DE3011047A1 - Waermebestaendiger isolierter elektrischer leitungsdraht und verfahren zu dessen herstellung und verarbeitung - Google Patents

Waermebestaendiger isolierter elektrischer leitungsdraht und verfahren zu dessen herstellung und verarbeitung

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DE3011047A1 DE19803011047 DE3011047A DE3011047A1 DE 3011047 A1 DE3011047 A1 DE 3011047A1 DE 19803011047 DE19803011047 DE 19803011047 DE 3011047 A DE3011047 A DE 3011047A DE 3011047 A1 DE3011047 A1 DE 3011047A1
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Description

Wärmebeständiger isolierter elektrischer Leitungsdraht und Verfahren zu dessen Herstellung und Verarbeitung
Die Erfindung bezieht sich auf einen wärmebeständigen isolierten elektrischen Leitungsdraht bzw. ein derartiges Kabel sowie auf Verfahren zu dessen Her stellung und Verarbeitung.
25 30
Im einzelnen betrifft die Erfindung einen wärmebeständigen isolierten Leitungsdraht mit einem elektrischen Leiter und einer Deckschicht aus einem Gemisch eines Bindemittels mit einer feingemahlenen und ungeschmolzenen anorganischen Substanz. Dieses Gemisch wird durch Erwärmen auf eine Temperatur unterhalb ihres Schmelzpunkts an den elektrischen Leiter angebacken; danach wird an der Gemisch-Schicht eine organische Isolierschicht ausgebildet. Der erfindungsgemäße Leitungsdraht, bzw. das erfindungsgemäße Kabel hat hervorragende Warmebeständigkeit und Haltbarkeit und ist besonders für Baukomponenten aus (unter räumlichen Einschränkungen) sehr dicht gewickeltem Draht bei Magnet-Motoren wie beispielsweise Kraftfahrzeug-Scheibenwischermotoren ge-
vi/rs
030040/0816
Deutsche Bank (München) KIo. 51/61070
Dresdner Bank (München) KIo. 3939844
Posischeck (München) KIo. 670-43-804
- 6 - DE 0296
eignet. Zu diesem Zweck ist es notwendig, daß der Draht wärmebeständig und nicht entflammbar ist.
Bisher wurde ein derartiger wärmebeständiger c isolierter elektrischer Draht durch Anbacken eines
wärmebeständigen Harzes wie Polyamid, Polyamidoimid,
Polybenzimidazol, Polyimidazolopin, Polyesterimid oder
dgl. an einen Leiter hergestellt. In den letzten Jahren wurden aufgrund steigender Anforderungen hinsichtlich
IQ kleiner Bemessung und Gewichtserleichterung bei gleichzeitig hoher Leistung verschiedenerlei Arten von
keramisch isolierten Leitungsdrähten entwickelt. Die
Anwendung derartiger Drähte hat bei der Raumforschung
und in Strahlungsquellen-Umgebung Bedeutung erlangt.
15 Ferner wurden als Leitermaterialien wärmebeständige
Kupferlegierungen und dispergiert verstärkte Legierungen entwickelt. Darüber hinaus wurde auch mit Aluminiumoxid als Isolator usw. beschichteter "Almite"-Draht hergestellt.
Die Normalanwendung derartiger "Almite"-Drähte
mit einer Beschichtung mit wärmebeständigem Harz als Isoliermaterial ist auf Temperaturen unterhalb von 220 0C beschränkt, da diese Harze organische Stoffe
sind, die gegenüber Wärme nicht sehr widerstandsfähig
sind; obzwar "Almite" ein anorganischer Stoff ist,
ist die normale Anwendung allein von "Almite" auf Temperaturen unterhalb von 300 bis 350 0C begrenzt. Zur Verwendung eines wärmebeständigen isolierten Drahts in
einem Temperaturbereich oberhalb des genannten Bereichs ist es folglich notwendig, einen isolierten Draht
mit anorganischen Material mit hoher Wärmebeständigkeit wie Glas, Keramik oder dgl. als Isoliermaterial zu beschichten; derartige Drähte wurden in einigen Veröffent-
35 lichungen angegeben.
Diese mit einer Beschichtung aus anorganischem
030040/0816
] Material isolierten Leitungsdrähte wurden durch Aufbacken eines Gemischs von wärmebeständigem Harz mit pulverisiertem Glimmer, Ton, Talk, Glas, kurzfasrigem Siliciumdioxid und dgl. hergestellt. Dabei haben kürzlich entwickelte Isoliermaterialien Aufmerksamkeit gefunden, die als Haupt-Isolierkomponente SiOp-B-O^-PbO-Glas oder SiO2-MgO-Al2O3-GIaS enthalten. Trotz des Vorteils der hervorragenden Wärmebeständigkeit hat die Anwendung von mit anorganischem Material isolierten Drähten im Hinblick auf die unzureichende Haftung an dem Leiter und die mangelnde Biegsamkeit für das Spulenwickeln Schwierigkeiten ergeben. Diese Unzulänglichkeiten haben die Absatzfähigkeit der Drähte stark begrenzt. Inzwischen wurde ein mit anorganischem Material beschichteter isolierter Draht mit hervorragender Wärmebeständigkeit entwickelt. Bei diesen wurden der Leiter durch Vernickeln oder Aufbringen einer Plattierung beschichtet. Der mit anorganischem Material beschichtete Draht bietet einen Vorteil dadurch, daß sich selbst bei einer Temperatur von über 600 0C kein Oxidfilm an dem Draht bildet, so daß er hervorragende Wärmebeständigkeit im Vergleich mit einem Stahldraht zeigt, dessen Widerstand bei sehr hoher Temperatur durch Oxidation ansteigt. Unter diesen Umständen hat der mit anorganischem Material isolierte elektrische Leitungsdraht wieder viel Aufmerksamkeit gefunden. Trotzdem wurden die vorstehend genannten Mangel der anorganischen Materialien zur Isolierung, nämlich das fehlende Haften an dem Leiter und der Mangel an für das Wickeln von Spulen notwendiger Bieg-
30 samkeit bisher noch nicht behoben.
Besonders dann, wenn isolierte Drähte als Motorteile verwendet werden, stellt an diesen die Herstellbarkeit einer sicheren Verbindung mit einem Kommutator ein sehr schwerwiegendes Problem dar. Die Verbindung eines Kommutators mit einem Drahtende einer Wicklung wird gewöhnlich folgendermaßen hergestellt:
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Mittels eines Automaten werden elektrische Wicklungen mit Endteilen gewickelt, die an mehreren Klemmen bzw. Blöcken eines Kommutators verstemmt werden; danach wird über die Spule Strom geführt, während zugleich vom Umfangsbereich des Kommutators her jeweils eine Elektrode an die Klemmen gedrückt wird. Folglich werden die Klemmen durch die erzeugte Joule1sehe Wärme aufgeheizt. Durch die Joule'sehe Wärme wird das auf dem Draht geschichtete Isoliermaterial geteilt und der Leiter des Drahts durch den durch die Joule'sehe Wärme und den von der Elektrode erzeugten Druck hervorgerufenen Schweißvorgang mit den Klemmen verbunden. Ein derartiges Anschlußverfahren wird "elektrisches Schweißen" genannt. Unter diesen Bedingungen wird auf diesem Gebiet dringlieh nach einem wärmebeständigen isolierten Draht gesucht, der außer den vorstehend genannten Eigenschaften die Eigenschaft hat, für dieses elektrische Schweißen geeignet zu sein.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen wärmebeständigen isolierten elektrischen Leitungsdraht mit einer Isolierschicht zu schaffen, der sehr biegsam ist und eine hervorragende Wärmebeständigkeit hat sowie ferner eine hohe Dauerhaftigkeit bzw. Dauerfestigkeit
hat, die einen Hochgeschwindigkeits-Wickelvorgang zuläßt, wobei der Draht selbst nach einem derartigen Hochgeschwindigkeits-Wickeln seine beständigen Isoliereigenschaften beibehält.
ου Ferner sollen mit der Erfindung Verfahren zur
Herstellung eines derartigen wärmebeständigen isolierten Drahts sowie zu dessen Verarbeitung bzw. Anschluß geschaffen werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Aus-
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1 führungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 ist eine vergrößerte Schnittansieht eines Ausführungsbeispiels
des Drahts.
Fig. 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels des Drahts.
Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau bei dem Verfahren zum Verbinden eines Kommutators mit dem in Fig. 1 gezeigten Draht.
Fig. 4 zeigt schematisch einen Schnitt
eines Teils bei einem elektrischen
Schweißverfahren mit dem Draht. 20
Fig. 5 zeigt schematisch einen Schnitt bei dem elektrischen Schweißverfahren beim herkömmlichen Verfahren zum Anschluß an einem ■" Kommutator.
Der wärmebeständige isolierte elektrische Leitungsdraht wird folgendermaßen hergestellt: Zuerst
wird ein Metalldraht, der vorzugsweise vernickelt,
verzinkt, verzinnt oder auf ähnliche Weise plattiert ist, mit einer Dispersion eines feingemahlenen anorganischen Isoliermaterials beschichtet, der ein Bindemittel wie organisches Siliconharz zugesetzt ist. Dann wird
der beschichtete Draht auf einen Temperaturbereich
erwärmt, innerhalb dessen das anorganische Material nicht in den Glaszustand sintert, d. h. auf eine Temperatur
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unterhalb des Schmelzpunkts des organischen Isoliermaterials, um dadurch ein für die Dispersion zum Aufbringen des anorganischen Isoliermaterials auf den Draht verwendetes Lösungsmittel auszudampfen. Der beschichtete Draht wird dann mit einem organischen Isoliermaterial wie Polyimid beschichtet, das leicht verformbar ist, so daß es sich der Form der anorganischen Deckschicht anpaßt, wobei eine-schwache Bindung mit der anorganischen Isoliermaterial-Schicht entsteht; danach wird der Draht zusätzlich gebrannt bzw. ausgeheizt, um damit den wärmebeständigen isolierten Draht zu erhalten.
Eine Spulenwicklung mit dem erzielten Draht
kann mit hoher Geschwindigkeit gewickelt werden. Ferner ermöglicht es der Draht, das Wickeln und das elektrische Anschweißen oder Verschmelzen automatisch auszuführen. Im einzelnen liegen die wesentlichen Gesichtspunkte dabei darin, daß die anorganische Isolierschicht auf den Draht aufgebracht wird und so erwärmt wird, daß diese nicht in den Glaszustand schmilzt, und danach die organische Isolierschicht aufgebacken bzw. aufgebrannt wird. Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Tauglichkeit für Hochgeschwindigkeits-Wickeln ·" erfolgt bei dem Draht dadurch, daß auf die organische Isolierschicht des Drahts noch eine abriebfeste bzw. verschleißfeste Schicht wie z. B. aus Polyamidoimid-Harz aufgebracht wird.
Die Vorteile des Drahts liegen darin, daß er
sowohl für die vorangehend beschriebene Elektroschweiß-Verbindung als auch zum Spulenwickeln verwendbar ist.
Der Draht hat hinsichtlich zweier Gesichts-
punkte einen charakteristischen Aufbaus Ein Merkmal des
030040/081
Drahts liegt darin, daß die Erwärmung der anorganischen Isolierschicht so gesteuert wird, daß sie unterhalb des Schmelzpunkts erfolgt. Dadurch wird eine Verteilung bzw. Ausbreitung der anorganischen Isolierschicht verhindert. Daher erfolgt beim elektrischen Schweißen oder Verschmelzen eine Verteilung der anorganischen Isolierschicht aus den Drahtsystemen heraus durch den Schmelzfluß der organischen Isolierschicht und den. an dem Draht gemäß den vorangehenden Ausführungen
TO in bezug auf das elektrische Schweißen angelegten Druck. Dies ergibt eine feste Verbindung des Drahts mit dem Kommutator. Wenn ein Draht mit einer Isolierschicht mit weiter gesteigerter Wärmebeständigkeit erwünscht ist, kann eine starke Isolierschicht durch eine Wärmebehand-
15 lung nach dem Wickeln durch elektrischen Stromfluß
über die erzeugte Spule gebildet werden, durch den in der Spule bzw. Wicklung Wärme zum Sintern der anorganischen Isolierschicht erzeugt wird, wodurch sich die Oberflächenschicht des anorganischen Isoliermaterials an der plattierten Metalloberfläche des Drahts verteilt. Dies ergibt den Vorteil, daß nicht nur eine hervorragende Wärmebeständigkeit gewährleistet ist, da die starke Isolierschicht ein unzureichendes Haften an dem Leiter bei einer über einer Nenntemperatur liegenden Temperatur und insbesondere eine Ablösung aufgrund einer Oxidation verhindert, sondern daß auch der Draht für Geräte oder Vorrichtungen verwendbar ist, bei denen eine hohe Vibrations-Haltbarkeit notwendig ist, die durch das
Brennen bzw. Aufheizen nach dem Wickeln erzielt wird. 30
Ein weiteres Merkmal des Drahts liegt darin, daß die äußere (obere) organische Isolierschicht lose an der inneren (unteren) anorganischen Isolierschicht haftet. Dadurch werden die Wickeleigenschaften des Drahts verbessert.
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Gemäß den vorangehenden Ausführungen hat der Draht einen gesteigerten Vorteil dadurch, daß sowohl die anorganische Isolierschicht unter ihrem Schmelzpunkt getrocknet wird als auch die Schicht mit dem organisehen Deckmaterial gewählt und organisch verbunden wird, welches beim Wickeln leicht auf eine zur anorganischen Schicht passende Form verformbar ist. Wenn ferner nach dem Trocknen eine Beschichtung der anorganischen Isolierschicht mit einem Trennmittel wie Silicon, Wachs oder dgl. erfolgt, wird die Verformbarkeit der auf der Trennungsmittel-Schicht aufgebrachten organischen Isolierschicht verbessert, da dadurch die Fähigkeit zur Ausdehnung oder Zusammenziehung der oberen organischen Schicht beim Wickeln gesteigert ist, wodurch
15 der Wickelvorgang außerordentlich erleichtert wird.
Der Leitungsdraht bzw. die Verfahren zu dessen Herstellung und Verarbeitung werden nachstehend anhand von Beispielen erläutert.
20
Beispiel J
Zunächst wird die Oberfläche eines Leiters vorbehandelt, beispielsweise durch Vernickeln; dann wird
ΔΌ eine anorganische Isolierschicht aufgebracht, wie z. B. SiO2-PbO-B2O3-GIaS in feiner Zermahlung auf 300 bis 450 Maschen je Zoll (mesh) (lichte Maschenweite von ungefähr 40 bis 50 pm). Dem feingemahlenen Pulver
wird nötigenfalls Cr0O-, zugefügt. Das gewonnene
Pulver wird in eine 30 %ige Polyimidlacklösung eingemischt, um eine anorganische Dispersion zu erzielen, bei der das Gehaltsverhältnis des anorganischen Materials gegenüber der Lacklösung 1:2 ist. Der vorbehandelte Draht wird mit der Dispersion beschichtet und auf eine
Temperatur von ungefähr 300 0C bis ungefähr 500 0C
erwärmt, um das Lösungsmittel der Lacklösung auszudampfen; auf diese Weise wird an dem Leiter eine anorgani-
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- 13 - 301 1047 DE 0296 ' sehe Isolierschicht gebildet.
Bei der üblichen Wärmebehandlung in herkömmlichen Verfahren wird der Leiter auf eine Temperatur von 800 bis 1200 0C erwärmt, um an dem Leiter eine glasartige Beschichtung auszubilden. Der auf diese Weise gewonnene Leitungsdraht trägt eine glasartige Beschichtung, so daß er aufgrund der schwachen Haftung der Beschichtung an dem Leiter eine geringe Biegsamkeit '0 hat und nicht bei einem Wickelvorgang mit hoher Geschwindigkeit zur Spulenerzeugung verwendet werden kann.
Bei dem Draht gemäß den Ausführungsbeispielen wird jedoch zur Formung der anorganischen Isolierschicht der Leiter unterhalb eines gesteuerten Temperaturbereichs so erwärmt, daß der Draht einer Temperatur von 300 bis 500 0C ausgesetzt ist, bei der das SiO2-PbO-
Bo0-j-Glas nicht schmilzt. Danach wird ein wärmebe-
ständiger Überzug mit elektrischen Isoliereigenschaften wie Polyimid-Harz auf die anorganische Schicht in einem Temperaturbereich aufgebacken, bei dem die anorganische Glas-Schicht nicht schmilzt.
Die Fig. 1 zeigt den Querschnitt eines dermaßen
hergestellten Leitungsdrahts. In der Fig. 1 ist 7 ein Leiter, 16 eine Schicht aus ungeschmolzenem anorganischem Material und 17 eine organische Isolierschicht aus Polyimid.
Darüber hinaus kann zur Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Drahts bei dem Wickeln mit hoher Geschwindigkeit ein abrieb- bzw. verschleißfester Film 18 dadurch ausgebildet werden, daß ein Überzug mit guter Verschleißfestigkeit wie ein solcher aus Polyamidoimid-Harz aufgebacken wird; 19 stellt ein Bindemittel dar.
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Der Draht gemäß diesem Beispiel wird auf die beschriebene Weise hergestellt. Das heißt, an dem Leiter wird die anorganische Schicht durch deren Erwärmung auf eine Temperatur, bei der das SiO0-PbO-B20_-Glas nicht schmilzt, wie beispielsweise unterhalb von ungefähr 500 0C ausgebildet, um ein vorläufiges Abbinden der anorganischen Schicht herbeizuführen; danach wird auf dieser Schicht die organische Isolierschicht 17 geformt.
10
Aufgrund einer plötzlichen Erwärmung können in der anorganischen Schicht Blasen erzeugt werden, die Mangel bei der Qualität des Endprodukts ergeben könnten; daher ist es zweckdienlich, die Temperatur allmählich zu steigern oder einen zusätzlichen Verfahrensschritt zum Ausdampfen des Lösungsmittels der Dispersion vorzusehen.
Bei der Dispersion des anorganischen Isolier-
materials besteht ein starker Zusammenhang zwischen
der Teilchengröße des anorganischen Materials und den Wickeleigenschaften des Endprodukts. Bei Versuchen wurde festgestellt, daß die Herstellung von anorganischen Teilchen mit einem Durchmesser von 6 μπι oder
darunter die gleichmäßigsten Eigenschaften ergibt.
Die erzielten Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
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Tabelle 1
ο co O CD
O 00
cn
^s. Eigenschaften
Teilchen-^,
größe ^s.		 Wickel-Rundungs-
Eigenschaft
(Eigen
durchmesser)		 Wickel-
Eigen
schaft*		 Film
dicke		 Durch- ι
bruchs-
spannung ·		 Güte Abnutzungs-
Eigenschaft
= 3 μια ο ο 28-30
μια		 7 kV Erweichungs
temperatur		 40-fach
= 6 μπι ο ο Il 6,5 kV £550 0C 40-fach
3 bis 10 μια ο A Il 6 kV 14-fach
3 bis 15 μια χ Il 3,5 kV Il 11-fach
Il
* Hiermit sind die Ergebnisse von Sichtüberprüfungen an einer Wicklung
eines Ankers eines Kraftfahrzeug-Scheibenwischermotors dargestellt, o: Normal;
Δ: Wolken- bzw. Blasenbildung an der Oberfläche zu beobachten; x: Brüche oder punktförmige Löcher an der Oberfläche zu beobachten.
cn
CO
CD
O -«J
O vo
Im folgenden werden Ergebnisse beschrieben, die bei der Verwendung dieses isolierten Drahts beispielsweise bei einem Kraftfahrzeug-Scheibenwischer-Motor erzielt wurden.
Die Fig. 3 zeigt den Teil der Verbindung einer
Wicklungseinheit mit einem Kommutator bei einem Gleichstrommotor für einen Scheibenwischer eines Kraftfahrzeugs. 1 und 2 sind Elektroden für die elektrische Schwsißung bzw. Verschmelzung; 3 sind an den Anker des Motors angrenzende Kommutatorsegmente; 4 ist ein Spalt bzw. eine Nute des Kommutators; 5 ist eine Motorwelle. 6 ist ein Verbindungsglied bzw. eine Klemme oder ein Block zur elektrischen Verschweißung des Kommutators mit den Endteilen der Wicklungseinheit, bei dem Endteile des Leiters 7 an der Mitte durch Anpressen der Elektroden 1 und 2 festgelegt werden. 8 ist eine Leiterschicht mit niedrigem Schmelzpunkt, an der zur Erleichterung der Verbindung eine Verzinkung oder Verzinnung vorgenommen ist. A zeigt einen Teil der elektrischen Schmelzverbindung zwischen dem Leiter 7 und dem Verbindungsblock 6, während die Fig. 4 und 5 eine vergrößerte Ansicht dieses Teils zeigen.
Das elektrische Schweißen bzw. Verschmelzen erfolgt dadurch, daß mittels der Elektroden über den Verbindungsteil Strom geführt wird, während die zu verbindenden Teile zusammengedrückt werden. Dabei werden die isolierenden Deckschichten durch den Andruck zerstört und in dem Stromdurchlaßteil· über den Leiter Joule'sehe Wärme erzeugt, so daß die Verbindungsteile völlig verschweißt werden und eine sehr starke Verbindung bilden.
Der herkömmliche, mit anorganischem Material isolierte Draht ist nicht für den Anschluß durch elektri-OJ sches Schweißen bzw. Verschmelzen geeignet. Der Grund dafür liegt darin, daß zwar die herkömmlichen anorganisch isolierten wärmebeständigen Drähte eine gute Wärmebeständigkeit haben, die Isolier-Beschichtung jedoch nicht durch
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den auf den Draht bei der Verschweißung bzw. Verschmelzung aufgebrachten Andruck völlig beseitigt werden kann , was zu einem erhöhten Widerstand an dem Verbindungspunkt
führt.
5
In der Fig. 4 ist die herkömmliche Verbindung gezeigt, wobei 7a eine Deckschicht an dem Leiter 7 darstellt. Wenn die isolierende anorganische Glasschicht
bis zu einem gesinterten Glaszustand erwärmt worden wäre, würde dies eine Schwächung eines Stromdurchlasses zwischen dem Kommutator und dem Leiter 7 herbeiführen, die auf
die Beschichturigssubstanz der Schicht 7a, d. h. der anorganischen Schicht zurückzuführen ist, die bei der Verschmelzung an dem Draht zurückbleiben würde. Die Fig. 5
'5 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Verschmelzungsteils, der erzielt wird, wenn der Leitungsdraht gemäß dem
Ausführungsbeispiel verwendet wird.
In dieser Hinsicht ergibt sich bei dem Leitungszu draht eine starke elektrische Verbindung durch das
Schweißen bzw. Verschmelzen, da durch die angewandte
Joule'sehe Wärme und den Andruck an dem Verschweißungsteil die anorganische und die organische Isolierschicht in günstiger Weise entfernt werden, wodurch eine starke
und feste Verbindung zwischen den Metallen entsteht«
9 ist ein Carbid, das durch Verbrennen des Polyimids der oberen organischen Schicht gebildet wird.
Darüber hinaus kann, falls es notwendig ist,
der folgende Verfahrensschritt bei der Beschichtung des Drahts hinzugefügt werden. Der zusätzliche Verfahrensvorgang beinhaltet die Schaffung mechanisch kräftigerer Isoliereigenschaften an von dem Verschmelzungsteil verschiedenen Teilen.
Das heißt, eine Wicklungseinheit eines Motors
mit hervorragender Festigkeit und hervorragender Vibra-
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rations-Dauerhaftigkeit kann erzielt v/erden, in dem die untere anorganische Isolierdeckschicht dadurch vollkommen gesintert und kalziniert wird, daß beispielsweise über eine Ankerwicklung Strom geführt wird, um den Anker und den Kommutator erneut aufzuheizen, wobei die Ankerwicklung aus den nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellten wärmebeständigen isolierten Draht hergestellt ist.
Wie vorangehend erläutert wurde, wird der isolierte Draht dadurch hergestellt, daß auf einen Leiter 7 mit einem Durchmesser von beispielsweise 2,5 mm ein dispergiertes anorganisches Material 16 und 19 aufgeschichtet wird, das durch Zusatz des Bindemittels 19 wie organisehen Silicons zu der Substanz 16 in Form anorganischen Pulvers gewonnen wird, daß die anorganische Substanz 16 und 19 auf einen Temperaturbereich erwärmt wird, bei dem die anorganische Substanz nicht in einem Giaszustand schmilzt, und daß die organische Isolierschicht aufgebracht wird, die vorzugsweise wesentlich dünner als die anorganische Isolierschicht ist. Mit dem Draht können die bisher ungelösten Probleme dadurch ausgeschaltet werden, daß zur Verbesserung der hervorragenden Hochgeschwindigkeits-Wickeleigenschaften der vorstehend
^ beschriebene Aufbau in der Weise abgewandelt wird, daß als Material für die obere organische Schicht 17 ein Material verwendet wird, welches beim Wickeln des gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel hergestellten
isolierten Drahts um eine runde Metallstange mit dem on gleichen Durchmesser von 2,5 mm wie der verwendete
Leiter leicht auf die der unteren anorganischen Isolierdeckschicht 16 und 19 entsprechende Form verformbar ist. Ferner_werden mit dem Draht die bei dem herkömmlichen Isolierdraht anzutreffenden Anschlußprobleme überwunden,
die häufig Schwierigkeiten verursacht haben. Insbesondere kann mit dem Draht gemäß dem Beispiel ein einwandfreies automatisches Verbinden des Leiters mit dem Kommutator in einer Wicklungseinheit wie einer bei einem Motor oder
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1 dgl. verwendeten gewährleistet werden.
Die folgende Tabelle 2 zeigt die Bewertungsergebnisse hinsichtlich der Brenneigenschaften und Verschmelzungseigenschaften bei einem Motor, der mit einem mittels eines gleichartigen Verfahrens wie bei dem Beispiel 1 erzielten wärmebeständigen Draht hergestellt wurde.
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Tabelle 2
σ co ο
00
Beispiel Brennwiderstand Drahtdurch Angelegte Zeit bis zum Verschmelzeigenschaften Mängel Abaen. Gesamtbe
I messer Spannung Brennen Anzahl anzahl Anteil wertung
gemessener
- 1 0,7 mm 13,5 V mehr als Motore 0 100 % Gut
250 h 50
2 Il mehr als 0 100 % Gut
Ver 250 h I.
gleichs- 3 Il mehr als 0 100 % Gut
beispiel 250 h Il
I 1 Il 0,5 - 1 h 1 98 % Schlecht
2 " Il 3 - 11 h Il 29 42 % Schlecht
Il
2 Il 5 - 8 h 22 56 % Schlecht
Il
CO CD
CD -C--
Die in der Tabelle 2 gezeigten Ergebnisse bei dem Beispiel I wurden durch Herstellung von Gleichstrommotoren für Scheibenwischer von Kraftfahrzeugen unter Verwendung von Kupferdrähten mit einem Durchmesser von 0,7 nun als Leiter erzielt/ auf die eine Nickel-Plattierung aufgebracht wurde und die dann zur Erzeugung des wärmebeständigen isolierten Drahts mit der vorstehend beschriebenen Isolierschicht überzogen wurden. Bei dem Beispiel 1-1 in der Tabelle 2 wurde als Bindemittel ein Zusatz von 30 % organischem Silicon zu der Dispersion der anorganischen Isoliersubstanz verwendet. Die geprüften Drähte bei dem Beispiel 1-2 wurden dadurch erzielt, daß die auf den Leiter aufgebrachte Dispersion, in der als Bindemittel Silicon der anorganischen Dispersion hinzugefügt wurde, gebrannt wurde und dann auf die Schicht ein Poiyimid-Lack aufgeschichtet und bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der anorganischen Isolierschicht gebrannt wurde, wie es bei dem Beispiel 1-1 der Fall war. Die geprüften Drähte bei dem Beispiel 1-3 wurden dadurch hergestellt, daß eine anorganische Isolierdispersion, in der gewöhnliches Wachs wie Paraffinwachs anstelle von Silicon als Bindemittel enthalten war, auf den Leiter aufgetragen und die Dispersion an dem Leiter bei einer Temperatur unterhalb ihres Schmeiz-
25 punkts gebrannt bzw. aufgeheizt wurde. Die bei den
Vergleichsversuchen 1-1 verwendeten Drähte waren gewöhnliche im Handel erhältliche Polyiraid-Isolations-Drähte, während die bei den Vergleichsversuchen 1-2 und 1-3 verwendeten
Drähte dadurch hergestellt wurden, daß direkt auf den on
Leiter Polyimid-Lacke mit einem Gehalt von jeweils 55 % feingemahlenen kurzfasrigen Glases bzw. Al3O3 aufgebracht wurden und dann auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur erwärmt wurden. Daher haben die Drahtproben bei den Vergleichsversuchen 1-2 und 1-3 jeweils eine einzige
Isolierschicht getragen.
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Beispiel II
Die bei diesem Beispiel II und zugehörigen Vergieichsversuchen II erzielten Ergebnisse sind in 5 der Tabelle 3 angeführt.
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Tabelle 3
O O
as
cn
4 Wickeleigenschaft Wickel Verschmelzeigenschaft Versuchs-
anzahl		 Drahtfehler
anzahl j		 Abgen.
Anteil		 Gesarr.t-
Beispiel
II		 5 Haftung 50 0 100 % bewer-
tung
6 Ablö
sung		 O 50 0 100 % O
s- Il Δ 50 0 100 % O
Vergleich
versuche		 7 Il Λ
II 8 X 50 0 100 %
9 Enges
Haften		 X 50 0 100 % X
Il X 50 0 100 % X
II X
to
U)
CO CD
CD
(dabei ist "Ablösung" die Trennung der anorganischen Isolierschicht von der organischen Isolierschicht, während der Ausdruck "enges Haften" bedeutet, daß ein Material zur Bildung einer engen Haftung zwischen der anorganischen Isolierschicht und der organischen Isolierschicht verwendet ist. Das heißt, ein die Ablösung herbeiführendes Material zeigt eine schwache Haftung zwischen der oberen und der unteren Schicht. Selbst wenn daher als Ergebnis der durch das Wickeln verursachten Beanspruchung in der unteren Isolierschicht Risse entstehen, entstehen keinerlei Risse in der oberen Isolierschicht. Dies ist auf die schwache Bindekraft zwischen der oberen und der unteren Schicht zurückzuführen.)
Als Beispiel II sind in der Tabelle 3 Daten angegeben, die für das Wickelverfahren nach dem Beispiel 1-1 erzielt wurden. Bei dem bei dem Beispiel II-4 verwendeten Draht wurde auf die anorganische Schicht Silicon-Lack aufgebracht und zusätzlich auf diesen Polyimid aufgebrannt. Bei dem bei dem Beispiel II-5 verwendeten Draht wurde Polyimid direkt auf die schicht aufgebrannt. Bei dem bei dem Beispiel II-6 verwendeten Draht wurde Polyurethan auf die anorganische Dispersion aufgebrannt, der entweder organisches Silicon oder Wachs hinzugefügt wurde. Bei dem Draht für die Vergleichsversuche II wurde eine anorganische Schicht verwendet, der zum Herbeiführen eines engen Haftens zwischen der anorganischen Schicht und der äußeren organischen Isolierschicht kein Silicon hinzugefügt wurde, und direkt auf die anorganische Schicht ohne eine Wachsbeschichtung auf der anorganischen Isolierschicht Polyurethan und Expoxylack aufgebracht. Bei dem Draht für die Vergleichsversuche II-7 wurde Polyurethan aufgeschichtet, während bei demjenigen für die Vergleichsversuche II-8 und II-9 Epoxy-Isolierlack aufgeschichtet wurde. Bei den Versuchen wurden die Eigenschaften durch Nacherwärmen der Schicht aus der anorganischen Isoliersubstanz mit Hilfe eines über die Wicklung nach deren Aus-
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bildung geführten Stroms erzielt. Diese Eigenschaften sind besonders dann notwendig, wenn eine Wicklung einer Zentrifugalkraft oder Vibrationen ausgesetzt wird. Dieses Verfahren kann sehr bequem ohne irgendeine Gefahr einer fehlerhaften Verbindung ausgeführt werden, da es nach dem erfolgten elektrischen Verschweißen ausgeführt wird.
Wie vorstehend in Einzelheiten ausgeführt ist, beruhen die Beispiele auf einem Verfahren, bei dem auf
10 einen Leiter eine Dispersion, die durch Zusatz eines
Bindemittels wie organischem Silicon oder dgl. zu feingemahlener anorganischer Substanz bereitet ist, aufgeschichtet und bis zur Trockenheit bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der anorganischen Substanz erwärmt wird, wonach eine organische Isolierschicht aufgebracht wird und der so gewonnene Draht zu einer Wicklung gewickelt wird. Dabei ist die Wahl des Materials für die obere organische Schicht von Bedeutung. Das Material muß an der unteren anorganischen Isolierschicht haften, obgleich dies schwierig ist. Insbesondere dann, wenn ein Leiter mit einem kleinen Durchmesser von weniger als 1,5 mm verwendet wird, ist das Ausmaß der starken Haftung, nämlich das Ausmaß der Verbindung zwischen den beiden Schichten nicht leicht zu beurteilen bzw. festzulegen. Daher wurde ein Prüfverfahren zur Ermittlung der Stärke der Haftung zwischen den beiden Schichten entwickelt. Es wurde nämlich ein isolierter Prüf-Draht mit einer gesamten Beschichtungsdicke von 30 bis 60 pm dadurch hergestellt, daß auf eine runde Leiterstange mit einem Durchmesser von
^ 2,5 mm eine anorganische Isolierschicht und dann eine weitere organische Prüf-Isolierschicht aufgebracht wurde, wobei das Dickenverhältnis der anorganischen zu der organischen Schicht 2:1 war. Der Prüfdraht wurde zur Bildung einer Spule bzw. Wicklung zweimal bis dreimal um eine zylindrische Stange mit dem gleichen Durchmesser wie der Leiter, nämlich 2,5 mm gewickelt. Dann wurden an dem inneren Teil der hergestellten Spule aus dem Prüfdraht Brüche erzeugt, wonach der Ablösezustand der oberen
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Schicht untersucht wurde. Das Material, das unter diesen Bedingungen ein Ablösen der oberen Schicht zeigt, kann als für die Anwendung bei dem Beispiel geeignet angesehen werden.
Beispiele 3 bis 7
Bei den Beispielen I und II, d. h. im einzelnen bei den Beispielen 1-1, 1-2, 1-3, II-4, II-5 und II-6 wurde zwar SiO2-PbO-B2O3-GIaS verwendet, jedoch sind auch andere Gläser oder anorganische wärmebeständige Substanzen geeignet, wie es bei den folgenden Beispielen dargestellt wird.
15 Bei den folgenden Beispielen wurden für die
anorganische Schicht die folgenden Gläser oder anorganischen Stoffe verwendet:
Beispiel 3
20 Beispiel 4 nur
Beispiel 5 nur
Beispiel 6 SiO22
Beispiel 7 Cr2°3
Dem Pulver aus diesen Gläsern bzw. anorganischen Substanzen wurde ein Bindemittel und ein dispergierendes Lösungsmittel zugemischt, um in einem jeweiligen Fall eine Dispersion zu erzeugen, wobei dann die Dispersionen jeweils in einer Dicke von 60 μπι auf Kupferdrähte mit
einem Durchmesser von 0,7 mm aufgeschichtet wurden. Die Beschichtung wurde mit der Beschichtung unter Verwendung von SiO2-PbO-B2O3-GIaS gemäß den Beispielen I und II verglichen. Die SiO2-B„O_-Glaszusammensetzung gemäß dem Beispiel 3 zeigte gute Verschmelzungseigenschaften,
die denjenigen des bei den Beispielen I und II verwendeten Glases gleichartig waren.
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• Aus jedem Beispiel ist ersichtlich, da/B der isolierte Draht, bei dem 'auf den Leiter die ein Bindemittel enthaltende feingemahlene ungeschmolzene anorganische Substanz aufgebracht ist und auf diese ein organischer Film aufgetragen ist, durch Verwendung der organischen Silicon-Bindemittel-Zusanimensetzung als Bindemittel der Beschichtung aus der feingemahlenen und ungeschmolzenen anorganischen Substanz eine Isolierschicht guter Biegsamkeit und eine beständige Deckschicht an dem Leiter hat und hervorragende Wickeleigenschaften zeigt. Darüber hinaus können gleichartige Eigenschaften dadurch erzielt werden, daß zwischen die Schicht aus der ungeschmoizenen anorganischen Substanz und der organischen Isolierdeckschicht ein Trennmittel wie Siliconöl oder
'5 Wachs aufgebracht wird.
Die bei jedem der Beispiele erzielten wärmbeständigen isolierten Leitungsdrähte haben eine überlegene Wärmebeständigkeit, da das feingemahlene anorganische Pulver zeitweilig mit einer geringen Menge an Bindemittel mit dem Leiter verbunden ist. Bisher hatten isolierte Drähte, bei denen als Isoliermaterial anorganische Substanz verwendet wurde, Mängel hinsichtlich ihrer Biegsamkeit. Diese Mangel der herkömmlichen Drähte wurden bei dem
elektrischen Draht gemäß den Beispielen dadurch ausgeschaltet, daß mit einem Bindemittel die feingemahlenen anorganischen Substanzen zeitweilig mit dem Leiter verbunden wurden und an den Substanzen eine organische Isolierschicht ausgebildet wurde.
30
Der Grund für die ermöglichten Verbesserungen liegt darin, daß der Draht an dem Leiter eine Schicht aus einem ungeschinoizenen und nicht gesinterten anorganischen
feingemahlenen Pulver hat und die Haftungskraft zwischen 35
der Schicht aus dem anorganischen Pulver und der organi-
0 3 0 0 4 0 AO 8 1 6
1 sehen Isolierschicht verhältnismäßig gering ist. Zur
Verwendung als organische Schicht ist Polyimid geeignet, da es eine schwache Haftung an der anorganischen Schicht ergibt.
5
Die Struktur der anorganischen Isolierschicht, die mit ungeschmolzenen anorganischen feingemahlenen Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 6 μια aufgebaut ist, wobei die Teilchen selbständig und mit dem Bindemittel miteinander verbunden sind, trägt gemäß den vorangehenden Ausführungen zum gleichförmigen Verschmelzen des Drahts bei, was das automatische elektrische Verbinden ermöglicht.
Die Güte der Isolierschicht des Drahts, nämlich insbesondere die reißhemmenden Eigenschaften und die gleichmäßige Biegsamkeit ergeben sich aus den Bedingungen für die Teilchengrößen der anorganischen Substanz durch das Einschränken der Durchmesser auf nicht mehr als
20 6 um.
Obgleich zwar bei dem Beispiel I das Erwärmen der anorganischen Isolierschicht bei einer Temperatur von weniger als 500 °C erfolgte, kann eine Temperatur
oberhalb von 500 0C zugelassen werden, wenn das Erwärmen für eine ausreichend kurze Zeitdauer erfolgt.
Wie im vorstehenden in Einzelheiten beschrieben
ist, ergeben sich hervorragende Eigenschaften durch Her-
stellung eines wärmebeständigen isolierten Drahts, bei dem.leicht durch Schweißen oder Verschmelzen eine starke Verbindung hergestellt werden kann, der für das Spulenwickeln geeignete gute Biegsamkeit hat und der gute Haltbarkeit hat, so daß er ein automatisches Wickeln mit
hoher Geschwindigkeit aushält.
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1 Mit der Erfindung ist ein wärmebeständiger
isolierter elektrischer Leitungsdraht mit einem Leiter geschaffen; eine erste Deckschicht an dem Leiter besteht aus einem Gemisch eines Bindemittels und einer feingemahlenen ungeschmolzenen anorganischen Substanz; auf der ersten Deckschicht wird eine zweite organische Isolier-Deckschicht ausgebildet. Der wärmebeständige isolierte Draht kann vorteilhaft für die Wicklung eines Magneten oder eines Motors verwendet werden. 10
030040/0816
-so-
Leerseite

Claims (12)

  1. Patentansprüche
    Wärmebeständiger isolierter elektrischer Leitungsdraht mit einem Leiter, gekennzeichnet durch eine auf den Leiter (7) aufgebrachte Deckschicht (16) aus einem Gemisch einer auf eine Temperatur unter ihrem Schmelzpunkt erwärmten ungeschmolzenen feingemahlenen anorganischen Substanz mit einem Bindemittel (19) und eine auf die anorganische Deckschicht aufgebrachte organische elektrisch isolierende Schicht (17).
    20
  2. 2. Leitungsdraht nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine auf die organische Isolierschicht (17) aufgebrachte abriebbeständige Schicht (18) aus einem verschleißfesten Kunstharz.
  3. 3. Leitungsdraht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abriebfeste Schicht (18) eine Polyamidoimid-Schicht ist.
  4. 4. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Isolierschicht (17) ein Material mit geringer Bindungskraft zu der ungeschmolzenen feingemahlenen anorganischen Substanz enthält.
    35
    Vl/rs
    030040/0816
    - 2 - DE 0296
  5. 5. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die organische Isolierschicht (17) einen Polyimid-Film aufweist.
  6. 6. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ungeschmolzene feingemahlene anorganische Substanz eine Teilchengröße von 6 μπι oder weniger hat.
    10
  7. 7. Leitungsdraht nach Anspruch 6, dadurch
    gekennzeichnet, daß die Hauptkomponente der ungeschmolzenen feingemahlenen anorganischen Substanz ein Glas aus der Gruppe mit SiO3-PbO-B2O-GIaS, SiO3-B O3-GIaS usw. ist.
  8. 8. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (19) als Hauptkomponente Siliconharz enthält.
  9. 9. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die organische Isolierschicht (17) und die anorganische Deckschicht (16) aus dem Gemisch der anorganischen Substanz und dem Bindemittel ein Trennmittel ge-
    25 schichtet ist.
  10. 10. Leitungsdraht nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (7)
    an seiner Oberfläche vernickelt ist. 30
  11. 11. Wärmebeständiger isolierter elektrischer Leitungsdraht, gekennzeichnet durch einen Leiter (7) aus Kupfer mit vernickelter Oberfläche, eine anorganische Isolierdeckschicht (16), die durch Beschichten
    der Oberfläche des Leiters mit einem elektrisch isolierenden überzug aus einem Lack mit organischem
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    - 3 - DE O296
    Silicon und feingemahlenen anorganischen Teilchen mit einer Teilchengröße von 6 um Dder weniger aufgebracht und auf eine Temperatur von 3DO bis 500 0C erwärmt ist, und eine organische Isolierdeckschicht, die auf die anorganische Isolierdeckschicht durch Beschichten mit einem organischen Isolierüberzug aufgebracht ist und bei einer Temperatur gehärtet . st, bei der die anorganische Isolierdeckschicht nicht schmilzt.
    10
  12. 12. Wicklung aus wärmebeständigem isolierten
    elektrischen Leitungsdraht gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Wärmebehandlung die jeweilige Schicht mit anorganischen Teilchen kalziniert ist.
    13. Verfahren zur Herste llung des wärmebeständigen isolierten elektrischen Leitungsdrahts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen Leiter eine ein Bindemittel enthaltende Dispersion einer
    ζυ anorganischen Substanz aufgebracht wird, die Schicht mit der anorganischen Substanz auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der anorganischen Substanz erwärmt wird und dann auf die Schicht aus der anorganischen Substanz eine organische Isolierschicht aufge-
    ^5 bracht wird.
    14. Verfahren zur Herstellung einer Wicklung aus wärmebeständigem isolierten elektrischen Leitungsdraht nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
    auf einen Leiter eine ein Bindemittel enthaltende
    Dispersion einer anorganischen Substanz aufgebracht wird, zur Formung eines anorganischen Überzugs an dem Leiter die Schicht aus der Dispersion der anorganischen Substanz auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der anorganischen Substanz erwärmt wird, zum Bereitstellen des isolierten Leitungsdrahts auf dem
    030040/0816
    - 4 - DE 0296
    anorganischen überzug eine organische Isolierschicht ausgebildet wird, der Leitungsdraht zu einer Wicklung gewickelt wird und die Wicklung einer Wärmebehandlung zum Sintern des anorganischen Überzugs unterzogen wird.
    15. Verfahren zum Anschließen eines wärmebeständigen isolierten elektrischen Leitungsdrahts nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet", daß auf einen Leiter eine ein Bindemittel enthaltende Dispersion einer anorganischen Substanz aufgebracht wird, die Dispersionsschicht auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der anorganischen Substanz erwärmt wird, dann zur Bildung des isolierten elektrischen Leitungsdrahts auf der Schicht aus der anorganischen Substanz eine organische Isolierschicht ausgebildet wird, der isolierte elektrische Leitungsdraht gegen einen weiteren elektrischen Leiter gedrückt wird und der angedrückte Teil örtlich erwärmt wird, wobei durch die hohe Temperatur und die Andruckkraft die aus der organischen Isolierschicht und der Schicht aus der anorganischen Substanz bestehende Isolierbeschichtung zerstört wird und dadurch der Leiter mit dem weiteren elektrischen Leiter elektrisch verschweißt wird, so daß zwischen ihnen eine elektrische Verbindung entsteht.
    25
    16. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch
    gekennzeichnet, daß durch Stromfluß über den isolierten elektrischen Leitungsdraht die Schicht aus der anorganischen Substanz ein weiteres Mal erwärmt wird, um damit
    30 die anorganische Substanz zu sintern und dadurch die Festigkeit des isolierten Leitungsdrahts zu steigern.
    030040/0816
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