DE2728883A1

DE2728883A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines isolierten elektrischen drahtes

Info

Publication number: DE2728883A1
Application number: DE19772728883
Authority: DE
Inventors: Eberhard Kertscher
Original assignee: Maillefer SA
Current assignee: Maillefer SA
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1977-06-27
Publication date: 1978-01-05
Also published as: GB1584644A; JPS5811046B2; IN149498B; SE458973B; DE2728883B2; FR2357042B1; JPS534874A; SE7707626L; NL7707320A; CH620787A5; AT359575B; CH612789A5; GB1584642A; BR7704319A; US4165957A; ES460231A1; FR2357042A1; US4379102A; IT1079874B; ATA457577A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

.HEM. D. HUBI

XI

8 MÜNCHEN »6, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

MAILLEFER S.A.

Route du Bois

Ch-1024 Ecublens, Kanton Waadt, Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines isolierten elektrischen Drahtes

709881/1073

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Drahtes in der Art eines Lackdrahtes, umfassend die Erwärmung eines einen hohen Schmelzpunkt besitzenden Kunstharzes bis auf eine Temperatur, die zumindest gleich dem Schmelzpunkt des betreffenden Harzes ist, und die Ausbildung eines dünnen Überzugs aus dem betreffenden Material um den Draht.

Die Erfindung bezieht sich in gleicher Weise auf eine Vorrichtung zur Durchführung des betreffenden Verfahrens.

Unter einem isolierten elektrischen Draht in der Art eines Lackdrahtes versteht man einen Draht, der dazu bestimmt ist, zur Schaffung von Wicklungen elektrischer Geräte, wie Motoren, Transformatoren, magnetischen Spulen oder anderen elektrischen Bauteilen verwendet zu werden, die unter Belastungszuständen zu arbeiten bestimmt sind, unter denen ihre Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Aus Gründen de.s Platzbedarfes und des Wirkungsgrades muß die Isoliermaterialummantelung, welche diese Drähte umgibt, eine Dicke besitzen, die so gering wie möglich ist, während das Isoliermaterial aus Gründen der Beständigkeit und Zuverlässigkeit bei der Betriebstemperatur beständig sein muß.

Bestimmte Normen legen die Bedingungen bzw. Zustände fest, denen die Drähte genügen müssen. In der deutschen Normung finden sich diese Bedingungen beispielsweise in den Normen DIN46 435 und DIN46 416.

Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung isolierter Drähte in Form von Lackdrähten besteht darin, daß eine

709881/1073

Lösung aus einem organischen Kunstharz in einem passenden Lösungsmittel zubereitet wird. Diese Flüssigkeit wird in Behältern untergebracht, durch die der Draht hindurchgeführt wird. Sodann lagert sich ein Flüssigkeitfilm auf der Oberfläche des betreffenden Drahtes ab. Dieses Verfahren macht eine Nachbehahdlungsoperation erforderlich, um das Lösungsmittel zu beseitigen. Zum anderen ist es notwendig, den Draht in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Durchläufen durch das Isoliermaterialbad hindurchzuführen, um die erforderliche Isolationsdicke zu erreichen. Schließlich ist die Drahtdurchiaufgeschwindigkeit notwendigerweise auf eine Größenordnung von einigen Metern pro Minute begrenzt.

Um die Nachteile des herkömmlichen Systems auszuräumen und um insbesondere den Bereich zu erreichen, der zum Verbrennen oder Verdampfen des Lösungsmittels und zu einem der betreffenden Operation entsprechenden Energieverlust führt, ist bereits versucht worden, die bisher verwendeten löslichen Harze zu ersetzen durch Kunststoffe, die für eine Erwärmung geeignet sind, ohne zerstört zu werden, und zwar bis zu einer Temperatur, die oberhalb der Grenze liegt, die das Isoliermittel im Betrieb aushalten muß. Nach der Beschreibung gemäß der DT-OS 2 135 157 wird der Kunststoff in einem Bad bereitgehalten, welches auf eine Temperatur gebracht ist, die oberhalb des Schmelzpunktes liegt. Dieses Verfahren ist jedoch schwierig auszuführen, und zwar im Hinblick auf die Erzielung der verlangten erhöhten Temperaturen. Außerdem ist das betreffende Verfahren langsam, und überdies führt es zu Materialausfällen, wenn eine Operation unterbrochen werden muß. Im übrigen ist das in dem Behälter noch zurückbleibende Material dann im allgemeinen verloren.

709881/1073

"Γ" 2728833

Gemäß der Beschreibung in der DT-OS 2 022 802 wird ein Kunstharz ohne Lösungsmittel in einen Extruder eingeführt, woraufhin ein Aufstauen in dem Extrudergerät erfolgt. Dieser zuletzt erwähnte Vorgang bildet um den Draht auf freier Luft ein Kunststoffrohr, dessen Dicke über der Enddicke der Isolierschicht liegt. Dieses Rohr verläßt den Extruder mit einer Geschwindigkeit, die unterhalb der Geschwindigkeit liegt, mit der der Draht durch die Anordnung gezogen wird. Das betreffende Kunststoffrohr bzw. der betreffende Kunststoffmantel zieht sich auf seine Abkühlung hin auf dem Draht zusammen und erfährt am Ausgang des Extruderkopfes eine Streckung. Das Isoliermaterial muß nochmals behandelt werden. Dieses Verfahren ermöglicht die durch die Normen geforderte Isoliermaterialdicke zu erzielen, die bei einem Draht mit einem Durchmesser von beispielsweise 1 mm nicht hervorragend ist, wobei eine einfache Isolationsschicht in der Größenordnung von 15 bis 3^/um liegt. Bei einer verstärkten Isolation beträgt die standardisierte Dicke der Isolationsschicht 30 bis 46/um. Insgesamt sind die auf diese Art und Weise erhaltenen Lackisolationsdrä__hte unregelmäßig.

In der DT-OS 2 110 934 ist ebenfalls ein Verfahren derselben Art beschrieben. Es ist bekannt, zur Schaffung von isolierten Drähten, die für Schwachstromanlagen bestimmt sind, beispielsweise für Telefonleitungen, üblicherweise ein thermoplastisches Isoliermaterial auf einem kalibrierten Kupfer- oder Aluminiumdraht bei einer Strangpreßoperation mit Hilfe eines Werkzeugs aufzubringen, welches eine Ummantelung um den betreffenden Draht herum bildet. Bis Jetzt wird es jedoch nicht für möglich gehalten, ein derartiges Werkzeug dazu zu benutzen, auch dünne Ummantelungen zu bilden,

709881/1073

wie sie durch die oben angegebenen Normen festgelegt sind, und zwar insbesondere dann, wenn das Isoliermittel ein Material mit hohem Wärmewiderstand ist.

Entgegen diesem Vorurteil ist jedoch festgestellt worden, daß die Anwendung eines derartigen Werkzeugs unter bestimmten Bedingungen möglich gewesen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches mit erhöhter Geschwindigkeit und mittels einer Strangpreß- bzw. Extruderanordnung Lackisolationsdrähte herzustellen gestattet, deren Oberflächenqualität, Beständigkeit, Isolationsdicke und deren Verhalten bei hoher Temperatur den geltenden Normen entsprechen.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß das Material beim Schmelzen in ein von dem Draht durchlaufenen Extruderwerkzeug gepreßt und mittels des betreffenden Werkzeugs zu dem betreffenden Draht hin zusammengedrückt wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Schneckenextruder enthält, daß an der Austrittsseite des Schneckenextruders ein Extruderkopf angeordnet ist und daß in dem Extruderkopf mittels eines Extruderwerkzeugs, welches eine kalibrierte Düse enthält, ein Druckelement zur Verfügung steht, durch welches das Isoliermaterial an den Draht andrückbar ist.

Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise näher erläutert.

709881/1073

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Seitenansicht eines Mehrfachextruderkopfes. Fig. 3 zeigt in einer noch stärkeren Vergrößerung einen Axialschnitt durch ein Extruderwerkzeug, welches an dem Mehrfachextruderkopf befestigt ist.

Die in den Zeichnungen dargestellte Vorrichtung besteht aus einer Ziehvorrichtung 1, einer Wärmebehandlungsvorrichtung 2, einem Mehrfachextruder- bzw. Mehrfachextrusionskopf 3, der am Ende eines Zylinders eines Extruders befestigt ist, welcher durch einen Motor 5 angetrieben wird, und aus Kühlbehälter 6. Die Anordnung der betreffenden Vorrichtung ist so getroffen, daß gleichzeitig vier Drähte f behandelt werden, die parallel unterschiedlichen Vorrichtungen zugeführt werden, welche die Anlage enthält. Diese Drähte können Kupfer- oder Aluminiumdrähte mit einem Durchmesser sein, der beispielsweise in der Größenordnung von 1 mm liegt. Die verschiedenen, gleichzeitig gezogenen bzw. behandelten Drähte können unterschiedliche Durchmesser besitzen. Die betreffenden Drähte werden von einer Abwickelspulenanordnung (nicht dargestellt) geliefert, welche die Zieh- bzw. Streckvorrichtung 1 speist. Am Ausgang des Kühlbehälters 6 werden die betreffenden Drähte von einer Abführeinrichtung wiederaufgenommen und zu (nicht dargestellten) Wickelmaschinen hin geleitet.

Die Zieh- bzw. Streckungsvorrichtung 1 kann eine Vorrichtung herkömmlichen Typs sein und eine oder mehrere Stufen aufweisen. Die betreffende Vorrichtung braucht hier nicht im einzelnen beschrieben zu werden.

Die Erwärmungsvorrichtung 2 ist ebenfalls eine Vorrich-

709881/1073

- ygr-
M 2728833

tung von an sich bekannter Art. Vorzugsweise wird eine Widerstandserwärmungsvorrichtung mit einen Elektrolyten berührenden Anordnungen verwendet. Jeder Draht wird daher mittels Rollen derart geführt, daß er einer vertikalen Bahn folgt und durch zwei Behälter hindurchgeleitet wird, die einen Elektrolyten enthalten und den Kontakt zwischen dem Draht und den Stromzuführungen aufrechterhalten. Zwischen den betreffenden Behältern wird der Draht von einem elektrischen Strom durchflossen, durch den der betreffende Draht auf die Erwärmungstemperatur gebracht wird. Der Elektrolyt ermöglicht einen guten Kontakt zwischen dem Draht und den Stromzuführungen. Zum anderen gewährleistet der betreffende Elektrolyt das Ätzen bzw. Beizen des betreffenden Drahtes.

Unmittelbar im Anschluß an die Erwärmungsvorrichtung durchlaufen die vier Drähte jeweils eines der Extrudergeräte des Mehrfachkopfes 3, und zwar derart, daß die betreffenden Drähte von ihrem Isoliermantel bei einer Temperatur umhüllt sind, die der des den betreffenden Überzug bildenden flüssigen Isoliermaterials entspricht. Der Mehrfachkopf ist im einzelnen in Fig. 2 und 3 dargestellt. In seinem oberen Teil enthält der betreffende Kopf einen Verteiler 7, der von einem horizontal verlaufenden Kanal θ durchzogen ist, welcher mit dem Ausgang des Extrusionszylinders 4 verbunden ist. Dieser Verteilerkanal 8 führt zu vier vertikalen Verzweigungen 9» die sich jeweils durch die Körper 10 einer Verdrängerpumpe 11 erstrecken, die mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Jeder Motor 12 treibt die entsprechende Pumpe 11 über ein Untersetzungsgetriebe 13 und eine Kupplung 14 an. Die Pumpen 11 sind beispielsweise Pumpen des Zahnradtyps. Die Motoren 12 und die Untersetzungsgetriebe 13 sind an einem Sockel 15 angebracht, der seiner-

709881/1073

seits an einem Träger 16 befestigt ist. Die Körper der verschiedenen Pumpen 11 können zu einem einzigen Block zusammengefaßt sein, der unterhalb des Verteilers 7 befestigt und mit dem Sockel 15 verbunden ist. Jede Pumpe 11 pumpt in einen Ausgangskanal 17, der sich in vertikaler Richtung nach unten in die Körper 10 hinein erstreckt und der mit einem der Extrusionsgeräte bzw. mit einer der Extrusionsanordnungen 18 verbunden ist. Diese Extrusionsanordnungen befinden sich in der Bahn der Drähte, und Jede dieser Anordnungen wird in axialer Richtung von einem Draht durchlaufen.

Die in Fig. 3 dargestellte Extrusionsanordnung 18 besteht aus verschiedenen Einzelteilen, die derart zusammengesetzt sind, daß sie leicht demontiert werden können. Die betreffende Anordnung enthält einen Körper 19, der an einem Flansch 19a unterhalb des Blockes 10 befestigt ist und dessen oberer Teil von einem Eintrittskanal durchzogen ist, welcher mit dem Pumpkanal 17 verbunden ist. Der Kanal 20 mündet in eine kegelstumpfförmige Bohrung 21, deren Achse horizontal verläuft und an der ein Preßmatrizen- bzw. DUsenträger 22 angrenzt, dessen äußere Seitenfläche ebenfalls kegelstumpfförmig ausgebildet ist und sich an der Bohrung 21 anlegt. Der Düsenträger 22 ist ein rohrförmiges Teil. Er weist in seiner kugelstumpfförmigen Seitenfläche eine ringförmige Hohlkehle 23 auf, die mit dem Durchgang 20 verbunden ist und die als Verteiler für den Kunststoff dient. Die beiden Enden 22a und 22b des Teiles 20 sind mit einem Gewinde versehen. Diese Gewindegänge dienen dazu, an dem in Bewegungsrichtuig sehen hinten liegenden Ende 22b eine Schraube 24 aufzunehmen, durch die eine Kalibrierungsdüse 25 festgehalten wird; das andere Ende 22a, welches in Bewegungsrichtung gesehen vorn ist dient zur Aufnahme einer Mutter 26, durch die der DUsenträger 22 an dem Körper 19 festgehalten wird. Die Bohrung

709881/1073

des rohrförmigen Teiles 22 ist an ihrem in Bewegungsrichtung hinten liegenden Ende mit einem zylindrischen Bohrungsteil 27 versehen, in welchem die Kalibrierungsdiise 25 eingestellt ist. In seinem mittleren Teil weist der Düsenträger eine kegelstumpfförmige Bohrung 28 auf, die eine Führungsmatrize bzw. Führungsdüse 29 aufnimmt und zentriert. Schließlich ist eine zylindrische Bohrung 30 an dem in Bewegungsrichtung vorn liegenden Ende des Düsenträgers vorgesehen. Der Durchmesser dieser Bohrung entspricht jenem an dem Ende der kegelstumpfförmigen Bohrung 28 mit dem kleineren Durchmesser. Eine Reihe von schräg verlaufenden Löchern 31 durchzieht den Düsenträger 22 zwischen der Unterseite der Hohlkehle 23 und der Verbindungszone zwischen den beiden Bohrungen 27 und 28. Durch diese Löcher gelangt der in den Kanal 20 eingepumpte Kunststoff in den Raum, der begrenzt ist durch die Bohrung 27 und durch die beiden Düsen bzw. Matrizen, nämlich durch die Kalibrierungsdüse 25 und durch die Führungsdüse 29, die mit der Kalibrierungsdüse hintereinander innerhalb des Teiles 22 angeordnet ist. Der betreffende Raum stellt eine Verteilerkammer dar, die die Düse 25 speist. Die Düsen 25 und 29 stellen Teile hoher Präzision dar. Der mittlere Durchgang der Düse 29 enthält einen Diamantring 32, der mittels eines Ansatzstückes 33 befestigt ist und dessen Mittelöffnung auf den Durchmesser des Drahtes f abgestimmt 1st. Die in Bewegungsrichtung hinten liegende Seite der Düse 29 ist kegelstumpfförmig ausgebildet. Die Querseite der betreffenden Düse ist zylindrisch ausgebildet; sie verläuft gegenüber der Bohrung 27. Das Ansatzstück 33 legt eine auf der Unterseite befindliche Ebene fest, die rechtwinklig zur Achse des mittleren Durchgangs des betreffenden Ansatzstücks verläuft.

709881/1073

Die Düse 25 legt auf der vorderen bzw. oberen Seite einen Eintritts- bzw. Zuführungskegel 34 fest, dessen Oberfläche ungefähr parallel zu der hinteren bzw. unteren Oberfläche der Düse 29 verläuft und mit dieser Oberfläche eine ringförmige Zone der Verteilerkammer begrenzt, deren Dicke bzw. Größe sich fortschreitend ändert und derart berechnet ist, daß der Kunststoff eine zunehmende Beschleunigung im Zuge seiner Verdrängung zur Achse der betreffenden Anordnung hin erfährt. Das innere Ende des Zuführungskegels 34 der Düse 25 ist mit einem Druckkegel 35 verbunden, der den mittleren Durchgang dieser Düse begrenzt und an den sich eine zylindrische Bohrung 36 anschließt, die bis zum unteren bzw. in Bewegungsrichtung hinteren Ende der Düse verläuft.

Man hat festgestellt, daß die Dimensionierung der Kalibrierungsdüse 25 eine sehr große Rolle im Hinblick darauf spielt, das erstrebte Ergebnis zu erreichen. Die kegelstumpfförmige Bohrung 35, die das Druckelement bildet, muß einen Öffnungswinkel c< aufweisen, der je nach Fall zwischen 2° und 20° liegt, wobei der betreffende Öffnungswinkel jedoch vorzugsweise bei 7° für die angegebenen Beispiele liegen wird, während der Durchmesser des zylindrischen Durchgangs 36 gleich dem Außendurchmesser der Isolationsummantelung sein wird, der auf dem Draht f aufgebracht werden muß. Dieser Durchmesser wird daher etwas größer sein als der der Drahtes f. Die Differenz kann zwischen etwa 10 und 100/um liegen, und zwar entsprechend den Eigenschaften, die dem isolierten Draht zu geben erwünscht ist und die durch die Normen auferlegt sind. Die Länge L, die die Strecke zwischen der Austrittsstelle der Kalibrierungsdüse 25 und der Austrittsstelle der Führungsdüse 29 darstellt, spielt in gleicher Weise eine große Rolle im Hinblick auf die Erzielung der beabsichtigten Ergebnisse. Diese Länge kann entsprechend den Anwendungsfällen von vier bis 40 mm

709881/1073

variieren. Schließlich wird die Kalibrierungsdüse 25 vorzugsweise aus einem harten gesinterten Metall (Wolframcarbid) hergestellt sein, wobei die Innenflächen dieser Düse, die mit dem Kunststoff in Kontakt gelangen, einen Spiegelglanz-Oberflächenzustand zeigen, der vorzugsweise durch einen elektrolytischen Poliervorgang erzielt wird.

Wie oben bereits ausgeführt, ist der Extruder 4 ein Schneckenextruder, dessen Zylinder eine einzige Schnecke enthält und der von dem Motor 5 mit einer regelbaren Geschwindigkeit bzw. Drehzahl angetrieben wird. Dieser Extruder ist mit Regeleinrichtungen versehen, die aus einem Druckdetektor 37, der mit der Austrittsseite des Extruders verbunden ist, und aus einem Regler 38 bestehen, der die Drehzahl des Motors 5 steuert. Diese Vorrichtung reguliert die Abgabe des Kunststoffs, wobei sie derart wirkt, daß der Druck am Ausgang des Extruders konstant gehalten wird. Bezüglich der Motoren 12, die die Pumpen antreiben, ist anzumerken, daß diese in gleicher Weise durch Regeleinrichtungen gesteuert werden, welche jeweils einen Druckdetektor 39» der auf den in dem Kanal 20 herrschenden Druck reagiert, und einen Regler 40 enthalten, der die Drehzahl des Motors 12 steuert. Auf diese Weise erhält man eine Kunststoffabgabe, die auf einen konstanten Wert reguliert ist. Der betreffende Kunststoff gelangt in den Düsenträger 22 mit einem Druck hinein, der in gleicher Weise konstant ist.

Im Hinblick auf die Temperaturbedingungen ist anzumerken, daß diese in gleicher Weise sehr genau reguliert werden müssen. Zur Erzielung dieser Regelung kann der Zylinder des Extruders ebenso wie der Extruderkopf mit Heizkörpern versehen sein. Demgemäß trägt der Körper 19 der in Fig. 3 dargestellten Extruderanordnung einen Heizkörper 41. In den Extruderanordnungen können Temperatur-

709881/1073

aufnehmer untergebracht bzw. angeordnet sein, und zwar ebenso wie in dem Verteiler 7 und am Ausgang des Extruderzylinders. Diese Temperaturaufnehmer steuern die Heizkörper so, daß die Temperatur des Kunststoffs auf die erforderlichen Werte an den verschiedenen Stellen der Anlage gehalten wird. In bestimmten Fällen kann die Matrizen- bzw. Düsenanordnung in gleicher Weise mit einem Heizkörper 42 versehen sein.

Schließlich ist es unerläßlich zur Erzielung eines guten Ergebnisses, daß die Geschwindigkeit jedes Drahtes f ständig der Abgabe des Kunststoffs entspricht, damit sich der Isolierüberzug auf dem Draht regelmäßig ablagert. Demgemäß kann die Anordnung zur Regulierung der betreffenden Abgabe, bestehend aus den Elementen 37,38, 39 und 40, abhängig sein von der Geschwindigkeit der Durchführung des Drahtes und demgemäß von der Arbeitsgeschwindigkeit von Abzieheinrichtungen und Ziehanordnung 1.

Es sei darauf hingewiesen, daß es nicht unbedingt notwendig ist, zwischen dem Extruderzylinder und dem Extruderwerkzeug eine Verdrängerpumpe, wie die Pumpe 11, vorzusehen. In dem Fall, daß eine Vorrichtung beispielsweise lediglich einen Draht behandelt, kann diese Pumpe weggelassen sein. In dem Fall, daß eine Vorrichtung eine Mehrzahl von Drähten parallel bearbeitet, bringt das Vorhandensein von Pumpen 11 indessen eine Vielzahl von zusätzlichen Vorteilen mit sich. So ist es möglich, die Abgaben in die verschiedenen Extrusionswerkzeuge unabhängig voneinander zu regulieren und demgemäß mit verschiedenen Werkzeugen zu arbeiten und parallel Drähte unterschiedlicher Durchmesser zu behandeln bzw. zu ziehen. Diese Pumpen ermöglichen zum anderen, eine der Linien bzw. Strecken völlig zu versperren und die Übrigen in

709881/1073

-MT-

Betrieb zu lassen. So kann beispielsweise im Falle des Reißens eines Drahtes in der Ziehvorrichtung die entsprechende Pumpe sofort durch einen Sicherheitsdetektor versperrt werden. In Anbetracht der Tatsache, daß es sich dabei um eine Verdrängerpumpe handelt, spielt sie in diesem Fall die Rolle eines Schiebers, der sich schließt. Der Druck in dem Verteiler 8 wird aufrechterhalten, und die anderen Extrusionswerkzeuge können den Betrieb fortsetzen, während das dem unterbrochenen Draht entsprechende bzw. zugehörige Werkzeug auseinandergenommen und wieder in Betrieb gesetzt wird.

Im folgenden werden die Betriebsbedingungen näher beschrieben, unter denen mittels der beschriebenen Vorrichtung Lackisolationsdrähte hergestellt werden können, die den oben angegebenen Normen DIN 46 416 und folgenden und insbesondere DIN 46 435 und DIN 46 453 genügen.

Die erste Bedingung, die zur Herstellung bzw. Schaffung eines Drahtes zu erfüllen ist, der maximal auftretenden Temperaturen widersteht (Typ W 180), besteht darin, daß die Isolation ohne durchzuschlagen eine Temperatur von 265°C aushält. Aus diesem G_runde werden als Isolationsmaterial bestimmte thermoplastische Polykondensate, teilweise Kristalle, verwendet, deren Schmelzpunkt oberhalb von 170⁰C oder vorzugsweise sogar bei 250⁰C liegt. Bestimmte bekannte Erzeugnisse, wie Polyäthylenterephtalat (PETP), 6,6-Polyamid, Poly-Phenylsufur, erfüllen diese Bedingungen. Die betreffenden Stoffe sind thermoplastische Erzeugnisse mit einem sehr hohen Schmelzpunkt; sie können in den Trichter des Extruders in Granulatform, in Pulverform oder als Agglomerat eingeführt werden. Das Vermischen dieser Erzeugnisse in dem Extruder erhöht ihre Temperatur bis über den Erweichungspunkt hinaus. Die

709881/1073

Heizkörper, mit denen der Zylinder des Extruders 4 ebenso versehen ist wie der Extrusions- bzw. Extruderkopf 3, ermöglichen sodann eine Überhöhung der Temperatur zu erzielen. Die Regulierung der Temperatur ermöglicht folglich fortschreitend in dem Extruderwerkzeug 18 eine Temperatur in der Größenordnung von 320⁰C zu erreichen, wenn mit einem Polyäthylenterephtalat gearbeitet wird, dessen Schmelzpunkt bei 256°C liegt. Es wird hingegen eine Temperatur in der Größenordnung von 290⁰C bei Verwendung von 6,6-Polyamid erreicht, welches einen Schmelzpunkt von 255°C besitzt. Schließlich wird eine Temperatur in der Größenordnung von 320 bis 340⁰C bei Verwendung von bestimmten Erzeugnissen erreicht, deren Schmelzpunkt bei 280⁰C liegt. Der Kunststoff tritt dann in das Extrusionswerkzeug in einem Zustand aus, der klar oberhalb des Schmelzpunkts liegt, derart, daß sich der betreffende Kunststoff wie ein vollkommen hydrostatisches Fluid verhält.

Es ist festgestellt worden, daß es angemessen sein kann, das Fluid bis auf einen Druck zu komprimieren, der je nach Fall von 10 bis 1000 Bar reichen kann. Vorzugsweise wird dieser Druck jedoch über 100 Bar liegen, und die Pumpen 12 werden ein Druckverhältnis von 1:2 aufrechterhalten, wobei der Druck an der Austrittsseite des Extruders bei der Hälfte des Enddruckes liegen wird. Es sei darauf hingewiesen, daß dieser Druck in der Kammer aufrechterhalten wird, die zwischen der Kalibrierungsdüse und der Führungsdüse vorgesehen ist, und zwar aufgrund der besonderen Gestaltung des Durchgangs der Kalibrierungsdüse: und insbesondere aufgrund des Kegels 35, dessen Abmessungen dem_.entsprechend gewählt werden.

Wie zuvor ausgeführt ,liefert die Durchtrittsgeschwindigkeit des Drahtes f die Abgabedaten, die den Betrieb

709881/1073

der Anordnung steuern und insbesondere die Abgabe des Extruders. Während in den Anlagen, die mit einem Bad arbeiten, die Durchlaufgeschwindigkeit eines Drahtes auf einige Meter oder auf einige 10 Meter pro Minute beschränkt ist, hat man mit einer Vorrichtung, wie sie oben beschrieben worden ist, die Durchlaufgeschwindigkeit von Drähten von einer Größenordnung von 20 bis 50m/min bis zu einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von bis 500 m/min ändern können, und zwar entsprechend den verwendeten Erzeugnissen. Aufgrund der Form der Verteilerkammer, die im Innern des Extruderwerkzeugs vorgesehen ist, wird der Kunststoff durch den Draht im Innern des Druckelementes 35 und in den Durchgang 36 derart mitgenommen, daß er einem sehr starken radialen Druck beim Durchlaufen der Düse ausgesetzt ist. Dies führt zum einen dazu, daß der Draht zwischen dem Durchgang 36 vollkommen zentriert gehalten wird und daß zum anderen der Kunststoff einen zusammengedrückten und kompakten Überzug auf dem Draht bildet. Mittels des beschriebenen Präzisionswerkzeugs kann man Isolationsdicken in der Größenordnung von 20 bis 50/um auf einem Draht mit einem Durchmesser von 0,6 bis 1 mm und einer Härte von 1 H bis 3 H (DIN 45 453) erzielen.

Bei den oben erwähnten Erzeugnissen genügt eine einfache Abkühlung, um dem Isolationsüberzug seine abschließende Struktur zu geben. Im Unterschied dazu kann man auch Härtebehandlungen vorsehen, wie Bestrahlungen mit /5- oder Y-Strahlen.

Die oben als Beispiel erwähnten thermoplastischen Materialien sind Gegenstand von detaillierten Untersuchungen in einer Vorrichtung des hier beschriebenen Typs gewesen; die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind an anderer Stelle näher angegeben (schweizerische Patent-

709881/1073

anmeldung Nr. 8445/76).

Es dürfte einzusehen sein, daß in gleicher Weise auch andere thermoplastische Erzeugnisse verwendet werden können, um an die beschriebene Extrudervorrichtung abgegeben zu werden. Ferner kann eine Vielzahl derartiger Erzeugnisse vermischt werden, oder es werden ihnen Zusätze hinzugefügt, wie beispielsweise Farbpigmente oder Harze, die das Fließen in dem Werkzeug erleichtern.

Generell ist das beschriebene Verfahren auf Drähte anwendbar, deren Metallseele einen Durchmesser zwischen 0,1 und 4,0 mm besitzt.

Durch die vorliegende Erfindung sind also ein Verfahren zur Herstellung von isolierten elektrischen Drähten, und zwar von Lackisolationsdrähten, und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens angegeben worden. Um die Nachteile von Bad-Umhüllungsverfahren zu vermeiden, ist gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die Bildung eines an einem Draht haftenden Isolationsüberzugs durch Extrudieren von sorgfältig ausgewählten Thermoplasten vorzunehmen. Die Thermoplaste werden auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes gebracht, woraufhin der Zustand des Fluids um den Draht verdichtet wird. Die Extrudervorrichtung enthält eine Kalibrierungsdüse mit einem Druckkegel, der eine Winkelfläche mit einem Winkel zwischen 2 und 20°, vorzugsweise von 7°, aufweist.

709881/1073

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.J Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Drahtes von der Art eines Lackisolationsdrahtes, unter Erwärmung eines einen hohen Schmelzpunkt besitzenden Kunstharzes zumindest bis auf eine Temperatur, die gleich der Schmelzpunkttemperatur des Kunstharzes ist, und unter Bildung eines dünnen Überzugs aus dem betreffenden Kunstharz auf dem Draht, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharzmaterial im Schmelzzustand in ein Extruderwerkzeug (18) eingepreßt wird, durch welches der Draht (f) geführt wird, und daß das Kunstharzmaterial durch das Extruderwerkzeug (18) auf dem Draht (f) zusammengedrückt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die etwa 40° oberhalb des Schmelzpunktes des betreffenden Materials liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabe des betreffenden Materials, welches in das genannte Extruderwerkzeug (18) eingepreßt wird, in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes (f) in dem Extruderwerkzeug (18) reguliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht (f) einer zweifachen Wärmebehandlungsoperation ausgesetzt wird, bevor er in das Extruderwerkzeug (18) eingeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Isolations-

709881/1073

material aus dem Extruderkopf mit einer Geschwindigkeit herausgeführt wird, die gleich der Geschwindigkeit des Drahtes (f) ist.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolationsmaterial in dem Extruderkopf auf einen Druck über 60 Bar gebracht wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schneckenextruder (18) vorgesehen ist, mit dessen Austrittsseite ein Extruderkopf (3) verbunden ist, und daß in dem Extruderkopf ( 3 ) zumindest ein Extruderwerkzeug (22) vorgesehen ist, welches eine Kalibrierungsdüse (25) enthält, die ein Druckelement bildet, durch welches das Isolationsmaterial auf dem Draht (f) zusammendrückbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Extruderwerkzeug (22) eine Kalibrierungsdüse (25) enthält, die mit einem kegelförmigen Eingang (3^) und mit einem mittleren Durchgang (35,36) versehen ist, dessen einer Teil (35) das genannte Druckelement bildet und ebenfalls kegelförmig ausgebildet ist, wobei der Öffnungswinkel dieses Teiles zwischen 2° Grad und 20° liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel des kegelförmigen Druckelementes (35) in der Größenordnung von 7° liegt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Extruderwerkzeug (18) eine in Extrudierrichtung vor der KalibrierungsdUse (25) vorgesehene

709881/1073

2728833

Drahtführungsdüse (29) enthält, die auf den Durchmesser des Drahtes (f) entsprechend eingestellt ist, und daß der Austritt des Kunststoffs in die Kalibrierungsdüse (25) in einer ringförmigen Vertilerkammer erfolgt, die durch den freien Zwischenraum zwischen den beiden Düsen (25, 29) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß sie einen Mehrfachextruderkopf enthält, der mit dem Extruder über einen Verteiler verbunden ist und der eine Vielzahl von parallel gespeisten Extruderwerkzeugen (18) enthält.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruderkopf mit einer Verdrängerpumpe (11) versehen 1st, die das von dem Extruder herkommende Material mit einer regulierten Fördermenge in Richtung zu dem Extruderwerkzeug pumpt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruderkopf mit einer Vielzahl von Verdrängerpumpen versehen ist, deren Jede ein Extruderwerkzeug speist und das Isolationsmaterial von dem Verteiler aufnimmt, und daß die Reguliervorrichtung Druckaufnehmer enthält, die gerade für Jedes der Extruderwerkzeuge (18) vorgesehen sind und die jeweils die Drehzahl des Motors der Pumpe entsprechend regulieren.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erwärmungsanordnung zur Erwärmung des Drahtes (f) in der Drahtbewegungsrichtung vor dem Extruderkopf angeordnet ist.

709681/1073

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß in Bewegungsrichtung des Drahtes (f) vor der Erwärmungsanordnung eine Ziehanordnung (1) vorgesehen ist.

709881/1073