EP0448999B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Lackdrähten mit Schmelzharzen - Google Patents

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EP0448999B1
EP0448999B1 EP91103406A EP91103406A EP0448999B1 EP 0448999 B1 EP0448999 B1 EP 0448999B1 EP 91103406 A EP91103406 A EP 91103406A EP 91103406 A EP91103406 A EP 91103406A EP 0448999 B1 EP0448999 B1 EP 0448999B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
resin
wire
process according
exhibits
annealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP91103406A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0448999A2 (de
EP0448999A3 (en
Inventor
Herbert Berthold
Hans-Peter Pichler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAG Maschinen und Apparatebau GmbH
Original Assignee
MAG Maschinen und Apparatebau GmbH
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Publication date
Application filed by MAG Maschinen und Apparatebau GmbH filed Critical MAG Maschinen und Apparatebau GmbH
Publication of EP0448999A2 publication Critical patent/EP0448999A2/de
Publication of EP0448999A3 publication Critical patent/EP0448999A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0448999B1 publication Critical patent/EP0448999B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing conductors or cables
    • H01B13/06—Insulating conductors or cables
    • H01B13/065—Insulating conductors with lacquers or enamels

Definitions

  • the invention relates to a method according to the subject matter of claim 1 and a device according to the subject matter of claim 23 for the production of enameled wires with almost solvent-free melting resins.
  • Enamelled wire is understood to mean enameled insulated wires that are differentiated in terms of shape in round and flat wires and in terms of material in copper and aluminum wires.
  • the enamelled wire serves to enable good insulation of an electrical conductor from an adjacent conductor or the support of windings.
  • the main advantage over other insulations is that the wall thickness of the paint layer is extremely small. With a copper wire diameter of 0.4 mm, for example, the layer thickness is a full 16 »m.
  • Enameled wire is mainly used to manufacture electrical windings that are used for power conduction, voltage conversion, field construction and field deflection.
  • the thickness of the lacquer layer is achieved by applying the lacquer several times and can consist of uniform layers of material or two or three layers of different materials.
  • lacquers used in the prior art are polyurethane (PUR), for use in small motors, transformers, relays, solenoid coils etc., two-layer lacquers with which the mechanical, thermal and chemical properties can be improved, nylon coatings which are very smooth and baking lacquers which windings with hot air or Electric shock heating can be glued into one unit.
  • the lacquers known in the prior art essentially consist of film-forming resins and solvents.
  • the solvent allows the coating to be applied in liquid form, and its composition influences the uniformity of the paint film.
  • Solvents used for wire enamels are essentially mixtures of cresol, xylenol and solvent naphta and account for approximately 2/3 of the enamel volume.
  • the disadvantages of the solvent are its dangerous properties.
  • the liquid is usually toxic and caustic and forms explosive mixtures when heated, which are also heavier than air. Inhalation of the vapors causes symptoms of intoxication among the operators. Damage to the skin and eyes due to skin penetration and paralysis of the central nervous system with consequential damage have become known.
  • a method and a device for coating wires is known from EP-PS 0 063 963, in which a resin with a solvent content of only 5% is used.
  • the particular disadvantage of the characteristic method and the device described is that the application of the resin takes place in an open system, so that a Solvent disposal must be carried out.
  • only known paint combinations are used in this known device, which can be used in a single-layer process and thus ensure a fast throughput and thus high production output.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for producing a highly heat-resistant enamelled wire by means of hot-melt resins, in which the enamelled wire fulfills the quality tests of the international standards, a more economical enamelled wire production compared to conventional methods and systems is made possible, and even the strictest environmental protection regulations are observed and the largest possible area of application is guaranteed.
  • the particular advantage of the invention from an environmental point of view lies on the one hand in the fact that almost completely solvent-free resins can be used and on the other hand in that this resin is guided in a closed system during coating, so that practically no emission takes place apart from the layer on the wire.
  • the wire is subjected to a drying and baking process immediately after the coating, so that the total emission is extremely low.
  • a drying and baking process immediately after the coating, so that the total emission is extremely low.
  • the bare wire is withdrawn from a fixed bare wire coil 2 overhead.
  • a wire brake 3 consisting of two brake rollers and a set screw, ensures the correct tension of the wire and prevents sagging.
  • the so-called bare wire outlet 4 is arranged above the wire brake.
  • the bare wire Before entering the annealing furnace 6, the bare wire is cleaned in a demineralized water bath 5.
  • the hard-drawn bare wire 1 passes through an annealing furnace 6, in which it recrystallizes, i.e. is brought into the desired flexible state.
  • the annealing furnace 6 has a first annealing zone 8 and a second annealing zone 9, in which different methods, for example circulating air, exhaust air or electric heating, are used.
  • the hot wire is cooled in a water bath 10 so that it does not tarnish. Cooling water remaining on the wire is removed by a blow-off device.
  • the application temperature required for the melting resin is between 140 ° C and 180 ° C.
  • the wire 1 is preheated. Both the annealing furnace 6 and a wire preheater 11 are burned by a stoving furnace 16 via a secondary air circulation heated and regulated with the help of a fan or an adjustment flap. After the annealing, the wire 1 is slid back via a blind retort 25. The solid resin is melted in a coated aluminum tank with cast-in radiators. A gear pump conveys the hot resin with overpressure first through a filter 13 and then through a heated feed hose 14 into the application device 15. The excess resin gets back into the resin tank via the return hose 27. The entire resin preparation and application device is a closed system.
  • the hot resin is conveyed from the resin preparation device 12 with overpressure into the application device 15 and there in hard metal nozzles. Excess resin is returned to the resin processing device 12 through the return line.
  • the resin application device 15 is provided with a controllable heating element in order to keep the resin melt in a viscosity range of 300-1000 mPas, which is favorable for processing.
  • the wire 1 runs through the device four times (in special cases up to six times), ie four hard metal nozzles with different passage cross sections are used in the device.
  • the wire 1 first passes through the drying zone 17, then through the baking zone 18.
  • the solid portion of the resin is converted into a high-molecular, chemically and thermally resistant state by polymerisation.
  • the hot melt baking oven 16 works according to the air circulation system.
  • a gas burner 19 or, alternatively, an electric heating register is integrated in the circulating air circuit.
  • the amount of circulating air is regulated by the circulating air fan speed 20.
  • a flap 21 can influence the temperature by regulating the resistance of the circulating air, which is the lowest when the flap 21 is open.
  • the wire then arrives at a winding machine 24.
  • the finished enamelled wire 23 is pulled over a take-off disk and wound up.
  • the baking oven 16 also has an adjustable exhaust gas fan 22 which blows the exhaust air into the open.
  • control cabinet 26 contains the entire control of the wire coating system as well as the display devices for temperatures, fan speeds, indicator lights, etc.
  • the most important variables to be measured are, in addition to consumption variables such as gas consumption, electricity consumption, resin consumption, the speed of a secondary air circulation fan, the main air circulation fan 20 and the exhaust gas fan 22, the position of the exhaust gas flap 21 and an HFz test device and above all temperatures.
  • a wide variety of deflection rollers are shown in FIG. 1, but are not designated any further.
  • the temperature of the resin tank which must be selected so that the resin attains a viscosity that is favorable for pumping to the dishes. If the temperature is too high, the resin ages and becomes tough again.
  • the temperature of the resin supply and discharge hoses is important, whereby the criterion for the choice of temperature is mainly the viscosity range that is favorable for easy delivery. Because of the small amounts in the tubes, the problem of aging is of only minor importance.
  • the temperature in the resin application device 15 must be precisely controllable in order to keep the resin melt in a viscosity range of 300-1000 mPas.
  • the wire speed has an enormous influence on the quality of the finished enamelled wire 23.
  • the key figure for this is the v ⁇ d value, which indicates the production output of a machine.
  • v is the wire speed in m / min
  • d is the wire diameter in mm.
  • the fact that the dwell time of the wire in the baking oven also changes due to the change in speed must also be the case when the speed increases the temperature in the individual heating zones such as the annealing and stoving zone and possibly other factors are changed.
  • a enamelled wire of the type W 180 L, d 1.06 mm, resin 526 HM was used.
  • the resin application device 31 has a housing 32 into which through bores 33a to 33d pass. These holes 33a to 33d are the wire feed-through holes, so that this is a four-row resin application device. Four wires can be coated either in parallel or one wire four times after appropriate deflection and return.
  • Hard metal sleeves 34a to 34d and 35c are arranged at the entry and exit of these wire guides. Sealing elements, for example so-called stuffing boxes, are also introduced. This seals the wire passage on the front and rear so that a medium under pressure cannot escape on the front and rear.
  • Two blind bores 36 and 37 are arranged on the upper side, 36 being the resin inlet and 37 the resin outlet. These threaded bores are connected via a channel 38, which extends obliquely into the interior of the housing 32, each with a channel 39 or 40 running essentially perpendicular to the wire bushings, but above the same. Through this transverse channel, the incoming resin is distributed in the transverse direction above all four wire feedthroughs. Channels 39 and 40 are in turn connected to the wire guides by vertical channels 41, 43.
  • a wire passes through the wire guide, for example 33c, it passes through the front sleeve 34c, passes through the wire guide and passes through the rear sleeve 35c.
  • Resin penetrates through the resin inlet 36 into the housing 32 and is distributed via a channel (not shown) which runs obliquely into the channel 40 running transversely to the wire feedthroughs. From there, the resin is pressed via the channels 42 into the respective wire guides 33a to 33d under excess pressure and runs through the wire guide against the direction of movement of the wire. Through a hole 43 in the wire guide, the excess resin is distributed in an annular cross-sectional reduction on the outside of the wire guide. From there, the resin is forced under pressure through the channels 41 into the transverse collecting channel 39. From there, the resin is fed via the inclined channel 38 into the resin outlet 37 and thus back to the resin preparation device.
  • transverse channels 39 and 40 are of course also completely sealed at their ends by means of sealing means 45.
  • a heater 47 is used, by means of which the housing and thus the entire resin application device is kept at a temperature which sets the desired viscosity for the resin, which is desirable for coating the wire.
  • Corresponding bores are also used for thermocouples 48 for measuring the temperature.
  • bores 49 with sealing and adjusting screws 50 were arranged above the vertical connecting channels 41, 42. Further holes 51 to 54 for ventilation, cleaning or other purposes are shown in the figures.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein verfahren gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 23 zur Herstellung von Lackdrähten mit nahezu lösungsmittelfreien Schmelzharzen.
  • Unter Lackdraht versteht man lackisolierte Drähte, die bzgl. der Form in Rund- und Flachdrähte und bzgl. des Werkstoffes in Kupfer- und Aluminiumdrähte unterschieden werden. Der Lackdraht dient dazu, eine gute Isolation eines elektrischen Leiters gegen einen benachbarten Leiter oder den Träger von Wicklungen zu ermöglichen. Der Hauptvorteil gegenüber anderen Isolationen besteht darin, daß die Wandstärke der Lackschicht äußerst gering ist. So beträgt die Schichtdicke beispielsweise bei einem Kupferdrahtdurchmesser von 0,4 mm ganze 16 »m.
  • Lackdraht wird hauptsächlich zur Herstellung von elektrischen Wicklungen verwendet, die zur Stromleitung, Spannungsumwandlung, Feldaufbau und Feldablenkung dienen.
  • Die Lackschichtdicke wird durch mehrmaligen Lackauftrag erreicht und kann aus stofflich einheitlichen Schichten oder aus zwei bis drei stofflich verschiedenen Schichten bestehen. Beispiele für im Stand der Technik verwendete Lacke sind Polyuretan (PUR), zur Verwendung in Kleinmotoren, Transformatoren, Relais, Magnetspulen usw., Zweischichtlacke, mit denen die mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften verbessert werden können, Nylonüberzüge, die sehr glatt sind sowie Backlacke, mit welchen Wicklungen durch Heißluft oder Erwärmung durch Stromstoß zu einer Einheit verklebt werden können.
  • Bei Lackieranlagen wird üblicherweise zwischen konventionellen und solchen mit kombinierter Inline-Ziehmaschine unterschieden. Lackieranlagen mit Inline-Ziehmaschinen gewinnen durch eine Reihe von Vorteilen immer mehr an Bedeutung, die im wesentlichen in der höheren Weichheit des Kupfers und besseren Qualität durch die gleiche Zieh- und Lackiereinrichtung bestehen. Eine derartige Anlage zur Lackdrahtherstellung im Inlineverfahren ist beispielsweise aus der DE-PS 3 118 830 bekannt.
  • Die im Stand der Technik bekannten, verwendeten Lacke bestehen im wesentlichen aus filmbildenden Harzen und Lösungsmitteln. Das Lösungsmittel erlaubt ein Auftragen des Überzuges in flüssiger Form und beeinflußt durch seine Zusammensetzung die Gleichmäßigkeit des Lackfilmes. Für Drahtlacke verwendete Lösungsmittel sind im wesentlichen Mischungen aus Kresol, Xylenol und Solventnaphta und machen einen Anteil von ca. 2/3 des Lackvolumens aus.
  • Die Nachteile des Lösungsmittels liegen in seinen gefährlichen Eigenschaften. Die Flüssigkeit ist üblicherweise giftig und ätzend und bildet bei Erhitzung explosive Gemische, die zudem noch schwerer als Luft sind. Das Einatmen der Dämpfe bewirkt Vergiftungserscheinungen bei den Bedienpersonen. Schäden der Haut und der Augen durch Durchdringen der Haut bis hin zu Lähmung des Zentralnervensystems mit Folgeschäden sind bekanntgeworden.
  • Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten von Drähten ist aus der EP-PS 0 063 963 bekannt, bei welcher ein Harz mit einem Lösungsmittelanteil von nur 5% verwendet wird. Der besondere Nachteil des gekennzeichnenden Verfahrens und der beschriebenen Vorrichtung besteht darin, daß der Auftrag des Harzes in einem offenen System stattfindet, so daß eine Lösungsmittelentsorgung durchgeführt werden muß. Weiterhin werden in dieser bekannten Vorrichtung nur Lackkombinationen verwendet, die im Einschichtverfahren verwendet werden können und somit für einen schnellen Durchlauf und damit hohen Produktionsausstoß sorgen.
  • Aus der Patentanmeldung AT-A-318 037 in Österreich ist eine Fertigungsanlage zur Isolierung von Drähten oder dergleichen mit hochprozentigen Lacken oder ähnlichen Stoffen in dünnen Auftragsstärken bekannt, die im wesentlichen aus einem Blankdrahtablauf, allenfalls einer Drahtvorwärmeinrichtung, ferner aus Blankdrahtglühofen, Lackauftragsorganen, Einbrennaggregaten, einer geschwindigkeitsregelnden Abzugsvorrichtung sowie aus einer Spulen- oder Behälter-Wickelei besteht.
  • Ein alternatives Verfahren, bei dem Lösungsmittel fast vollständig eingespart wird, ist die Verwendung sogenannter Schmelzharze (Hot Melts). Die Harzschmelze muß auf eine vorbestimmmte Temperatur gebracht werden, um für den Auftrag eine verarbeitbare Viskosität zu bekommen. Dies erfordert eine genaue Temperaturführung und die erzielten Schichtstärken sind größer als bei konventionellen Lacken, so daß zur Erzielung gewünschter Schichtstärken weniger Schmelzharzlackierungsschichten in entsprechend weniger Schritten aufgetragen werden müssen.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines hoch wärmefesten Lackdrahtes mittels Schmelzharzen anzugeben, bei dem der Lackdraht die Qualitätsprüfungen der internationalen Normen erfüllt, eine wirtschaftlichere Lackdrahtproduktion gegenüber herkömmlichen Verfahren und Anlagen ermöglicht wird, selbst strengste Umweltschutzvorschriften eingehalten werden und ein möglichst großer Einsatzbereich gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird verfahrensseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und vorrichtungsseitig durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 22 z.B. gelöst.
  • Vorteilhaftere Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
  • Der besondere Vorteil der Erfindung aus umwelttechnischer Sicht liegt zum einen in der Tatsache, daß nahezu völlig lösungsmittelfreie Harze verwendet werden können und zum anderen darin, daß dieses Harz während des Beschichtens in einem geschlossenen System geführt wird, so daß praktisch, abgesehen von der auf dem Draht befindlichen Schicht, keine Emission stattfindet.
  • Der Draht wird direkt im Anschluß an die Beschichtung einem Trockungs- und Einbrennvorgang unterzogen, so daß die Gesamtemission äußerst gering ist. Versuche haben gezeigt, daß auf einen Katalysator im Abgassystem vollständig verzichtet werden kann, da die Gesamtemission weit unterhalb zulässiger Werte liegt.
  • Von besonderem Vorteil aus wirtschaftlicher Sicht ist zudem, daß überschüssiges und abgezogenes Harz dem Vorrat wieder zugeführt und somit für weitere Beschichtungen zur Verfügung steht.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnungen.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Lackdrähten mit Schmelzharzen;
    Fig. 2
    ein Diagramm mit den Ergebnissen des wirtschaftlichen Vergleiches eines herkömmlichen Lackiersystems mit dem erfindungsgemäßen Schmelzharzsystem;
    Fig. 3
    eine teilgeschnittene Ansicht einer Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Harzauftragsvorrichtung;
    Fig. 4
    eine Schnittansicht entlang der Linie A-A gemäß Fig. 3;
    Fig. 5
    eine Schnittansicht entlang der Linie B-B gemäß Fig. 3
  • Der Blankdraht wird von einer feststehenden Blankdrahtspule 2 über Kopf abgezogen. Eine Drahtbremse 3 , bestehend aus zwei Bremsrollen und einer Stellschraube, sorgt für die richtige Spannung des Drahtes und verhindert ein durchhängen. Oberhalb der Drahtbremse ist der sogenannte Blankdrahtablauf 4 angeordnet.
  • Vor Eintritt in den Glühofen 6 wird der Blankdraht in einem vollentsalzten Wasserbad 5 gereinigt.
  • Der ziehharte Blankdraht 1 durchläuft einen Glühofen 6, in dem er rekristallisiert, d.h. in den erwünschten biegeweichen Zustand gebracht wird. Dabei verhindert Wasserdampf 7 als Schutzgasatmosphäre das Oxidieren der Drahtoberfläche. Durch die im Glühofen 6 herrschende Temperatur und durch den kontinuierlich zugeführten Wasserdampf 7 werden nochmals Verunreinigungsreste des Ziehprozesses entfernt.
  • Der Glühofen 6 weist eine erste Glühzone 8 und eine zweite Glühzone 9 auf, in denen unterschiedliche Verfahren, beispielsweise Umluft-, Abluft- oder Elektrobeheizung zur Anwendung kommen.
  • Unmittelbar nach dem Glühen wird der heiße Draht in einem Wasserbad 10 abgekühlt, damit er nicht anläuft. Am Draht verbleibendes Kühlwasser wird durch eine Abblasvorrichtung entfernt.
  • Die für das Schmelzharz notwendige Auftragstemperatur liegt zwischen 140°C und 180°C. Um eine Abkühlung des Harzes durch den Draht 1 zu verhindern, wird der Draht 1 vorgewärmt. Sowohl der Glühofen 6 als auch eine Drahtvorwärmung 11 werden über einen Nebenumluftkreislauf von einem Einbrennofen 16 mitbeheizt und mit Hilfe eines Ventilators bzw. einer Einstellklappe geregelt. Nach dem Glühen wird der Draht 1 über eine Blindretorte 25 zurückgleitet. Das feste Harz wird in einem beschichteten Aluminiumtank mit eingegossenen Heizkörpern geschmolzen. Eine Zahnradpumpe fördert das heiße Harz mit Überdruck zuerst durch einen Filter 13 und dann durch einen beheizten Zulaufschlauch 14 in die Auftragsvorrichtung 15. Das überschüssige Harz gelangt über den Rücklaufschlauch 27 wieder in den Harztank. Bei der gesamten Harzaufbereitungs- und Harzauftragsvorrichtung handelt es sich um ein geschlossenes System.
  • Von der Harzaufbereitungsvorrichtung 12 wird das heiße Harz mit Überdruck in die Auftragsvorrichtung 15 und dort in Hartmetalldüsen befördert. Überschüssiges Harz gelangt durch den Rücklauf wieder in die Harzaufbereitungsvorrichtung 12 zurück. Die Harzauftragsvorrichtung 15 ist mit einem regelbaren Heizelement versehen, um die Harzschmelze in einem für die Verarbeitung günstigen Viskositätsbereich von 300-1000 mPas zu halten.
    Der Draht 1 durchläuft die Vorrichtung viermal (in Sonderfällen bis zu sechsmal), d.h. es sind vier Hartmetalldüsen mit verschiedenen Durchgangsquerschnitten in der Vorrichtung eingesetzt.
  • Im Einbrennofen 16 durchläuft der Draht 1 zuerst die Trockenzone 17, danach die Einbrennzone 18. In der Einbrennzone 18 wird der Festkörperanteil des Harzes durch Polimerisation in einen hochmolekularen, chemisch und thermisch widerstandsfähigen Zustand übergeführt. Der Hot-Melt-Einbrennofen 16 arbeitet nach dem Umluftsystem. Da zum Unterschied zu den konventionellen Lackieranlagen keine Verbrennungsenergie aus den Lösungsmitteln anfällt, ist hier ein Gasbrenner 19 oder alternativ ein Elektroheizregister im Umluftkreislauf integriert.
    Die Umluftmenge wird durch die Umluftventilatordrehzahl 20 geregelt.
  • Über eine Klappe 21 ist eine Temperaturbeeinflussung möglich, indem der Widerstand der Umluft geregelt wird, welcher bei geöffneter Klappe 21 am geringsten ist. Anschließend gelangt der Draht zu einer Aufwickelmaschine 24.
  • Der fertige Lackdraht 23 wird über eine Abzugsscheibe gezogen und aufgespult.
  • Der Einbrennofen 16 besitzt zudem einen regelbaren Abgasventilator 22, der die Abluft ins Freie bläst.
  • Um ein einwandfreies Funktionieren der Drahtlackieranlage zu gewährleisten, sind Meß- und Regeleinrichtungen erforderlich, die wichtige Größen messen und innerhalb vorgegebener Grenzen regeln. Der Schaltschrank 26 beinhaltet die gesamte Steuerung der Drahtlackieranlage sowie die Anzeigegeräte für Temperaturen, Ventilatordrehzahlen, Kontrolleuchten usw.
  • Die wichtigsten zu messenden Größen sind neben Verbrauchsgrößen wie Gasverbrauch, Stromverbrauch, Harzverbrauch, der Drehzahl eines Nebenumluftventilators, des Hauptumluftventilators 20 und des Abgasventilator 22, die Stellung der Abgasklappe 21 und eines HFz-Prüfgerätes vor allem Temperaturen. Gemessen werden die Temperaturen in den Bereichen der Glühzone 1, der Glühzone 2, der Blindretorte, der Drahtvorwärmung, das Harzgeschirrs, der Trockenzone sowie der Einbrennzone, die Raumtemperatur, die Temperatur vor dem Gasbrenner, die Temperaturen der Wärmetauscher Ein- und Austritte im Bereich der Drahtvorwärmung, die Temperatur des Harztankes, des Tankrücklaufes, des Tankvorlaufes, eines Tankrücklaufkopfes sowie die Temperaturen der verschiedensten Umlenkrollen. Verschiedenste Umlenkrollen sind in der Fig. 1 gezeigt, jedoch nicht weiter bezeichnet.
  • Versuche haben gezeigt, daß eine Reihe der gemessenen Größen einen erheblichen Einfluß auf die Qualität des fertigen Lackdrahtes haben. Dies sind die Temperatur des Glühofens, die entscheidend ist für die Weichheit des Kupferdrahtes und durch Messen der Biegekraft und der Streckgrenze an fertigen Lackdrahtproben kontrolliert wird. Bei zu hoher Glühtemperatur können kleine Kupferspieße, Borsten genannt, aufstehen und ein Ansteigen der Hochspannungsfehlerzahl erzeugen.
  • Eine weitere wichtige Einflußgröße ist die Temperatur des Harztankes, die so gewählt werden muß, daß das Harz eine für die Pumpenförderung zum Auftragsgeschirr günstige Viskosität erlangt. Bei zu hohen Temperaturen aber altert das Harz und wird wieder zäher. In diesem Zusammenhang ist die Temperatur der Harz Zu- und Abführungsschläuche von Bedeutung, wobei hier das Kriterium für die Temperaturwahl hauptsächlich der für die problemlose Förderung günstige Viskositätsbereich ist. Wegen der geringen Mengen in den Schläuchen kommt dem Problem des Alterns nur eine untergeordnete Bedeutung zu.
  • In der Harzauftragsvorrichtung 15 muß die Temperatur exakt regelbar sein, um die Harzschmelze in einem Viskositätsbereich von 300 - 1000 mPas zu halten.
  • Eine wichtige Einflußgröße ist die Temperatur und Hauptumluftmenge des Einbrennofens. Beide Faktoren sind Einflußgrößen auf den Einbrenngrad des Harzes und damit entscheidende Faktoren für die Qualität des Lackdrahtes. Durch zu niedrige oder zu hohe Einbrenntemperatur können bei Beanspruchung des Lackdrahtes Risse in der Isolationsschicht entstehen.
  • Einen enormen Einfluß auf die Qualität des fertigen Lackdrahtes 23 hat die Drahtgeschwindigkeit. Die hierzu wichtige Kennzahl ist der v · d -Wert, der die Produktionsleistung einer Maschine angibt. Dabei ist v die Drahtgeschwindigkeit in m/min und d der Drahtdurchmesser in mm. Das sich durch Geschwindigkeitsänderung auch die Verweilzeit des Drahtes im Einbrennofen ändert, müssen bei Geschwindigkeitszunahme auch die Temperatur in den einzelnen Heizzonen wie Glüh- und Einbrennzone und eventuell auch andere Faktoren geändert werden.
  • Für die entsprechenden Lackdraht/Harzkombinationen lassen sich natürlich optimale Parameter durch Versuche ermitteln.
  • Als fast allgemeingültiger Einstellgrößen haben sich als optimal erwiesen:
    Figure imgb0001
  • Gefahren wurde ein Lackdraht des Types W 180 L, d = 1,06 mm, Harz 526 HM.
  • Die Einflußgrößen haben sich als optimal in folgender Kombination ergeben:
    Figure imgb0002
  • Fig. 2 zeigt die Zusammenstellung der wichtigsten Kostenarten im Vergleich zwischen einem herkömmlichen Lackiersystem mit dem erfindungsgemäßen Schmelzharzsystem. Auf der Abzisse sind die Kostenarten aufgeschlüsselt und auf der Ordinate die Kosteneinheit pro Tonne Lackdraht (Ke/t Lackdraht). Als Vergleichsdaten wurden die wissenschaftlichen Daten der vertikalen Drahtlackieranlage VN6, die derzeit den industriellen Standard für Drahtlackieranlagen darstellt, verwendet.
  • Es zeigt sich im Ergebnis, daß die erfindungsgemäße Anlage nach dem Hot-Melt-Verfahren in allen Kostenarten günstiger abschneidet.
  • Als Hauptergebnis ist zu erkennen, daß das erfindungsgemäße Verfahren und die entsprechende Vorrichtung hinsichtlich der Kosten erstmalig erheblich wirtschaftlicher als herkömmliche Lackiermaschinen bzw. Verfahren einzustufen sind.
  • Im folgenden wird anhand der Fig. 3 bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Harzauftragsvorrichtung beschrieben.
  • Die Harzauftragsvorrichtung 31 weist ein Gehäuse 32 auf, in welches Durchgangsbohrungen 33a bis 33d hindurchführen. Diese Bohrungen 33a bis 33d sind die Drahtdurchführungsbohrungen, so daß es sich hier um eine vierzügige Harzauftragsvorrichtung handelt. Es können somit entweder im Parallelverfahren vier Drähte oder ein Draht nach entsprechender Umlenkung und Rückführung viermal beschichtet werden.
  • Am Eintritt und Austritt dieser Drahtführungen sind Hartmetallhülsen 34a bis 34d bzw. 35c angeordnet. Weiterhin sind Dichtelemente, beispielsweise sogenannte Stopfbüchsen eingebracht. Damit ist der Drahtdurchlauf an der Vorder- und Rückseite abgedichtet, so daß ein unter Druck befindliches Medium nicht an der Vorder- und Rückseite austreten kann.
  • An der Oberseite sind zwei Sackbohrungen 36 und 37 angeordnet, wobei 36 der Harzeinlauf und 37 der Harzauslauf ist. Diese mit Gewinde versehenen Bohrungen sind über einen Kanal 38, der sich schräg ins Innere des Gehäuses 32 erstreckt, mit jeweils einem im wesentlichen senkrecht zu den Drahtdurchführungen, jedoch oberhalb derselben verlaufenden Kanal 39 bzw. 40 verbunden. Durch diesen querverlaufenden Kanal wird das einlaufende Harz in Querrichtung nach oberhalb aller vier Drahtdurchführungen verteilt. Die Kanäle 39 und 40 sind ihrerseits durch senkrecht verlaufende Kanäle 41, 43 jeweils mit den Drahtführungen verbunden.
  • Wenn ein Draht die Drahtführung, beispielsweise 33c, durchläuft, passiert er damit die vordere Hülse 34c, läuft durch die Drahtdurchführung und passiert die hintere Hülse 35c. Durch den Harzeinlauf 36 dringt Harz in das Gehäuse 32 ein und wird über einen nicht gezeigten, schräg verlaufenden Kanal in den quer zu den Drahtdurchführungen verlaufenden Kanal 40 verteilt. Von dort wird das Harz über die Kanäle 42 in die jeweiligen Drahtführungen 33a bis 33d unter Überdruck gedrückt und läuft durch die Drahtführung entgegen der Bewegungsrichtung des Drahtes. Durch eine Bohrung 43 in der Drahtführung verteilt sich das überschüssige Harz in eine ringförmige Querschnittverringerung an der Außenseite der Drahtführung. Von dort wird das Harz unter Überdruck durch die Kanäle 41 in den querverlaufenden Sammelkanal 39 gedrückt. Von dort wird das Harz über den schrägverlaufenden Kanal 38 in den Harzauslauf 37 und somit wieder zurück zur Harzvorbereitungsvorrichtung geführt.
  • Die querverlaufenden Kanäle 39 und 40 sind selbstverständlich an ihren Enden ebenfalls vollständig mittels Dichtmittel 45 abgedichtet. In einer ebenfalls quer zu den Drahtführungen und im wesentlichen parallel zu den Verteilungskanälen 39 und 40 verlaufenden Bohrung 46 ist eine Heizung 47 eingesetzt, mittels welcher das Gehäuse und damit die gesamte Harzauftragsvorrichtung auf einer Temperatur gehalten wird, die bei dem Harz die gewünschte Viskosität einstellt, die für die Beschichtung des Drahtes wünschenswert ist. Weiterhin sind entsprechenden Bohrungen noch Thermoelemente 48 zum Messen der Temperatur eingesetzt.
  • Zum einen aus fertigungstechnischen zum anderen aus reinigungs- und einstelltechnischen Gründen wurden oberhalb der senkrechten Verbindungskanäle 41, 42 Bohrungen 49 mit Dicht- und Einstellschrauben 50 angeordnet. Weitere Bohrungen 51 bis 54 für Belüftungs-, Reinigungs- oder sonstige Zwecke sind in den Figuren gezeigt.

Claims (53)

  1. Verfahren zur Herstellung von Lackdrähten mit nahezu lösungsmittelfreien Schmelzharzen, wobei der Draht (1) von einem Blankdrahtablauf (4) abgezogen, geglüht, beschichtet und wieder von einer Aufwickelmaschine (24) aufgewickelt wird und das den Draht beschichtende Harz auf ein vorbestimmtes Umfangsmaß kalibriert und gehärtet wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    - ein Harzvorrat für die Beschichtung geschmolzen und durch Wärmezufuhr auf der Schmelztemperatur gehalten wird,
    - das geschmolzene Harz mit Überdruck entgegen der Bewegungsrichtung des Drahtes über eine vorgegebene Strecke an diesem über dessen gesamten Umfang entlanggepumpt wird, wobei Teile des Harzes den Draht beschichten,
    - das überschüssige Harz zu dem Vorrat zurückgeführt wird, und
    - das beim Kalibrieren abgezogene Harz zu dem Vorrat zurückgeführt wird, und daß das Harz vom Schmelzen bis zur Rückfuhrung in einem geschlossenen Kreislauf geführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht nach dem Abziehen vom Blankdrahtablauf gereinigt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht nach dem Abziehen vom Blankdrahtablauf in einem vollentsalzten Wasserhad (5) gereinigt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht vor der Beschichtung zur Rekristallisierung geglüht, d.h. in den gewünschten Biegeweichen Zustand gebracht wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Blankdraht mit Umluft beheizt und nachgeglüht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Blankdraht mit Abluft beheizt und nachgeglüht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Blankdraht elektrisch beheizt und nachgeglüht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht in mehreren Glühstufen nach unterschiedlichen Verfahren geglüht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Glühens Wasserdampf zur Oxidationsverhinderung zugeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht nach dem Glühen abgekühlt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Blankdraht im Wasserbad (5) abgekühlt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Abkühlen am Blankdraht verbleibendes Wasser durch Abblasen entfernt wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Blankdraht direkt vor dem Beschichten vorgewärmt wird.
  14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Vorratstank geschmolzene Harz während der Zuführung zur Beschichtung beheizt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in einem Vorratstank geschmolzene Harz vor der Zuführung zur Beschichtung gefiltert wird.
  16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz unter Überdruck durch den geschlossenen Kreislauf gepumpt wird.
  17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz während der Beschichtung unter Wärmezufuhr im gewünschten Viskositätsbereich gehalten wird.
  18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Drähte mehrfach parallel beschichtet werden.
  19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht mehrfach hintereinander beschichtet wird.
  20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Draht getrocknet wird.
  21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der getrocknete Draht einem Einbrennvorgang unterzogen wird.
  22. Vorrichtung zur Herstellung von Lackdrähten mit nahezu lösungsmittelfreien Schmelzharzen, mit einem Blankdrahtablauf, einer Glühvorrichtung (6), einer Beschichtungsvorrichtung für nahezu lösungsmittelfreie Harze, einem Einbrennofen (16) und einer Aufwickelmaschine (24), dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungsvorrichtung eine Harzaufbereitungs- und eine Harzauftragsvorrichtung (12-15) in Form eines geschlossenen Kreislaufes aufweist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Glühvorrichtung (6) eine Reinigungsvorrichtung (5) für den Blankdraht ausgebildet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungsvorrichtung (5) ein vollentsalztes Wasserbad für den Draht aufweist.
  25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühvorrichtung (6) eine Wasserdampfzuführvorrichtung (7) aufweist.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühvorrichtung (6) mehrere unabhängig voneinander beheizte Glühzonen (8,9) aufweist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glühzone (8,9) eine Umluftheizvorrichtung aufweist.
  28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glühzone (8, 9) eine elektrische Heizvorrichtung aufweist.
  29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß eine Glühzone (8, 9) eine Abluftheizvorrichtung aufweist.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Glühvorrichtung (6) eine Abkühlvorrichtung (10) nachgeschaltet ist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlvorrichtung (10) Kühlwasser enthält.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Abkühlvorrichtung (10) eine Blasvorrichtung zum Abblasen des restlichen Kühlwassers vom Draht nachgeschaltet ist.
  33. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbrennofen (16) eine Vorwärmvorrichtung (11) für den Blankdraht ausgebildet ist.
  34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorwärmeinrichtung (11) ein Wärmetauscher ist bzw. direkt elektrisch beheizt wird.
  35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Glüh- (6) und die Vorwärmvorrichtungen (11) mit Nebenumluft vom Einbrennofen gespeist sind, wobei zur Umluftregelung ein Ventilator (20) und/oder eine Einstellklappe (21) angeordnet sind.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzaufbereitungsvorrichtung (12) einen Harztank, einen Heizkörper, sowie je einen Zu- und Rücklauf (14. 15) zur Harzauftragsvorrichtung aufweist und somit einen geschlossenen Kreislauf aufweist.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Harztank vorzugsweise ein beschichteter Aluminiumtank ist.
  38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizkörper ein in den Harztank integriertes Heizelement ist.
  39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf (14) beheizbar ist.
  40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, daß eine Pumpe (13) zum Fördern des Harzes durch die Harzauftragsvorrichtung (12) angeordnet ist.
  41. Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (13) eine Zahnradpumpe ist.
  42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 41, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzauftragsvorrichtung (15) folgende Elemente aufweist:
    - einen Anschluß für den Harzzulauf (36) von der Harzaufbereitungsvorrichtung (12),
    - einen Anschluß für den Harzrücklauf (37) zu der Harzaufbereitungsvorrichtung,
    - eine Drahteintrittsöffnung (34a-34d), welche durch den hindurchgeführten Draht druckfest verschlossen ist,
    - eine Drahtaustriffsöffnung (35a-35c), welche durch den hindurchgeführten Draht druckfest verschlossen ist,
    - eine Innenröhre (33a-33d), welche die Drahteintrittsöffnung mit der Drahtaustrittsöffnung in gerader Linie verbindet und mit dem Anschluß (36) für den Harzzufauf (14) und dem Anschluß (37) für den Harzrücklauf (15) verbunden ist.
  43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzauftragsvorrichtung (15) weiterhin eine integrierte Heizvorrichtung (47) aufweist.
  44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 43, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahteintrittsöffnung und die Drahtaustrittsöffnung Hartmetalldüsen sind.
  45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen der Anschlüsse (36, 37) für den Harzzulauf (14) und den Harzrücklauf (15) an der Innenröhre derart angeordnet sind, daß ein von der Drahteintrittsöffnung bzw. Drahtaustrittsöffnung beabstandeter Mittelteil der Innenröhre vom gepumpten Harz durchströmt ist.
  46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzauftragsvorrichtung (15) mehrere parallel angeordnete Innenröhren (33a-33d) mit entsprechenden Drahteintrittsöffnungen und Drahtaustrittsöffnungen und Harzleitungsanschlüssen (39, 40) aufweist.
  47. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzauftragsvorrichtung (15) vier parallel angeordnete Innenröhren mit entsprechenden Drahteintrittsöffnungen und Drahtaustrittsöffnungen und Harzleitungsanschlüssen aufweist.
  48. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbrennofen (16) ein nach dem Umluftprinzip arbeitender Schachtofen ist.
  49. Vorrichtung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbrennofen eine Trocken- (17) und eine Einbrennzone (18) aufweist.
  50. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Einbrennofen eine Gasbrenner (19) aufweist oder ein Elektroheizregister aufweist.
  51. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Einbrennofen und die Drehzahl eines Umluftventilators (20) geregelt ist.
  52. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abgasabsaugvorrichtung (22) angeordnet ist.
  53. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (26) für die Ablaufsteuerung und Überwachung sowie Betriebszustandsregelung angeordnet ist.
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