DE4336385B4

DE4336385B4 - Mehrschichtig isolierter Draht, Verfahren zu seiner Herstellung, seine Verwendung und Transformator

Info

Publication number: DE4336385B4
Application number: DE4336385A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Dipl.-Chem. Hiratsuka Higashiura; Toshiki Dipl.-Chem. Hiratsuka Maezono; Nobuyuki Dipl.-Chem. Fujisawa Nakamura; Shigeo Dipl.-Chem. Hiratsuka Yamaguchi; Mitsuru Dipl.-Chem. Hiratsuka Inoue; Isamu Dipl.-Chem. Hiratsuka Kobayashi; Fumikazu Dipl.-Chem. Hiratsuka Sano
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1992-10-28
Filing date: 1993-10-26
Publication date: 2011-04-07
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: KR940010129A; KR100294518B1; CA2109336C; US5606152A; MY111255A; CA2109336A1; DE4336385A1

Abstract

Mehrschichtig isolierter Draht zur Herstellung einer Spule oder Wicklung, welcher aufweist:
Einen Leiter (4a, 6a);
eine den Leiter (4a, 6a) bedeckende erste isolierende Schicht (4b, 6b);
eine die erste isolierende Schicht (4b, 6b) bedeckende zweite isolierende Schicht (4c, 6c);
und eine die zweite isolierende Schicht (4c, 6c) bedeckende dritte isolierende Schicht (4d, 6d);
wobei die erste und die zweite isolierende Schicht (4b, 6b, 4c, 6c) eine Extrusionsbeschichtungsschicht ist,
und wobei die Extrusionsbeschichtungsschicht einen Kunststoff oder ein inniges Kunststoffgemisch enthält, die ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus
(a) einem innigen Kunststoffgemisch, das so zusammengesetzt ist, dass ein Copolymer auf Ethylenbasis mit einer Carbonsäure, oder einem Metallsalz einer Carbonsäure, an einer Seitenkette 5 bis 40 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile eines thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs, darstellt,
(b) einem thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoff, der ganz oder teilweise gebildet wird durch Kombination eines Säurebestandteils und eines alkoholischen...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Draht mit einer Mehrschichtisolierung, welche drei oder mehr Isolierschichten hat, und auf ein Verfahren zu seiner Herstellung; sie bezieht sich insbesondere auf einen Draht mit einer mehrschichtigen Isolierung, welcher gut wickelbar ist und zur Verwendung als Wickel- oder Anschlussdraht eines Transformators in elektrischen oder elektronischen Geräten geeignet ist, und bei dem die Trennbarkeit zwischen den Isolierschichten so gut ist, dass die Isolierschichten entfernt werden können und dass Lötzinn innerhalb kurzer Zeit sich mit dem Leiter verbindet, wenn dieser in ein Lötbad eingetaucht wird, so dass die Lötbarkeit sehr gut ist, und bei dem die Änderung der Isolationseigenschaften der Isolierschichten über der Zeit nicht sehr groß ist; die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Drahtes mit einer mehrschichtigen Isolation.
Für den Aufbau von Transformatoren gelten die Vorschriften nach den IEC-Normen 950, 65, 335, 601 etc. Diese Normen schreiben vor, dass eine dünne Emaillelackschicht, welche den Leiter einer Wicklung bedeckt, nicht als Isolierschicht zugelassen ist, und dass mindestens drei Isolierschichten zwischen Primärwindungen und Sekundärwindungen gebildet werden müssen, oder dass die Dicke einer Isolierschicht 0,4 mm oder mehr beträgt. Die Normen schreiben auch vor, dass die Kriechstrecke zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung, welche von der angelegten Spannung abhängig ist, 5 mm oder mehr betragen muss, dass der Transformator während einer Minute oder mehr eine Spannung von 3000 V aushalten muss, welche zwischen Primär- und Sekundärseite angelegt wird, und andere Vorschriften.
Deshalb hat ein derzeit üblicher Transformator ein Querschnittsprofil, wie es in 1 dargestellt ist. Dieses zeigt, dass ein mit einem Flansch versehener Spulenkörper 2 auf einem Ferritkern angeordnet ist; eine Wicklung 4 aus Emaillelackdraht ist so auf den Spulenkörper 2 gewickelt, dass Isolier-Trennschichten 3 zur Sicherstellung der Kriechstrecken individuell auf den gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche des Spulenkörpers angeordnet sind. Mindestens drei Windungen eines Isolierbandes 5 werden um die Primärwicklung 4 herumgewickelt, und zusätzliche Isolierschichten 3 zur Sicherstellung der Kriechstrecken werden auf dem Isolierband angeordnet, und anschließend wird eine Wicklung 6 aus Emaillelackdraht auf das Isolierband gewickelt.
In jüngster Zeit hat man damit begonnen, anstelle des Transformators mit dem Profil der 1 einen Transformator zu verwenden, welcher weder die isolierenden Trennschichten 3 noch das Isolierband 5 enthält und der in 2 dargestellt ist.
Dieser Transformator nach 2 hat gegenüber dem nach 1 den Vorteil, dass seine Gesamtgröße reduziert ist und dass das Aufwickeln des Isolierbandes entfällt.
Bei der Herstellung des Transformators der 2 ist es notwendig, im Hinblick auf die erwähnten IEC-Normen mindestens drei Isolierschichten 4b (6b), 4c (6c), und 4d (6d) auf einem oder beiden Leitern 4a und 6a der verwendeten Primär- und Sekundärwicklungen 4 bzw. 6 auszubilden, und die einzelnen Isolierschichten müssen voneinander trennbar sein.
Eine solche Wicklung ist beschrieben in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 3-106 626 . In diesem Fall wird ein Isolierband zuerst um einen Leiter herumgewickelt, um auf diesem eine erste Isolierschicht zu bilden, und dieses wird dann weiter herumgewickelt, um nacheinander eine zweite und eine dritte Isolierschicht zu bilden. Auf diese Weise werden drei Isolierschichten so ausgebildet, dass sie voneinander trennbar sind. Bei einer anderen bekannten Wicklung, welche aus der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift 3-56112 bekannt ist, wird ein Leiter, der mit Polyurethan lackiert ist, nacheinander mit Fluor-Kunststoffen extrusionsbeschichtet, wodurch extrudierte Schichten mit einem dreischichtigen Aufbau als Isolierschichten gebildet werden.
Beim erstgenannten Fall ist jedoch das Aufwickeln des Isolierbandes ein unvermeidbarer Vorgang, so dass die Effizienz der Herstellung extrem niedrig ist und erhöhte Herstellungskosten die Folge sind.
Beim zweitgenannten Fall haben die Isolierschichten, welche aus Fluor-Kunststoffen gebildet sind, einen zufriedenstellenden Wärmewiderstand. Da die Haftung zwischen dem Leiter und den Isolierschichten sowie zwischen den Isolierschichten schlecht ist, fehlt es jedoch dem hierbei gebildeten isolierten Draht an Zuverlässigkeit.
Wird ein isolierter Draht gewickelt, so wird er durch einen Drahtführer hindurchgeführt, während er auf einen Wickelkörper gewickelt wird. Bei diesem Vorgang können die Isolierschichten leicht vom Leiter abgelöst werden, wenn der isolierte Draht gegen den Drahtführer reibt, oder die isolierenden Schichten können sich voneinander trennen. Wird der Draht in diesem Zustand auf den Spulenkörper gewickelt, so reißen die Isolierschichten durch die Reibung zwischen den benachbarten Windungen des isolierten Drahtes oder dergleichen. In diesem Zustand werden die elektrischen Eigenschaften, z. B. die dielektrischen Druchbrucheigenschaften der entstehenden Wicklung verdorben.
Die Isolierschichten können auch nicht durch Eintauchen in ein Lötbad entfernt werden. Bei der Bearbeitung von Anschlussstellen, z. B. zur Verbindung zwischen dem isolierten Draht und Lötösen oder dgl. müssen deshalb die Isolierschichten an den Anschlussstellen durch eine mechanische Vorrichtung entfernt werden, die gewöhnlich wenig zuverlässig arbeitet.
Zur Lösung der vorgenannten Probleme wird eine Anordnung untersucht, bei der ein Leiter mit Polyethylen-Terephthalat (PET) extrusionsbeschichtet wird; PET hat sehr gute elektrische Isolationseigenschaften und einen guten Wärmewiderstand und löst sich bei der Schmelztemperatur des Lötzinns leicht auf, so dass es für Isolierschichten gut geeignet ist.
Jedoch kann PET solange nicht die ihm eigenen Eigenschaften von Wärmefestigkeit und mechanischer Festigkeit erbringen, bis es unter geeigneten Bedingungen kristallisiert worden ist, wodurch der Kunststoff eine Orientierung erfährt. Durch Extrusionsbeschichtung kann man jedoch keine stark kristallisierte Isolationsschicht erhalten, so dass die dielektrischen Eigenschaften eine Verbesserung erfordern.
Bei einem Draht, bei welchem alle drei Isolierschichten aus PET hergestellt sind, sind die Isolationseigenschaften einer aus diesem Draht gewickelten Spule verbesserungswürdig.
Dieses Problem ist möglicherweise auf folgende Umstände zurückzuführen: Da die Oberfläche einer jeden PET-Schicht, die als Isolationsschicht ausgebildet ist, einen hohen Reibungskoeffizienten hat, entstehen in den Isolierschichten gerne Risse oder Schäden, wenn sie beim Wickeln gegen den Drahtführer der Wickelmaschine reiben. Ferner ist die Haftung zwischen den Isolierschichten, welche aus dem PET gebildet sind, so stark, dass Risse und dergleichen in der äußersten Schicht leicht auch die unteren Isolierschichten beeinflussen, und zwar durch eine Art Kerbwirkung.
Man kennt auch einen isolierten Draht, der freilich nicht mehrschichtisoliert ist, bei welchem eine (durch Wärme) verklebbare Schicht als äußerste Schicht ausgebildet wird, indem man auf der Oberfläche eines Emaillelackdrahts einen Kunststoff, z. B. Polyamid, aufbringt.
Wird dieser isolierte Draht zu einer Spule gewickelt, so kleben seine Windungen aneinander, so dass sie nicht lose werden können. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit der Spule als Endprodukt verbessert werden, und die Effizienz der Wicklungsherstellung kann erhöht werden.
Gewöhnlich wird die verklebbare Schicht des vorstehend beschriebenen isolierten Drahts dadurch gebildet, dass man eine Farbe auf die Oberfläche des Emaillelackdrahts aufbringt, welche aus einem in einem Lösungsmittel aufgelösten verklebbaren Kunststoff zusammengesetzt ist, und dann den sich ergebenden Aufbau bäckt. Demzufolge wird die Benetzbarkeit der Grenzschicht zwischen der verklebbaren Schicht und einem den Emaillelackdraht beschichtenden Isolierfilm verbessert, so dass die verklebbare Schicht ohne Schwierigkeiten fest am Isolierfilm haften kann. Man kann folglich verschiedene Werkstoffe für die verklebbare Schicht verwenden.
Falls ein Draht mit Mehrschichtisolation, wie der vorstehend beschriebene isolierte Draht, hergestellt wird, welcher die verklebbare Schicht ausserhalb seiner drei isolierenden Schichten hat, kann durch die guten Binde- bzw. Klebe-Eigenschaften der verklebbaren Schicht beim Wickeln verhindert werden, dass die Wicklung lose wird, und das verbessert die Zuverlässigkeit des Wickelvorgangs. (Zum Begriff der ”verklebbaren Schicht” und ihrer Funktion vergleiche die nachfolgenden Beispiele 9 bis 11 und dort den Abschnitt ”Verbindungsstärke”.) Bei der Herstellung wird aber kein Lösungsmittel für die Herstellung des verklebbaren mehrschichtisolierten Drahtes verwendet, bei dem die einzelnen isolierenden Schichten und die verklebbare Schicht auf der äußersten Isolierschicht durch Extrusionsbeschichtung hergestellt werden. Anders als bei einem Emaillelackdraht fehlt also bei diesem isolierten Draht die Wirkung des Lösungsmittels, nämlich die Verbesserung der Benetzbarkeit der Trennschicht zwischen der verklebbaren Schicht und der unter ihr liegenden äußersten Isolationsschicht.
Folglich können die Adhäsionskräfte zwischen der verklebbaren Schicht und der äußersten Isolationsschicht nicht sehr groß sein.
Wird mit einem solchen Draht (mit mehreren isolierenden Schichten und einer verklebbaren Schicht) eine Wicklung hergestellt, so löst sich manchmal die verklebbare Schicht von der unter ihr liegenden Isolierschicht, oder wird durch Reibung im Drahtführer abgeschabt. Selbst wenn also die verklebbare Schicht auf der äußersten Isolierschicht bleibt, wird ihre Haftfähigkeit bzw. Klebekraft beträchtlich gemindert.
Bei einem mehrschichtig isolierten Draht, welcher den genannten IEC-Normen entspricht, ist eine interlaminare Trennung zwischen mindestens drei Isolierschichten denkbar. Nun kann es vorkommen, dass die verklebbare Schicht, also die äußerste Schicht, abgetrennt oder abgekratzt wird, und an der Innenseite des Drahtführers der Wickelmaschine haftet, und daraus können sich folgende unerwünschte Situationen ergeben:
Als erstes nimmt die mechanische Spannung zu, welche auf den isolierten Draht wirkt, der gewickelt wird, so dass der Draht zwischen dem Drahtführer und dem Spulenkörper abreißen kann. Ferner reibt der Kunststoff der Haftschicht, welche an der Innenseite des Drahtführers haftet, gegen die isolierenden Schichten und zerreißt diese dabei und bewirkt außerdem, dass die isolierenden Schichten voneinander getrennt werden. Wird der isolierte Draht in diesem Zustand auf den Wickelkörper gewickelt, so werden die Isolierschichten durch die Reibung zwischen den benachbarten Windungen des gewickelten Drahtes zerrissen.
Werden die isolierenden Schichten auf diese Art zerrissen oder beschädigt, so werden die elektrischen Isolationseigenschaften, z. B. die dielektrischen Durchbruchseigenschaften/Überschlagseigenschaften der Spule bzw. Wicklung ruiniert.
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen mehrschichtig isolierten Draht, und ein Verfahren zu seiner Herstellung, bereitzustellen.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen mehrschichtig isolierten Draht gemäß Patentanspruch 1.
Man erhält so einen isolierten Draht, welcher den IEC-Normen entspricht, gut lötbar und gut wickelbar ist, und bei dem die elektrischen Isolationseigenschaften der isolierenden Schichten mit der Zeit relativ wenig abnehmen.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Herstellungsverfahren für einen Draht mit mehreren isolierenden Schichten, gemäß Patentanspruch 9.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zahlreichen im folgenden beschriebenen Beispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:
1 einen Schnitt durch einen Transformator üblichen Aufbaus, und
2 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Transformators, bei welchem dreischichtig isolierte Drähte für die Wicklungen verwendet werden.
Varianten des Aufbaus der isolierenden Schichten
Bei einem erfindungsgemäßen Draht mit einer Mehrschichtisolierung, oder bei einem verklebbaren erfindungsgemäßen Draht mit einer Mehrschichtisolierung, können erste und zweite isolierende Schichten – die Zählung erfolgt vom Leiter aus – aus Schichten von nur einem Typ gebildet werden, die aus den Extrusionsschichten a, b oder c ausgewählt sind, oder individuell aus verschiedenen Typen.
In diesem Fall ist der Draht, dessen erste und zweite isolierende Schichten jeweils aus der Extrusionsschicht a gebildet werden, ein isolierter Draht mit besonders guter Lötbarkeit.
Dagegen ist ein Draht, dessen erste und zweite isolierende Schichten jeweils aus der Extrusionsschicht b oder c gebildet werden, ein isolierter Draht mit einer besonders hohen Wärmefestigkeit, also geeignet für höhere Wärmeklassen.
Bei den vorstehend beschriebenen Drähten können die Kunststoffe oder die innigen Kunststoffgemische, die zur Bildung der ersten und der zweiten isolierenden Schicht verwendet werden, unterschiedliche Zusammensetzungen haben.
Werden die erste und die zweite isolierende Schicht so ausgebildet, dass eine Schicht durch die Extrusionsschicht a und eine andere Schicht durch die Extrusionsschicht b oder c gebildet wird, dann hat der so gebildete Draht mit Mehrschichtisolation sehr ausgeglichene Eigenschaften hinsichtlich Lötbarkeit und Wärmefestigkeit.
Extrusionsschicht a
Das innige Kunststoffgemisch, welches die Extrusionsschicht a bildet, enthält einen thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoff und ein Copolymer auf Ethylenbasis als wesentliche Bestandteile.
Beispiele für den thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoff sind Stoffe, die erhältlich sind durch eine Veresterungsreaktion zwischen aliphatischem Diol und einer aromatischen Dicarbonsäure oder einer Dicarbonsäure, die man erhält, indem man einen Teil der aromatischen Dicarbonsäure ersetzt durch eine aliphatische Dicarbonsäure. Typische Beispiele sind Polyethylen-Terephthalat (PET), Polybutylen-Terephthalat (PPT), Polyethylen-Naphthalat, etc.
Erhältliche aromatische Dicarbonsäuren für die Synthese des thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs sind beispielsweise Terephthalsäure, Isophthalsäure, Terephthal-Dicarbonsäure, Diphenylsulfon-Dicarbonsäure, Diphenoxyethan-Dicarbonsäure, Diphenyläther-Dicarbonsäure, Methylterephthalsäure, Methylisophthalsäure, etc. Von diesen Säuren eignet sich Terephthalsäure besonders gut.
Erhältliche aliphatische Dicarbonsäuren zum teilweisen Ersetzen der aromatischen Dicarbonsäure sind beispielsweise Bernsteinsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, etc. Bevorzugt beträgt die Ersetzung durch diese aliphatischen Dicarbonsäuren weniger als 30 mol% der aromatischen Dicarbonsäure, und besonders bevorzugt weniger als 20 mol%.
Erhältliche aliphatische Diole für die Veresterungsreaktion sind beispielsweise Ethylenglycol, Trimethylenglycol, Tetramethylenglycol, Hexandiol, Decandiol, etc. Von diesen Stoffen eignen sich Ethylenglycol und Tetramethylenglycol besonders gut. Die aliphatischen Diole können teilweise Oxyglycole enthalten, z. B. Polyethylenglycol, Polytetramethylenglycol, etc.
Ein anderer wesentlicher Bestandteil des innigen Kunststoffgemischs, welches die Extrusionsbeschichtungsschicht bildet, kann z. B. ein Copolymer auf Ethylenbasis sein, das eine Carbonsäure oder ihr Metallsalz an den Seitenketten des Polyethylens hat.
Dieses ethylenbasierte Copolymer dient dazu, den thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoff an der Kristallisierung zu hindern, wodurch eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der gebildeten isolierenden Schichten über der Zeit gehemmt wird und was zur Sicherheit der guten Trennbarkeit zwischen erster und zweiter isolierender Schicht beiträgt.
Erhältliche Carbonsäuren für diese Bindung sind beispielsweise ungesättigte Monocarbonsäuren, z. B. Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, etc., ungesättigte Dicarbonsäuren, z. B. Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure, etc. Verfügbare Metallsalze sind beispielsweise solche von Zn, Na, K, Mg, etc.
Erhältliche ethylenbasierte Copolymere sind beispielsweise Kunststoffe wie HI-MILAN (WZ), hergestellt von der Mitsui Polychemical Co., Ltd., welche Carboxyl-Metallsalze als Teil eines Ethylen-Methacrylat-Copolymers enthalten, und allgemein als Ionomere bezeichnet werden, Ethylen-Acrylat-Copolymere, z. B. EAA (WZ), hergestellt von der Dow Chemical, Ltd., und Pfropfcopolymere auf Ethylenbasis, z. B. ADMER (WZ), hergestellt von der Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., welche eine Carbonsäure an ihren Seitenketten haben.
Dieses innige Kunststoffgemisch wird so zusammengesetzt, dass das Copolymer auf Ethylenbasis 5...40 Gewichtsteile darstellt, verglichen mit 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs, vgl. die nachfolgenden Beispiele.
Beträgt der Zusatz des Copolymers auf Ethylenbasis weniger als 5 Gewichtsteile, so ist die Wärmefestigkeit der gebildeten isolierenden Schichten zufriedenstellend, aber die hemmende Wirkung auf das Kristallisieren des thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs ist verringert. Folglich wird die sogenannte Weissfärbung (durch Mikrorisse) durch das Wickeln verursacht, so dass an der Oberfläche der isolierenden Schichten Mikrorisse entstehen. Auch erfahren die isolierenden Schichten über der Zeit eine Verschlechterung, wodurch die dielektrische Durchschlagsspannung wesentlich herabgesetzt wird. Übersteigt der Zusatz dieses Copolymers 40 Gewichtsteile, so wird die Wärmefestigkeit der isolierenden Schichten unvermeidlich erheblich herabgesetzt. Bevorzugt sollte das Copolymer auf Ethylenbasis 7...25 Gewichtsteile darstellen, verglichen mit 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs.
Extrusionsschicht b
Das Material der Extrusionsschicht b ist ein thermoplastischer geradkettiger Polyesterkunststoff mit folgender Zusammensetzung:
Dieses Material ist ein geradkettiger Polyesterkunststoff, der gebildet wird durch Kombinieren eines Säure-Konstituenten und eines alkoholischen Konstituenten, welcher ganz oder teilweise aus Cyclohexandimethanol besteht, einem alicyclischen Alkohol. Speziell kann Polycyclohexandimethylen-Terephthalat (PCT) für diesen Zweck verwendet werden. Dieser Stoff hat eine höhere Wärmefestigkeit als das zuvor genannte PET und dergleichen.
Im Hinblick auf das Erfordernis, dass die dielektrische Durchbruchsspannung daran gehindert werden sollte, durch eine Verschlechterung der isolierenden Schichten herabgesetzt zu werden, sollte zudem bevorzugt ein modifizierter Kunststoff gebildet werden durch Mischen von 10 bis 100 Gewichtsteilen von z. B. einem Polyamid, einem Polycarbonat, oder einem Polyurethan mit 100 Gewichtsteilen des thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs.
Zu den bevorzugten PCT-Kunststoffen gehören beispielsweise EKTAR-DN, EKTAR-DA und EKTAR-GN (WZ), Produkte der Toray Industries, Inc., Japan. (Sofern nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang ersichtlich, handelt es sich bei den angegebenen Firmen um japanische Firmen.)
Extrusionsschicht c
Das innige Kunststoffgemisch, welches die Extrusionsschicht c bildet, ist ein inniges Gemisch des vorgenannten PCT-Kunststoffs und des Copolymers auf Ethylenbasis als wesentlicher Bestandteil des innigen Kunststoffgemischs, das zur Bildung der Extrusionsschicht a verwendet wird.
Dieses innige Kunststoffgemisch wird so zusammengesetzt, daß das Copolymer auf Ethylenbasis 50 Gewichtsteile oder weniger darstellt, verglichen mit 100 Gewichtsteilen des PCT-Kunststoffs.
Werden mehr als 50 Gewichtsteile dieses Copolymers zugesetzt, so kann der PCT-Kunststoff nicht seine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Wärme zeigen, so daß die sich ergebenden isolierenden Schichten keine gute Wärmefestigkeit haben. Bevorzugt sollte das Copolymer auf Ethylenbasis 5...30 Gewichtsteile darstellen, verglichen mit 100 Gewichtsteilen des PCT-Kunststoffs.
Die dritte isolierende Schicht
Eine dritte isolierende Schicht des erfindungsgemäßen Drahts mit Mehrschichtisolation wird gebildet aus einem thermoplastischen Polyamid oder einem innigen Kunststoffgemisch, das hauptsächlich aus dem thermoplastischen Polyamid besteht.
Da die Oberfläche der dritten isolierenden Schicht einen relativ niedrigen Reibungskoeffizienten und gute mechanische Festigkeitseigenschaften hat, können Schäden, z. B. eine Rißbildung in der äußersten Schicht des Drahtes, beim Wickelvorgang vermieden werden. Da die Haftung dieser Schicht an der zweiten isolierenden Schicht (Polyesterkunststoffschicht) schlecht ist, kann verhindert werden, daß sich eine mögliche Beschädigung der äußersten Schicht auf die zweite isolierende Schicht auswirkt. Dies verhindert, daß die Isolationseigenschaften der ganzen entstehenden Spule leiden.
Auch dient die dritte isolierende Schicht dazu, ein Absinken der dielektrischen Durchschlagsspannung über der Zeit zu verlangsamen oder zu verhindern, welches dann der Fall sein kann, wenn der Zusatz des Copolymers auf Ethylenbasis für die Bildung der Extrusionsschichten a oder c zu niedrig ist, oder wenn der Anteil an Cyklohexandimethanol als des alkoholischen Konstituenten zur Verwendung bei der Synthese des PCT-Kunststoffs für die Extrusionsschichten b oder c zu niedrig ist.
Erhältliche thermoplastische Polyamid-Kunststoffe für die Bildung der dritten isolierenden Schicht sind beispielsweise (alles geschützte Warenzeichen) die Polyamidsorten NYLON 4, 6, 10, 11, 12, 46, 66, 610 und 612, und ein Copolymer dieser Polyamidsorten. NYLON 4/6 ist besonders geeignet aufgrund seiner hohen Wärmefestigkeit.
Ferner können diese Polyamide mit einem oder mehreren der folgenden Kunststoffe gemischt werden: Ethylen-Methacrylat-Copolymer, Ethylen-Acrylat-Copolymer, Polyethylen, thermoplastischer geradkettiger Polyesterkunststoff (vorstehend erwähnt), Polyurethan, Polycarbonat, etc., wobei diese Stoffe als Beispiele zu verstehen sind. In dem entstehenden innigen Gemisch sollte der hinzugenommene Stoff (oder die hinzugenommenen Stoffe) 3 bis 50 Gewichtsteile darstellen, verglichen mit 100 Gewichtsteilen des Polyamids.
Ein besonders wärmefester Draht
Bei einem erfindungsgemäßen Draht können die erste und die zweite isolierende Schicht gebildet werden aus einem innigen Kunststoffgemisch, das 20 Gewichtsteile eines Copolymers auf Ethylenbasis enthält, das ein Zinksalz einer Carbonsäure an seiner Seitenkette hat, verglichen mit 100 Gewichtsteilen eines PCT-Kunststoffs, der mit Cyklohexandimethanol kondensiert ist mit einem Grad von 60 mol% oder mehr, und die dritte isolierende Schicht kann aus NYLON 46 (Warenzeichen) gebildet werden. In diesem Fall kann die Wärmefestigkeit des Drahts von Wärmeklasse E (120°C) verbessert werden auf Wärmeklasse B (130°C), was die Anwendbarkeit verbessert.
Die Herstellung der Schichten
Der vorstehend beschriebene Draht mit mehrschichtiger Isolation wird wie folgt hergestellt. Als erstes wird ein Leiter mit dem Kunststoff oder dem innigen Kunststoffgemisch für die erste Schicht extrusionsbeschichtet, um eine erste isolierende Schicht mit der gewünschten Dicke zu bilden. Dann wird die erste isolierende Schicht mit dem Kunststoff oder dem innigen Kunststoffgemisch für die zweite Schicht extrusionsbeschichtet, um die zweite isolierende Schicht einer geeigneten Dicke zu erzeugen. Außerdem wird die zweite Schicht mit dem Polyamid für die dritte Schicht extrusionsbeschichtet, um eine dritte isolierende Schicht der gewünschten Dicke zu bilden. Falls nötig, wird auf diesem Schichtaufbau eine zusätzliche isolierende Schicht ausgebildet.
Die innigen Kunststoffgemische für die Extrusionsbeschichtung mit der ersten und der zweiten Schicht können dieselbe Zusammensetzung haben, oder verschiedene Zusammensetzungen, welche mit dem vorstehend erläuterten Bereich prozentualer Zusammensetzungen kompatibel sind.
Bevorzugt wird die Gesamtdicke der drei auf diese Weise gebildeten Schichten auf 100 μm oder weniger begrenzt. Beträgt die Dicke der zweiten isolierenden Schicht das Doppelte oder mehr der jeweiligen Dicke der anderen isolierenden Schichten, so kann man mit Leichtigkeit die elektrischen Eigenschaften gemäß IEC 950 erfüllen.
Wird bei der Herstellung der isolierenden Schichten vor dem Aufbringen der zweiten isolierenden Schicht die Oberfläche der ersten Extrusionsschicht nach dem Extrudieren auf 100°C oder weniger abgekühlt (mit Wasser oder Luft), so kann die Trennbarkeit zwischen der zweiten Schicht und der ersten Schicht verbessert werden.
Bei dem vorstehend beschriebenen Draht mit Mehrschichtisolierung wird jede der drei oder mehr isolierenden Schichten gebildet durch Extrusionsbeschichtung mit dem innigen Kunststoffgemisch, so daß die Produktivität bei ihrer Herstellung sehr hoch ist. Auch ist die interlaminare Trennbarkeit zwischen den isolierenden Schichten zufriedenstellend, und bei der Bearbeitung von Anschlüssen ist ein direktes Löten möglich. In der ersten und der zweiten Isolierschicht wird das Kristallisieren des PET- oder PCT-Kunststoffs, der als Grundmaterial verwendet wird, eingedämmt, so daß eine Verschlechterung der elektrischen und sonstigen Eigenschaften der isolierenden Schichten sehr unwahrscheinlich ist.
Da die äußerste Schicht des isolierten Drahtes (mit Mehrschichtisolierung) aus dem Polyamid oder dem innigen Kunststoffgemisch gebildet wird, das hauptsächlich Polyamid enthält, ist der Reibungskoeffizient der Außenseite so niedrig, daß eine Beschädigung beim Wickeln sehr unwahrscheinlich wird. Auch kann dadurch der Grad der Beeinträchtigung der ersten und zweiten Schicht beim Wickeln reduziert werden.
Draht mit verklebbarer Schicht
Man erhält einen erfindungsgemäßen Draht mit Mehrschichtisolierung und mit verklebbarer Außenschicht, indem man eine verklebbare Schicht als Extrusionsbeschichtungsschicht auf der äußersten isolierenden Schicht des vorstehend beschriebenen Drahtes mit Mehrschichtisolierung ausbildet. (Zum Begriff der ”verklebbaren Schicht” vgl. die Erläuterungen bei den Beispielen 9 bis 11.)
Verfügbare Kunststoffe für die Bildung der verklebbaren Schicht sind u. a. Kunststoffe mit copolymerisiertem Polyamid, z. B. PLATAMID M1186, M1422 und M1276 (Warenzeichen; hergestellt von der Nippon Rilsan Co., Ltd.) und VESTAMELT X7079 (Warenzeichen; hergestellt von der Daicel-Hüls Ltd.)
Wird die äußerste isolierende Schicht des Drahtes mit Mehrschichtisolierung aus dem thermoplastischen Polyamid oder dem innigen Kunststoffgemisch gebildet, das hauptsächlich aus dem Polyamid besteht, so haben sowohl der Kunststoff der äußersten isolierenden Schicht wie der copolymerisierte Polyamid-Kunststoff, welcher die verklebbare Schicht hierauf bildet, jeweils Amidbindungen, so daß sie starke intermolekulare Wasserstoffbindungen zwischen sich bilden und zufriedenstellende Haftungseigenschaften ergeben, d. h. die verklebbare Schicht kann nicht leicht abgetrennt werden.
Der verklebbare Draht mit Mehrschichtisolierung kann wie folgt hergestellt werden. Als erstes wird ein Leiter mit einem Kunststoff extrusionsbeschichtet, um eine erste isolierende Schicht einer gewünschten Dicke zu bilden. Dann wird – gegebenenfalls nach Zwischenkühlung – die erste Schicht mit einem Kunststoff für die zweite Schicht extrusionsbeschichtet, um eine zweite isolierende Schicht einer gewünschten Dicke zu bilden, und außerdem wird die zweite isolierende Schicht mit dem Polyamid für die dritte isolierende Schicht extrusionsbeschichtet. Auf diese Weise werden die isolierenden Schichten gebildet. Falls notwendig, wird auf diesem Aufbau eine zusätzliche (vierte) isolierende Schicht gebildet, und die äußerste Schicht wird jeweils mit einem Kunststoff für die verklebbare Schicht extrusionsbeschichtet.
Bei dem erfindungsgemäßen verklebbaren Draht mit Mehrschichtisolierung werden die verklebbare Schicht und die unter ihr liegende äußerste isolierende Schicht aus Kunststoffen auf derselben Grundlage hergestellt, wobei beide Schichten Amidbindungen haben, so daß die Haftung zwischen diesen Schichten hoch ist. Folglich kann die verklebbare Schicht beim Wickeln nicht leicht von der äußersten isolierenden Schicht abgetrennt werden, und die entstehende Wicklung kann kaum lose werden. Auf diese Weise kann man eine Spule hoher Zuverlässigkeit unter sehr stabilen Bedingungen herstellen.
Beispiele 1 bis 5; Vergleichsbeispiele 1 bis 7; Tabellen 1 & 2
Für jede Extrusionsschicht wurde ein inniges Kunststoffgemisch hergestellt, indem die in Tabelle 1 angegebenen Bestandteile in den angegebenen Verhältnissen (Gewichtsteile) durchgeknetet wurden.
Ein geglühter Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,6 mm – zur Verwendung als Leiter – wurde mit dem innigen Kunststoffgemisch extrusionsbeschichtet, um eine erste Extrusionsschicht mit der angegebenen Dicke zu bilden. Danach wurde mit dem innigen Kunststoffgemisch oder Kunststoff gemäß Tabelle 1 eine zweite Extrusionsschicht mit der in Tabelle 1 angegebenen Dicke gebildet, und schließlich wurde die dritte Schicht aus dem in Tabelle 1 angegebenen Kunststoff oder Kunststoffgemisch durch Extrusionsbeschichten aufgebracht, ebenfalls mit der in Tabelle TABELLE 1
Fußnoten zu Tabelle 1
Vbsp. = Vergleichsbeispiel
*1: Warenzeichen. Polyethylen-Terephthalat von Teijin Limited.
*2: Warenzeichen. Polybutylen-Terephthalat von Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.
*3: Warenzeichen. Ionomer-Kunststoff von Mitsui Polychemical Co., Ltd.
*4: Warenzeichen. Ethylen-Acrylat-Kopolymer von Dow Chemical, Ltd.
*5: Warenzeichen. Ethylen-Carbonsäure-Pfropf-Copolymer von Mitsui Petrochemical Industries, Ltd.
*6: Warenzeichen. Polytetrafluorethylen-Polyhexafluorpopylen-Copolymer von Mitsui Dupont Fluorochemical Co., Ltd.
*7: Warenzeichen. NYLON 66 von Toray Industries, Inc.
*8: Warenzeichen. Polyester-Kunststoff vom Copolymertyp (Komposition) auf der Basis von Terephthalsäure, Cyklohexandimethanol, und Ethylenglykol, von Toray Industries, Inc.
*9: Warenzeichen. NYLON 6 von Toray Industries, Inc.
*10: Film von 12 μm Dicke von Teijin Limited.

1 angegebenen Dicke, worauf die dreischichtige Isolation fertiggestellt war. Tabelle 1 gibt auch die Gesamtdicke der Beschichtung an.
Bei der Herstellung des Drahtes nach Beispiel 1 wurde nach jedem Extrusionsbeschichtungsvorgang die Oberfläche des entstandenen Aufbaus mit Wasser auf 100°C oder weniger abgekühlt.
Beim Vergleichsbeispiel 4 wurde jede isolierende Schicht des Drahtes durch Aufwickeln des angegebenen isolierenden Bandes hergestellt.
Verschiedene Eigenschaften von neun dieser mit drei isolierenden Schichten isolierten Drähten wurden wie folgt bestimmt.
Lötbarkeit
Ein Ende eines jeden Drahtes wurde etwa 40 mm tief in ein Lötbad mit 400°C eingetaucht, und die Zeit (in Sekunden) wurde gemessen, die für das Haften des Lötzinns an einem eingetauchten 30 mm langen Abschnitt benötigt wurde. Die Lötbarkeit ist umso besser, je kürzer diese Zeit ist.
Elektrische Isolationseigenschaften
Die dielektrische Durchbruchsspannung wurde für jeden mit zwei Schichten beschichteten Draht und für jeden mit drei Schichten beschichteten Draht unmittelbar nach der Herstellung gemessen, indem man einen nackten Kupferdraht als den einen Strang verwendete, gemäß der japanischen Norm JISC3003.
Beim mit drei Schichten beschichteten Draht wurde die dielektrische Durchbruchsspannung mit demselben Verfahren gemessen, nachdem man den Draht ein Jahr lang in der Atmosphäre hatte stehen lassen, und die Änderung der elektrischen Isolationseigenschaften über der Zeit wurde bestimmt.
Wärmefestigkeit
Der mit drei isolierenden Schichten beschichtete Draht und der nackte Kupferdraht wurden gemäß der japanischen Norm JISC3003 doppelt verdrillt. Nachdem die Anordnung sieben Tage lang in diesem Zustand auf 200°C gehalten worden war, wurde die dielektrische Durchbruchsspannung gemessen. Je höher dieser Wert ist, umso höher die Wärmefestigkeit.
Widerstandsfähigkeit gegen Weißfärbung durch Mikrorisse
Nachdem man den Draht sechs Monate lang in der Atmosphäre hatten stehen lassen, wurde er mittels einer Orientierungsmaschine um einen Spulenkörper von 12 mm Durchmesser gewickelt, und die Drahtoberfläche wurde auf Weißfärbung untersucht.
Interlaminare Trennbarkeit
Nachdem mittels eines Schnittmessers jede isolierende Schicht über eine Länge von ca. 50 cm in Längsrichtung geschnitten worden war, wurde eine Umfangskerbe so auf dem Draht aufgebracht, daß sie seinen ganzen Umfang bedeckt. Ein Ende des Drahtes wurde an einer Verdrehungsspindel befestigt, und das andere Ende wurde mittels eines Verdrehungs-Spannfutters festgehalten, so daß der Draht gerade war.
In diesem Zustand wurde das Spannfutter verdreht, um den Draht in Längsrichtung zu verdrehen, und die Zahl der Umdrehungen des Spannfutters, bei der die drei Schichten voneinander getrennt waren, wurde geprüft. Diese Trennung wurde festgestellt, wenn ein Teil der isolierenden Schichten mit der Umfangskerbe abgetrennt werden konnte. Je niedriger die Zahl der Umdrehungen, desto höher die interlaminare Trennbarkeit.
Wickelbarkeit
Der Draht wurde regelmäßig (50 Windungen) um einen leitenden quadratischen Kern mit einem Querschnitt von 7 mm² herumgewickelt.
Dies erfolgte mittels einer Wickelmaschine, und bei einer Zugspannung von 6 kg. Zwischen dem quadratischen Kern und dem Draht wurde eine Spannung von 3000 V angelegt. Die Zeit bis zum elektrischen Durchbruch wurde gemessen. Dieser Test wurde für jede von 10 Spulen ausgeführt, und das Ergebnis beruht auf dem Durchschnittswert der gemessenen Werte. Je länger diese Zeit ist, umso geringer die Beschädigung der isolierenden Schichten während des Wickelvorgangs, d. h. umso höher die Wickelbarkeit. Der verwendete Drahtführer hatte einen Lochdurchmesser, der 0,05 mm größer war als der Außendurchmesser des Drahtes, und die lineare Geschwindigkeit des Drahtes wurde auf 20 m/min eingestellt.
Visuelle Beobachtung nach dem Wickeln
Ebenso wie beim Test für die Wickelbarkeit wurde eine regelmäßige Wicklung vorgenommen, um eine Spule herzustellen, und der Draht wurde von jeder der 10 Spulen abgenommen. Die Oberfläche des Drahtes wurde untersucht, und die Zahl der Brüche in der isolierenden Schicht wurde geprüft.
Die Ergebnisse der vorgenannten Untersuchungen sind zusammengefaßt in Tabelle 2 dargestellt.
Folgendes ist aus Tabelle 2 ersichtlich:

(1) Bei den isolierten Drähten nach den Beispielen 1 bis 5 ist die erste und zweite Schicht jeweils aus einem innigen Kunststoffgemisch gebildet, und zwar aus einem ethylenbasierten Copolymer (nachfolgend als Modifiziermittel bezeichnet), welches eine Carbonsäure oder dergleichen an seinen Seitenketten hat, und einem thermoplastischen Polyesterkunststoff, und die dritte Schicht wird aus einem thermoplastischen Polyamid hergestellt. Diese Drähte sind besonders gut lötbar und haben auch gute sonstige Eigenschaften. TABELLE 2
Bei den isolierten Drähten nach jedem der vorstehenden Beispiele trat die interlaminare Trennung beim Test auf interlaminare Trennbarkeit von außen nach innen auf und so, daß zuerst die dritte und die zweite Schicht voneinander getrennt wurden, und dann die erste und die zweite Schicht. Dies deutet darauf hin, daß die äußeren Isolierschichten leichter voneinander trennbar sind als die inneren, wenn eine äußere Kraft auf den Draht wirkt, so daß eine Trennung der inneren Schichten verhindert werden kann. Folglich sind die Drähte nach den Beispielen 1 bis 5 sehr zuverlässig.
(2) Der isolierte Draht nach Beispiel 1, bei dem nach dem Extrusionsbeschichten eine Wasserkühlung erfolgt, hat eine hohe interlaminare Trennbarkeit.
(3) Der isolierte Draht nach dem Vergleichsbeispiel 1, bei dem die erste und die zweite Schicht jeweils nur aus dem thermoplastischen Polyesterkunststoff – ohne Zusatz eines Modifiziermittels – hergestellt wird, unterliegt bemerkenswerten Änderungen seiner Eigenschaften über der Zeit, und er ist schlecht wickelbar. Die schlechte Wickelbarkeit ist auf die äußerste Schicht zurückzuführen, welche aus dem thermoplastischen geradkettigen Polyester hergestellt ist.
(4) Der isolierte Draht nach dem Vergleichsbeispiel 2, welcher hergestellt ist unter Verwendung eines innigen Kunststoffgemischs, bei dem der Zusatz des Modifiziermittels exzessiv ist (50 Gewichtsteile), hat eine schlechte Wärmefestigkeit.
(5) Beim Vergleichsbeispiel 3 ist die dritte isolierende Schicht ebenso wie die erste und die zweite aus dem thermoplastischen Polyester hergestellt, dem das Modifiziermittel zugesetzt ist. Dieser isolierte Draht hat eine schlechte Wickelbarkeit, da seine dritte Schicht nicht aus dem thermoplastischen Polyamid hergestellt ist.
(6) Der isolierte Draht des Vergleichsbeispiels 4, bei dem die isolierenden Schichten durch Aufwickeln von dünnen Filmen hergestellt werden, kann nicht gelötet werden und hat deshalb schlechte Isolationseigenschaften. Außerdem hat die äußerste Schicht eine unregelmäßige Oberfläche, weshalb die Wickelbarkeit schlecht ist.
(7) Der isolierende Draht nach dem Vergleichsbeispiel 5, bei dem die isolierenden Schichten jeweils aus einem ganz anderen Kunststoff hergestellt sind, nämlich aus Teflon (Warenzeichen), kann nicht gelötet werden. Die interlaminare Trennbarkeit beträgt hier 8 Umdrehungen, was eine zu schlechte Haftung zwischen den Schichten zeigt.
(8) Beim isolierten Draht nach dem Vergleichsbeispiel 6 sind die erste und die dritte isolierende Schicht jeweils aus dem Polyamid hergestellt, und dieser Draht ist schlecht wickelbar. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, daß die Haftung zwischen den isolierenden Schichten und dem Leiter nicht zufriedenstellend ist, und daß die erste und zweite Schicht ebenso wie die zweite und dritte Schicht aus verschiedenen Stoffen bestehen, so daß der ganze Aufbau einen schlechten inneren Zusammenhalt (Haftung) hat. Der Draht nach dem Vergleichsbeispiel 6 hat eine niedrige Druchbruchsspannung (9,5 kV). Dies hat vermutlich seinen Grund darin, daß zwei isolierende Schichten aus Polyamid hergestellt sind.
(9) Der Draht nach dem Vergleichsbeispiel 7, bei dem die zweite und die dritte isolierende Schicht jeweils aus Polyamid hergestellt sind, hat schlechte elektrische Isolationseigenschaften.

Hinsichtlich der anderen Stoffe wird auf die Fußnoten zu Tabelle 1 verwiesen, z. B. zu Tetoron TR 8550 auf die dortige Fußnote *1.
TABELLE 4
Beispiele 6 bis 8; Vergleichsbeispiele 8 und 9; Tabellen 3 und 4
Für jede Extrusionsschicht wurde ein inniges Kunststoffgemisch dadurch hergestellt, daß die in Tabelle 3 angegebenen Stoffe in den angegebenen Verhältnissen durchgeknetet wurden.
Ein geglühter Kupferdraht mit 0,6 mm Durchmesser – zur Verwendung als Leiter – wurde mit dem innigen Kunststoffgemisch extrusionsbeschichtet, um eine erste Extrusionsschicht der angegebenen Dicke zu bilden. Danach wurde mit dem innigen Kunststoffgemisch gemäß Tabelle 3 eine zweite Extrusionsschicht der angegebenen Dicke hergestellt, und danach die dritte Schicht, wie gehabt.
Bei der Herstellung der Drähte nach den Beispielen 6 und 7 wurde die Oberfläche des entstehenden Aufbaus nach jedem Extrusionsbeschichtungsschritt auf 100°C oder weniger mittels Wasser abgekühlt.
Verschiedene Eigenschaften dieser isolierten Drähte mit drei Schichten wurden in der gleichen Weise bestimmt, wie das vorstehend bei den Beispielen 1 bis 5 bereits beschrieben wurde. Die Temperatur für den Wärmewiderstandstest wurde jedoch hier höher eingestellt, nämlich auf 230°C. Die Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 4 dargestellt.
Folgendes ergibt sich aus Tabelle 4:

(1) Die isolierten Drähte nach den Beispielen 6 bis 8, bei denen erste und zweite Schicht jeweils aus einem PCT-Kunststoff hergestellt sind, haben hohe Werte für alle angegebenen Eigenschaften. Obwohl die Wärmefestigkeit bei 230°C geprüft wurde, ergaben sich zufriedenstellende Ergebnisse, ein Zeichen für die herausragende Wärmefestigkeit der Beispiele 6 bis 8. Bei den isolierten Drähten der Beispiele 6 bis 8 wurden, ebenso wie bei den Drähten der Beispiele 1 bis 5, die isolierenden Schichten sukzessive von außen nach innen voneinander getrennt.
(2) Der isolierte Draht nach dem Beispiel 6, bei dem erste und zweite Schicht ausschließlich aus dem PCT-Kunststoff hergestellt sind, zeigt gute Eigenschaften. Bei Verwendung des PCT-Kunststoffs ist die Änderung der Eigenschaften über der Zeit vernachlässigbar (siehe Vergleichsbeispiel 1), auch ohne Zusatz des Modifiziermittels. Es wird jedoch angenommen, daß zum Erzielen dieser guten Eigenschaften die dritte Schicht aus einem thermoplastischen Polyamid hergestellt werden sollte, siehe Vergleichsbeispiel 8 als Vergleich.
(3) Die isolierten Drähte der Beispiele 6 und 7, bei denen auf das Extrusionsbeschichten der Kühlvorgang folgt, haben eine hohe interlaminare Trennbarkeit.
(4) Der isolierte Draht nach dem Vergleichsbeispiel 8, bei welchem die äußerste Schicht aus dem PET-Kunststoff hergestellt wird, unterliegt einer bemerkenswerten Änderung seiner Eigenschaften über der Zeit. Der Grund ist vermutlich darin zu suchen, daß wegen der Verwendung des PET-Kunststoffs für die äußerste Schicht (anstelle des Polyamids wie bei den Beispielen 6 bis 8) der PCT-Kunststoff mit der Zeit schlechter wird. Auch ist der Draht nach dem Vergleichsbeispiel 8 schlecht wickelbar.
(5) Der isolierte Draht nach dem Vergleichsbeispiel 9, dem sehr viel Modifiziermittel zugesetzt wurde, hat eine schlechte Wärmefestigkeit.

Hinsichtlich der anderen Stoffe wird auf die Fußnoten zu Tabelle 1 verwiesen, z. B. zu Tetoron TR 8550 auf die dortige Fußnote *1.
Beispiele 9 bis 11; Vergleichsbeispiele 10 bis 12; Tabellen 5 & 6
Für jede Extrusionsschicht wurde ein inniges Kunststoffgemisch hergestellt, indem die in Tabelle 5 dargestellten Bestandteile in den dort angegebenen Verhältnissen (Gewichtsteile) durchgeknetet wurden.
Ein geglühter Kupferdraht mit 0,6 mm Durchmesser – zur Verwendung als Leiter – wurde mit dem innigen Kunststoffgemisch extrusionsbeschichtet, um eine erste Extrusionsschicht der angegebenen Dicke zu bilden. Danach wurde eine zweite Extrusionsschicht mit dem innigen Kunststoffgemisch hergestellt, danach die dritte, und auf diesen Aufbau wurde ein Kunststoff für eine verklebbare Schicht durch Extrusionsbeschichtung aufgebracht, wodurch ein verklebbarer Draht mit Dreischichtisolierung entstand.
Verschiedene Eigenschaften dieser sechs verklebbaren Drähte mit Dreischichtisolierung wurden wie folgt bestimmt:
Lötbarkeit
Diese Eigenschaft wurde in derselben Weise geprüft, wie bei den Beispielen 1 bis 5 erläutert.
Wärmefestigkeit
Diese Eigenschaft wurde in derselben Weise geprüft, wie bei den Beispielen 1 bis 5 erläutert.
Verbindungsstärke
Jeder Draht wurde zu einer schraubenförmigen Spule mit 5 mm Durchmesser geformt. Die Drähte nach den Beispielen 9 bis 11 und den Vergleichsbeispielen 10 bis 12 wurden 15 Minuten lang auf 160°C erwärmt. Der Draht nach dem Beispiel 10 wurde 15 Minuten lang auf 140°C erwärmt. Danach wurde die Verbindungsstärke dieser Drähte bei normaler Temperatur und bei 80°C gemäß der japanischen Norm JIS3003 gemessen. (Prinzip des Backlackdrahts.)
Haftung der verklebbaren Schicht (Wickeltests)
Die gesamte Beschichtung wurde mittels eines Schnittmessers in Längsrichtung um 3% eingeschnitten, während der Draht jeweils auf einen Spulenkörper von 12 mm Durchmesser aufgewickelt wurde. Dann wurde beobachtet, ob die verklebbare Schicht und die isolierenden Schichten voneinander getrennt waren oder nicht. Im allgemeinen wird dieser Test durchgeführt, um festzustellen, ob bei einem normalen Wickelvorgang eine Trennung zwischen der verklebbaren Schicht und den isolierenden Schichten erfolgt oder nicht. In diesem Fall sollte keine Trennung bewirkt werden.
Wickelbarkeit
Der Draht wurde regelmäßig (50 Windungen) um einen leitenden quadratischen Kern mit 7 mm² Querschnitt unter einer Spannung von 6 kg mittels einer Wickelmaschine herumgewickelt, und eine Spannung von 3000 V wurde zwischen dem Draht und dem quadratischen Kern angelegt. Dann wurde die Zeit bis zum elektrischen Durchschlag gemessen. Dieser Test wurde bei jeder von 10 Spulen durchgeführt, und das angegebene Ergebnis stellt den Durchschnittswert dar. Je länger diese Zeit ist, desto kleiner der Schaden an der Isolierschicht durch den Wickelvorgang, d. h. umso besser ist die Wickelbarkeit. Der verwendete Drahtführer hatte einen Lochdurchmesser, der 0,05 mm größer war als der Außendurchmesser des Drahts, und die lineare Geschwindigkeit des Drahtes wurde auf 10 m/min eingestellt.
Interlaminare Trennbarkeit
Diese Eigenschaft wurde in derselben Weise geprüft, wie bei den Beispielen 1 bis 5 ausführlich erläutert.
Die Ergebnisse dieser Tests sind zusammenfassend in Tabelle 6 dargestellt. TABELLE 6

(1) Die Beispiele 9 bis 11 sind Beispiele, bei denen für die dritte Schicht ein Polyamid verwendet wird, und bei denen für die Bildung der verklebbaren Schicht ein copolymerisiertes Polyamid verwendet wird. Wie Tabelle 6 zeigt, sind bei den Beispielen 9 bis 11 alle angegebenen Eigenschaften hoch, also gut.
(2) Vergleichsbeispiel 10 ist ein Beispiel, bei dem für die dritte isolierende Schicht ein Polyesterharz verwendet wird; für die Bildung der verklebbaren Schicht wird ein copolymerisiertes Polyesterharz verwendet. Obwohl das Vergleichsbeispiel 10 gute Werte bei allen Eigenschaften zeigt, hat es eine niedrigere Verbindungsstärke (nach dem Backen) als die Beispiele 9 bis 11.
(3) Beim Vergleichsbeispiel 11 wird das Polyesterharz für die dritte isolierende Schicht verwendet, und ein von ihm verschiedenes copolymerisiertes Polyamid wird für die Herstellung der verklebbaren Schicht verwendet. In diesem Fall wird die verklebbare Schicht während des Wickelvorgangs abgetrennt, und die Verbindungsstärke ist niedrig.
(4) Beim Vergleichsbeispiel 12 wird Polytetrafluorethylen (Warenzeichen: Teflon) für die einzelnen isolierenden Schichten verwendet, vergleiche Tabelle 5, und für die Bildung der verklebbaren Schicht wird ein von Teflon verschiedenes copolymerisiertes Polyamid verwendet. Wahrscheinlich wegen schlechter Haftung zwischen den einzelnen Schichten sind in diesem Falle die Ergebnisse der Wickeltests schlecht, und die verklebbare Schicht wird abgetrennt, was das Fehlen von Verbindungsstärke zeigt. Ferner fehlt die Lötbarkeit vollständig.

Naturgemäß sind im Rahmen der Patentansprüche vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich, d. h. die beschriebenen Beispiele stellen nur eine bevorzugte Auswahl aus vielen Möglichkeiten dar.

Claims

Mehrschichtig isolierter Draht zur Herstellung einer Spule oder Wicklung, welcher aufweist: Einen Leiter (4a, 6a); eine den Leiter (4a, 6a) bedeckende erste isolierende Schicht (4b, 6b); eine die erste isolierende Schicht (4b, 6b) bedeckende zweite isolierende Schicht (4c, 6c); und eine die zweite isolierende Schicht (4c, 6c) bedeckende dritte isolierende Schicht (4d, 6d); wobei die erste und die zweite isolierende Schicht (4b, 6b, 4c, 6c) eine Extrusionsbeschichtungsschicht ist, und wobei die Extrusionsbeschichtungsschicht einen Kunststoff oder ein inniges Kunststoffgemisch enthält, die ausgewählt sind aus einer Gruppe bestehend aus (a) einem innigen Kunststoffgemisch, das so zusammengesetzt ist, dass ein Copolymer auf Ethylenbasis mit einer Carbonsäure, oder einem Metallsalz einer Carbonsäure, an einer Seitenkette 5 bis 40 Gewichtsteile bezogen auf 100 Gewichtsteile eines thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs, darstellt, (b) einem thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoff, der ganz oder teilweise gebildet wird durch Kombination eines Säurebestandteils und eines alkoholischen Bestandteils, welcher ganz oder teilweise aus Cyclohexandimethanol besteht, und (c) einem innigen Kunststoffgemisch, das so zusammengesetzt ist, dass ein Copolymer auf Ethylenbasis mit einer Carbonsäure oder einem Metallsalz einer Carbonsäure an einer Seitenkette 50 oder weniger Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile eines thermoplastischen geradkettigen Polyesterkunststoffs, darstellt, der ganz oder teilweise gebildet wird durch Kombination eines Säurebestandteils und eines alkoholischen Bestandteils, welcher ganz oder teilweise aus Cyclohexandimethanol besteht, und wobei die dritte isolierende Schicht (4d, 6d) eine Extrusionsbeschichtungsschicht aus einem thermoplastischen Polyamid oder aus einem innigen Kunststoffgemisch ist, das hauptsächlich aus dem thermoplastischen Polyamid besteht.
Draht nach Anspruch 1, bei dem jede der ersten und zweiten Isolierschichten die Extrusionsbeschichtungsschicht gemäß (a) ist.
Draht nach Anspruch 1, bei dem jede der ersten und zweiten Isolierschichten die Extrusionsbeschichtungsschicht gemäß (b) oder (c) ist.
Draht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Dicke der zweiten isolierenden Schicht das Doppelte oder mehr der Dicke der dickeren Schicht aus der Menge der ersten und der dritten isolierenden Schichten ist.
Draht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die dritte isolierende Schicht aus NYLON 46 gebildet ist.
Draht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die isolierenden Schichten voneinander getrennt werden, bevor der Leiter abreißt, wenn der Draht um seine Längsachse in der Weise verdreht wird, dass der Draht gerade gehalten wird, mit einer Längskerbe und eine Umfangskerbe in jeder isolierenden Schicht.
Draht nach Anspruch 6, bei dem nach einer Verdrehung von 20 Umdrehungen oder mehr die isolierenden Schichten voneinander getrennt werden.
Mehrschichtig isolierter Draht nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine verklebbare Schicht aufweist, die die dritte isolierende Schicht (4d, 6d) bedeckt und eine Extrusionsbeschichtungsschicht aus einem copolymerisierten Polyamid ist.
Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtig isolierten Drahts nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Oberfläche der ersten isolierenden Schicht (4b, 6b) mindestens einmal auf eine Temperatur von <= 100°C abgekühlt wird, bevor die erste isolierende Schicht (4b, 6b) mit der zweiten isolierenden Schicht (4c, 6c) bedeckt wird.
Verwendung eines mehrschichtig isolierten Drahts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung eines Transformators, der eine Primärwicklung (4) und eine Sekundärwicklung (6) aufweist, wobei jede der beiden Wicklungen einen mehrschichtig isolierten Draht nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
Transformator umfassend eine Primärwicklung (4) und eine Sekundärwicklung (6), wobei von Primärwicklung (4) und Sekundärwicklung (6) mindestens eine einen mehrschichtig isolierten Draht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.