DE1546941A1 - Verfahren zum Trocknen und Haerten des Lackueberzuges eines Drahtes - Google Patents

Description

Verfahren zum Trocknen und Härten des Lacküberzuges eines Drahtes

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und Härten des flüssigen Lacküberzuges eines sich fortlaufend bewegenden Drahtes durch gleichzeitige Einwirkung von Strahlungswärme und Konvektionswärme.

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Aus dem USA-Patent i 9^7 5*»6 ist ein Trockenofen für Draht bekannt geworden, bei den der Draht von unten nach oben durch ein Rohr geführt wird, auf dessen Außenseite zur Erhitzung Flammen einwirken. Die Hitze wird nach innen auf den Draht abgestrahlt. Dabei wirkt die Strahlungswärme auf der ganzen Länge der durch das Rohr gebildeten Heizkammer ein.

Aus der deutschen Patentschrift 5bO ObI ist ein Ofen bekannt geworden, bei dem die Heizkammer auch von einem senkrecht -* stehenden Rohr gebildet wird. Dieses Rohr ist auf seiner Außen-—» seite von Heizdrahten umhüllt, die das Rohr selbst erwärmen und ^j vor allem Wärme radial nach außen abstrahlen, um einen durch *"* Öffnungen as unteren Ende der rohrförmigen Ueizkammer einge-

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Patentanwalt· Dipi.-Ing. Martin EJcht, Dipi.-Wirttch.-lnQ. Axel Hansmann, Dipl.-Phyi. Sebastian Herrmann t MDNCHfNI, THItIf ItHSTiASlE » · W·*»: SIiH- TttafimM-MrMwi UpaHi/ΜΜι« it. Mwr — H>r4B^, Kt».Nr. mim - i i-KwiiBi thtm Hr.

MTtNTANWAtT Dt. IiINHOlO SCHMIDT

führten Luftstrom vorzuwärmen, der den Draht in der Ileitfkainmer durch Konvektion erwärmt. Die Heizdrähte umgeben die rohrformige Heizkammer im wesentlichen auf ihrer ganzen Länge, wobei jedoch durch die obere Wandung eines äußeren Isoliergehäuses bedingt das aus diesem Isoliergehäuse herausragende obere Ende der Heizkammer nicht von lleizdrähten umgeben ist. Aus dem genannten oberen Ende der rohrförmigen Heizkammer tritt dann der Konvektionsluftstrom seitlich aus, um wieder in einen Vorwärmer zu gelangen.

Aus der schweizerischen Patentsehrift l^r>9 ü23 ist schließlich ein Ofen der in Rede stehenden Art bekannt geworden, bei

" welchem im unteren feil der Ofenkammer Heizelemente, beispielsweise elektrische Widerstände angeordnet sind, die zur Erwärmung eines in der Ofenkamaer aufsteigenden heißen Gasstromes dienen. Dieser Teil der Ofenkaaaer dient also als Quelle heißen Gases. In de« oberen Teil der Ofenkaaaer wirkt der heiße Gasstrom zur Trocknung auf den Lacküberzug des Drahtes ein und wird dann durch steuerbare seitliche Auslaßöffnungen ausgelassen. Dabei befindet sich in dem abgeschlossenen oberen Ende der Ofenkaaaer oberhalb der Auslässe für den heißen Gasstron ein ebenfalls regelbarer Einlaß für Druckluft, Auf diese Veise ist es abglich, den allein durch Zugwirkung in der Ofenkaaaer aufwärts getriebenen Heißgas«troa entsprechend den jeweiligen Anforderungen zu kontrollieren. Vie erwähnt, dienen die ia unteren Teil der Ofenkaaaer angebrachten Heizelemente zur Erwäraung des Gasstromes, der dann die bei dieser Erwärmung aufgenoaaene Wärae ia oberen Teil der Ofenkaaaer in dem gewünschten Maße an den aufgeheizten Draht abgibt. Die Wäraezufuhr ist also hier auf die ia unteren Teil der Ofenkaaaer angebrachten elektrischen Widerstände beschränkt, während im oberen Teil der Ofenkamaer zur Erwärmung des Drahtes lediglich die Wärme nachwirkt, die ia unteren Teil der Ofenkaaaer von den elektrischen Widerständen abgegeben worden ist.

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Beim Trocknen von Lackdrahten besteht nun nach wie vor eine Schwierigkeit darin, das Lösungsmittel beim Trocknungsvorgang schnell genug zu verdampfen, ehe das Härten der Oberfläche des Lacküberzuges soweit fortgeschritten ist, daß diese verhältnismäßig undurchdringlich für das Lösungsmittel ist. Geschieht, das nicht, dann kocht das Lösungsmittel unterhalb der bereits erhärteten überfläche des Lacküberzuges und macht" diesen rauh. Ls kann sicli auch eine unerwünschte Blasenbildung ergeben, wenn beispielsweise der Laeküberzug an der Oberfläche schneller polymerisiert als das Lösungsmittel aus den inneren Schichten entfernt. Derartige Mängel machen die lackierten Drähte aber für viele Anwendungen, insbesondere auf elektrotechnischem Gebiet, unbrauchbar. |

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei dem das unerwünschte Kochen des Lösungsmittels unter einer erhärteten Außenhaut und unerwünschte Blasenbildung vermieden werden.

Ausgehend von einem Verfahren der eingangs als bekannt, vorausgesetzten Art kennzeichnet sich die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe dadurch, daß am Anfang der Behandlung gleichzeitig Strahlungswärme und Konvektionswärme für einen Lösungsmittelentzug mit größtmöglicher Geschwindigkeit angewendet wird, während dem Draht während der restlichen Be- " handlungsdauer mittels eines vorgewärmten Luftstromes zur Konvektionswärme zugeführt" wird, um den Laeküberzug zu härten.

Die Temperatur, auf die der Laeküberzug durch die gemeinsame Anwendung von Strahlungswärme und Konvektionswärme erhitzt wird, wird nach Maßgabe des Siedepunktes des Lösungsmittels und der³ Polymerisationsgeschwindigkeit des Lackes gewählt. Nachdem der Lack auf diese Veise durch Strahlungswärme und Konvektionswärme erwärmt worden ist, wird er durch die Konvektionswärme des vorgewärmten Luftstromes solange auf der Temperatur gehalten, bis der Lack erhärtet und das gesamte ί 9 09 851714 7 U ';

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Lösungsmittel verdampft ist. Der verstärkte Lösungsmittelentzug am Anfang der Behandlung gestattet, es, die iiärtungzone des Ofens verhältnismäßig kurz zu gestalten.

iLs folffl nine Erläuterung des erfindungsgemäßon Verfahrens anhand einer Zeichnung. .

Die Zeichnung zeigL einen Ofen zum Trocknen und Härten des Laeküberzuges von Drähten, der für das erfindungsgemäße Verfahren benutzt werden kann. Ein niclituberzogener Kupferdraht 1 wird durch die Lackiervorrichtung 2 geschickt, in der

W ein Überzug aus einem Harz und einem Lösungsmittel in flüssiger Form aufgetragen wird. Nachfolgend passiert der Draht eine Öffnung 3 am boden des Ofens 'i, wo er unmittelbar einer Wärmestrahlung ausgesetzt wird, welche von wärraestrahlenden Platten 5 geliefert wird, die wie gezeigt, auf beiden Seiten des Drahtes angebracht sind. Ein Ventilator 6 liefert einen Luftstrom in die Zone, in der das Lösungsmittel abgestreift wird, der in Pfeilrichtung verläuft. Diese Luft kann mit Hilfe eines katalytischen Brenners 7 erwärmt werden, der die Dämpfe verbrennt, die während des Vorganges frei werden. Ein Hilfsbrenner ^ ist vorgesehen, welcher zusätzliche Wärme für die Luft liefert, die durch den Ventilator .6 eingeführt wird,

^ falls eine solche Zufuhr erwünscht ist. Die Temperatur der Luft, die in der Zone zirkuliert, in der das Lösungsmittel abgestreift werden soll, kann z.B. riit Hilfe eines Thermostaten y geregelt werden, der auf der Zeichnung in Nachbarschaft der Aus trittsöffnung des Drai.tes 1 aus der Zone des Lösungsmitteleatzugs angebracht ist und eine weitere Lärmezufuhr zur iJrhöhung der Lufttenperatur anzeigt oder die Zufuhr von Kaltluft durch eine öffnung 10 zur Minderung der Temperatur regelt. Die Luftzuleitung 11 steht in Verbindung mit der Zone neben der Eintrittsöffnung 3> in der das Lösungsmittel abgestreift wird. Somit ist die Erwärmung des Lacküberzuges des Drahtes 1 unmittelbar nach dessen Eintritt in den Ofen k verstärkt. Die Temperatur der Luft in der Zone des Lösungs-

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pii ttelentzuges wird durcJi den Thermostat 9 geregelt, so daii die Temperatur des Lacküberzuges auf dem Draht auf der gewünschten Höhe gehalten wird, nachdem dieser die Stellung .verlassen hat, in der er der Strahlungswärme der Strahlplatten 5 ausgesetzt wird.

Nachdem der Draht durch die Zone zum Lösungsinittelentzug gelaufen ist, wird er in Aufwärtsrichtung durch die Zone des Ofens geschickt, in der der Lack endgültig polymerisiert oder gehärtet wird, ehe er den Ofen verläßt und in eine Kühlvorrichtung 13 geleitet wird. Der Draht kann einem oder mehreren zusätzlichen Durchgängen durch den Emaillierofen unterworfen werden ader den Ofen in Pfeilrichtung verlassen. "

Durch die Verbindung von Strahlungs- und Konvektionsheizung wird der Lack schnell auf die höchstmögliche Temperatur erwärmt, so daß der Lösungsmittelentzug unmittelbar nach dem Eintritt in den Ofen stattfindet und die Temperatur des Lackes auf der gewünschten Höhe gehalten wird, ohne daß ein Überhitzen erfolgt. Wie die Zeichnung zeigt, werden Strahlungsplatten 5 angewendet, damit der Draht 1 unmittelbar nach seinem Eintritt in den Ofen der Strahlungswärme unLerworfen wird. Man hat festgestellt, daß die Strahlungsplatten 5 eine Temperatur zwischen 590 ΰ und 650 C haben können. Diese Temperatur stellt annähernd das Vierfache der gewünschten Höchsttempe- j ratur des Lackes während des Lösungsmittelentauges dar, bewirkt aber keine vorzeitige Härtung der Oberflächenschicht des Lackes. Die Anwendung von Strahlungswärme bietet außerdem den Vorteil, daß der Lacküberzug mit Tiefenwirkung erwärmt wird, wodurch das Temperaturgefälle im Überzug auf etwa 10⁰C oder weniger verringert wird. Da die Diffusionsfähigkeit des flüssigen Lösungsmittels (d.h. die Fähigkeit an die Oberfläche des Lackes zu wandern), mit anwachsender Temperatur zunimmt, unterstützt ein möglichst geringes Temperaturgefälle den Lösungsmittelentzug.

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Die Temperatur der Heizluft oder des -gases, welche oder welches während des Vorganges zum Abstreifen des Lösungsmittels benutzt wird, wird durch die Höchsttemperatur bestimmt, die den jeweils verwendeten Lack nicht so schnell polymerisieren läßt, daß eine "Haut" gebildet wird, die das in den unteren Schichten verbleibende Lösungsmittel einschließt oder abschließt. Wird die Temperatur auf dieser Höhe gehalten, dann liegt sie genau unterhalb der Temperatur, bei der der Lack Blasen bilden kann, und es wird gleichzeitig die größtmögliche Geschwindigkeit für den Lösungsmittelentzug gewährleistet, auch dann, wenn der Draht nicht mehr der Strahlungswärme ausgesetzt ist. Es ist einleuchtend, daß die "BIa-™ senteraperatur^w in Abhängigkeit von dem verwendeten Lack variiert, aber leicht für jede Lackart bestimmt werden kann. Wird beispielsweise Polyvinylharz zur Bildung eines Überzuglilmes auf einem Draht benutzt, dann beträgt die "blasentemperatur" des Lackes während des Lösungsmittelentzuges etwa 155 G. Wird beispielsweise ein Polyesterharz verwendet, dann beträgt die "Blasentemperatur" des Harzes beim Lösungsmittelentzug etwa lb7°C.

Um die entscheidende Holle der Höchsttemperatur der Oberflächenschicht des Lacktiberzuges darzustellen, werden die temperaturabhängigen Härtedauern eines Lackes aus einem Polyvinylharz angegeben:

Temperatur Härtedauer

in o_{C in} Min.

155°C .60 Minuten

190⁰C 2,75

°C 0,10

Es leuchtet also ein, daß die "Blasentemperatur" für je den verwendeten Lack bestimmt werden kann, und daß diese während des Lösungsmittelenttuges nicht überschritten werden sollte.

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¥ic oben angeführt, ist wesentlich, daß die während des Lösungsmittelentzuces aufgewendete V.'ärrae .sieh zusammensetzt aus Strahlungswärme mit erheblich über der "ßlasenteraperatur" des Drahtes liegenden Temperatur und-aus der Konvektionswärme eines. Luftstromes jnit einer Temperatur, genau unterhalb der "Dlasenteraperatur" des ,jeweils verwendeten Lackes und dem Siedepunkt des noch im. Lack,verbliebenen Lösungsmittels, vorausgesetzt, daß der.Siedepunkt unter der "Blasentemperatur" 1 iejrt, ■.......-,-.

i Wie bereits, angeführt, ist es erwünscht, daß eine verhältnismäßig hohe Geschwindigkeit des verwendeten Luftstromes erzeugt wird. Man hat herausgefunden, daß bei Anwendung eines " Luftstromes, der.parallel zur Achse,des Drahtes strömt, der mit dem ungehärteten Laek-ttberzug versehen ist, die Geschwindigkeit, gemessen im Verhältnis,zum Draht, etwa 210 m je Minute betragen kann, ohne daß eine turbulente Strömung auftritt, die den Überzug des Drahtes verformt. Obwohl eine derartige Luf tgeschwindigkeit im Laboratorium ohne Auftreten von Turbulenz möglich ist, hat sich in der Praxis erwiesen, daß die verhältnismäßige Luftgeschwindigkeit etwa 150 m/Min nicht überschreiten sollte, damit die Unterschiede in den !!erstell lungsvorriclitungen und -verfahren abgefangen werden, Eine derartige Geschwindigkeit gewährleistet eine schnelle Erwärmung des Lacküberzugs durch Wärmeströmung, ohne daß eine den Film g verformende Turbulenz auftritt.

Wenn verhältnismäßig starke Drähte lackiert werden, ändert sich das Verhältnis von Strahlungswärme zur Konvektionswärme beim Lösungsinittelentzug zugunsten der Strahlungswärme. War der Durchmesser des niehtüberzogenen Kupferdrahtes beispielsweise i,45 mm» dann hat man einen Draht von großem Gütegrad erzeugt, .wenn 50 > der Gesamtwärme während des Lösungsmittelentzuges durch Strahlungswärme geliefert wurden.

Betrug der Durchmesser des niehtiiberzogenen Kupferdrahtes 0,574 mni, hat man erfindungsgemäß gute Ergebnisse erzielt,

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wenn der Anteil der Strahlungswärme während des Lösungsmittel· entzugs auf 35$ gemindert wurde. Bei dem in der beigefügten Abbildung dargestellten Ofen kann das Verhältnis der durch Strahlung gelieferten Wärme mit Hilfe der üblichen Uegulierungsvorrichtungen geregelt werden, die durch den Thermostat 12 in Tätigkeit gesetzt werden.

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- i'iittjnLansprüche -

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Claims (1)

1. NEUER PATENTANSPRUCH (zur Offenlegung)

   Verfahren zum Trocknen und Härten des flüssigen Lack-Uberzuges eines sich fortlaufend bewegenden Drahtes durch gleichzeitige Einwirkung von Strahlungswärme und Konvektionswärme, dadurch gekennzeichnet, daß am Anfang der Behandlung gleichzeitig Strahlungswärme und Konvektionswärme für einen Lösungsmittelentzug mit größtmöglicher Geschwindigkeit angewendet wird, während dem Draht während der restlichen Behandlungsdauer mittels eines vorgewärmten Luftstromes nur Konvektionswärme zugeführt wird, um den LackUberzug zu härten.

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   Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann. Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann

   • MONCHfNl, THERESIINSTRASSEB-TvMo^XlSa-Tafeifaa^AAOTtUiNrtlifMfeciM« ■ayw. Vtninibank MSndiMi, Z«nlg«t. Chker-von-Miltar-liiie, Kto.-Nr. Ml 4K · fotltdmkKonto: MOitdim Nr. U33J7

   : PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

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