EP0023238B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von lackisolierten Wickeldrähten, insbesondere Starkdrähten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von lackisolierten Wickeldrähten, insbesondere Starkdrähten Download PDF

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EP0023238B1
EP0023238B1 EP80100484A EP80100484A EP0023238B1 EP 0023238 B1 EP0023238 B1 EP 0023238B1 EP 80100484 A EP80100484 A EP 80100484A EP 80100484 A EP80100484 A EP 80100484A EP 0023238 B1 EP0023238 B1 EP 0023238B1
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EP
European Patent Office
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wire
thickness
varnish
insulation
layer
Prior art date
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EP80100484A
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EP0023238A1 (de
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Wolfgang Völker
Alfons Schmitt
Fritz Radeck
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Philips Kommunikations Industrie AG
Original Assignee
Philips Kommunikations Industrie AG
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Publication date
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    • B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
    • B05B5/08—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects
    • B05B5/14—Plant for applying liquids or other fluent materials to objects specially adapted for coating continuously moving elongated bodies, e.g. wires, strips, pipes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
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    • B05D3/061—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • B05D3/065—After-treatment
    • B05D3/067—Curing or cross-linking the coating

Definitions

  • the invention relates to a method for producing enamelled insulated winding wires, in particular strong wires, according to the first part of claim 1. It is used particularly with strong winding wires of circular or profiled cross-section with a cross-sectional area of more than 1.5 mm 2 up to any cross-sectional dimensions more commercially available Winding wires.
  • winding wires of this type have been produced by providing a correspondingly prepared conductor wire with a concentric lacquer insulation layer made of liquid lacquer in multiple sequences, and after reaching the desired insulation thickness for curing the insulation lacquer, it is passed through a suitably designed hardening furnace.
  • a suitably designed hardening furnace for this purpose, as an insulating varnish, in a suitable hydrocarbon compound, e.g. Cresol, dissolved insulating materials are used to achieve the viscosity necessary for the liquid coating. The solvent must be evaporated before or during the curing by increased heat before the actual curing process of the lacquer can begin, which gives the insulating layer thus formed the necessary electrical and mechanical properties.
  • This conventional method is not very environmentally friendly because of the toxic or toxic vapors given off during curing and, moreover, is extremely energy-intensive, because of the need for the heat of evaporation for the solvent, regardless of the actual curing process.
  • powder coating agents e.g. from DE-A-27 44 721, known to various objects, such as garden, house and kitchen appliances, housings therefor, fan blades or the like. to be provided with a mechanically sufficiently strong corrosion protection layer made of a suitable plastic.
  • This is applied in powder form by electrostatic means in a coating chamber, in which the object to be coated forms a positive electrode, so that the powder particles, which are suitably kept in suspension and are electrically negatively charged by the field generated there, settle thereon.
  • a powdery coating adheres relatively firmly to it, which is melted by appropriate aftertreatment, in particular the use of heat, and sintered onto the object and finally hardened.
  • Both the air supply and the separate supply of the powder are automatically controlled as a function of differential pressures continuously measured at different height-different locations on the floating powder fluid bed in order to bring about the desired powder density.
  • Other essential process parameters are the contact time of the object with the powder material, which results from the fluidized bed height and the take-off speed, the preheating temperature, the density of the powder material and its grain size and melting characteristics.
  • Electrostatic coating chambers are available on the market, but they are not - without further ado - suitable for the production of enamel-insulated electrical winding wires. Particularly high demands are made of these with regard to the. Uniformity and the thickness of their hardened lacquer insulation, which should comply with the final dimensions specified in DIN with the greatest accuracy, whereby only extremely small tolerances of at most + 10 ym are permissible for their electrical properties, in particular the dielectric strength and the intended dimensions of them ensure wound devices. For continuous production that is uninterrupted for days and weeks, a uniform sintering and hardening process is also required, which in turn depends on the uniformity of the grain size of the powder applied. This is not the case with the previously known methods of this type.
  • the thin wire conductor after the extensive application of a thermally insulating wood fiber mass and its drying in the previously described - with excess air and powder - is provided in a fluidized bed of an electrostatic coating chamber with the outer polymer layer. This is melted onto the surface of the dried thermal insulation by subsequent heating by means of a heating device designed with regard to its length, taking into account the pull-off speed, and is fixed thereon.
  • an insulating thickness measuring device is provided behind a cooling device arranged after the heating device for the continuous control of the final thickness of the insulation, which is so important for the enamelled wire quality.
  • Deviations from the setpoint value of the insulation thickness determined hereby must, however, be brought about by manually changing the process conditions, e.g. the take-off speed and / or the fluid bed height or density are corrected. This is not only cumbersome, but also unsafe, since these correction regulations require a great deal of attention and tact on the part of the operating personnel, but this means that unusable pieces of scrap can hardly be avoided.
  • the invention has for its object to vary or improve this known powder coating application and curing process so that it is suitable without manual readjustment for the production of high quality enameled winding wires with sufficient insulation thickness, with both the uniformity of the thickness of the enamel insulation thus produced as also in particular their electrical and mechanical properties due to the type of curing in a long-term uninterrupted production are guaranteed with conditions with absolute certainty, which are essentially specified depending on the wire to be insulated and which are automatically set to achieve optimal product quality.
  • This object is achieved by the invention specified in claim 1.
  • An advantageous embodiment of this method is specified in claim 2.
  • the main advantage of the new process for the production of enamelled insulated strong wires lies in the possibility created thereby of a continuous, economical, environmentally friendly, continuous production of enamelled wires over days and weeks while ensuring the required standard quality of the same.
  • the removal speed is selected in accordance with the dwell time required for the hardening of the insulating varnish in the application layer thickness or in accordance with the respective wire cross-section, the wire to be insulated being fed at a constant constant speed and being drawn off as insulated wire with a predetermined tensile stress .
  • This speed control is effected by means of a speed-controlled deflection roller over which the wire is guided before entering the electrostatic coating chamber, while the mechanical tension control takes place by means of a slip clutch between the drive and the drum of the winding unit.
  • the application layer thickness after curing and optionally is also essential to the invention.
  • the cooling of the insulating varnish is measured continuously, and the supply of the powdery insulating varnish for the electrostatic coating is controlled in direct dependence on the measured values determined in such a way that the powdery varnish particles of different grain sizes are applied almost simultaneously and uniformly to the wire to be insulated.
  • the paint application is continuously adapted to the desired value of the desired layer thickness and its uniformity is determined within the permissible tolerances of the insulation thickness and, at the same time, a selection of the powder particles which is unavoidable in the previous powder application process is avoided.
  • the powder density in the coating chamber is too high, i.e. if too much powder is introduced into it at once, the result is that the smaller and therefore lighter particles are first deposited on the body to be coated - the wire to be insulated - so that the thicker and thus heavy powder particles initially only adhere to the wire to a small extent or are only applied in the coating chamber after the powder density has been reduced due to the consumption of the lighter particles.
  • selection in the case of electrostatically applied powder application is avoided with certainty in that the powder density in the coating chamber is kept essentially constant, so that a uniform, dense application of larger and smaller powder particles takes place.
  • the duration of action or the effective distance and the intensity of the electrostatic coating are regulated in accordance with the uniform pull-off speed of the continuously moving insulated wire and with the automatically controlled supply of the powdery insulating varnish in order to achieve the desired thickness of the varnish application will.
  • This is of crucial importance for the fundamental determination of the order of magnitude of the thickness of the powder coating application, since the constant passage speed is made dependent solely on the sintering and hardening process, but not on the circumstances of the powder coating application.
  • the effective coating path is generally determined solely as a function of the cross-sectional dimensions of the wire to be coated, the throughput speed being selected from the necessary dwell time of the coating powder used in each case in the sintering and hardening furnace arranged at a distance.
  • This can either be used as a muffle furnace with several sections different heating intensity or as a UV curing chamber, as described for example in DE - A - 28 43 895 (published on no. 4. 80).
  • thermosets e.g. used on polyurethane-polyamide basis, which are composed of components that can be melted first and then change to the final thermoset state with increased heat input or ultraviolet radiation.
  • the throughput speed is essentially dependent on the duration of the sintering and hardening process, that is to say in the case of radiation hardening on the radiation intensity and the exposure zone provided for this purpose, or in the case of heat hardening on the effective length and temperature of each of the furnace sections provided for this purpose.
  • the drawing shows a schematic representation of a device for producing enamelled wire, in particular strong wire using the method according to the invention.
  • a unwinding unit 2 an electrostatically active powder coating chamber 3, a sintering and hardening device 4 and a wire return device 5 combined with a wire cooling and a winding unit 1 are arranged on a common base plate 6 with a supporting frame one behind the other or in different planes so that all units required for successful winding wire insulation are housed in a space-saving manner and form a compact unit overall.
  • the electrostatic powder coating chamber 3 In the electrostatically active powder coating chamber 3, side electrodes for the electrostatic charging of the powder particles are attached, which are kept in suspension by the action of the pulsating alternating field of a high-voltage electrode arranged at the bottom of the chamber - without any external influence by inflowing gas or the like - under atmospheric conditions .
  • the electrostatic powder coating chamber 3 is equipped at its insertion opening and at its outlet opening for the wire which is passed through, each with a cover sleeve 11 or 12 which is displaceably arranged there.
  • the cover sleeves 11, 12 are used to determine the effective distance for the electrostatic coating of the wire passed through and, depending on the respective requirements, can be pushed or pulled far away from the interior of the chamber 16 or 17, as a result of which the effective distance between the maximum value of the chamber dimension and a minimum value can be set as desired.
  • a speed-controlled deflection roller 15 is arranged between the unwinding unit 2 and the cover sleeve 11 of the powder coating chamber 3, over which the wire to be coated is guided and thus its speed of movement is precisely regulated.
  • the effective distance for the necessary layer application is set according to the throughput speed by means of the cover sleeves 11, 12 described above, as is the intensity of the between the lateral electrodes of the powder coating chamber 3 electrical voltage field generated therein and the powder coating supply into the powder coating chamber 3.
  • This is arranged on the grunol plate 6 between the outlet of the sintering and hardening device 4 and the inlet of the cooling direction of the wire return device 5 or behind the latter, if this is necessary for reasons of space and the selected electrical or mechanical, e.g. hydraulic measured value transmission device 10 from the insulating thickness measuring device 7 to the feed control device 9 is preferred.
  • the powder supply from the storage container 8 to the powder coating chamber 3 is continuously controlled as a function of the measurement of the actual value on the finished product so that the powder density in the coating chamber 3 always remains the same and, accordingly, a uniform powder application takes place without the previously described appearance of the selection.
  • the sintering and hardening device 4 is arranged, which comprises at least two separate sections 13 and 14, at least one of which is a sintered section (section 13) with moderate, controllable heat effect and at least the last one as a hardening section (section 14), e.g. Oven or UV radiation chamber, is designed.
  • a controllably heatable muffle furnace is preferred, which in turn can be equipped with a plurality of zones set up for different temperatures.
  • sintering and / or hardening sections can be connected in series and - depending on the insulating material used - can be set to different temperatures so that the powder-coated insulating layer of the winding wire with one pass initially with the passage in between air inclusion effectively melted and sintered onto the wire in the form of a uniform layer, and finally with increasing temperature or radiation inks is hardened.
  • a temperature profile can be adjusted, which, for example in a first sintering zone or stage, strongly heats up the powdery insulating material from room temperature to about 200 ° C and thereby melts into a coating that is evenly distributed over the surface, which process in a second stage with moderate until the temperature rises to 250 ° C. This is followed by a first hardening stage, the coating being heated from 250 ° C. to 300 ° C. and finally in a last stage up to 350 ° C., which completes the heat-hardening process.
  • the coated winding wire provided with the insulation of the desired layer thickness after the sintering process, can be passed through a correspondingly equipped with UV radiation for curing, which is arranged at a distance therefrom behind or above it, with a cooling section and a corresponding deflection being provided in between can.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen lackisolierter Wickeldrähte, insbesondere Starkdrähte, gemäß dem ersten Teil des Anspruchs 1. Sie findet besonders Anwendung bei starken Wickeldrähten kreisförmigen oder profilierten Querschnittes mit einer Querschnittsfläche von mehr als 1,5 mm2 bis zu beliebigen Querschnittsabmessungen handelsüblicher Wickeldrähte.
  • Bislang werden derartige Wickeldrähte hergestellt, indem ein entsprechend vorbereiteter Leiterdraht in mehrfacher Folge mit einer konzentrischen Lackisolierschicht aus Flüssiglack versehen, und nach Erreichen der gewünschten Isolierdicke zur Aushärtung des Isolierlackes durch einen entsprechend ausgebildeten Härtungsofen geführt wird. Als Isolierlack werden hierzu in einer geeigneten Kohlenwasserstoffverbindung, z.B. Cresol, gelöste Isolierstoffe verwendet, um die für den flüssigen lackauftrag notwendige Viskosität zu bewirken. Das Lösungsmittel muß vor bzw. bei dem Härten durch erhöhte Wärmeeinwirkung ausgedampft werden, ehe der eigentliche Härtungsprozeß des Lackes einsetzen kann, welcher der so gebildeten Isolierschicht die notwendigen elektrischen und mechanischen Eigenschaften verleiht.
  • Dieses übliche Verfahren ist wegen der beim Härten abgegebenen toxischen oder giftigen Dämpfe wenig umweltfreundlich und darüber hinaus äußerst energieaufwendig, wegen der Notwendigkeit der Verdampfungswärme für das Lösungsmittel, unabhängig vom eigentlichen Härtungsprozeß.
  • Andererseits sind bereits pulverförmige Beschichtungsmittel, z.B. aus DE-A-27 44 721, bekannt, um verschiedene Gegenstände, wie Garten-, Haus- und Küchengeräte, Gehäuse hierfür, Ventilatorflügel o.dgl. mit einer mechanisch ausreichend festen Korrosionsschutzschicht aus einem geeigneten Kunststoff zu versehen. Dieser wird in Pulverform auf elektrostatischem Wege in einer Beschichtungskammer aufgebracht, in welcher der zu beschichtende Gegenstand eine positive Elektrode bildet, so daß die in der Kammer auf geeignete Weise in Schwebe gehaltenen und durch das dort erzeugte Feld elektrisch negativ aufgeladenen Pulverteilchen sich darauf absetzen. So bildet sich in Abhängigkeit von der Verweildauer des Gegenstandes in der Kammer und sonstigen Faktoren ein daran relativ fest anhaftender pulvriger Belag, der durch entsprechende Nachbehandlung, insbesondere Wärmeanwendung geschmolzen und am Gegenstand aufgesintert und schließlich gehärter wird.
  • Aus US-A-3 019 126 ist auch schon ein Verfahren zum Überziehen langgestreckter Metallgegenstände wie Bänder oder Drähte mit einem Schutzbelag bekannt geworden, welcher aus verschiedenen, auf die Oberfläche der vorgewärmten Gegenstände in Pulverform fein verteilt aufgebrachten und durch Wärmezufuhr zu dem Belag geschmolzenen Werkstoffen bestehen kann. Das Aufbringen des Pulvermaterials kann hierbei auf elektrostatischem Wege mit Hilfe eines sogenannten "Fließbettes" in einer Kammer erfolgen, durch welche der Gegen-s-tand in vertikaler Richtung kontinuierlich hindurchgezogen wird, wobei das in die Kammer eingebrachte Pulver mittels eines getrennt zugeführten Luftstromes in Schwebe gehalten, und zugleich erhitzt oder durch eine in der Kammer angeordnete Hochspannungselektrode elektrostatisch aufgeladen wird, so daß es an der Oberfläche der beim Hindurchführen gegenpolig kontaktierten Gegenstände anhaftet. Sowohl die Luftzufuhr als auch die getrennte Zufuhr des Pulvers wird hierbei in Abhängigkeit von an verschiedenen höhenunterschiedlichen Stellen des schwebenden Pulver-Fließbettes kontinuierlich gemessenen Differenzdrücken zur Herbeiführung der jeweils gewünschten Pulverdichte automatisch gesteuert. Weitere wesentliche Verfahrensparameter sind die sich aus der Fließbetthöhe und der Abzugsgeschwindigkeit ergebende Kontaktzeit des Gegenstandes mit dem Pulvermaterial, die Vorwärmtemperatur, die Dichte des Pulvermaterials und dessen Korngröße und Schmelzcharakteristik.
  • Neben der für den rationellen Betrieb wenig geeigneten vertikalen Verfahrensweise hat diese insbesondere den wesentlichen Nachteil einer unzureichend genauen Steuerung der Pulverzufuhr, wodurch die für lackisolierte Wickeldrähte erforderliche, selektionsfreie Gleichförmigkeit der Dicke der Lackisolierung in den vorgeschriebenen Toleranzgrenzen sowie deren besondere Oberflächengüte nicht erreicht werden können. Darüber hinaus sind dieses bekannte Verfahren und die zu dessen Durchführung vorgesehene bekannte Vorrichtung zu kompliziert für eine rationelle, fehlerfreie Fertigung.
  • Es ist jedoch aus US-A-3 566 833 eine einfachere Vorrichtung für die Herstellung lackisolierter Wickeldrähte bekannt, in welcher der zu isolierende Draht horizontal durch ein in der üblichen Weise mit Pulverüberschuß betriebenes Fließbett aus mittels seitlich zugeführter Druckluft in Schwebe gehaltenem, durch eine Sprühpistole zusammen mit Druckluft zugeführten zugleich elektrostatisch aufgeladenen Pulvermaterial hindurchgeführt, hierbei mit dem Pulverbelag versehen und danach zu dessen Schmelzung und Sinterung durch einen Ofen geführt wird. Diese Vorrichtung weist an der Eintritts- und an der Austrittsöffnung für den zu isolierenden Draht verschiebbar angeordnete Buchsen auf, welche diesen teilweise abdecken und so eine Möglichkeit zum Einstellen der jeweils dem Einfluß der Pulverwolke in dem Fließbett ausgesetzten Drahtoberflächenlänge, bei gegebener Draht-Abzugsgeschwindigkeit schaffen.
  • Wie bei Fließbettverfahren üblich, wird der jeweilige Überschuß an Pulvermaterial und Luft durch eine im oberen Bereich dieser Vorrichtung vorgesehene Öffnung abgeführt. Das daraus mit dem Luftüberschuß entweichende Pulver kann zwar filtriert und zur Wiederverwendung aufbereitet werden, was jedoch zusätzliche Maßnahmen erfordert, die Qualität des rückgeführten Pulvermaterials vermindert und einen gewissen Verlustanteil desselben bedingt. Diese bekannte Vorrichtung weist jedoch keinerlei Einrichtung für die kontinuierliche Steuerung des Beschichtungsvorganges auf, so daß auch hiermit weder die notwendige Isolierdickengenauigkeit noch - selektionsbedingt - die erforderliche Oberflächengüte lackisolierter Wickeldrähte in einem ausreichenden Maße gewährleistet ist. Demzufolge sind die Isolierdicken damit gefertigter Lackdrähte sehr gering, etwa in der Größenordnung von 1'0 bis maximal 50,um. Dies entspricht jedoch nicht den neueren Erfordernissen bezüglich der Isolationszunahme isolierter Flachdrähte.
  • Elektrostatische Beschichtungskammern sind auf dem Markt erhältlich, die jedoch nicht - ohne weiteres - zur Herstellung lackisolierter, elektrischer Wickeldrähte geeignet sind. An diese werden nämlich besonders hohe Anforderungen gestellt, hinsichtlich der. Gleichmäßigkeit und der Dicke ihrer gehärteten Lackisolierung, welche die nach DIN vorgegebenen Endmaße mit größter Genauigkeit einhalten soll, wobei nur äußerst geringe Toleranzen von höchstens + 10 ym zulässig sind, um deren elektrische Eigenschaften, wie insbesondere die Spannungs-Durchschlagfestigkeit und die vorgesehenen Abmessungen der damit bewickelten Geräte zu gewährleisten. Für die über Tage und Wochen ununterbrochene, kontinuierliche Fertigung ist ferner ein gleichmäßiger Sinter- und Härtungsprozeß erforderlich, des seinerseits von der Gleichmäßigkeit der Korngröße des aufgetragenen Pulvers abhängig ist. Eine solche ist bei den bislang bekannten Verfahren dieser Art nicht gegeben.
  • Ferner ist aus FR-A-2 310 619 eine thermisch isolierte und darüber mit einem Polymer- Überzug versehene Fernmeldeader und ein Verfahren zu deren Herstellung bekannt geworden, wobei der dünne Ader-Leiter nach dem umfänglichen Aufbringen einer thermisch isolierenden Holzfasermasse und deren Trocknung in der vorausgehend beschriebenen Weise - mit Luft- und Pulver-Überschuß - in einem Fließbett einer elektrostatischen Beschichtungskammer mit der äußeren Polymerschicht versehen wird. Diese wird auf der Oberfläche der getrockneten Wärmeisolierung durch anschließendes Erhitzen mittels einer hinsichtlich ihrer Länge unter Berücksichtigung der Abzugsgeschwindigkeit ausgelegten Heizeinrichtung aufgeschmolzen und darauf festgesetzt.
  • Dieses bekannte Verfahren bringt ebenfalls die vorausgehend ge-s-childerten Nachteile des FIießbett-Pulverauftrags mit dem Luft- und Pulver-Überschuß mit sich und ist außerdem für die Lackdrahtherstellung, wobei ganz besondere Anforderungen an die Qualität, Isolierdicke und Oberflächenbeschaffenheit der nach dem Schmelzen der aus einem Duroplasten, z.B. einem Polyamid, bestehenden Pulverteilchen zusätzlich ausgehärteten Lackisolierung gestellt werden müssen, völlig ungeeignet.
  • Es ist aber aus US-A-4 051 809 eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Reinigen und anschließenden Überziehen eines langgestreckten metallischen Gegenstandes, insbesondere eines Kupfer- oder Aluminiumdrahtes rechteckigen Querschnitts, bekannt, durch welche dieser geerdet und ebenfalls in horizontaler Richtung mit konstanter Zugspannung hindurchbewegt und hierbei nach erfolgter chemischer Reinigung seiner Oberfläche durch elektrostatischen Pulverauftrag und nachfolgendes Erhitzen mit einer elektrischen Isolierung versehen wird. Auch bei dieser Vorrichtung ist die Aufrechterhaltung eines Fließbettes aus elektrostatisch aufgeladenen Pulverteilchen vorgesehen, die über einer gasdurchlässigen Platte mittels von unten zugeführter Druckluft in Schwebe gehalten werden, wobei ähnlich wie bei der eingangs geschilderten Vorrichtung das Niveau des Fließbettes kontinuierlich gemessen und dementsprechend das Pulvermaterial gesondert zugeführt wird.
  • Ebenso wird auch bei dieser bekannten Vorrichtung der Überschuß an Luft und mit dieser hochgewirbeltem Pulvermaterial über ein Filter abgeführt, und nach entsprechender Aufbereitung wieder verwendet, wobei die vorausgehend geschilderten Nachteile in Kauf genommen werden müssen. Da ein wirksamer "Umgriff" des Pulvermaterials zur Beschichtung auch der vom Luftstrom abliegenden Rückseite des rechteckförmig profilierten Drahtes kaum zu erreichen ist, soll er vorzugsweise in einer solchen Lage durch die Vorrichtung gezogen werden, daß seine Schmalseite gegen unten bzw. oben weist. Dem Auftragsteil der Vorrichtung ist eine Induktions- oder Infrarot-Heizeinrichtung nachtgereiht, um die aufgetragene Pulverschicht aufzuschmelzen bzw. zu härten. Solche Heizeinrichtungen sind jedoch für den genannten Zweck nicht gut geeignet, da dadurch die Oberflächenbeschaffenheit der so gebildeten Lackisolierung nachteilig beeinflußt wird, indem sich bald eine vorgehärtete Oberflächenhaut bildet, welche das Austreten der zwischen den Pulverteilchen befindlichen Restluft verhindert.
  • Schließlich ist hinter einer der Heizeinrichtung nachgereihten Kühleinrichtung ein IsolierdickenMeßgerät zur kontinuierlichen Kontrolle der für die Lackdrahtqualität so wesentlichen enddicke der Isolierung vorgesehen. Hiermit festgestellte Abweichungen vom Sollwert der Isolierdicke müssen jedoch durch manuell herbeigeführte Änderungen der Verfahrensbedingungen, z.B. der Abzugsgeschwindigkeit und/oder der Fließbetthöhe bzw. Dichte korrigiert werden. Dies ist nicht nur umständlich, sondern auch unsicher, da diese Korrekturregelungen viel Aufmerksamkeit und Fingerspitzengefühl des Bedienungspersonals erfordern, womit sich aber dennoch unbrauchbare Ausschußstücke kaum vermeiden lassen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Pulverbeschichtungsauftrags- und Härtungsverfahren so zu varriieren bzw. zu verbessern, daß es sich ohne manuelle Nachregelung für die Herstellung qualitativ hochwertiger lackisolierter Wickeldrähte mit ausreichender Isolierdicke eignet, wobei sowohl die Gleichmäßigkeit der Dicke der so hergestellten Lackisolierung als auch insbesondere ihre durch die Art der Aushärtung bedingten elektrischen und mechanischen Eigenschaften bei einer langzeitig ununterbrochenen Fertigung unter Bedingungen mit absoluter Sicherheit gewährleistet sind, die in Abhängigkeit vom jeweils zu isolierenden Draht im wesentlichen vorgegeben werden und sich im übrigen automatisch zur Erzielung einer optimalen Qualität des Produktes einstellen. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens ist mit dem Anspruch 2 angegeben.
  • Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens ist mit dem Anspruch 3 umrissen. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Vorrichtung ergeben sich aus dem Anspruch 4, welcher Einzelheiten der Sinter- und Härtungseinrichtung betrifft.
  • Der wesentliche Vorteil des neuen Verfahrens zur Herstellung lackisolierter Starkdrähte liegt in der dadurch geschaffenen Möglichkeit einer kontinuierlichen, wirtschaftlichen, umweltfreundlichen, über Tage und Wochen ununterbrochenen Fertigung von Lackdrähten bei Gewährleistung der erforderlichen Normqualität derselben. Diese ergibt sich aus der Kontinuität des Drahtdurchganges durch die kompakt angeordnete Vorrichtung unter Durchlauf- und Abzugsbedingungen des Drahtes sowie der Steuerung des Pulverauftrages der Isolierung und deren Sinterung und Härtung. Diese Bedingungen werden mit Beginn jeder Art der Fertigung, d.h. entsprechend dem jeweiligen Querschnitt und der Querschnittsabmessung des zu isolierenden Drahtes sowie des hierzu verwendeten Isolierpulvers eingestellt und regeln sich im übrigen selbsttätig so ein, da die Qualität der auf diese Weise erzeugten Lackisolierung und insbesondere deren Schichtdicke stets gewährleistet sind, die - unabhängig vom Drahtquerschnitt - üblicherweise 120,um betragen soll, wobei eine Abweichungstoleranz von höchstens ± l0,um zulässig ist.
  • Wesentlich ist hierfür, daß die Abzugsgeschwindigkeit entsprechend der für das Aushärten des betreffenden Isolierlackes in der Auftragsschichtdicke bzw. entsprechend dem jeweiligen Drahtquerschnitt erforderlichen Verweilzeit gewählt ist, wobei der zu isolierenden Draht mit jeweils konstant eingestellter gleichförmiger Geschwindigkeit zugeführt und als isolierter Draht mit vorgegebener Zugspannung abgezogen wird. Diese Geschwindigkeitsregelung wird mittels einer drehzahlgeregelten Umlenkrolle bewirkt, über die der Draht vor dem Eintritt in die elektrostatische Beschichtungskammer geführt wird, während die mechanische Spannungsregelung mittels einer Rutschkupplung zwischen dem Antrieb und der Trommel der Aufwickeleinheit erfolgt.
  • Ebenfalls erfindungswesentlich ist, daß die Auftragsschichtdicke nach dem Aushärten sowie gegebenenfalls. Der Kühlung des Isolierlackes kontinuierlich gemessen, und die Zufuhr des pulverförmigen Isolierlackes für die elektrostatische Beschichtung in unmittelbarer Abhängigkeit von den so ermittelten Meßwerten derart gesteuert wird, daß die pulverigen Lackteilchen unterschiedlicher Korngröße nahezu gleichzeitig und gleichmäßig auf den zu isolierenden Draht elektrostatisch aufgebracht werden. Hierbei wird der Lackauftrag kontinuierlich dem Sollwert der gewünschten Schichtdicke angepaßt und deren Gleichförmigkeit innerhalb des Rahmens der zulässigen Toleranzen der Isolierdicke bestimmt und zugleich eine bei den bisherigen Pulverauftragsverfahren unvermeidliche Selektion der Pulverteilchen vermieden.
  • Bei zu großer Pulverdichte in der Beschichtungskammer, also wenn in diese mit einem Mal zuviel Pulver eingeführt wird, ergibt es sich nämlich, daß die kleineren und somit leichteren Teilchen zuerst auf den zu beschichtenden Körper - den zu isolierenden Draht - abgesetzt werden, so daß die dickeren und somit schweren Pulverteilchen zunächst nur in geringem Maße am Draht anhaften bzw. erst nach durch den Verbrauch der leichteren Teilchen bewirkter Verringerung der Pulverdichte in der Beschichtungskammer zum Auftrag gelangen. Dies führt jedoch zu einem uneinheitlichen Pulverlackauftrag, der beim nachfolgenden Schmelz- und Sintervorgang, wobei die zwischen den Pulverteilchen befindliche Luft ausgetrieben wird, zu einem ungleichmäßig aufgeschmolzenen Überzug des Lackdrahtes, und nach dessen Härtung zu einem den hohen Genauigkeitsanforderungen nicht mehr entsprechenden Produkt führen würde. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird eine derartige als "Selektion" bezeichnete Ercheinung beim elektrostatisch bewirkten Pulverauftrag mit Sicherheit dadurch vermieden, daß die Pulverdichte in der Beschichtungskammer im wesentlichen konstant gehalten wird, so daß ein gleichmäßiger dichter Auftrag von größeren und kleineren Pulverteilchen erfolgt.
  • Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist auch, daß die Einwirkungsdauer bzw. die wirksame Strecke und die Intensität der elektrostatischen Beschichtung im Einklang mit der gleichförmigen Abzugsgeschwindigkeit des kontinuierlich bewegten isolierten Drahtes und mit der automatisch gesteuerten Zufuhr des pulverförmigen Isolierlackes zur Erzielung der gewünschten Dicke des Lackauftrages geregelt werden. Dies ist für die grundsätzliche Bestimmung der Größenordnung der Dicke des Pulverlackauftrages von ausschlaggebender Bedeutung, da die konstante Durchgangsgeschwindigkeit allein vom Sinter- und Härtungsprozeß, nicht jedoch von den Gegebenheiten des Pulverlackauftrages, abhängig gemacht wird.
  • Daher sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die dem elektrostatischen Lackauftrag ausgesetzte effektive Beschichtungsstrecke in der Kammer entsprechend dem Lackdraht querschnitt und der gewünschten Beschichtungsstärke einzustellen. Hierzu wird die wirksame Beschichtungsstrecke im allgemeinen allein in Abhängigkeit von den Querschnittsabmessungen des zu beschichtenden Drahtes bestimmt, wobei die Durchlaufgeschwindigkeit von der notwendigen Verweilzeit des jeweils verwendeten Beschichtungspulvers in dem mit Abstand nachgereihten Sinter- und Härtungsofen gewählt wird. Dieser kann entweder als Muffelofen mit mehreren Abschnitten unterschiedlicher Heizungsintensität oder auch als UV-Härtungskammer ausgebildet sein, wie sie beispielsweise in der DE - A - 28 43 895 (veröffentlicht am no. 4. 80) beschrieben ist.
  • Selbstverständlich richtet sich die Wahl des jeweils verwendeten pulvrigen Isolierstoffes nach der Art der vorgesehen Aushärtung. In der Regel werden hierfür Duroplaste, z.B. auf Polyurethan-Polyamidbasis verwendet, welche aus Komponenten zusammengesetzt sind, die zunächst aufgeschmolzen werden können und danach bei erhöhter Wärmezufuhr bzw. ultravioletter Strahlungseinwirkung in den duroplastischen Endzustand übergehen. Die Durchlaufgeschwindigkeit ist jedoch im wesentlichen von der Dauer des Sinter- und Härtungs-vorganges, also im Falle der Strahlungshärtung von der Strahlungsintensität und der hierzu vorgesehenen Einwirkungsstrecke bzw. bei der Wärmehärtung von der wirksamen Länge und der Temperatur jedes der hierfür vorgesehenen Ofenabschnitte abhängig.
  • Nachstehend ist die Erfindung unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten desselben anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zum Herstellen von lackisolierten Wickeldrähten, insbesondere Starkdrähten unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Bei dieser Vorrichtung sind auf einer gemeinsamen Grundplatte 6 mit Traggestell hintereinander bzw. in verschiedenen Ebenen übereinander eine Abwickeleinheit 2, eine elektrostatisch wirksame Pulverbeschichtungskammer 3, eine Sinter- und Härtungseinrichtung 4 sowie eine mit einer Drahtkühlung kombinierte Drahtrückführungseinrichtung 5 und eine Aufwickeleinheit 1 so angeordnet, daß alle für die erfolgreiche Wickeldrahtisolierung notwendigen Einheiten raumsparend untergebracht sind und insgesamt eine kompakte Einheit bilden.
  • In der elektrostatisch wirksamen Pulverbeschichtungskammer 3 sind seitlich Flächenelektroden für die elektrostatische Aufladung der Pulverteilchen angebracht, welche durch die Einwirkung des pulsierenden Wechselfeldes einer am Boden der Kammer angeordneten Hochspannungselektrode - ohne jeglichen Fremdeinfluß durch einströmendes Gas o. dgl. - unter atmosphärischen Bedingungen in Schwebe gehalten werden. Die elektrostatische Pulverbeschichtungskammer 3 ist jedoch an ihrer Einführungs- sowie an ihrer Austrittsöffnung für den hindurchgeführten Draht mit je einer dort verschiebbar angeordneten Abdeckhülse 11 bzw. 12 ausgestattet. Die Abdeckhülsen 11, 12 dienen zur Bestimmung der wirksamen Strecke für die elektrostatische Beschichtung des hindurchgeführten Drahtes und können je nach den jeweiligen Erfordernissen in ihrer Lagerung 16 bzw. 17 weit gegen das Innere der Kammer vorgeschoben bzw. aus dieser herausgezogen werden, womit die wirksame Strecke zwischen dem Maximalwert der Kammerabmessung und einem Minimalwert beliebig eingestellt werden kann. Zwischen der Abwickeleinheit 2 und der Abdeckhülse 11 der pulverbeschichtungskammer 3 ist eine drehzahlgesteuerte Umlenkrolle 15 angeordnet, über welche der zu beschichtende Draht geführt und somit seine Bewegungsgeschwindigkeit genau eingeregelt wird. Da diese - wie bereits ausgeführt - im wesentlichen nur von den Sinter- und Härtungsbedingungen abhängig ist, wird für den notwendigen Schichtauftrag die wirksame Strecke mittels der vorbeschriebenen Abdeckhülsen 11, 12 entsprechend der Durchlaufgeschwindigkeit eingestellt, ebenso auch die Intensität des zwischen den seitlichen Elektroden der pulverbeschichtungskammer 3 darin erzeugten elektrischen Spannungsfeldes und die Pulverlackzufuhr in die Pulverbeschichtungskammer 3.
  • Diese erfolgt von wenigstens einem, vorzugsweise mehreren, oberhalb der Beschichtungskammer angeordneten Vorratsbehältern 8 über eine Zufuhrregeleinrichtung 9, die in die pulverbeschichtungskammer 3 einmündet, wobei die Zufuhrregeleinrichtung 9 über eine Meßwertübertragungseinrichtung 10 mit dem Meßwertgeber eines Isolier-dickenmeßgerätes 7 verbunden ist. Dieses ist an der Grunolplatte 6 zwischen dem Ausgang der Sinter- und Härtungseinrichtung 4 und dem Eingang der Kühlenrichtung der Drahtrückführungseinrichtung 5 oder hinter der letzteren angeordnet, wenn dies aus Gründen der räumlichen Gegebenheiten sowie der gewählten elektrischen oder mechanischen, z.B. hydraulischen Meßwertübertragungseinrichtung 10 von dem Isolierdickenmeßgerät 7 zur Zufuhrregeleinrichtung 9 bevorzugt wird. Zufolge dieser Einrichtungen ist die Pulverzufuhr vom Vorratsbehälter 8 zur Pulverbeschichtungskammer 3 kontinuierlich in Abhängigkeit von der Messung des Istwertes am fertigen Produkt so geregelt, daß die Pulverdichte in der Beschichtungskammer 3 stets gleich bleibt und dementsprechend ein gleichmäßiger Pulverauftrag ohne die vorausgehend beschriebene Erscheinung der Selektion erfolgt.
  • Im Abstand hinter der pulverbeschichtungskammer 3 ist die Sinter- und Härtungseinrichtung 4 angeordnet, welche wenigstens zwei voneinander getrennte Abschnitte 13 und 14 umfaßt, von welchen zumindest der eine als Sinterabschnitt (Abschnitt 13) mit mäßiger, regelbarer Wärmewirkung und zumindest der letzte als Härtungsabschnitt (Abschnitt 14), z.B. Ofen oder UV-Strahlungskammer, ausgestaltet ist. In der Regel wird jedoch ein regelbar beheizbarer Muffelofen bevorzugt, der seinerseits mit mehreren zur unterschiedlichen Temperaturabgabe eingerichteten Zonen ausgestattet sein kann.
  • Zur Erhöhung der Durchlauf- und somit der Fertigungsgeschwindigkeit können mehrere solcher Sinter- und/oder Härtungsabschnitte hintereinander geschaltet und - entsprechend dem jeweils verwendeten Isolierstoff - auf unterschiedliche Temperaturen so abgestellt sein, daß die pulverförmig aufgebrachte Isolierschicht des Wickeldrahtes mit einem Durchgang zunächst unter Austreibung des dazwischen befindlichen Lufteinschlusses wirksam aufgeschmolzen und auf dem Draht in Form einer gleichmäßigen Schicht festgesintert, und schließlich mit steigender Temperatur oder Strahlungsintensität gehärtet wird. Als besonders vorteilhaft hat sich die Anordnung einer Sinter- und Härtungseinrichtung in Form eines mehrteiligen Muffelofens erwiesen, dessen Abschnitte zur unterschiedlichen Regelung ihrer Heizungsintensität eingerichtet sind. Auf diese Weise läßt sich ein Temperaturprofil einregeln, das z.B. in einer ersten Sinterzone oder Stufe den pulverförmigen Isolierstoff von Raumtemperatur bis etwa 200°C stark aufheizt und hierbei zu einem sich gleichmäßig auf die Oberfläche verteilenden Belag schmilzt, welcher Vorgang in einer zweiten Stufe mit mäßig bis auf 250°C ansteigender Temperatur abgeschlossen wird. An diese schließt sich eine erste Härtungsstufe an, wobei der Belag von 250°C auf 300°C und schließlich in einer letzten Stufe bis 350°C erhitzt wird, womit der Wärmehärtungsvorgang abgeschlossen ist. Analog kann der beschichtete und nach dem Sintervorgang mit der Isolierung der gewünschten Schichtstärke versehene Wickeldraht zur Aushärtung durch eine entsprechend mit UV-Strahlung bestückte Kammer hindurchgeführt werden, die im Abstand hiervon dahinter oder auch darüber angeordnet, wobei dazwischen eine Kühlstrecke und eine entsprechende Umlenkung vorgesehen sein kann.
  • In jedem Fall werden nur lösungsmittelfreie Isolierstoffe verwendet, so daß weder beim Sintern noch beim Härten derselben umweltbelastende Dämpfe ausgeschieden werden. Wesentlich für die wirtschaftliche Fertigung ist der hierbei gegenüber dem bisher üblichen Verfahren wesentlich verringerte Wärmebedarf, da selbst im Sinter- und Härtungsofen die zum Aufschmelzen und Härten der Isolierschicht notwendige Wärme wesentlich geringer ist als bei den bisher verwendeten lösungsmittelenthaltenden Lackdrähten.
  • Nach der aus Platzgründen erfolgenden Umlenkung und der vorzugsweise oberhalb der Vorrichtung angeordneten Kühlung und Drahtrückführungs einrichtung 5 des so lackisolierten Wickeldrahtes wird dieser schließlich auf eine Aufwickeleinheit 1 aufgenommen, welche über eine Rutschkupplung so angetrieben ist, daß die mechanische Spannung des aufgenommenen beschichteten Drahtes bei seinem Durchgang durch die gesamte Vorrichtung auf einen optimal auf die Durchgangsgeschwindigkeit abgestimmten konstanten Wert einregelbar ist. Mit dieser Vorrichtung lassen sich auf die beschriebene Weise Wickeldrähte sehr unterschiedlicher Dicke und Querschnittsform auf äußerst wirtschaftliche und umweltfreundliche Weise herstellen.
    • Beispiel 1
    • Leiterdicke 10 mmz Querschnitt
    • lsollerdicke 120,um (Toleranz ± 10,um)
    • Abzugsgeschwindigkeit 5 m/Minute (bei 4 m Länge der Sinter- und Härtungseinrichtung)
    • wirksame Strecke des Pulverauftrages 400 mm
    • Auflandespannung der Pulverbeschichtungselektroden 20 kV
    Beispiel 2
    • Leiterdicke 50 mm2
    • Isolierdicke 120 Ilm
    • Abzugsgeschwindigkeit 2 m/Minute (bei 6 m Länge der Sinter- und Härtungseinrichtung)
    • wirksame Strecke des Pulverlackauftrages 500 mm
    • Aufladespannung 25 kV

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen lackisolierter Wickeldrähte, insbesondere Starkdrähte, bei welchem der jeweils zu isolierende Draht mit konstanter Geschwindigkeit in horizontaler Richtung bewegt, durch im Einklang mit der Bewegungsgeschwindigkeit des Drahtes regelbaren, elektrostatisch wirksamen Lackauftrag kontinuierlich mit einem in Pulverform zugeführten Isolierlack gleichmäßig beschichtet, die so aufgebrachte Isolierschicht in einem Durchgang danach gesintert und gehärtet, der isolierte Draht gekühlt und schließlich mit vorgegebener Zugspannung abgezogen, wobei die Auftragsdicke des Isolierlackes kontinuierlich gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß
a) der Draht mit einer im Einklang mit der Abzugsgeschwindigkeit entsprechend der für das Aushärten des Isolierlackes in der Auftragsschichtdicke erforderlichen Verweilzeit gewählten, gleichförmigen Geschwindigkeit zugeführt wird,
b) die Einwirkungsdauer oder die für den elektrostatischen Lackauftrag wirksame Strecke im Einklang mit der Zufuhr des pulverförmigen Isolierlackes in an sich bekannter Weise nach der gewünschten Auftragsdicke eingestellt wird,
(c) die Zufuhr des Isolierlackes in unmittelbar Abhängigkeit von den Dickenmeßwerten der Lackisolierung gesteuert, wobei der Lackauftrag kontinuierlich dem Sollwert der gewünschten Enddicke desselben angepaßt und
(d) die Gleichförmigkeit des Lackauftrages durch das nahezu gleichzeitige und gleichmäßige Aufbringen von pulvrigen Lackteilchen unterschiedlicher Korngröße auf den Draht bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulvrige Isolierlack in einer umfänglich gleichen Schichtdicke auf den Draht aufgebracht wird, deren Endmaß nach dem Sintern und Härten des Lackes zumindest 50 µm, vorzugsweise mehr als 100 µm beträgt.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher eine Abwickeleinheit (2) eine elektrostatische pulverbeschichtungskammer (3), und über dieser wenigstens ein Vorratsbehälter (8) mit einer Zufuhrregeleinrichtung (9), in der Bewegungsrichtung des Drahtes hinter der pulverbeschichtungkammer (3) eine Sinter- und Härtungseinrichtung (4), Umlenk- und Kühleinrichtungen und eine Aufwickeleinheit (1) sowie hinter der Kühleinrichtung oder zwischen deren Eingang und dem Ausgang der Sinter- und Härtungseinrichtung (4) ein Isolierdickenmeßgerät (7) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
a) zwischen der Abwickeleinheit (2) und der elektrostatischen pulverbeschichtungskammer (3) eine drehzahlgeregelte Umlenkrolle (15), und zwischen dem Antrieb und der Trommel der Aufwickeleinheit (1) eine einstellbare Rutschkupplung angeordnet sind,
b) die Zufuhrregeleinrichtung (9) über eine elektrische oder mechanische Meßwertübertragungseinrichtung (10) mit einem Meßwertgeber des Isolierdickenmeßgerätes (7) verbunden ist, und
c) die elektrostatische pulverbeschichtungskammer (3) an ihrer Einführungs- und ihrer Austrittsöffnung für den Draht in an sich bekannter Weise mit je einer dort verschiebbar angeordneten Abdeckhülse (11 bzw. 12) ausgestattet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sinter- und Härtungseinrichtung (4) als mehrteiliger Muffelofen ausgebildet ist, dessen Abschnitte zur unterschiedlichen Regelung ihrer Heizungsintensität eingerichtet sind.
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