DE102021001740A1

DE102021001740A1 - Coating process for micro flat wires

Info

Publication number: DE102021001740A1
Application number: DE102021001740.4A
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2022-10-06

Abstract

2.1. Die Erfindung betrifft ein Beschichtungsverfahren für Mikroflachdrähte mit vorzugsweise rechteckiger Querschnittsgestalt, bei dem die gesamte Drahtoberfläche oder auch nur ein definierter Teil davon mit einer elektrisch isolierenden Schicht dauerhaft bedeckt wird.2.2. Erfindungsgemäß wird diese Schicht als vorgeformtes Band dem Mikroflachdraht zugeführt und unter Beteiligung einer zugeführten Energie erweicht und zusammen mit dem Mikroflachdraht verpresst, verklebt und vernetzt.2.3. Die Erfindung eignet sich besonders für die elektrische Isolierung von Mikroflachdrähten.2.1. The invention relates to a coating method for flat microwires with a preferably rectangular cross-section, in which the entire wire surface or only a defined part of it is permanently covered with an electrically insulating layer.2.2. According to the invention, this layer is fed to the flat micro wire as a preformed band and softened with the participation of supplied energy and pressed, bonded and crosslinked together with the flat micro wire.2.3. The invention is particularly suitable for the electrical insulation of flat microwires.

Description

Einsatzgebiet und technischer HintergrundField of application and technical background

Die Erfindung betrifft den Vorgang der Oberflächenbeschichtung von Drähten, um als lackisolierte Wickeldrähte für die Herstellung elektrischer Spulen geeignet zu sein. Solche Spulen finden als elektronische Bauelemente, in Transformatoren oder in elektrischen Kraftmaschinen Verwendung. Hierbei liegt der Fokus auf Drähten mit flacher rechteckiger Querschnittsgestalt, vorzugsweise auf besonders dünnen Mikroflachdrähten mit einer Dicke um 0,1 Millimeter und darunter und einer Breite von einigen Millimetern. Zu den Vorteilen dieser Mikroflachdrähte zählen die guten Hochfrequenzeigenschaften, z. B. in Drosseln und Übertragern von Schaltwandlern bei Frequenzen im MHz-Bereich, aber auch die guten Konstruktionseigenschaften für Spulen mit hohem Füllfaktor und guter Wärmeabgabe im modernen Elektromaschinenbau bei neuartigen Wickeltechnologien. Gegenüber herkömmlichen Flach- und Profildrähten, die seit Jahrzehnten bevorzugt im Elektromaschinenbau eingesetzt werden, stellen Mikroflachdrähte nicht nur eine andere Dimension sondern auch eine neue Qualität dar, die neue Herstellungstechnologien erfordert.The invention relates to the process of surface coating wires to make them suitable as enamelled winding wires for the manufacture of electrical coils. Such coils are used as electronic components, in transformers or in electric power machines. The focus here is on wires with a flat, rectangular cross-section, preferably on particularly thin micro-flat wires with a thickness of around 0.1 millimeters and less and a width of a few millimeters. The advantages of these micro flat wires include the good high-frequency properties, e.g. B. in chokes and transformers of switching converters at frequencies in the MHz range, but also the good design properties for coils with a high fill factor and good heat dissipation in modern electrical engineering with new winding technologies. Compared to conventional flat and shaped wires, which have been the preferred choice in electrical engineering for decades, micro flat wires not only represent a different dimension, but also a new quality that requires new manufacturing technologies.

Neben der präzisen Herstellung des dünnen Drahtsubstrats erweist sich auch dessen Beschichtung mit einem dünnen aber robusten elektrischen Isoliermaterial mit Hilfe bekannter Technologien als schwierig. Beim Lackieren solcher Drähte mit den sonst für Runddrähte üblichen und bewährten Technologien zeigt sich das Problem, dass die Kanten sehr unzuverlässig oder gar nicht beschichtet werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Kohäsion des aufgetragenen Materials entlang der Flächen Zugspannungen entwickelt, die vor der Trocknung oder endgültigen Vernetzung zum Zerreißen des Lacks an Kanten mit kleinen Radien führt. Auch das mehrfache Wiederholen dünner Aufträge in zeitlicher Folge ist nicht geeignet, dieses Problem zu lösen. In der Praxis zeigen sich mit herkömmlichen Techniken bisher unüberwindliche Probleme, die das maximal herstellbare Breite-Dicke-Verhältnis des Flachdrahts und somit seine Abmessungen nach unten begrenzen, denn ein Wickeldraht mit unzuverlässiger Lackbeschichtung - gerade an den in einer Wicklung besonders kritischen Kanten - ist für die Herstellung von elektrischen Spulen nicht brauchbar.In addition to the precise manufacture of the thin wire substrate, coating it with a thin but robust electrical insulating material using known technologies has also proven to be difficult. When coating such wires with the technologies that are otherwise customary and proven for round wires, the problem arises that the edges are coated very unreliably or not at all. This is due to the fact that the cohesion of the applied material develops tensile stresses along the surfaces, leading to tearing of the paint at edges with small radii before drying or final crosslinking. Repeating thin applications several times in chronological order is also not suitable for solving this problem. In practice, problems that were previously insurmountable with conventional techniques have been found, which limit the maximum width-thickness ratio that can be produced for the flat wire and thus its dimensions, because a winding wire with an unreliable lacquer coating - especially on the edges that are particularly critical in a winding - is for not useful for the manufacture of electrical coils.

Welchen Einfluss ein möglichst dünner und gleichmäßiger Lackauftrag auf den Kupferfüllfaktor einer Wicklung hat, macht folgender Zahlenvergleich deutlich: Ein Mikroflachdraht mit dem Querschnitt 0,1 x 3,5 mm = 0,35 mm² hat einen Umfang von 7,2 mm. Ein Runddraht mit dem gleichen Querschnitt hat einen Durchmesser von 0,668 mm und einen Umfang von nur 2,1 mm, was weniger als ein Drittel ist. Im gleichen Verhältnis steht der Lackquerschnitt bei gleicher Lackdicke, was die Anforderung an dünne Lackschichten bei Flachdrähten noch erhöht. Kommt es zu Ungleichmäßigkeiten der Lackdicke, so zählt bei übereinander gewickelten Flachdrahtwindungen stets die Maximaldicke, was die Anforderung an die Gleichmäßigkeit weiter erhöht.The following comparison of figures clearly shows the influence of the thinnest and most even coating possible on the copper fill factor of a winding: A flat micro wire with a cross-section of 0.1 x 3.5 mm = 0.35 mm ² has a circumference of 7.2 mm. A round wire of the same cross-section is 0.668 mm in diameter and only 2.1 mm in circumference, which is less than a third. The lacquer cross-section has the same relationship with the same lacquer thickness, which increases the requirement for thin lacquer layers on flat wires. If there are irregularities in the paint thickness, the maximum thickness always counts for flat wire windings wound on top of each other, which further increases the requirement for uniformity.

Stand der TechnikState of the art

Für die Herstellung von Drahtlackierungen kommen überwiegend lösungsmittelhaltige Nasslacke als Drahtlackharzschmelzen, Drahtlackharz-Dispersion oder wässrige Lösungen von Drahtlackharzen zum Einsatz, die mittels Düse oder Filz in mehrfachen Durchläufen aufgetragen, getrocknet und vernetzt werden. Bei einem runden Drahtquerschnitt sorgt die gleichmäßige Oberflächenkrümmung für eine tendenziell gleichmäßige Materialverteilung der anfangs noch flüssigen bzw. weichen Beschichtung durch die entlang des Umfangs gleichmäßig verteilten Kohäsions- und Adhäsionskräfte. Allerdings kommt es u. a. durch Schwerkraft zu Abweichungen der Schichtdicke entlang des Umfangs, weshalb wegen der Dickenschwankungen allgemein mehr Lack aufgetragen wird, als zur Erfüllung der technischen Qualitätsstandards unbedingt erforderlich wäre.For the production of wire coatings, mainly solvent-based wet coatings are used as wire coating resin melts, wire coating resin dispersions or aqueous solutions of wire coating resins, which are applied, dried and crosslinked in multiple passes using a nozzle or felt. In the case of a round wire cross-section, the uniform surface curvature ensures that the material distribution of the coating, which is initially still liquid or soft, tends to be uniform due to the cohesion and adhesion forces that are uniformly distributed along the circumference. However, it comes u. Gravity causes variations in the thickness of the layer along the perimeter, which is why, because of the variation in thickness, more paint is generally applied than is absolutely necessary to meet the technical quality standards.

Bei Profil- und Flachdrähten kommt es ohne weitere Maßnahmen zusätzlich zu einer ungleichmäßigen Verteilung der Lackdicke an Flächen, Radien und Kanten. Besonders an kleinen Radien und erst recht an scharfen Kanten werden viel dünnere Lackaufträge bis hin zum Aufreißen der Beschichtung beobachtet. Um dennoch auch an Kanten oder Radien eine zuverlässige Lackbedeckung zu erreichen, wurden viele Lösungsansätze vorgeschlagen.In the case of shaped and flat wires, if no further measures are taken, there will also be an uneven distribution of the coating thickness on surfaces, radii and edges. Especially on small radii and even more so on sharp edges, much thinner paint applications up to the point of the coating tearing are observed. In order to nevertheless achieve reliable paint coverage on edges or radii, many approaches have been proposed.

So werden Kantenradien möglichst groß gehalten, um sie an die Lackviskosität anzupassen ( DD6703A1 ), was den Kupferquerschnitt verringert und auf Kosten des Kupferfüllfaktors der Wicklung geht. Eine andere bekannte Möglichkeit ist, zuerst Runddrähte zu lackieren, die anschließend zu Profildrähten gewalzt und bei Bedarf nochmals überlackiert werden, wobei der ursprüngliche Lack als Haftvermittler dient. Auch die bevorzugte Beschichtung der Kanten in einem ersten Schritt ( DE847459B ) oder ein nachträgliches Abtragen aufgestauter Lackbereiche ( DE102016222923A1 ) werden vorgeschlagen. Weiterhin sind speziell geformte Lackier- oder Lackabstreifdüsen für Flachdrähte bekannt, um einen gleichmäßigeren Lackauftrag zu erreichen ( DD157637A1 , DD291866A5 ). Für ein großes Verhältnis von Breite zu Dicke sind alle diese Maßnahmen nicht anwendbar.Edge radii are kept as large as possible in order to adapt them to the paint viscosity ( DD6703A1 ), which reduces the copper cross section and comes at the expense of the copper fill factor of the winding. Another known possibility is to first paint round wires, which are then rolled into shaped wires and painted over again if necessary, with the original paint serving as an adhesion promoter. The preferred coating of the edges in a first step ( DE847459B ) or subsequent removal of accumulated paint areas ( DE102016222923A1 ) are suggested. Furthermore, specially shaped lacquer or lacquer wiping nozzles for flat wires are known in order to achieve a more even application of lacquer ( DD157637A1 , DD291866A5 ). For a large width to thickness ratio, all these measures are not applicable.

Um das Wegziehen des Lacks von den Kanten zu verhindern, werden spezielle Haftvermittler aufgetragen ( DD257518A1 ) oder Lacke mit thixotropen Eigenschaften unter genau abgeglichenen Einsatzbedingungen verwendet, um einen gleichmäßig verteilten Lackauftrag zu erreichen ( DD113653B1 , DE1204723A , EP3594969A1 ).Special adhesion promoters are used to prevent the paint from being pulled away from the edges applied ( DD257518A1 ) or paints with thixotropic properties are used under precisely balanced application conditions in order to achieve an evenly distributed paint application ( DD113653B1 , DE1204723A , EP3594969A1 ).

Neben der Verwendung von Nasslacken ist auch das Extrudieren von Lacken aus einer festen Phase bekannt. Die DE2638763B2 beschreibt ein Verfahren, bei dem ein lösungsmittelfreies teilkristallines thermoplastisches Polykondensat mit hohem Kristallitschmelzpunkt auf die Drahtoberfläche extrudiert wird. In der EP30717B1 wird ebenfalls ein Extrusionsverfahren beschrieben, das dort vorzugsweise für eine zweite Lachschicht Verwendung findet.In addition to the use of wet paints, the extrusion of paints from a solid phase is also known. the DE2638763B2 describes a process in which a solvent-free, semi-crystalline thermoplastic polycondensate with a high crystalline melting point is extruded onto the wire surface. In the EP30717B1 an extrusion process is also described, which is preferably used there for a second laughing layer.

Trotz der genannten vielfältigen Lösungsvorschläge zeigt sich in der Praxis, dass selbst technologisch erfahrene Drahtlackier-Betriebe beim Lackieren von Mikroflachdrähten mit den eingangs genannten Merkmalen an ihre technologischen Grenzen stoßen, was sich in erster Linie in einer unzureichenden Kantenisolation zeigt. Das hat zur Folge, dass die Abmessungen, insbesondere die Dicke, lackierter Mikroflachdrähte wegen ihrer Lackierbarkeit nach unten begrenzt sind.In spite of the wide range of proposed solutions mentioned, it has been shown in practice that even technologically experienced wire coating companies reach their technological limits when coating flat microwires with the characteristics mentioned at the beginning, which is primarily reflected in inadequate edge insulation. The consequence of this is that the dimensions, in particular the thickness, of lacquered flat microwires have a lower limit because of their lacquerability.

Anstelle des Lackierens oder ergänzend dazu gibt es weitere Beschichtungsverfahren für Drähte wie das Bandagieren, Umwickeln , Umspinnen und Laminieren. So beschreibt EP59866B1 die Teilleiterisolation mit einer Filmbandwicklung oder einer Duplexglaswicklung. Als Polymer für die Isolation wird Polyimid vorgeschlagen. Auch aus EP356928A1 , DE102008055591A1 und DE102010001991B4 sind ähnliche Lösungen bekannt, die das Substrat mit Isolierfolien umspinnen und z. T. mit Schmelzkleber fixieren, mit gut wärmeleitfähigen Zuschlagsstoffen kombinieren oder mit weiteren Isolier- und Schutzschichten überziehen. In DE19653387C2 wird ein Prepreg-Material für die Wicklungsisolierung in Folienwickeltechnik vorgeschlagen, wobei Kupfer- oder Aluminiumblech-Breitbahnen zusammen mit der Isolierfolie als Wicklung aufgewickelt werden.Instead of painting or in addition to it, there are other coating processes for wires such as bandaging, wrapping, braiding and laminating. So describes EP59866B1 the partial conductor insulation with a film tape winding or a duplex glass winding. Polyimide is proposed as the polymer for the insulation. Also from EP356928A1 , DE102008055591A1 and DE102010001991B4 similar solutions are known that spin the substrate with insulating and z. T. fix with hot-melt adhesive, combine with good thermally conductive additives or cover with additional insulating and protective layers. In DE19653387C2 a prepreg material for winding insulation using foil winding technology is proposed, with broad sheets of copper or aluminum sheeting being wound up together with the insulating foil as a winding.

Alle genannten Verfahren sind für das Beschichten von Mikroflachdrähten nicht sinnvoll einsetzbar, weil derartige Isolierfolien eine technologische Mindestdicke haben, die deutlich über den Schichtdicken liegt, die für einen vertretbaren Kupfer-Füllfaktor in Wicklungen noch als technisch sinnvoll gelten kann. Das Umwickeln oder Umspinnen setzt weiterhin eine ausreichende Stabilität des Substrats voraus, um die erforderlichen Umformkraft wirken zu lassen, die von Mikroflachdrähten aber nicht aufgebracht wird. Auch eine während des Wickelprozesses eingebrachte Lagenisolation wird für einen ausreichenden Füllfaktor allgemein zu dick sein und lässt sich auch nicht bei jeder Wickelgeometrie oder -technik anwenden.None of the methods mentioned can be used sensibly for the coating of flat microwires because such insulating films have a technological minimum thickness that is significantly greater than the layer thicknesses that can still be considered technically sensible for an acceptable copper fill factor in windings. Wrapping or spinning also requires the substrate to be sufficiently stable in order to allow the required forming force to take effect, which is not applied by flat microwires. A layer insulation introduced during the winding process will generally be too thick for a sufficient fill factor and cannot be used with every winding geometry or technique.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Die technische Aufgabenstellung besteht in der Entwicklung eines alternativen Beschichtungsverfahrens, das den speziellen Anforderungen, Dimensionen und der Geometrie von Mikroflachdrähten besser gerecht wird und das genannte Problem der ungleichmäßigen Lackdicke und ungenügenden Kantenbeschichtung zu lösen erlaubt.The technical task is to develop an alternative coating process that better meets the special requirements, dimensions and geometry of flat microwires and allows the problem of uneven paint thickness and insufficient edge coating to be solved.

Problemlösung, Beschreibung der ErfindungSolution to the problem, description of the invention

Das Problem wird mit der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.The problem is solved with the invention characterized in the main claim. Advantageous configurations are specified in the further claims.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, ein Beschichtungsmaterial zu verwenden, das bereits vor dem Beschichtungsprozess eine ausreichende Formstabiltät aufweist und während der Verarbeitung nur sehr begrenzt erweicht wird, um seine ursprüngliche Form der Querschnittsform des Substrats anpassen und mit diesem verkleben zu können. Diese Anpassung ist bei den vorzugsweise ebenen Flächen der Mikroflachdrähte und deren geringer Materialdicke nicht besonders schwierig. Der ursprüngliche Strukturzusammenhang des Beschichtungsmaterials kann dabei erhalten bleiben, ein Wegfließen an Kanten, wie es bei Materialien mit niedriger Viskosität auftritt, ist ausgeschlossen. Auch eine Nahtstelle im Randbereich oder entlang einer Fläche ist technisch mit vergleichsweise einfachen Mitteln realisierbar. Was bei Runddrähten nicht möglich wäre, lässt sich bei Formdrähten mit einer flachen rechteckigen Querschnittsgestalt erfolgreich durchführen.The basic idea of the invention is to use a coating material that already has sufficient dimensional stability before the coating process and is only softened to a very limited extent during processing in order to adapt its original shape to the cross-sectional shape of the substrate and to be able to bond with it. This adaptation is not particularly difficult given the preferably flat surfaces of the flat microwires and their small material thickness. The original structural context of the coating material can be retained, and there is no risk of it flowing away at edges, as is the case with low-viscosity materials. A seam in the edge area or along a surface can also be technically realized with comparatively simple means. What would not be possible with round wires can be successfully carried out with shaped wires with a flat, rectangular cross-sectional shape.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, auf den Flachdraht eine trägerlose Beschichtungsmasse mit ausreichendem Feststoffanteil aufzutragen, die als weitgehend formstabiles Halbzeug, vorzugsweise als dünnes Band, zugeführt wird. Während des Beschichtungsvorgangs wird dieses Halbzeug durch Einwirkung einer äußeren Energie, vorzugsweise als Wärme, in einen plastisch verformbaren und gleichzeitig stark adhäsiven Zustand gebracht und bei Einwirkung einer flächigen Presskraft der Form des Substrats angepasst und mit diesem verklebt. Neben der Einwirkung von Wärme liegt es im Rahmen der Erfindung, auch in anderer Weise auf die Beschichtungsmasse einzuwirken, um sie zu verkleben und im notwendigen Maße auch zu verformen. Dies kann z. B. mittels mechanischer oder elektromagnetischer Energie oder mit lokal und zeitlich begrenzt an der Oberfläche wirkenden Lösungsmitteln geschehen.According to the invention, an unsupported coating mass with a sufficient solids content is applied to the flat wire, which is supplied as a largely dimensionally stable semi-finished product, preferably as a thin strip. During the coating process, this semi-finished product is brought into a plastically deformable and at the same time strongly adhesive state by the action of external energy, preferably heat, and is adapted to the shape of the substrate under the action of a surface pressing force and bonded to it. In addition to the action of heat, it is also within the scope of the invention to act on the coating composition in other ways in order to bond it and also to deform it to the necessary extent. This can e.g. B. by means of mechanical or electromagnetic energy or with locally and temporarily acting solvents on the surface.

Um den Flachdraht vollständig zu umhüllen werden den beiden Hauptflächen zwei solcher Halbzeugbänder, die etwas breiter als der Flachdraht selbst sind, gleichzeitig oder zeitlich nacheinander zugeführt, auf die Flächen aufgebracht und an den Überständen außerhalb der Ränder des Flachdrahts miteinander verklebt. Alternativ kann ein Halbzeugband auch so breit bemessen sein, dass es zum Bedecken beider Hauptflächen ausreicht, an den Drahträndern umgeschlagen und auf der abgewandten Hauptfläche verklebt wird. Je nach geplanter Anwendung kann es sogar ausreichen, den Flachdraht nur einseitig und mit ausreichendem Randüberstand zu beschichten. Bei geeigneter Weiterverarbeitung würde auf jeder Blankseite stets eine beschichtete Seite liegen, so dass die Windungsisolation stets gesichert ist.In order to completely encase the flat wire, two such semi-finished strips, which are slightly wider than the flat wire itself, are fed simultaneously or sequentially to the two main surfaces, applied to the surfaces and glued together at the overhangs outside the edges of the flat wire. Alternatively, a semi-finished strip can also be dimensioned so wide that it is sufficient to cover both main surfaces, folded over at the wire edges and glued to the main surface facing away. Depending on the planned application, it may even be sufficient to coat the flat wire on only one side and with a sufficient edge overhang. With suitable further processing, there would always be a coated side on each bare side, so that the winding insulation is always secured.

Je nach Einsatzfall kann es sinnvoll oder notwendig sein, dem Beschichtungsvorgang noch eine Nachbehandlung folgen zu lassen, um die Beschichtung dauerhaft zu fixieren oder chemisch zu vernetzen, damit es zu einer Härtungsreaktion kommt und ein erneutes Aufschmelzen oder Lösen der Beschichtung während der Weiterverarbeitung oder im späteren Gebrauch verhindert wird.Depending on the application, it may be useful or necessary to have the coating process followed by an after-treatment in order to permanently fix or chemically crosslink the coating so that a hardening reaction occurs and the coating melts again or dissolves during further processing or later use is prevented.

Für die Bereitstellung eines solchen Beschichtungsmasse-Halbzeugs sind elektrisch isolierende Materialien geeignet, die als ausreichend dünnes biegsames und genügend rissfestes Band hergestellt, durch Einwirkung geeigneter Energien oder Stoffe aufgeschmolzen oder gelöst und auf dem Substrat geformt und verklebt und mittels einer geeigneten Nachbehandlung vernetzt werden können. Zur Herstellung solcher Halbzeuge ist der Einsatz von Extrusionsverfahren gebräuchlich.Electrically insulating materials that are produced as a sufficiently thin, flexible and sufficiently tear-resistant strip, melted or dissolved by the action of suitable energies or substances and formed and bonded on the substrate and crosslinked by means of a suitable post-treatment are suitable for providing such a semi-finished coating composition. For the production of such semi-finished products, the use of extrusion processes is common.

Derartige Materialien werden z. B. als Schmelzklebefolien angeboten, wobei vorzugsweise Copolyamide zum Einsatz kommen. Sie bleiben auch nach der Verarbeitung thermoplastisch, können sich also jederzeit bei Erreichen ihrer Schmelztemperatur oder bei Einwirkung von Lösungsmitteln erneut verformen, vom Substrat lösen oder zwischen zwei aufeinander liegenden Windungen verdrängt werden und so einen Kurzschluss ermöglichen. Die Betriebstemperatur für Spulen mit einer solchen Drahtbeschichtung dürfte dann also z. B. einen Wert um 120 °C nicht übersteigen, was für elektrische Wicklungen allgemein nicht ausreicht.Such materials are z. B. offered as hot-melt adhesive films, preferably copolyamides are used. They remain thermoplastic even after processing, so they can deform again at any time when their melting temperature is reached or when they are exposed to solvents, detach from the substrate or be displaced between two adjacent turns and thus enable a short circuit. The operating temperature for coils with such a wire coating should then be z. B. do not exceed a value of 120 ° C, which is generally not sufficient for electrical windings.

Eher zu bevorzugen ist deshalb ein Material, das sich nach der Beschichtung chemisch vernetzen lässt und damit in einen irreversiblen duroplastischen Zustand verwandelt wird. Als Stoffbeispiele kommen Kombinationen aus Phenolharzen und Nitrilkautschuk in Frage, wie sie als hitzeaktivierbarer Film von Herstellern angeboten werden, um z. B. hochfeste und temperaturbeständige Klebeverbindungen zwischen Maschinenbauteilen herzustellen. Ursprüngliche Anwendungen solcher Materialien sind das Aufkleben von Brems- oder Kupplungsbelägen auf Trägerscheiben oder das Befestigen von Permanentmagneten in Motoren. Sie werden als dünner elastischer Film mit einer Dicke ab ca. 30 µm angeboten und auf einer Trennfolie, z. B. Silikonpapier, geliefert. Die zweckgemäße Verarbeitung sieht vor, diesen hitzeaktivierbaren Film zwischen die Oberflächen zweier zu fügender Teile auszulegen und beide Teile unter Einwirkung einer ausreichend hohen Temperatur bei angemessenem Flächendruck über eine bestimmte Prozesszeit hinweg miteinander zu verkleben. Man unterscheidet bei der Verarbeitung zwei Etappen. Beim so genannten Vorlaminieren mit Temperaturen von ca. 90..120 °C wird das Material weich und klebrig und kann somit leicht verformt und dauerhaft auf einer oder auch beiden Flächen verklebt werden, solange derartige Temperaturen nicht erneut auftreten und es wieder weich wird. Solange diese Temperaturen nicht überschritten werden, bleibt das Material also noch thermoplastisch. Zu einer dauerhaften Vernetzung kommt es in einer zweiten Etappe mit Temperaturen ab ca. 120 °C, vorzugsweise aber in Temperaturbereichen von 180..250 °C.Therefore, preference should be given to a material that can be chemically crosslinked after coating and is thus transformed into an irreversible duroplastic state. Combinations of phenolic resins and nitrile rubber come into question as material examples, such as those offered by manufacturers as heat-activatable films, e.g. B. to produce high-strength and temperature-resistant adhesive bonds between machine components. Original applications of such materials are the adhesion of brake or clutch linings to carrier discs or the attachment of permanent magnets in motors. They are offered as a thin, elastic film with a thickness of approx. B. Silicone paper supplied. Appropriate processing envisages laying this heat-activatable film between the surfaces of two parts to be joined and gluing both parts together under the influence of a sufficiently high temperature with appropriate surface pressure for a specific process time. There are two stages in processing. During so-called pre-lamination with temperatures of approx. 90..120 °C, the material becomes soft and sticky and can therefore be easily deformed and permanently bonded to one or both surfaces, as long as such temperatures do not occur again and it becomes soft again. As long as these temperatures are not exceeded, the material remains thermoplastic. A permanent cross-linking occurs in a second stage with temperatures from approx. 120 °C, but preferably in temperature ranges from 180 to 250 °C.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Drahtbeschichtung sieht nun vor, einen solchen hitzeaktivierbaren Film zweckentfremdend nicht als Klebstoff zwischen zwei Flächen, sondern als Beschichtung auf nur einer Fläche zu verwenden und die zweite Fläche während der Verarbeitung mit einer Antihaftschicht zu bedecken, um ein Ankleben zu verhindern. Wird diese Antihaftschicht nach dem Aushärten des Films entfernt, so bleibt eine trockene und feste Beschichtung zurück. Es zeigt sich, dass dabei die Schichtstärke bis auf etwa die Hälfte der ursprünglichen Halbzeugdicke komprimierbar ist, so dass Schichtstärken ab ca. 15 µm realisierbar sind, womit auch sehr dünne Flachdrähte noch akzeptable Kupfer-Füllfaktoren erreichen können.The method of wire coating according to the invention now provides for such a heat-activatable film to be used as a coating on only one surface and not as an adhesive between two surfaces and to cover the second surface with a non-stick layer during processing in order to prevent sticking. If this non-stick layer is removed after the film has cured, a dry and firm coating remains. It has been shown that the layer thickness can be compressed to around half the original thickness of the semi-finished product, so that layer thicknesses from around 15 µm can be achieved, with which even very thin flat wires can still achieve acceptable copper fill factors.

Sofern das verwendete Beschichtungsmaterial mit Lösungsmitteln angelöst werden kann, sieht das erfindungsgemäße Verfahren alternativ auch vor, teilweise mit Lösungsmitteln anstelle von Wärme zu arbeiten, z. B. um eine Vorlaminierung zu ermöglichen. Dies kann vor allem bei zeitlich mehrstufiger oder umlaufender Beschichtung vorteilhaft sein, weil die Anwendung von Lösungsmitteln im Allgemeinen nicht zum Umschlagen in den duroplastischen Zustand führt.If the coating material used can be partially dissolved with solvents, the method according to the invention alternatively also provides for working with solvents instead of heat, e.g. B. to allow pre-lamination. This can be advantageous above all in the case of multi-stage or circumferential coating, because the use of solvents does not generally lead to a transition to the duroplastic state.

Im Unterschied zu den bekannten Drahtlackierverfahren mit Nasslacken, wo es stets zu beachtlichen Toleranzen der Lackdicke entlang des Umfangs von Runddrähten kommen kann, lassen sich mit dem vorgeschlagenen Verfahren äußerst gleichmäßige und genau reproduzierbare Schichtstärken erzielen, weil die ursprüngliche gleichmäßige Dickenverteilung des Halbzeugs kaum verändert wird. Auch die sonst beim Nasslackieren stets präsenten Fehlerbilder wie Blasen- oder Kraterbildung sind hier ausgeschlossen.In contrast to the known wire coating methods with wet paints, where there can always be considerable tolerances in the thickness of the paint along the circumference of round wires, the proposed method can be used to create an extremely uniform and precisely reproducible layer Achieve greater strength because the original uniform thickness distribution of the semi-finished product is hardly changed. Errors such as blisters or craters, which are otherwise always present with wet painting, are also excluded here.

Je nach Schema des Beschichtungsauftrags kann es nach dem Vernetzen notwendig sein, die an den Rändern überstehende Beschichtung gerade zu beschneiden, wofür ein genauer Abstand zur eingeschlossenen Flachdrahtkante einzuhalten ist.After curing, depending on the coating application scheme, it may be necessary to trim the coating protruding at the edges straight, keeping a precise distance from the enclosed flat wire edge.

Alle Phasen des beschriebenen Beschichtungsvorgangs können technisch so ausgeführt werden, dass ein kontinuierlicher Auftragsprozess von Rolle zu Rolle möglich ist. Als nachteilig könnte sich allerdings die begrenzte Länge der Bänder des Beschichtungswerkstoffs erweisen, der z. B. als Rollen mit weniger als 100 m Länge handelsüblich ist. Abhilfe bringt ein nahtloses Ansetzen des Materials beim Austausch mit jeder folgenden Rolle.All phases of the coating process described can be carried out technically in such a way that a continuous application process from roll to roll is possible. However, the limited length of the bands of the coating material could prove to be disadvantageous. B. is commercially available as rolls with less than 100 m in length. This can be remedied by seamlessly attaching the material when replacing it with each subsequent roll.

In einer Ausgestaltung ist es vorgesehen, die Extrusion des Bandes direkt am Ort der Drahtbeschichtung durchzuführen und als vorgelagerten Inline-Prozess zu betreiben. Hierbei kann die Beschichtung direkt aus dem Extruder auf den Flachdraht erfolgen. Um die Vorteile des Verfahrens zu bewahren muss das Halbzeug dabei aber bereits ausreichend formstabil sein, bevor es auf den Flachdraht trifft.In one embodiment, the strip is extruded directly at the location of the wire coating and operated as an upstream inline process. The coating can be applied to the flat wire directly from the extruder. In order to retain the advantages of the process, however, the semi-finished product must already be sufficiently dimensionally stable before it comes into contact with the flat wire.

Auf diese Weise wird erreicht, dass keine begrenzten Rollenlängen mehr auftreten und kein zusätzliches Abfallprodukt in Form der Trennfolie entsorgt werden muss.In this way it is achieved that there are no longer any limited roll lengths and no additional waste product in the form of the release film has to be disposed of.

Für Mikroflachdrähte wird angenommen, dass sie in elektrischen Spulenwicklungen einen grundlegend höheren geometrischen Ordnungsgrad aufweisen, als er bei der Verwendung von Runddraht erzielbar ist. Zwar ist auch mit Runddrähten ein hoher Ordnungsgrad bei Ausführung als orthozyklische Wicklung sowie der Einsatz von Lagenisolationen möglich, wird aber aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen oft nicht konsequent realisiert. So liegen auch oft Windungen mit größeren Spannungsdifferenzen an- oder übereinander und erzeugen punktuelle Druckstellen, ohne dass es zu elektrischen Schlüssen oder Überschlägen kommen darf. Dementsprechend hoch sind die Bedingungen für Drahtlacke nach den einschlägigen Industrienormen.For micro-flat wires it is assumed that they have a fundamentally higher degree of geometric order in electrical coil windings than can be achieved when using round wire. Although a high degree of order is also possible with round wires when designed as an orthocyclic winding and the use of layer insulation, this is often not consistently implemented for technological and economic reasons. Windings with larger voltage differences are often next to or on top of each other and create selective pressure points without electrical short circuits or flashovers occurring. The conditions for wire enamels according to the relevant industry standards are correspondingly high.

Ein Mikroflachdraht in besonderen Anwendungsbereichen wird hingegen vorzugsweise als Flachwicklung Windung auf Windung und somit auch Fläche über Fläche gewickelt, so dass die Anforderungen an die Windungsisolation bezüglich mechanischer und elektrischer Festigkeit unter Umständen geringer angenommen werden kann als bei Runddrähten, was eine weiter reduzierte Lackstärke oder auch eine nur einseitige Beschichtung rechtfertigen kann. Um so wichtiger ist dabei eine zuverlässige Kantenisolation.A micro-flat wire in special areas of application, on the other hand, is preferably wound as a flat winding, turn on turn and thus also surface on surface, so that the requirements for the winding insulation with regard to mechanical and electrical strength can under certain circumstances be assumed to be lower than for round wires, which means a further reduced coating thickness or can justify a coating on one side only. Reliable edge isolation is all the more important.

Für das erfindungsgemäße Verfahren können folgende hauptsächlichen Vorteile gegenüber herkömmlichen Lackierverfahren für Rund- und Flachdrähte angegeben werden:

1) Erstmals ist es möglich, Mikroflachdrähte mit einer dünnen aber elektrisch zuverlässigen und umlaufenden Lackschicht zu versehen.
2) Es ist ein sehr gleichmäßiger Schichtauftrag - je nach Bedarf ein- oder doppelseitig - erzielbar. Hierdurch wird in der Anwendung für Wickeldrähte ein besserer Kupferfüllfaktor erreicht, was solche Wicklungen energetisch effizienter macht.
3) Gegenüber einer Vielzahl von Durchläufen für wiederholtes Lackieren und Trocknen bzw. Einbrennen ist hier nur ein Durchlauf erforderlich.
4) Die Energie- und Umweltbilanz wird als besser eingeschätzt, weil viel weniger umweltschädliche Lösungsmitteldämpfe abgegeben werden und deutlich weniger Abwärme entsteht.

The following main advantages can be stated for the method according to the invention compared to conventional painting methods for round and flat wires:

1) For the first time it is possible to provide flat micro wires with a thin but electrically reliable coating all around.
2) A very even layer application can be achieved - on one or both sides, as required. As a result, a better copper fill factor is achieved in the application for winding wires, which makes such windings more efficient in terms of energy.
3) Only one pass is required here, as opposed to a large number of passes for repeated painting and drying or baking.
4) The energy and environmental balance is estimated to be better because far fewer environmentally harmful solvent vapors are emitted and significantly less waste heat is generated.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders in Kleinanlagen für die Anwendung in Sonderproduktionen mit begrenztem Produktionsaufkommen geeignet und lässt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand mittels einer Sondermaschine realisieren.The method according to the invention is particularly suitable in small systems for use in special productions with limited production volume and can be implemented with comparatively little effort using a special machine.

Anhand von Ausführungsbeispielen soll die Erfindung nachstehend erläutert werden. Die 1 bis 4 zeigen einen Flachdraht mit dem realistischen Seitenverhältnis 3,5 mm : 0,1 mm und der umhüllenden Beschichtung im Querschnitt, wobei

in 1 die einseitige Beschichtung,
in 2 eine doppelseitige symmetrische Beschichtung,
in 3 eine doppelseitige unsymmetrische Beschichtung und
in 4 eine umlaufende Beschichtung mit doppelseitigem Umschlag

dargestellt sind. Die 5 zeigt schließlich eine einfache Beschichtungsvorrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens.The invention will be explained below on the basis of exemplary embodiments. the 1 until 4 show a flat wire with the realistic aspect ratio 3.5mm:0.1mm and the enveloping coating in cross-section, where

in 1 the one-sided coating,
in 2 a double-sided symmetrical coating,
in 3 a double-sided asymmetrical coating and
in 4 a surrounding coating with a double-sided envelope

are shown. the 5 finally shows a simple coating device for carrying out the method described.

Die einseitige Beschichtung nach 1 ist für Wicklungen geeignet, bei denen Windung über Windung ohne einen Vorschub gewickelt wird, was in vielen Anwendungen der Fall ist. Mit einer einfachen Vorrichtung nach 5 ist eine solche Beschichtung durchführbar. Der blanke Flachdraht 7 wird von einer Haspel 1 abgespult und über eine Führungs- und Umlenkrolle 6 einer Prozesstrommel 2 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Klebstofffilm 8 mit in der Zeichnung oben liegender Antihaftschicht von einer Haspel 4 abgespult und an der Führungsrolle 6 mit dem Blankdraht zusammengeführt. Auf diese Weise rollen nun beide Komponenten über die in geeigneter Weise profilierte Mantelfläche der Prozesstrommel 2, wobei der Flachdraht durch seine Eigenspannung einen Druck auf den Klebstofffilm ausübt. Die Prozesstrommel ist induktiv beheizt, so dass der Klebstofffilm mit dem Blankdraht verschmilzt und vernetzt. Die zwischen Klebstofffilm und Prozesstrommel liegende Antihaftschicht 10 verhindert das Verkleben mit der Prozesstrommel. Der Umschlingungswinkel um die Prozesstrommel und deren Durchmesser werden genügend groß gewählt, damit für eine vom Material vorgegebene Mindestdauer des Klebeprozesses immer noch eine ausreichend hohe Bahngeschwindigkeit und Produktivität erzielt wird. Die beiden Haspeln 3 und 5 wickeln den beschichteten Draht 9 und die Antihaftschicht 10, die beide hinter der Umlenkrolle voneinander getrennt werden, einzeln auf.The one-sided coating after 1 is suitable for windings where turn after turn is wound without a feed, which is the case in many applications. With a simple device 5 such a coating is feasible. The bare flat wire 7 is unwound from a reel 1 and fed to a process drum 2 via a guide and deflection roller 6 . At the same time, an adhesive film 8 with the non-stick layer on top in the drawing is unwound from a reel 4 and brought together on the guide roller 6 with the bare wire. In this way, both components now roll over the suitably profiled lateral surface of the process drum 2, with the flat wire exerting pressure on the adhesive film due to its own stress. The process drum is inductively heated so that the adhesive film fuses and crosslinks with the bare wire. The non-stick layer 10 lying between the adhesive film and the process drum prevents sticking to the process drum. The angle of wrap around the process drum and its diameter are selected sufficiently large so that a sufficiently high web speed and productivity can still be achieved for a minimum duration of the gluing process specified by the material. The two reels 3 and 5 individually wind the coated wire 9 and the non-stick layer 10, both of which are separated from one another behind the deflection roller.

Wird eine umlaufende Beschichtung gefordert, so zeigen die 2..4 geeignete Beschichtungsschemen, wobei das Schema nach 4 am vorteilhaftesten, aber auch am aufwändigsten zu realisieren ist. Hier ist ein unbeschichteter Restspalt s vorgesehen, um die unvermeidlichen Maßtoleranzen abzupuffern. Dieser Restspalt ist in beinahe allen Anwendungsfällen unbedenklich, denn selbst dann, wenn zwei solcher Drahtflächen parallel oder einander kreuzend übereinander liegen, kann es nicht zum direkten elektrischen Kontakt kommen. Der Vorteil ist, dass hier eine gute Passgenauigkeit an den Rändern erzielt werden kann und das Beschichtungsmaterial an den kritischen Rändern nicht erst verklebt werden muss, sondern sofort als geschlossenes Ganzes aufgebracht wird. Auch für die Realisierung dieser Anordnungen ist als Grundbestandteil eine Vorrichtung nach 5 geeignet, die z. T. mehrfach anzuordnen und mit weiteren Elementen zu ergänzen ist.If a circumferential coating is required, the 2 ..4 suitable coating schemes, the scheme according to 4 is the most advantageous, but also the most complex to implement. An uncoated residual gap s is provided here in order to buffer the unavoidable dimensional tolerances. This residual gap is harmless in almost all applications, because even if two such wire surfaces lie parallel or crossing one another, direct electrical contact cannot occur. The advantage is that a good fit can be achieved at the edges and the coating material does not have to be glued to the critical edges first, but is applied immediately as a closed whole. A device is also required as a basic component for the realization of these arrangements 5 suitable, the z. T. to be arranged several times and supplemented with other elements.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Claims

Coating process for flat microwires with a preferably rectangular cross-sectional shape, in which the entire wire surface or only a defined part of it is permanently covered with an electrically insulating layer, characterized in that this layer is fed to the flat microwire as at least one preformed, largely homogeneous band and with the participation of a supplied energy or a solvent and is pressed and crosslinked together with the micro flat wire in such a way that it adapts its cross-sectional shape to the cross-section of the wire and forms a permanent adhesive bond with its surface and at the same time becomes a permanent electrical insulating layer.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating process is carried out as a continuously running process.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating material used is a combination of phenolic resin and nitrile rubber.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating material used is a copolyamide or a similar copolymer.

procedure after claim 1 , characterized in that after the cross-linking process, the edges are mechanically reworked, in particular by trimming.

procedure after claim 1 , characterized in that the preformed layer is produced directly at the site of the wire coating as an upstream in-line process by extrusion from an extrusion mass and is further processed immediately.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating is only on one side according to 1 is applied.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating is symmetrical on both sides according to the gluing of the edges 2 is applied.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating is asymmetrical on both sides with gluing of the edges according to 3 is applied.

procedure after claim 1 , characterized in that the coating circumferentially with envelope and central seam according to 4 is applied.