DE1690780A1 - Verfahren zur Herstellung der Isolierung elektrischer Leiter - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Isolierung elektrischer Leiter, insbesondere auf ein neues Verfahren zur Isolierung elektrischer Leiter und auf die Leiter, die verfahrensgemäss isoliert sind.

Dem Durchschnittsfachmann der elektrischen Isolierungstechnik ist es bekannt, auf elektrische Leiter wie Drähte und dergleichen eine Lackfilm-Isolierung aufzubringen. Im allgemeinen wird der elektrische Leiter in einer Drahtbehandlungsanlage (* wire mill) überzogen, in welcher ein länglicher Draht von einer Versorgungstrommel abgenommen und kontinuierlich durch ein Bad der isolierenden Überzugsflilesigkeit geleitet wird. Der Draht mit dem anhaftenden Überzugsmaterial wird sodann durch einen Trocken- oder Härteofen hindurchgeführt, in welchem der isolierende Überzug gehärtet bzw. chemisoh vernetzt wird, Anschliessend wird der Draht dann in sich wiederholenden Behandlungsstufen nochmals durch das Isolierbad und den Trockenofen hindurchgeführt, bis ein Überzug der gewünschten Dicke

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auf dem elektrischen Leiter entstanden ist. Der überzogene isolierte Draht wird dann gewöhnlich auf einer Aufnahme trommel zum Zwecke der Lagerung his zum Gebrauch aufgewickelt.

Bei dem Überziehen elektrischer Leiter auf die eben geschilderte Weise besteht die Aushärtung des isolierenden Lackmaterials in einer chemischen Reaktion, bei der einer der Inhaltsstoffe des ^ Lacks mit einem anderen Inhaltsstoff unter Bildung einer vernetzten, festen und flexiblen Filmisolierung reagiert. Bei diesem Verfahren werden Wasser und/oder andere flüchtige Nebenprodukte entwickelt. Diese Nebenprodukte müssen zum Zwecke der Schaffung einer guten elektrischen Isolierung im wesentlichen entfernt werden. Die gewöhnliche Praxis des Versuchs,= diese flüchtigen Nebenprodukte zu entfernen, besteht darin, dass man einen Trockenofen verwendet, welcher eine hohe Temperatur zur Aushärtung dar verschiedenen Schichten der Filmisolierung erzeugt.

Um eine im wesentlichen vollständige Entfernung dieser flüchtigen Nebenprodukte während der Aushärtung der Filmisolierung zu be- w wirken und um eine gute elektrische Isolierung zu schaffen, werden aussergewöhnlich hohe Temperaturen benötigt, weiche einen

unerwünschten Nebeneffekt mit. sich bringen. Dieser unerwünschte Nebeneffekt besteht darin, dass diese hohen Aushärtungstemperaturen eine nachteilige Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften der Filmisolierung zur Folge haben. Allgemein gesagt wurde gefunden, dass diese Filmisolierung dazu neigt, brüchig zu werden, wenn sie hohen Härtetemperaturen im normalen Härteofen ausgesetzt wird, wobei der isolierte elektrische Leiter beim Wiokeln oder bei Reibungen Beschädigungen unterworfen wird. Daher ist bei der derzeitigen Isolierungstechnik die Temperatur

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des Trockenofens und die Zeit des Hindurchlaufens des überzogenen elektrischen Leiters durch diesen zwangsweise ein Kompromiss zwischen der im wesentlichen vollständigen Entfernung der flüchtigen Nebenprodukte zum Zwecke der Erzielung optimaler elektrischer Eigenschaften und der physikalischen Zersetzung des -Isolierfilmes, welche noch unter den jeweiligen Umständen bezüglich des-vorgesehenen Gebrauches des jeweiligen Leiters für isolierte elektrische Leiter annehmbar ist. ^

Es wurde kürzlich gefunden, dass das Brüchigwerden (Sprödewerden) der Filmisolierung teilweise dadurch hervorgerufen wird, dass sich Sauerstoff mit dem sich härtenden Film bei der Härtetemperatur umsetzt. Es wurde ferner gefunden, dass dann, wenn die nachteiligen Einwirkungen des Sauerstoffs eliminiert oder verringert werden können, eine bessere chemische Härtung bezüglich der gewünschten elektrischen Eigenschaften erreicht werden kann, ohne dass nachteilige Beeinträchtigungen der physikalischen Eigenschaften des Films auftreten. Schliesslich wurde gefunden, ^s dass ein Isolierfilm auf Draht, welcher zunächst auf normale Weise gehärtet wurde, dadurch wesentlich verbesserte elektrische Eigenschaften erhält, dass eine weitere Härtung durchgeführt " wird, bei welcher die nachteiligen Effekte des Sauerstoffs auf die Härtung eliminiert sind.

Es ist daher ein Gegenstand vorliegender Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung isolierter elektrischer Leiter zu schaffen.

Ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung ist,einen verbesserten filmisolierten elektrischen Leiter vorzuschlagen.

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Es ist ferner ein Gegenstand vorliegender Erfindung, eine neue Härtemethode bezüglich dieser Mlmisolierung auf elektrischen Leitern zu offenbaren.

Ein weiterer Gegenstand vorliegender Erfindung besteht darin, dass .eine zusätzliche Härtemethode für vorgehärtete filmisolierte elektrische Leiter vorgeschlagen wird.

Schliesslich ist es auch Gegenstand vorliegender Erfindung, eine verbesserte Filmisolierung auf elektrischen Leitern vorzuschlagen, welche dadurch geschaffen wird, dass solche Leiter einem zweiten verbesserten Aushärten unterworfen werden.

Bei der Durchführung dieser Erfindung gemäss einer der genannten Aüsführungsformen, wird ein verbesserter filmisolierter elektrischer Leiter geschaffen, wobei die Filmisolierung in einem nicht oxidierenden Medium ausgehärtet wurde. Gemäss einer anderen Ausführungsform vorliegender Erfindung wird ein elektrischer Leiter mit gehärteter Filmisolierung einer weiteren Aushärtung in einem nicht oxidierenden Medium unterworfen.

Vorliegende Erfindung, deren Schutz angestrebt wird, wird in den nachfolgenden Ansprüchen klar angegeben, unter exakter Schutzbeanspruchung. Es darf jedoch angenommen werden, dass diese Erfindung und die Art ihrer Ausführung sowohl als auch die Art und Weise, in welcher die verschiedenen Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes und deren Vorteile erhalten werden, zusammen mit anderen Ausführungsformen und anderen Vorteilen klarer verstanden werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung

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der verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen, insbesondere unter Zuhilfenahme der beiliegenden Zeichnungen.

Figur 1 zeigt, eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform vorliegender Erfindung, welche sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung der kontinuierlichen Beschichtung bezieht.

Figur 2 zeigt teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung gemäss vorliegender Erfindung, welche zur Durchführung einer zweiten Aushärtung von vorgehärteten filmisolierten elektrischen Leitern dient.

Figur 2a ist eine Teilansicht im Schnitt und zeigt eine modifizierte Ausbildung, welche sowohl bei der Vorrichtung nach Figur 1 als auch bei der Vorrichtung nach Figur 2 zur Anwendung gelangen kann.

Figur 3 zeigt eine Anzahl von Kurven, welche den Verlustwinkel von gehärteten PolyvinyIformal-überzogenen elektrischen leitern bei verschiedenden Temperaturen angeben, wobei der Fortschritt, der gemäss vorliegender Erfindung erzielbar ist, illustriert wird.

Figur 4 stellt eine andere Gruppe von Kurven dar, welche den Verlustwinkel von gehärteten Polyvinylformal-überzogenen elektrischen Leitern bei verschiedenen Temperaturen angeben, wobei die Verbesserungen angegeben sind, welche gemäss einer Ausführungsform vorliegender Erfindung erzielbar sind.

Figur 5 zeigt weitere Kurven einer Epoxylaokfilmisolierung, welche auf einem elektris.chen-aieiter gehärtet wurde, wobei die Verbesserungen angegeben sind, welche gemäss einer Ausführungsform vor-

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liegender Erfindung erzielbar sind.

Figur 6 zeigt eine Kurvengruppe einer Polyesterlackfilmisolierung, welche auf einem elektrischen Leiter gehärtet wurde, wobei die Fortschritte gezeigt sind, welche gemäss einer Ausführungsform vorliegender=Erfindung bewirkt werden können.

Figur 7 schliesslieh zeigt eine Gruppe von Kurven, welche die verbesserten Alterungscharakteristika von Polyvinylformallack angeben, welcher zur Isolierung elektrischer Leiter dient und gemäss einer Ausführungsform vorliegender Erfindung ausgehärtet wurde.

Wie bereits oben ausgeführt, liegt vorliegender Erfindung die Erkenntnis zugrunde ^ dass die elektrischen Eigenschaften der Filmisolierung auf elektrischen Leitern ohne nachteilige Beeinflussung ihrer physikalischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden, wenn der filmüberzogene Draht in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bzw. einem nicht oxidierenden Medium gehärtet wird.

Die beiliegende Figur 1 zeigt eine Ausführungsform der Beschichtungsvorrichtung, welche zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens brauchbar ist. In Figur 1 ist eine Drahtbeschichtungsvorrichtung zum Beschichten von sich kontinuierlich bewegenden elektrischen Leitern dargestellt. Wie in Figur 1 gezeigt, besteht diese Drahtbeschichtungsvorrichtung aus einem Basiselement 10, in welchem sich eine gewisse Menge an geeigneter Überzugsflüssigkeit 12 zum Isolieren befindet, wobei ein Härte- bzw. !Trockenofen 14 oberhalb des Basiselements 10 angeordnet ist. Ein elktrischer Leiter 16, welcher in der Drahtbeschichtungsvorrichtung

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überzogen werden soll, ist um eine Versorgungstrommel 18 gewickelt und wird von dieser Trommel über eine Umlenkrolle 20, welche im Basiselement 10 innerhalb der isolierenden Überzugsflüssigkeit 12 angeordnet ist, in der gezeigten Weise geführt. Der Draht 16 wird um die Umlenkrolle 20 herumgeführt, wo er mit dem Überzugsmaterial versehen wird, welches an ihm hängen bleibt; anschliessend läuft der Draht durch einen Mundring 22, wie er dem Durchschnittsfaohmann bekannt ist, sowie durch den Trockenofen 14 und schliesslich um eine.zweite Umlenkrolle 24. Der Draht 16 wird dann wieder zum Λ Basiselement 10, durch die Isolierflüssigkeit 12, um eine zweite, hinter der Umlenkrolle 20 angeordnete Umlenkrolle geführt, wobei ein zweiter Überzug an isolierender Flüssigkeit aufgegeben wird; sodann wird der Draht wieder durch den Trockenofen und um eine weitere Umlenkrolle 24, die darüber angeordnet ist, geleitet. Der Draht 16 durchläuft die Überzugs- und Trockenvorrichtung mehrere Male so lange, bis der Überzug die gewünschte Dicke auf dem Draht 16 erreicht hat. Der überzogene Draht wird sodann Bchliesslich

zur Aufnahmetrommel 26 geleitet. ' ι

Die neue Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten Drahtbeschichtungsvorrichtung besteht im Trockenofen 14. Wie dort gezeigt, besitzt der Trockenofen 14 hitzebeständige. Seitenwande 28 und 20· " Jede dieser Seitenwände ist mit elektrischen Heizelementen 32, die dem Durchschnittsfachmann an sich bekannt sind, ausgestattet. Ähnliche Abschlusswände, die nicht gezeigt sind, sind gleichfalls vorhanden. Der Trockenofen ist mit dem Basiselement 10 der Drahtbeschiohtungsvorrichtung sicher verbunden. Wie in der Zeichnung dargestellt, ist ein im wesentlichen luftdichtes Abschlusselement 34 über dem offenen Bereich des Basiselements 10 vorgesehen, welches sowohl das Basiaelement als auch die Seite 30 des Trocken-

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ofene berührt. Das Abschlusselement 34 ist mit Öffnungen 36 und 38 versehen, durch welche der Draht 16, der von der Trommel 18 bzw. von der Umlenkrolle 24 kommt und in das Basiselement 10 eintritt, hindurchgefühlt wird. Dabei ist, wie betont werden darf, jede der Öffnungen 36 und 38 mit Dichtungsmitteln, wie beispielsweise den Gummidichtungen 37 und 39» versehen, so dass ein Lufteintritt in den Trockenofen 14 verhindert wird. Das obere Ende des Trockenofens ist in ähnlicher Weise mit einem Abdeckelement 40 versehen. Dieses Abdeckelement 40 ist ebenfalls mit Öffnungen 42 versehen, um die Hindurchführung des Drahtes 16 möglich zu machen. Jede dieser Öffnungen 42 ist in ähnlicher Weise wie oben beschrieben, mit Abdichtungsmitteln in Form von Gummidichtungen 43 oder dergleichen ausgestattet, um einen Luftein.tritt zu verhindern. Das Element 34 ist mit einer Öffnung 44 versehen, sowie einem Ansatzstutzen 46, welcher sich von dieser Öffnung an erstreckt. Der Ansatzstutzen 46 führt vom Abschlusselement 34 und vom Trockenofen 14 zu einer Vorrichtung 48, welche entweder aus einer Vakuumpumpe besteht oder aus einer Vorrichtung, welche im Innern des Trockenofens 14 eine nicht oxidierende Atmosphäre schafft, beispielsweise aus Kohlendioxid, Stickstoff oder einem anderen Gas. Das Element 34 kann, wenn dies gewünscht wird, mit einem sich nach innen erstreckenden Schutzglied 33 versehen sein, welches Öffnungen 35 aufweist. Dieses Schutzglied 33 hilft mit, zu verhindern, dass flüssiges Überzugsmaterial 12 in die Vorrichtung 48 hineingezogen wird, was insbesondere dann verhindert werden soll, wenn es sich um eine Vakuumpumpe handelt.

Wenn die Vorrichtung 48 aus einer Vakuumpumpe besteht, so wird mit deren Hilfe das Innere des Trockenofens evakuiert und dadurch eine im wesentlichen nicht oxidierende Atmosphäre geschaffen. Dabei muss natürlich der Trockenofen 14 derartig gebaut sein, dass

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ein Vakuum angelegt werden kann, ohne Beschädigung dieses Ofens. Es ist jedoch auch möglich, eine Atmosphäre von entweder Kohlendioxid, Stickstoff oder eines anderen nicht oxidierenden Gases im Trockenofen 14 zu schaffen, wobei die Vorrichtung 48 dann ein Vorratsgefäss von entweder Kohlendioxid j Stickstoff oder eines anderen Gases ist, welches unter Druck in das Innere des Trockenofens 14 geleitet wird. Welcher der gezeigten Wege auch immer beschritten wird, das Innere des Trockenofens soll im wesentlichen aus einer nicht oxidierenden Atmosphäre bestehen, in welcher die Aushärtung des überzogenen Drahtes 16, welcher durch den Trockenofen läuft, stattfindet. Durch eine Drahtbeschichtungsvorrichtung, die der in Figur 1 gezeigten entspricht, ist es möglich, elektrische Leiter mit einer isolierenden Flüssigkeit zu beschichten und eine solche isolierende Flüssigkeit in einer nicht oxidierenden Atmosphäre auszuhärten, Wobei im wesentlichen alle flüchtigen Nebenprodukte eines solchen Überziehens im wesentlichen eliminiert werden, ohne dass eine Zerstörung oder nachteilige Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften eines solchen Überzugs erfolgt.

In Figur 2 ist ein Härteofen ähnlich dem in Figur 1 dargestellten gezeigt, in welchem filmisolierte elektrische Leiter einer zweiten Härtung unterworfen werden, welche hier im folgenden als 'Naphhärtung" oder als "nachgehärtet" bezeichnet werden, zum Zwecke einer wesentlichen Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeiten der Filmisolierung ohne nachteilige Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften der Filmisolierung. Wie in Figur 2 dargestellt ist, ist der Trockenofen 14* mit einander gegenüberstehenden, hitzebeständigen Seitenwänden 28' und 30^f ausgestattet, welche elektrische Heizelemente 32· aufweisen, genau wie dies auoh bei

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der Ausführungsform nach Figur 1 der Pail ist. Ferner sind auch (nicht gezeichnete) Abschlusswände vorhanden. Das obere Ende des Trockenofens ist mit einem oberen Dichtungselement 50 versehen, welches Öffnungen 42* enthält, und zwar in der gleichen Weise wie in Figur 1 dargestellt. Es darf betont werden, dass das Element 50 zum luftdichten Abschluss des oberen Endes des Trockenofens 14* dient. Das untere Ende des Trockenofens ist mit einem Basiselement λ 52 versehen, welches im wesentlichen den Boden des Trockenofens dicht verschliesst, jedoch Öffnungen 54 aufweist. Jede Öffnung 54 ist mit einer Dichtung in Form einer Gummidichtung 55 oder dergleichen ausgestattet.

In dieser Vorrichtung, in welcher die Nachhärtung der vorgehärteten filmisoiierten elektrischen Leiter erfolgt, ist jeder Leiter 16* um eine Versorgungstrommel 18* gewickelt, wobei der Leiter 16* von dieser Versorgungstrommel über eine ümlenkrolle 20* und durch die Öffnungen 54 und die Gummidichtungen 55 in den Trockenofen 14* geführt wird. Der isolierte Draht 16* verlässt den Trockenofen durch die Öffnung 52* des Abdeckelements 40, läuft um die Ümlenkrolle 24* . und wird von der Aufnahmetrommel 26* aufgewickelt. Es darf betont werden, dass gemäss dieser Vorrichtung es lediglich notwendig ist, dass der Draht 16* einmal durch den Trockenofen 14* hindurchgeführt wird, und zwar insoweit, als kein Erfordernis dafür besteht, dass in diesem Trockenofen separate Isolierungsüberzüge gehärtet werden, welche in der bei der DrahtbeSchichtungsvorrichtung nach Figur 1 gezeigten Weise auf den Leiter aufgebracht wurden. Ferner darf betont werden, dass die Hindurchführung des Leiters durch den Trockenofen 14* jeweils zum gewünschten Zeitpunkt durchgeführt werden kann, und zwar gemäss der Ofentemperatur und gemäss dem Typ des elektrischen Isolierfilms auf dem Draht 16* mit dem Ziel der Herstellung der gewünschten Aushärtung eines solchen filmförmigen Isolierlacks,

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wie weiter unten im einzelnen dargelegt werden wird., Ferner ist in ähnlicher Weise, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, im Dich- ■ tungselement 50 des irockenofens eine Öffnung 44* vorgesehen, wobei

diese Öffnung 44* mit einem Ansatzstutzen 46* versehen ist. Dieser Ansatzstutzen 46* führt zu einer Vorrichtung 48», welche entweder aus einer Vakuumpumpe oder einem Lieferanten an Kohlendioxid, Stickstoff oder einem anderen Gas besteht, welches oben im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben wurde. ' ~

Das Dichtungselement 50 kann ferner mit einem zweiten Ansatzstutzen 58 versehen sein, welcher in eine offene Kammer 60 führt. Wenn das Kohlendioxid, der Stickstoff oder ein ähnliches nicht oxidierendes Gas in das Element 50 und den Ofen 14* unter Druck eingeführt wird, ist es wünschenswert, üen Gasüberschuss und die flüchtigen Hebenprodukte des Härtungsprozesses zu entfernen, und zwar vorzugsweise dadurch, dass sie in der offenen Kammer 60 durch Öl, Glyzerin oder dergleichen hindurchperlen. Selbstverständlich ist der Stutzen 58 ι und die Kammer 60 nicht notwendig, wenn 48* eine Vakuumpumpe bedeutet. In diesem Fall kann der isolierte Leiter 16» der Efachhärtung seiner Isolierung durch Behandlung im Trockenofen 14* in einer | nicht oxidierenden Atmosphäre unterzogen werden, zum Zwecke einer wesentlichen Verbesserung der elektrischen Charakteristika des isolierenden Films.

In Figur 2a ist ein modifiziertes Dichtungselement dargestellt, welches bei den Härteöfen 14 oder 14* der Figuren 1 und 2 anwendbar ist, wenn dies gewünscht wird. Die Ausführungsform des Dichtungselements gemäss Figur 2a ist zum Gebrauch bei einem Ofen bestimmt, wenn dieser im evakuierten Zustand benutzt werden soll. Wie dargestellt, ist ein Dichtungselement 62 vorgesehen, welches

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zur Abdichtung"¹ des unteren Endes 64 des Trockenofens dient. Der obere Bereich des Dichtungselements 62 schafft eine Kammer 66, welche zum Hindurchführen des leiters 16 je einen oberen Ausgang 68 und einen unteren Ausgang 70 aufweist. Jeder der Ausgänge 68 und 70 ist, wie dargestellt, mit einer Gummidichtung 72, 74 verschlossen. Zum Einlassen des Gases, wie beispielsweise Kohlendioxid oder Stickstoff in die Kammer 66 unter Druck ist ein Anfe satz-stutzen 76 vorgesehen. Ein zweiter Ansatzstutzen 78 ist vorhanden, welcher in die offene Kammer 80 führt, um überschüssigem Gas zu ermöglichen, durch Öl oder Glyzerin nach aussen abzuströmen.

Zwischen dem Ausgang 70 und dem verschlossenen Ende 64 des Elements 62 ist ein rohrartiges Element 82 vorgesehen, welches in den Härteofen 14 führt. Im Element 82 ist eine Öffnung 84 und ein Ansatzstutzen 86 vorhanden, welcher an genannter Öffnung angeordnet ist. Eine, nicht gezeigte Vakuumpumpe kann am Stutzen 86 angeschlossen sein und für die Evakuierung des Ofens 14 sorgen. Der Boden des Ofens 14 kann in ähnlicher-V/eise wie in Figur 1 und 2 dargestellt, abgeschlossen sein. Andererseits können auch Dich-" tungselemente ähnlich wie 62 vorhanden sein. Unter Zuhilfenahme des modifizierten Dichtungselements 62 kann ein Vakuum im Ofen 14 erzielt werden, wobei eine Gasschicht in der Kammer 66 vorgesehen ist, welche verhindert, dass von aüssen Luft durch die Gummidichtungen, wie beispielsweise 74, in den Ofen gezogen wird. Durch Verwendung dieses modifizierten Dichtungselements kann eine bessere nicht oxidierende Atmosphäre in einem evakuierten Trockenofen erzielt werden, welcher entweder zur ersten Härtung oder zur Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung verwendet wird.

Es wurde gefunden, dass verschiedene Typen von Isolierlacken,

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welche zur Beschichtung von elektrischen Leitern verwendet werden, bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften wesentlich verbessert werden, wenn das Härteverfahren gemäss vorliegender Erfindung auf sie angewendet wird. Einige typische Vertreter von Lacken, welche auf diesem Gebiet besonders verbesserungsfähig waren, sind solche, die aus Harnstoffformaldehyd hergestellt wurden, ferner Epoxy-Lacke, Polyvinylformal-Lacke und Acryl-Lacke. Jeder dieser Sypen von Lack-Isolierungen zeigte eine bemerkenswerte Verbesserung bezüglich der elektrischen Charakteristika ohne Beeinträchtigung ihrer physikalischen Eigenschaften, wenn eine Härtung gemäss dem Verfahren vorliegender Erfindung durchgeführt wurde.

Wie dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der elektrischen Isoliertechnik wohl bekannt ist, ist eine Messgrösse für die elektrischen Eigenschaften der Isolierung der sogenannte Verlustwinkel (Verlustfaktor) dieser Isolierung. Im allgemeinen stellt der Verlustwinkel eine Masszahl· für den elektrischen Widerstand dieser Isolierung dar. Gemäss einer allgemeinen Regel sinkt der elektrische Widerstand der Isolierung bei steigender Temperatur. Ein Anstieg des Verlustwinkels ist ein Mass für die Abnahme des elektrischen Widerstandes bei ansteigender !Temperaturj das heisst also, dass der elektrische Widerstand der Isolierung umso besser ist, je niedriger der Verlustwinkel ist. Um eine Anzeige bezüglich des elektrischen Widerstandes der Isolierung zu schaffen, ist es üblich, den Verlustwinkel der Isolierung bei verschiedenen Temperaturen anzugeben.

Figur 3 zeigt Kurven, welche den Verlustwinkel verschiedener elektrischer Leiter angeben, welche mit Polyvinylformal-Lack isoliert sind, wobei die Härtung in der oben angegebenen Weise erfolgte. Die Kurven der Figur 3 zeigen den Verlustwinkel einer

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jeden dieser Isolierungen über verschiedene Temperaturbereiche, die in der Figur angegeben sind, hinweg.

Beispielsweise entspricht die Kurve A der Figur 3 einem Draht, der mit Polyvinylformal überzogen ist, wobei die Härtung in einem Luftofen innerhalb von 10 Minuten bei ungefähr 25O⁰G durchgeführt wurde. Der Draht wurde mit 8 Überzügen aus PolyvinyIformal-Lack versehen, wobei jeder Überzug in Luft gehärtet wurde. Wie anhand der Kurve A zu sehen ist, ist der Verlustwinkel bei 16O⁰O sehr niedrig, er beträgt ungefähr 7 fo. Wenn jedoch die Temperatur im Laufe der Zeit einen Wert von ungefähr 190⁰G erreicht hat, beträgt der Verlustwinkel dieses nach der üblichen Methode gehärteten Polyvinylformal-Laoks ungefähr 45 $. Die Kurve B bezieht sich auf einen Polyvinylformal-Lack-Überzug aus 8 Beschichtungen, wobei jede Beschichtung in einer Kohlendioxidatmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 275⁰G 10 Minuten lang ausgehärtet wurde. Wie der Kurve zu entnehmen ist, ist der Verlustwinkel bei 160⁰G ein wenig niedriger als der der auf herkömmliche Weise gehärteten, durch Kurve A dargestellten Polyvinylf ormal-Lack-Isolierungj bei 190⁰C beträgt der Verlustwinkel ungefähr 27 %, ^was eine Verbesserung gegenüber der herkömmlichen Härtung von ungefähr 40 fo bedeutet.

Die Kurve 0 bezieht sich auf einen im Vakuum gehärteten Polyvinylf ormal-Laok-Überzug, welcher in einem Vakuum von ungefähr 8 mm Quecksilbersäule etwa 10 Minuten lang bei 275°G nachgehärtet wurde» Der der Kurve G entsprechende Draht wurde mit 8 Überzügen aus Polyvinylformal-Lack versehen, wobei jeder Überzug ungefähr 10 Minuten lang in einem Vakuum von 8 bis 10 ram Quecksilbersäule bei 275⁰G gehärtet wurde. Bei einem Test bei einer Temperatur von 180⁰G ergab sich, dass dieser isolierte

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Draht einen Yerlustwinkel von ungefähr 25 % aufwies, d.h.. es war nur eine geringfügige Verbesserung gegenüber dem überzogenen Draht der Kurve A vorhanden. Wenn jedoch eine Nachhärtung durchgeführt wird, zeigen die elektrischen Eigenschaften dieses überzogenen Drahtes eine wesentliche Verbesserung. Yfie aus der Kurve leicht ersichtlich', ergibt sich durch die Nachhärtung eine wesentliche Verbesserung des Verlustwinkels, so dass dieser bei ä einer Temperatur von etwa 200⁰O nur ungefähr 15 i° und bei einer Temperatur von 220⁰C weniger als 30 ^a/o beträgt.

Die Kurve D der ligur 3 ist ein Beispiel für die Nachhärtung von Polyvinylformal-überzogenem Draht gemäss Kurve B in einem Vakuum von 8 mm Quecksilbersäule bei 275 G. Wie aus der Kurve D ersichtlich ist, wird die Lack-Isolierung durch eine zusätzliche Nachhärtung in einer Kohlendioxid-Atmosphäre, welche Nachhärtung sich an die Härtung des Polyvinylformals anschliesst, sehr wesentlich verbessert. G-emäss diesem Beispiel beträgt der Verlust- · winkel bei 200⁰C weniger als 10 % während er bei 23O⁰C immer noch unter 30 % liegt. Wie aus Figur 3> Kurve B zu entnehmen ist, wird eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Isolier- " Qualitäten dadurch erreicht, dass der Polyvinylformal-Lack in einer nicht oxidierenden Atmosphäre gehärtet wird. Wenn jedoch eine zusätzliche Nachhärtung durchgeführt wird, gelingt es, eine noch weitergehende wesentliche Verbesserung der elektrischen Isoliereigenschaften der Polyvinylformal-Überzugsisolierung zu erreichen.

Auf dem Gebiet der Nachhärtung verschiedener Typen von Lackisolierungen, welche auf normale Weise in einem Luftofen gehärtet worden waren, wurden ausgedehnte Untersuchungen durchgeführt.

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Es wurden verschiedene Typen von' Lacken in diesem Zustand getestet und zwar vorzugsweise solche, welche aus Polyestern, Ep oxy-Verbindungen, Polyvinylformal-Verbindungen, Acryl-Verbindungen und Harnstoff-Formaldehyd-Verbindungen hergestellt worden waren; sie zeigten eine wesentliche Verbesserung ihrer elektrischen Eigenschaften, wenn sie. der Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung unterzögen wurden.

Die folgenden Beispiele sind typisch für die Verbesserungen, welche erreichbar sind.

Beispiel 1; .

Ein elektrischer Leiter, der mit Acryl-Lack überzogen und nach an sich bekannter Weise gehärtet worden war, wurde einer Nachhärtung innerhalb von 10 Minuten in einem Vakuum von ungefähr 10 mm Quecksilbersäule bei einer Temperatur von 275⁰C unterworfen. Der Verlustwinkel bei 13O⁰C fiel bei diesem Isolierüberzug von einem Wert oberhalb 50 $ auf ungefähr 29 $·

Beispiel 2: .. ,

Ein Standard-Polyester-Lack, welcher auf Draht aufgebracht und auf an sich bekannte Weise gehärtet worden war, besass, wie festgestellt wurde, bei 15O⁰C einen Verlustwinkel von 50 #. Dieser Draht wurde sodann ungefähr 10 Minuten lang in einem Vakuum von etwa 10 mm Quecksilbersäule bei 275⁰G behandelt; anschließend wurde festgestellt, dass der so behandelte Draht bei 19O⁰C einen Verlustwinkel von nur 10 fo und bei 210⁰C von nur 28 % aufwies.

Beispiel 3s

Es wurde festgestellt, dass ein Epoxy-Drahtlack, welcher auf

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einen elektrischen Leiter aufgebracht und auf an sich bekannte Weise gehärtet worden war, bei 140⁰O einen Verlustwinkel von 42 fo besitzt. Nach einer etwa 10 Minuten langen Behandlung dieses Probestücks in einem Vakuum von etwa 10 mm Quecksilbersäule bei 325⁰G wurde gefunden, dass der Verlustwinkel bei 150⁰C 11 fo und bei 16O⁰O 24 i° beträgt. Ein zweites Muster dieses Drahts wurde etwa 10 Minuten lang in einem Vakuum von ungefähr 10 mm Queck- j| silbersäule bei 35O⁰O nachgehärtet. Bs wurde gefunden, dass dieses zweite Muster einen Verlustwinkel von 11 $ bei 160⁰O und von

45 i° bei 18O⁰G aufwies. .

Beispiel 4: ·

Es wurde gefunden, dass ein Draht, welcher auf an sich bekannte Weise mit Polyvinylformal-lack überzogen und gehärtet worden war, bei 17O⁰G einen Verlustwinkel von 12 fo und bei 190⁰C von etwa 45 Io aufweist. (Siehe bitte Kurve A der Figur 3.) Ein Stück dieses Drahts wurde etwa 10 Minuten lang in einem Vakuum von 10 mm Quecksilbersäule bei 275°G der Naohhärtung unterzogen. Es wurde festgestellt, dass dieser nachgehärtete Draht bei 17O⁰O einen * Verlustwinkel von 7 %, bei 19O⁰O von 22 <fo und bei 200⁰G einen solchen von 39 i° besitzt. Ein zweites Probestüok wurde etwa 10 Minuten lang in einem Vakuum von 10 mm Quecksilbersäule bei 35O⁰G nachgehärtet; es wurde festgestellt, dass dieses Material sodann einen Verlustwinkel von nur 4 $ bei 170⁰O, von 10 $ bei 19O⁰C und von 33 % bei 220⁰C aufweist.

Beispiel 5:

Ein Drahtleiter wurde auf an sich bekannte Weise mit einem Harnstoff-Formaldehyd-Phenol-Lack überzogen und besass bei 160⁰C einen Verlustwinkel von 33 1° und bei 168⁰G einen solohen

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von 50 fo. Dieses Probestück wurde sodann etwa 10 Minuten lang in einem Vakuum von 10 mm Quecksilbersäule bei 275⁰C nachgehärtet. Nach dieser Hachhärtung betrug sein Verlustwinkel bei 160⁰C nur noch 3 io und bei 180⁰G 12 $j er erreichte einen Wert von'50 $> selbst dann nicht, wenn die Temperatur auf 206⁰G angehoben wurde.

Alle oben dargestellten Muster waren auch nach der ITachhärtung noch flexibel, wie durch eine Durchmesserwicklung in einem Zug (» one-time diameter wrap) nach der ITachhärtung festgestellt wurde. Es kann aus dem eben Dargestellten ersehen werden, dass die ITachhärtung der verschiedenen Typen der elektrischen Isolierlacke eine wesentliche Verbesserung bezüglich ihrer elektrischen Eigenschaften erreicht werden kann, ohne dass irgend welche nachteiligen Beeinträchtigungen ihrer physikalischen Eigenschaften auftreten. -

In Figur 4 sind Kurven dargestellt, welche sich auf die ITachhärtebehandlung von PolyvinyIformal-überzogenem Draht gemäss vorliegender Erfindung beziehen. Die Kurve A der Figur 4 bezieht sich auf einen Draht, welcher.mit PolyvinyIformal überzogen wurde und der auf an sich bekannte Weise gehärtet ist. Wie zu sehen ist, verläuft die Kurve A der Figur 5 im wesentlichen äquivalent zur Kurve A der Figur 3· Die Kurve B der Figur 4 bezieht sich auf ein Beispiel eines Drahts, der mit Polyviny1-formal überzogen wurde und wie bei Kurve A gehärtet wurde, dann jedoch etwa 10 Minuten lang bei 275°C in einer Kohlendioxid-Atmosphäre nachgehärtet wurde. Wie leicht zu ersehen ist, ist der Verlustwinkel dieser Isolierung wesentlich verbessert gegenüber dem der Kurve A.

Die Kurve 0 ist ein weiteres Beispiel für einen Draht-Lack, wel-

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eher etwa 10 Minuten lang unter einer Stickstoffatmosphäre bei 275⁰C nachgehärtet wurde. Wiederum ist eine wesentliche Verbesserung bezüglich der elektrischen Eigenschaften der Isolierung festzustellen, da eine* Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung durchgeführt wurde. Die Kurven D und E sind Beispiele von mit Polyvinylformal überzogenem Draht, welcher 10 Minuten lang bei etwa 35O⁰C der Nachhärtung unterzogen wurde, wobei sich die Kurve D auf ein Vakuum von 8 mm Quecksilbersäule und die Kurve E auf ein Vakuum von 250 Mikron Quecksilbersäule bezieht. Wie leicht zu sehen, ist die Verbesserung des Verlustwinkels dieser Lackarten im wesentlichen bei diesen beiden Vakuum-Nachhärtungsbehandlungen ähnlich.

Figur 5 zeigt· den Kurvenverlauf bezüglich einer Nachhärtungsbehandlung eines Epoxy-Lacks auf einem elektrischen Leiter, welcher 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 275°C einer Härtung in einem Vakuum von etwa 8 mm Quecksilbersäule unterzogen wurde. Die Kurve A bezieht sich auf eine Epoxy-Lack-Isolierung, welche auf an sich bekannte Weise gehärtet wurde, dagegen bezieht sich die Kurve B auf eine Epoxy-Lack-Isolierung, die der Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung unterzogen worden war. Es ist zu ersehen, dass der Epoxy-Lack, welcher gemäss vorliegender Erfindung nachgehärtet worden war, eine beträchtliche Verbesserung bezüglich der elektrischen Eigenschaften gegenüber der Standard-Härtung der Kurve A aufweist.

Figur 6 zeigt ähnliche Resultate, die bei einem Polyester-Lack auf einem elektrischen Leiter erhalten worden waren, nachdem eine Vakuum-Nachhärtung innerhalb von etwa 10 Minuten bei 2?5⁰O und 10 mm Quecksilbersäule durchgeführt wurde. Die Kurve A bezieht sich auf einen Polyester-Lack, der auf an eich bekannte Weise ge-

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härtet wurde, die Kurve D auf einen Polyester-Lack, der der erfindungsgemässen Fachhärtung unterworfen worden warj wieder ist.leicht zu ersehen, dass eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften durch die Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung erreicht werden konnte.

Zur weiteren Demonstrierung der wesentlichen Verbesserung, welche ^ durch die Naehhärtung gemäss vorliegender Erfindung erzielbar sind, sollen die Kurven gemäss Figur 7 dienen. Die Kurve'A der Figur 7 zeigt den Verlustwinkel von elektrischen Leitern an, welche mit Polyvinylformal überzogen sind, das auf an sich bekannte Weise gehärtet wurde, wobei diese Alterung bei 175° innerhalb der angegebenen Zeitspanne (in Tagen) durchgeführt wurde. Die Kurve B gibt den Verlustwinkel von elektrischen Leitern an, •welche mit Poly'vinylformal-Lack isoliert sind, wobei eine 10 Minuten lange Nachhärtung bei 275⁰C in einem Vakuum von etwa 8 mm Quecksilbersäule durchgeführt-wurde. Auch hier,erfolgte die Alterung bei 175⁰C innerhalb der in Tagen angegebenen Zeitspanne. Der Verlustwinkel der verschiedenen Spulen wurde am Ende der verschiedenen' in Tagen bemessenen Zeitspannen bei 175°C ψ gemessen. Wie leicht zu ersehen ist, liegt der Verlustwinkel der nachgehärteten mit Polyvinylformal überzogenen Spule wesentlich niedriger als der des auf an sich bekannte Weise gehärteten Polyvinylformal-Lacks, wobei der niedere Verlust-Faktor etwa 30 Tage beibehalten wird, hingegen jedoch nur 20 Tage bei überzogenen Spulen, bei denen der Polyvinylformal-Lack auf an sich bekannte Weise gehärtet wurde. Hieraus kann entnommen werden, dass auch die Alterungscharakteristika des Isolierlacks wesentlich durch die Nachhärtung gemäss vorliegender Erfindung verbessert werden»

In den oben gemachten Angaben und Beispielen sind die versohle-"

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densten Zeitspannen und Temperaturen als auch die nicht oxidierende Atmosphäre bezüglich verschiedener Typen an mit lack überzogenen elektrischen Leitern angegeben. Aus den verschiedenen Angaben ist zu entnehmen, dass die Maximaltemperatur für die Nachhärtung des mit Lack überzogenen Drahts die Temperatur ist, bei der sich der jeweilige Lack zersetzt. Die untere Temperaturgrenze, bei der noch eine gute Nachhärtung erzielbar ist, hängt haupt- g sächlich vom jeweiligen Lacktyp, von den Grenzbedingungen des ' ^v Ofens und von der Durchlaufzeit des Drahts durch den Ofen ab. Klarerweise müssen die Temperaturen genügend hoch liegen, um eine Nachhärtung des Lacks in einem dynamischen System zu erreichen. Der mit Lack überzogene Draht muss durch den Ofen hindurchlaufen, wobei die Temperaturen während der Durchlaufperiode genügend hoch sein müssen, um gewünschte Nachhärtung zu bewirken. Beispielsweise ist es, wie oben für den Polyvinylformal-Lack beschrieben ist, notwendig, zumindest 10 Minuten lang eine Nachhärtung bei 25O⁰O durchzuführen, wobei es hier auf die Art der nicht oxidierenden Atmosphäre nicht ankommt. Wie gezeigt wurde, werden jedoch bessere Resultate erzielt, wenn die Temperatur 10 Minuten lang auf 35O⁰O angehoben wird. I

Je höher im allgemeinen die Temperatur gesteigert wird, umso bessere Resultate werden erzielt, das heisst, es wird eine weitergehende Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der Isolierung erzielt, und zwar so lange, wie die höhere Temperatur nicht einen Wert erreicht, bei dem der jeweilige Laoktyp, sich zersetzt. Im allgemeinen wurde gefunden, dass eine 10 Minuten lange Verweilzeit bei dieser hohen Temperatur ausreicht, um eine Naohhärtung durchzuführen, welche zu einer ausgezeichneten Verbesserung der elektrischen Eigenschaften der verschiedenen Laok-

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typen führt. Selbstverständlich können bei höheren Temperaturen auch wesentlich verbesserte Resultate erzielt werden, wenn die iTachhärtungsdauer geringer als 1Θ Minuten ist. Klarerweise werden, was von den jeweils gewünschten Eigenschaften mit abhängt, bei niedereren Temperaturen längere Verweilzeiten im Härteofen benötigt, um die gewünschte Verbesserung der elektrischen Eigenschaften zu erreichen.

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Claims (13)

- Blatt 23 - Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung einer verbesserten filmartigen Isolierung eines elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter durch ein Bad aus flüssigem Isoliermaterial und sodann der überzogene Leiter durch " einen Härteofen hindurchgeführt wird, wobei der Härteofen mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfüllt ist.

2.) Verfahren zur Härtung von elektrischen Leitern mit filmartiger Isolierung, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter durch einen Härteofen hindurchgeführt wird, welcher mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfüllt ist, wobei der Ofen auf einer solchen Temperatur gehalten wird und der Leiter so lange im Ofen verbleibt, dass im wesent-t liehen alle flüchtigen Materialien von der filmartigen Isolierung entfernt werden.

3.) Verfahren zur Härtung einer filmartigen Isolierung eines elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet,dass der Leiter etwa IO Minuten lang in einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, die unterhalb der Zersetzungstemperatur besagter lilmisolierung liegt.

4-») Verfahren zur Härtung einer filmartigen Isolierung, beispielsweise aus Epoxy-Verbindungen, Polyestern, Acryl-Verbindungen, Polyvinylformal-Verbindungen oder Harnstoff-

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formaldehyd-Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass der "Film auf einen Leiter aufgegeben und der Leiter⁵ etwa 10 Minuten lang in einer nicht oxidierenden Atmosphäre auf eine Temperatur erhitzt wird, welche unterhalb der Zersetzungstemperatur der besagten filmartigen Isolierung liegt.

5.) Verfahren zur Herstellung einer verbesserten filmartigen Isolierung eines elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter durch ein Bad aus flüssigem Isoliermaterial wie Bpoxy-Verbindungen, Polyestern, Acryl-Verbindungen, Polyviny!formal-Verbindungen oder Harnstoff-Formaldehyd-Verbindungen und sodann in überzogenem Zustand durch einen Härteofen, der eine nicht oxidierende Atmosphäre aufweist, hindurchgeführt wird.

6.) Verfahren zur Verbesserung der filmartigen Isolierung eines elektrischen Leiters, bei dem der Leiter eine filmartige Isolierung beispielsweise aus Epoxy-Verbindungen, Polyestern, Acryl-Verbindungen, Polyvinyl- = Formal-Verbindungen oder Harnstoff-Formaldehyd-Verbin-, düngen, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierte Leiter etwa 10 Minuten lang einer Nachhärtung in einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei einer Temperatur unterworfen wird, die unterhalb der Zersetzungstemperatur besagter filmartiger Isolierung liegt.

7.) Verfahren zur Herstellung einer verbesserten Polyviny1-formal-FIlm-Isolierung eines elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass der Leiter durch ein Bad aus

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flüssigem Polyvinylformal-Isoliermaterial und sodann in überzogenem Zustand duroh einen Härteofen geführt wird, welcher mit einer nicht oxidierenden Atmosphäre erfüllt ist.

8.) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die nicht oxidierende Atmosphäre durch Einleiten von g Kohlendioxidgas in den Härteofen hergestellt wird.

9·) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nicht oxidierende Atmosphäre durch Einleiten von Stickstoff in den Härteofen hergestellt wird.

10.). Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die nicht oxidierende Atmosphäre durch Evakuieren des •Härteofens hergestellt wird.

11.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Härteofen auf einer Temperatur von nicht über 35O⁰O gehalten wird und dass jeder Abschnitt an überzogenem I leiter den Ofen in nicht mehr als 10 Minuten passiert.

12.) Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass der gehärtete isolierte Leiter bei einer Temperatur, die nicht oberhalb der Zersetzungstemperatur der PoIy-. vinylformal-Isolierung liegt, etwa 10 Minuten lang einer Nachhärtung in einer nicht oxidierenden Atmosphäre unterzogen wird.

13.) Verfahren zur Verbesserung der elektrischen Oharakteristi-■

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ka eines elektrischen Leiters, der mit Polyviny!formal überzogen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Machhärtung des isolierten Leiters etwa 10 Minuten lang bei einer !Temperatur von höchstens 55O⁰O in einer nicht oxidierenden Atmosphäre durchgeführt wird.

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