DE19631298A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Drähten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von aus einem Leiter oder mehreren Leitern bestehenden Drähten mit aufschmelzbaren Thermoplast- oder Duroplastmaterialien, insbesondere zur Herstellung einer Backlackschicht von Lackdrähten.

Backlackdrähte sind mit einer Grundisolierung versehene Drähte, die mit einer zusätzlichen Backlackschicht versehen sind. Aufgrund der vorgesehenen Backlackschicht verkleben Wicklungen aus Backlackdrähten nach einer ausreichenden Erwärmung beispielsweise mittels eines Stromstoßes durch Verschmelzen der Backlackschichten der Drähte zu einem festen Verbund.

Herkömmlicherweise wird die Backlackschicht durch mehrmaliges Auftragen und Einbrennen von lösungsmittelhaltigen Lackschichten hergestellt. Dazu werden flüssige Backlacke verwendet, die je nach der für den Beschichtungsvorgang erforderlichen Viskosität des Lackes ca. 65 bis 90% Lösungsmittel enthalten. Das Einbrennen der Backlackschicht kann in dem Ofen, in dem die Grundisolierung aufgebracht wird, oder in einem besonderen Ofen, stattfinden. Die für die Herstellung der Grundisolierung und der Backlackschicht erforderlichen Brennöfen dienen auch dazu, die Lösungsmittel aus den Lackschichten zu entfernen sowie die Lackfilme durch Temperatur zu härten. Die dabei frei werdenden Dämpfe sind nachgeschalteten Katalysatoren zuzuführen und zu verbrennen. Die in den Lackschichten der Drähte enthaltenen Lösungsmittel sind in der Regel giftig, geruchsintensiv und ätzend. Dies gilt in besonderem Maße für die hochlösungsmittelhaltigen Backlacke mit einem Anteil von 65 bis 90% Lösungsmittel. Als Lösungsmittel sind Cresol, Xylenol, Solvent, NMP, Butanol und andere im Einsatz. Diese bilden beim Ausdampfen explosive Gemische, die durch eine entsprechend aufwendige Technologie beherrscht werden müssen. Weiterhin belasten die unvermeidlich aus den Lacken beim Lackiervorgang austretenden Lösungsmittel die Atemluft und machen kostspielige Belüftungsanlagen notwendig. Auch die aus der katalytischen Verbrennung in die Atmosphäre austretenden Dämpfe enthalten Restmengen giftiger Substanzen. Trotz der recht aufwendigen Behandlung der beschichteten Drähte ist es nahezu unvermeidbar, daß die mit derartigen Backlackdrähten hergestellten Wicklungen bei Erwärmung noch Restmengen von Lösungsmitteln freigeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß auf den Einsatz von Lösungsmitteln verzichtet werden kann.

Dieses Problem wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 bzw. des Anspruches 8 gelöst.

Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung von Backlackdrähten können die Drähte mit lösungsmittelfreien thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffen beschichtet werden, da aufgrund des Ziehvorganges durch die Schmelze mit anschließender Kalibrierung eine den Qualitätsanforderungen der internationalen Normen entsprechende Beschichtung der Drähte auch bei Einsatz lösungsmittelfreier Thermoplastmaterialien, beispielsweise Polyamid 11, oder lösungsmittelfreier Duroplastmaterialien herstellbar ist. Ein nachfolgender Einbrennvorgang ist entbehrlich. Die Beschichtung erfolgt bei Umgebungsdruck. Die beschichteten Drähte sind nach Verlassen der Schmelzkammer lediglich auf Raumtemperatur abzukühlen.

Die erfindungsgemäß wesentlich wirtschaftlicher herstellbaren Beschichtungen belasten die Arbeitsplätze nicht, da keine Lösungsmitteldämpfe freigesetzt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut wesentlich einfacher als die Vorrichtungen herkömmlicher Bauart. Aufgrund eingesparter Katalysatoren und dergleichen ist eine derartige Vorrichtung auch wesentlich kostengünstiger herstellbar. Aus erfindungsgemäß hergestellten Backlackdrähten ausgebildete Wicklungen sind gefahrlos auch in Geräten einsetzbar, bei denen höchste Anforderungen an sicherheitstechnische Vorschriften zu stellen sind, beispielsweise in Geräte für medizinische Zwecke.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung und die nachfolgende Beschreibung verwiesen. In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 eine Prinzipblockdarstellung eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung von Backlackschichten von Lackdrähten, Fig. 2 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Schmelzkammer einer Vorrichtung gemäß der Erfindung und Fig. 3 eine Längsschnittdarstellung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 2.

In den Figuren ist mit 1 allgemein der zu beschichtende Draht beziffert, der beispielsweise als Lackdraht einer nicht näher dargestellten Abwickelvorrichtung entnommen und zunächst einer Lackiervorrichtung 2 zum Aufbringen eines Grundlacks zugeführt wird. Bei einem aus mehreren elektrischen Leitern bestehenden Draht 1 können die Leiter verseilt oder parallel nebeneinanderliegend geführt sein. Nach Verlassen der Lackiervorrichtung 2 durchläuft der nunmehr gelackte Draht 1 eine Wärmekammer 3 zum Aufheizen des Drahtes. Alternativ kann der Draht 1, je nach Temperaturverhältnissen bzw. den aufzubringenden Beschichtungsmaterialien, eine Kühlkammer zur Abkühlung des Drahtes durchlaufen. Danach wird der durch Erwärmung oder Abkühlung auf die notwendige Prozeßtemperatur eingestellte Draht 1 einer Beschichtungsvorrichtung 4 mit austrittsseitiger Kalibrierdüse 5 zugeführt, wie in den Fig. 2 und 3 näher dargestellt ist.

Die zur Kalibrierung des beschichteten Drahtes verwendete Kalibrierdüse 5 kann als übliche Lackierdüse ausgebildet sein. Die Kalibrierung kann unter Wärmezufuhr einer z. B. beheizbaren Kalibrierdüse erfolgen. Der Kalibrierdüse 5 ist zur schnelleren Abkühlung des Backlackdrahtes beispielsweise eine Kühlvorrichtung 6 nachgeschaltet. In einem Kühlrohr wird der Draht mittels eingeleiteter kalter Preßluft etwa auf Umgebungstemperatur abgekühlt, so daß ein Aufheizen von Umlenkrollen und die daraus resultierende Gefahr einer Verklebung der Backlackschicht des Drahtes 1 mit der Oberfläche der Drahtführungsrille der Umlenkrolle Vermieden ist. Nach der Abkühlung wird der Draht beispielsweise in einer Einrichtung 7 mit üblichen Gleitmitteln versehen und mittels einer nicht dargestellten Aufwickelvorrichtung aufgespult.

In den Fig. 2 und 3 ist die Schmelzkammer 8 der zur Beschichtung eines Drahtes 1 dienenden Beschichtungsvorrichtung 4 näher dargestellt. Die Schmelzkammer 8 hat an ihrem einen Ende eine Drahteintrittsöffnung 9. Z. B. am Umfang der Schmelzkammer 8 vorgesehene elektrische Anschlüsse 10 dienen zur Spannungsversorgung elektrischer Heizelemente 13, die den Mantel 17 der Schmelzkammer 8 erwärmen, um die zum Schmelzen des thermoplastischen oder duroplastischen Beschichtungsmaterials erforderliche Temperatur aufzubringen. Die Temperaturkontrolle und -regelung erfolgt mit Hilfe eines Thermoelements 11. Im Inneren der Schmelzkammer 8 befindet sich ein langgestreckter Beschichtungsraum 12, durch den der Draht 1 unter Umgebungsdruck gezogen wird und in dem sich das geschmolzene Beschichtungsmaterial befindet. Dieser Beschichtungsraum 12 ist von dem Mantel 17 der Schmelzkammer 8 umschlossen, in den die an die elektrischen Anschlüsse 10 angeschlossenen Heizelemente 13 eingelassen sind. Das thermoplastische oder duroplastische Beschichtungsmaterial kann beispielsweise von einer Dosiervorrichtung 14 über einen Einlauftrichter 15 durch eine Zufuhröffnung in den Beschichtungsraum 12 eingebracht werden. Der Dosiervorrichtung 14 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine Sonde 16 zugeordnet, die die Spiegelhöhe der Kunststoffschmelze in dem Beschichtungsraum 12 abtastet, über die Dosiervorrichtung 14 die Materialzufuhr regelt und so die Spiegelhöhe auf einen vorgebbaren Wert einstellt. Die Temperatur der Schmelze ist abhängig von der spezifischen Schmelztemperatur des verwendeten Beschichtungsmaterials und der notwendigen Schmelzviskosität, die zur einwandfreien Beschichtung des Drahtes 1 erforderlich ist. Der mit üblicher, vom Durchmesser und dem Leistungsvermögen der Beschichtungsvorrichtung 4 abhängender, einstellbarer Geschwindigkeit die Schmelzkammer 8 durchlaufende Draht 1 tritt am Ende der Schmelzkammer durch die Kalibrierdüse 5 aus. Die Kalibrierdüse 5 kann einen Ziehstein beispielsweise aus Hartmetall, Kompax oder Naturdiamant aufweisen.

Das thermoplastische oder duroplastische Beschichtungsmaterial kann in Pulverform, als Granulat oder als endloser Strang der Schmelzkammer 8 zugeführt werden. Durch die Justierung der in den Beschichtungsraum 12 ragenden, höhenverstellbaren Sonde 16 kann die Spiegelhöhe des schmelzflüssigen Beschichtungsmaterials in dem Beschichtungsraum 12 in Abhängigkeit von dem Durchmesser des Drahtes 1, der veränderbaren Geschwindigkeit des durchlaufenden Drahtes 1 durch die Beschichtungsvorrichtung 4 und dem verwendeten Beschichtungsmaterial eingestellt werden. Durch verschiedene Spiegelhöhen lassen sich dabei die Druckverhältnisse in der Schmelzkammer 8 nach Bedarf variieren. In dem Beschichtungsraum 12 der Schmelzkammer 8 ist oberhalb der Spiegelhöhe des geschmolzenen Thermoplast- oder Duroplastmaterials eine Schutzgasatmosphäre vorhanden.

Als thermoplastische Beschichtungsmaterialien werden vorzugsweise lösungsmittelfreie Polyamide verwendet. Insbesondere lassen sich aliphatische Polyamide mit einer Schmelztemperatur von 150 bis 400°C einsetzen, dabei vorzugsweise Polyamide mit einer niedrigen Wasseraufnahme wie PA 11 und PA 12. Darüber hinaus können auch andere Polyamide verwendet werden, wie aliphatisch-aromatische, cyklo-aliphatische, aromatische Polyamide und aus verschiedenen Typen aufgebaute Co-Polyamide. Da diese lösungsmittelfreien Polyamide eine niedrige Schmelzviskosität aufweisen, sind einwandfrei glatte und homogene Filme und damit Beschichtungen von Drähten 1 herstellbar.

Claims (13)

1. Verfahren zum Beschichten von aus einem Leiter oder mehreren Leitern bestehenden Drähten mit aufschmelzbaren Thermoplast- oder Duroplastmaterialien, insbesondere zur Herstellung einer Backlackschicht von Lackdrähten, dadurch gekennzeichnet, daß
a) die aufschmelzbaren Thermoplast- oder Duroplastmaterialien über eine Dosiervorrichtung (14) einer Schmelzkammer (8) zugeführt und aufgeschmolzen werden,
b) die Spiegelhöhe des geschmolzenen Thermoplast- oder Duroplastmaterials erfaßt und über die Dosiervorrichtung (14) auf einen vorgebbaren Wert eingestellt wird,
c) der zu beschichtende Draht (1) unter Umgebungsdruck durch die Schmelze gezogen wird,
d) der mit der Beschichtung versehene Draht über eine Kalibriervorrichtung (5) aus der Schmelzkammer (8) ausgebracht wird, und
e) der beschichtete Draht (1) etwa auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (1) aufgeheizt und vor Eintritt in die Schmelzkammer (8) auf die notwendige Prozeßtemperatur eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes (1) durch die Schmelzkammer (8) veränderbar ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierung der Beschichtung des Drahtes (1) unter Wärmezufuhr erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkammer (8) aliphatische, aliphatisch-aromatische, cyklo-aliphatische, aromatische Polyamide und/oder Co-Polyamide oder Polyester mit einer Schmelztemperatur von 1500 bis 400°C in Pulver- oder Granulatform oder als Endlosstrang zugeführt werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus mehreren Leitern bestehenden Draht (1) die Leiter verseilt oder parallel nebeneinanderliegend geführt sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelzkammer (8) oberhalb der Spiegelhöhe des geschmolzenen Thermoplast- oder Duroplastmaterials eine Schutzgasatmosphäre vorhanden ist.

8. Vorrichtung zum Beschichten von aus einem Leiter oder mehreren Leitern bestehenden Drähten mit einem aufschmelzbaren Thermoplast- oder Duroplastmaterial, insbesondere zur Herstellung einer Backlackschicht von Lackdrähten, vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsvorrichtung (4) eine Schmelzkammer (8) mit einer Drahteintrittsöffnung (9), eine Zufuhröffnung für aufschmelzbares Thermoplast- oder Duroplastmaterial sowie einen als Kalibrierdüse (5) ausgebildeten Drahtaustritt hat.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierdüse (5) beheizbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzkammer (8) einen beheizbaren, einen Beschichtungsraum (12) zur Aufnahme des aufschmelzbaren Thermoplast- oder Duroplastmaterial umgrenzenden Mantel (17) hat.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkammer (8) eine Dosiervorrichtung (14) für das aufzuschmelzende Thermoplast- oder Duroplastmaterial zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosiervorrichtung (14) mit einer in den Beschichtungsraum (12) ragenden, höhenverstellbaren Sonde (16) zusammenwirkt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalibrierdüse (5) einen Einsatz aus Hartmetall, Kompax oder Naturdiamant aufweist.