male hintereinander über das erste Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3 der Druck aufgebaut und wieder entlastet wird, während das zweite Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 entlastet bleibt. Der Vorgang kann zunächst so lange durchgeführt werden, bis die Adhäsionsschicht 9 unterhalb des ersten Paares sich gegenüberliegender Pressbacken 3 zerstört ist. Im Anschluss daran wird das erste Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3 entlastet, während das zweite Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 periodisch den Druck auf den darunterliegenden Oberflächenbereich der Isolationsschicht 1 ausübt.
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Unabhängig davon, ob ein ständiges Abwechseln der beiden Paare sich gegenüberliegender Pressbacken 3,4 durchgeführt wird oder andersgeartete Zyklen beim Pressen verwendet werden, werden die Kräfte stets verschiebungs- und momentenneutral in die Isolationsschicht 1 eingeprägt. Hierdurch wird eine Beschädigung des Leiterquerschnitts vermieden. Dadurch, dass lediglich Presskräfte auf die Leiteroberfläche und den diese umgebenden Isolationsmantel ausgeübt werden, entsteht kein Isolationsabrieb. Hierdurch verursachte Verschmutzungen können somit vermieden werden.
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Der abisolierte Bereich der Isolationsschicht 1 ist eindeutig durch die Geometrie der Pressbacken definiert. Entsprechend ergibt sich auch ein definiertes Isolationsende am gesamten Drahtumfang. Ferner ist gewährleistet, dass der gesamte Bereich bis zum Drahtende von der Isolation befreit ist.
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4 zeigt den Leiterdraht 2 nach Durchführung des Verfahrens, wie im Zusammenhang mit 3 beschrieben. Nach dem wiederholten Flächenpressen ist die Adhäsionsschicht zwischen dem Isolationsmantel und dem darunterliegenden Leiterdraht 2 vollständig zerstört. Die Pressbacken haben schließlich auch durch den von ihnen ausgeübten Druck zu einem Bruch innerhalb der Isolationsschicht 1 am Rande der jeweiligen Pressbacken geführt, sodass der Isolationsmantel einfach abgezogen werden kann. Diese Auftrennung des Isolationsmantels entlang dessen Umfangsrichtung bedarf keinerlei Schneidewerkzeug. Die Verwendung von Schneiden zur Abisolation bringt stets die Gefahr mit sich, dass vom Leiterdrahtmaterial Späne abgelöst werden und hierdurch ein Kurzschluss im elektrischen System verursacht werden kann. Diese Gefahr kann durch das hier beschriebene Verfahren effektiv ausgeschlossen werden.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Entfernung der Isolationsschicht 1. Die Vorrichtung umfasst vier Kipphebel 5, von denen sich jeweils zwei gegenüberliegen und an deren Ende die bereits mehrfach beschriebenen Paare sich gegenüberliegender Pressbacken 3, 4 angeordnet sind. Ein erstes Paar Kipphebel 5 umfasst das erste Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3, während ein zweites Paar Kipphebel 5, das gegenüber dem ersten paar Kipphebel 5 um 90° gedreht angeordnet ist, das zweite Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 umfasst.
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Die Kipphebel 5 sind über Rollen 10 an einem Ende einer Welle 6 mit elliptischem Querschnitt gelagert. Die Welle 6 wird rotiert und bewirkt durch die Rotationsbewegung, dass abwechselnd die Pressbacken des ersten Kipphebelpaares und des zweiten Kipphebelpaares auf die dazwischenliegende Isolationsschicht 1 gepresst werden. Auf diese Art und Weise ist eine sehr einfache Vorrichtung gegeben, mit deren Hilfe die Flächenpressung wiederholt und immer abwechselnd von dem ersten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 3 und dem zweiten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken 4 durchgeführt wird.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung einer Pressbacke der Vorrichtung nach 5. Die Pressbacke umfasst an einem Ende eine erhabene Kante 7. Mithilfe dieser erhabenen Kante 7 wird der Bruch des Isolationsmantels, der sich in Umfangsrichtung zwischen dem zu entfernenden Teil der Isolation und dem verbleibenden Teil der Isolation erstreckt, unterstützt. Ferner hilft die erhabene Kante 7 dabei, den gelösten Teil des Isolationsmantels vom Leiterdraht 2 abzustreifen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isolationsschicht
- 2
- Leiterdraht
- 3
- ersten Paar sich gegenüberliegender Pressbacken
- 4
- zweites Paar sich gegenüberliegender Pressbacken
- 5
- Kipphebel
- 6
- Welle
- 7
- Kante
- 8
- abzuisolierender Drahtabschnitt
- 9
- Adhäsionsschicht
- 10
- Rollen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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