ES2729286T3 - Técnica de recubrimiento de alambre - Google Patents

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Filippo Gionata Diego Veglia
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Abstract

Un aparato de recubrimiento (100) que comprende: una cámara de recubrimiento (103) para aplicar un material de recubrimiento termoendurecible para un alambre (105) que pasa a través de la cámara de recubrimiento (103); un canal de inyección alargado (107) para recibir material de recubrimiento introducido al aparato de recubrimiento (100) en un primer extremo del canal de inyección (107) y suministrar el material de recubrimiento recibido a la cámara de recubrimiento (103) que se dispone en un segundo extremo del canal de inyección (107); varios elementos de calentamiento (109) controlables para subir progresivamente la temperatura del material de recubrimiento conforme el material de recubrimiento fluye a través del aparato de recubrimiento (100) para lograr una viscosidad deseada del material de recubrimiento dentro de la cámara de recubrimiento (103); caracterizado por que la cámara de recubrimiento (103) tiene una lumbrera de entrada a través de la que entra alambre (105) la cámara de recubrimiento (103), una lumbrera de salida a través de la que sale alambre (105) de la cámara de recubrimiento (103), y una sección cilíndrica entre la lumbrera de entrada y la lumbrera de salida para recibir material de recubrimiento desde el canal de inyección (107); y en donde el extremo de la cámara de recubrimiento (103) que comprende la lumbrera de salida es una tobera (108) que disminuye cónicamente desde un diámetro máximo en el empalme con la sección cilíndrica a un diámetro mínimo en la lumbrera de salida.

Description

DESCRIPCIÓN
Técnica de recubrimiento de alambre
Campo
El campo de la presente invención es el recubrimiento de alambres. Más particularmente, unas realizaciones de la invención mejoran técnicas industriales conocidas para recubrir alambres al evitar el uso de solventes como agente primario para aplicar un recubrimiento a un alambre.
Antecedentes
Hay muchas aplicaciones que requieren alambres de metal con un recubrimiento exterior plástico. El recubrimiento de un alambre tiene finalidad funcional. Por ejemplo, el recubrimiento plástico puede ser necesario para aislar eléctricamente el alambre. Un recubrimiento de este tipo se puede requerir para aguantar grandes temperaturas que se experimentan en aplicaciones tales como electroimanes, transformadores, motores y altavoces. Otros efectos funcionales de un recubrimiento incluyen aumentar la resistencia a corrosión del alambre y un recubrimiento también proporciona una capa de protección entre el alambre y cualesquiera elementos a los que se conecta el alambre. Esta funcionalidad se puede requerir para aplicaciones tales como alambres para vallado, construcción, agricultura y empaquetado. El recubrimiento también se puede usar para asociar un alambre con un color. Esto tiene las ventajas de distinguir claramente la finalidad de un alambre, tal como los diferentes alambres de un enchufe doméstico o los alambres conectados a terminales positivo y negativo de batería, o las propiedades de un alambre, tal como su resistencia o tipo.
El proceso de aplicar un recubrimiento a un alambre es una parte importante de su fabricación. La fabricación industrial de alambre recubierto requiere producir rápida y eficientemente grandes cantidades de alambre recubierto.
Procesos industriales conocidos para aplicar un recubrimiento plástico, es decir, polímero, a un alambre disuelven primero el polímero en un solvente. El polímero es un material polimérico. La solución de solvente se aplica al alambre cuando el alambre se está pasando por una matriz de extrusión. El alambre se calienta posteriormente dentro de un horno, a una temperatura de 700 °C o mayor. Esto provoca que el solvente se evapore y deje atrás un recubrimiento del polímero sobre el alambre.
Aunque este método es el estándar industrial, hay varios problemas inherentes con este planteamiento. Además de que el solvente es caro, los solventes usados para disolver el polímero son cancerígenos y sumamente contaminantes. Por lo tanto es necesario tratar los humos producidos cuando se evapora solvente en el horno de calentamiento antes de liberar los humos a la atmósfera. El proceso también es energéticamente intensivo y los costes implicados son altos. Los dispositivos de extrusión conocidos también están limitados en la precisión y la uniformidad del recubrimiento que proporcionan. Por lo tanto los alambres se tienen que recubrir un gran número de veces, típicamente de 8 a 20 veces, mediante múltiples pasadas a través del aparato de recubrimiento basado en solvente y el horno para asegurar que se logra un recubrimiento del grosor requerido. También es difícil pausar o parar el proceso de recubrimiento una vez ha comenzado el proceso. Por lo tanto se requiere a los fabricantes que produzcan continuamente alambre recubierto en tiradas largas. El método también es un proceso delicado. Si el calentamiento se realiza demasiado rápidamente, la evaporación de los solventes provoca ampollas en el alambre y de ese modo reduce la calidad del recubrimiento.
No se conocen técnicas alternativas para recubrir alambres que sean adecuadas para producir alambre recubierto a escala industrial.
Se han experimentado diversas técnicas libres de solvente para recubrir alambres para niveles de producción muy bajos.
También se ha intentado recubrir electrostáticamente un alambre con un polvo. Sin embargo, esto resulta en que el recubrimiento se aplica irregularmente y únicamente se puede aplicar en secciones rectangulares grandes de metal.
Técnicas conocidas que han usado un baño caliente de materiales termoendurecibles con niveles de solventes bajos han demostrado no ser una alternativa viable a las técnicas descritas anteriormente basadas en solvente. La inestabilidad de las resinas es un problema y no se conoce cómo proporcionar un recubrimiento en un alambre con buenas especificaciones técnicas. Intentos por usar termoplásticos también han dado como resultado que los recubrimientos sean tanto demasiados gruesos como con un grosor que es difícil de controlar.
El documento US4549421B describe un aparato y un método para presurizar un alambre a fin de reducir su grosor. Al pasar el alambre a través de un depósito de material termoplástico fundido el alambre también se recubre. Sin embargo, la técnica descrita reduce inherentemente el diámetro del alambre debido a un diferencial de presión que se crea y la técnica no se puede usar para aplicar únicamente una o más capas de recubrimiento a un alambre sin reducir también el diámetro del alambre. La técnica descrita también experimenta los problemas identificados anteriormente del recubrimiento que es demasiando grueso y que el grosor es difícil de controlar. En consecuencia, la técnica descrita no es viable para una producción industrial eficaz de alambre.
Por consiguiente, procesos conocidos experimentan varios problemas para recubrir alambres y no se conoce cómo proporcionar una técnica para recubrir un alambre a escala industrial que no usa solventes como agente primario para aplicar el recubrimiento al alambre.
El documento US 4505222 A describe antecedentes de la técnica.
El documento US 4604918 A describe antecedentes de la técnica.
El documento US 5358570 A describe antecedentes de la técnica.
El documento US 4733630 A describe antecedentes de la técnica.
Compendio de la invención
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un aparato de recubrimiento para aplicar un material de recubrimiento a un alambre según la reivindicación 1.
Preferiblemente, alrededor del canal de inyección se proporcionan varios elementos de calentamiento y se disponen y son controlables para calentar al menos algo del material de recubrimiento en el canal de inyección a al menos una primera temperatura de manera que el al menos algo de material de recubrimiento calentado a la al menos primera temperatura está en un estado que puede fluir por la longitud del canal de inyección.
Preferiblemente, alrededor de la cámara de recubrimiento se proporcionan varios elementos de calentamiento que se disponen y son controlables para calentar además al menos algo de material de recubrimiento a al menos una segunda temperatura, más alta que la primera temperatura, en la cámara de recubrimiento, de manera que el material de recubrimiento tiene dicha viscosidad deseada a la segunda temperatura de modo que el material de recubrimiento se puede aplicar al alambre.
Preferiblemente, la segunda temperatura es menor que la temperatura de termoendurecimiento del material de recubrimiento.
Preferiblemente, el aparato comprende además un presurizador que se configura para presurizar el contenido del canal de inyección y la cámara de recubrimiento, la presión aplicada provoca que el material de recubrimiento fluya por el canal de inyección.
Preferiblemente, el canal de inyección comprende una primera sección cilíndrica en el primer extremo del canal y una segunda sección cilíndrica en el segundo extremo del canal, en donde el diámetro de la primera sección cilíndrica es mayor que la segunda sección cilíndrica.
Preferiblemente, el volumen de la segunda sección cilíndrica es menor que el volumen de la primera sección cilíndrica. Preferiblemente, el número de elementos de calentamiento proporcionados alrededor del canal de inyección se disponen y son controlables para calentar el contenido de la segunda sección cilíndrica a una temperatura más alta que el contenido de la primera sección cilíndrica pero a una temperatura menor que la segunda temperatura.
Preferiblemente, el presurizador es un pistón que es movible a lo largo de la longitud de la primera sección cilíndrica del canal de inyección.
Preferiblemente, el alambre se traslada a través de la cámara de recubrimiento a lo largo del eje longitudinal de la sección central.
Preferiblemente, el eje longitudinal de la sección central de la cámara de recubrimiento es perpendicular al eje longitudinal del canal de inyección.
Preferiblemente, la tobera es desconectable de la sección central de la cámara de recubrimiento.
Preferiblemente, la primera temperatura está en el intervalo de 40 °C a 120 °C.
Preferiblemente, el número de elementos de calentamiento proporcionados alrededor del canal de inyección se disponen y son controlables para calentar el contenido de la primera sección cilíndrica a una temperatura en el intervalo de 40 °C a 80 °C y el contenido de la segunda sección cilíndrica a una temperatura en el intervalo de 80 °C a 120 °C. Preferiblemente, la segunda temperatura está en el intervalo de 120 a 220 °C.
Preferiblemente, el presurizador es controlado de manera que la presión en la cámara de recubrimiento está en el intervalo 5 MPa a 100 MPa.
Preferiblemente, el presurizador es controlado para mantener una presión constante en la cámara de recubrimiento cuando el aparato de recubrimiento aplica una capa de material de recubrimiento al alambre.
Preferiblemente, el material de recubrimiento es un polímero termoendurecible, el material de recubrimiento comprende uno o más de poliéster, mezcla epoxi-poliéster, poliesterimida, mezcla de poliesterimida y amideimida, polietileno, polietilenimina, poliuretano, poliamida, epoxi, poliamida-imida, poli(formal de vinilo) y aditivos de termoendurecimento.
Según un segundo aspecto de la invención se proporciona un sistema de recubrimiento que comprende el aparato de recubrimiento según el primer aspecto de la invención, un horno, una cámara de enfriamiento y un sistema de control; en donde: el aparato de recubrimiento se dispone para recibir alambre y para aplicar una capa de material de recubrimiento, que es un material termoendurecible, al alambre recibido; el horno se dispone para recibir alambre que sale del aparato de recubrimiento y para calentar el alambre a una temperatura a la que el material de recubrimiento aplicado se endurece; la cámara de enfriamiento se dispone para recibir alambre que sale del horno y para enfriar el alambre de manera que el alambre que sale de la cámara de enfriamiento se puede devanar o alimentar nuevamente al aparato de recubrimiento para aplicar una capa de material de recubrimiento adicional; y el sistema de control se configura para controlar los elementos de calentamiento en el aparato de recubrimiento, la temperatura del horno y la velocidad del alambre a través del aparato de recubrimiento, el horno y la cámara de enfriamiento.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar la presión aplicada por el presurizador del aparato de recubrimiento.
Preferiblemente, el sistema de control es controlado para mantener una presión constante en la cámara de recubrimiento del aparato de recubrimiento cuando el aparato de recubrimiento aplica una capa de material de recubrimiento al alambre.
Preferiblemente, el sistema de control se dispone para recibir información que identifica el tipo de alambre a recubrir y el tipo de material de recubrimiento a usar; y el sistema de control se configura para determinar las temperaturas a las que se tiene que controlar el aparato de recubrimiento y el horno, y, la presión aplicada por el presurizador, en dependencia de la información recibida.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar la primera temperatura en el aparato de control para que esté en el intervalo de 40 °C a 120 °C.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar el uno o más elementos de calentamiento proporcionados alrededor del canal de inyección para calentar el contenido de la primera sección cilíndrica a una temperatura en el intervalo de 40 °C a 80 °C y el contenido de la segunda sección cilíndrica a una temperatura en el intervalo de 80 a 120 °C.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar la segunda temperatura en el aparato de control para que esté en el intervalo de 120 °C a 220 °C.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar el presurizador de manera que la presión en la cámara de recubrimiento esté en el intervalo de 5 MPa a 100 MPa.
Preferiblemente, el sistema de control se configura para controlar el horno para calentar el alambre a una temperatura en el intervalo de 300 °C a 400 °C.
Preferiblemente, el material de recubrimiento es un polímero termoendurecible, el material de recubrimiento comprende uno o más de poliéster, poliesterimida, mezcla de poliesterimida y amideimida, mezcla epoxi-poliéster, epoxi polietileno, polietilenimina, poliuretano, poliamida, poliamida-imida, poli(formal de vinilo) y aditivos de termoendurecimiento.
Según un tercer aspecto de la invención se proporciona un método para aplicar material de recubrimiento a un alambre que comprende: proporcionar un camino de fluido para canalizar un material de recubrimiento termoendurecible; y subir progresivamente la temperatura del material de recubrimiento conforme el material de recubrimiento se traslada a lo largo del camino de fluido, de manera que el material de recubrimiento esté a una viscosidad deseada en el extremo del camino de fluido para aplicar el material de recubrimiento a un alambre, en donde el camino de fluido es proporcionado por el aparato de recubrimiento según el primer aspecto de la invención.
Preferiblemente, el método según el tercer aspecto de la invención comprende; suministrar material de recubrimiento, que es un material termoendurecible, al canal de inyección del aparato de recubrimiento; calentar el material de recubrimiento en el canal de inyección a una primera temperatura de manera que el material de recubrimiento fluye entrando a la cámara de recubrimiento del aparato de recubrimiento; calentar el material de recubrimiento en la cámara de recubrimiento a una segunda temperatura, más alta que la primera temperatura, de manera que el material de recubrimiento tiene una viscosidad apropiada para aplicarse a un alambre, en donde la segunda temperatura es menor que la temperatura a la que se endurece el material termoendurecible; y alimentar alambre a través de la cámara de recubrimiento del aparato de recubrimiento para aplicar el material de recubrimiento al alambre.
Preferiblemente, el método comprende además presurizar el material de recubrimiento en la cámara de recubrimiento antes de alimentar alambre a través de la cámara de recubrimiento; y mantener presión por todo el proceso de recubrimiento.
Preferiblemente, el método en donde la primera temperatura está en el intervalo de 40 °C a 120 °C.
Preferiblemente, el método en donde la segunda temperatura está en el intervalo de 120 °C a 220 °C.
Preferiblemente, el método en donde la presión en la cámara de recubrimiento está en el intervalo de 5 MPa a 100 MPa.
Según un cuarto aspecto de la invención un método en un sistema de recubrimiento para aplicar un material de recubrimiento a un alambre, el método comprende alimentar alambre a través del sistema de recubrimiento según el segundo aspecto de la invención, el método comprende: aplicar una capa de material de polímero termoendurecible a un alambre al alimentar el alambre a través del sistema.
Preferiblemente, el método comprende además: determinar el grosor del recubrimiento aplicado a un alambre que se ha sacado de la cámara de enfriamiento del sistema de recubrimiento; y determinar alimentar el alambre a través del sistema de recubrimiento de nuevo si el grosor del recubrimiento es menor que un grosor deseado y/o si el recubrimiento no tiene una uniformidad deseada de grosor de manera que el alambre se alimenta repetidamente a través del sistema de recubrimiento hasta que el alambre tiene un grosor de recubrimiento y/o uniformidad de grosor deseados; y determinar finalizar el proceso de recubrimiento si el recubrimiento tiene un grosor y/o una uniformidad de grosor deseados.
Descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una sección transversal a través de un aparato de recubrimiento de alambre según una realización de la invención.
La figura 2 muestra una sección transversal a través de un aparato de recubrimiento de alambre según una realización de la invención.
La figura 3 muestra una sección transversal a través de un aparato de recubrimiento de alambre según una realización de la invención.
La figura 4 muestra un sistema de recubrimiento para uso con materiales de recubrimiento termoendurecibles según una realización de la invención.
La figura 5 muestra cómo se puede implementar el aparato de recubrimiento en el sistema de recubrimiento.
La figura 6 muestra un diagrama de flujo de un método para aplicar un material de recubrimiento a un alambre según una realización de la invención.
Descripción detallada
Unas realizaciones de la presente invención proporcionan un método, un aparato y un sistema para recubrir un alambre. Unas realizaciones proporcionan una técnica de recubrimiento de alambre que es adecuada para la producción industrial de alambre recubierto y vence al menos algunos de los problemas experimentados por técnicas conocidas de producción industrial.
Se pueden usar realizaciones para aplicar un recubrimiento a cualquier tipo de alambre. El alambre puede comprender cualquier tipo de metal para uso como alambre. Preferiblemente, el alambre se hace de cobre, aluminio o acero. El tipo de alambre dependerá de la aplicación del alambre. Típicamente se usa alambre de cobre y aluminio para aplicaciones eléctricas tales como un devanado de un electroimán. El alambre de acero típicamente se usa para aplicaciones tales como construcción y empaquetado. Para ayudar a la adherencia del material de recubrimiento al alambre, preferiblemente se limpia el alambre minuciosamente de todas impurezas antes de un proceso de recubrimiento. En particular, para alambre de cobre, el cobre preferiblemente ha sido recocido antes del proceso de recubrimiento.
El recubrimiento es un material plástico. Preferiblemente, el recubrimiento aplicado es un material de polímero termoendurecible. El tipo específico de material termoendurecible que se usa puede depender del tipo de metal del que se hace el alambre y/o las propiedades deseadas del recubrimiento. Antes a ser alimentado a un aparato de recubrimiento de alambre 100, el recubrimiento puede ser un polvo, líquido, pelets sólidos, viruta o cartuchos o tener otras formas que generalmente se conocen para pinturas y esmaltes.
Unas realizaciones proporcionan un aparato de recubrimiento 100 que recibe un alambre, que puede estar no recubierto o tener ya una o más capas de recubrimiento aplicado. El aparato de recubrimiento 100 aplica un recubrimiento exterior de un material termoendurecible al alambre recibido 105. Las temperaturas y presiones dentro del dispositivo se controlan para proporcionar una cámara de recubrimiento relativamente pequeña que comprende material de recubrimiento a una viscosidad apropiada para aplicar a un alambre 105 pero por debajo de la temperatura de termoendurecimiento del material de recubrimiento. El recubrimiento se aplica al alambre al pasar el alambre a través de la cámara de recubrimiento. El alambre se alimenta entonces a un horno 401 en el que es calentado a una temperatura a la que se endurece el material de recubrimiento termoendurecible. El alambre se pasa entonces a través de una cámara de enfriamiento 402. Si se necesita aumentar el grosor del recubrimiento del alambre 105, el alambre 105 se realimenta a través del aparato de recubrimiento 100 y otras partes del sistema tantas veces como sea necesario. El número de pasadas requeridas a través del sistema es típicamente de uno a cuatro.
Ventajosamente, unas realizaciones proporcionan un proceso industrial para aplicar un recubrimiento a un alambre 105 que es más fácil, más seguro y más barato que técnicas conocidas que requieren el uso de solventes como agente primario para aplicar un recubrimiento plástico a un alambre. Al controlar con precisión las temperaturas por todo el aparato de recubrimiento 100, se aplica directamente material termoendurecible fundido a un alambre. Unas realizaciones también son más eficientes que técnicas conocidas porque las temperaturas requeridas son más bajas. El horno 401 para calentar el alambre 105 también puede ser más pequeño ya que no se requiere extraer y procesar los humos de solventes en evaporación. El proceso según realizaciones también puede ser controlado fácilmente y con precisión. Los alambres recubiertos fabricados según realizaciones tienen funcionalidad equivalente a alambres recubiertos generados según técnicas conocidas.
Una realización de un aparato de recubrimiento 100 para aplicar el recubrimiento a un alambre 105 se muestra en las figuras 1 y 2.
Las figuras 1 y 2 muestran secciones transversales a través del aparato de recubrimiento 100. La figura 1 es un extremo en vista a lo largo del eje de alambre 105 que se pasa a través del aparato de recubrimiento 100. La figura 2 es un lado en vista del aparato que muestra una sección transversal perpendicular a la de en la figura 1.
El aparato de recubrimiento 100 comprende un canal de inyección 107 para recibir material de recubrimiento y alimentar el material de recubrimiento a una cámara donde el material de recubrimiento se aplica a un alambre 105. El canal de inyección 107 comprende una parte de entrada 104 a través de la que se alimenta material de recubrimiento al aparato. El canal de inyección 107 comprende un depósito de material de recubrimiento. La parte superior del canal de inyección 107 es una sección cilíndrica superior 101. La parte inferior de la sección cilíndrica superior 101 disminuye cónicamente y en su extremo más estrecho continúa como la sección cilíndrica inferior 102, que tiene un diámetro más pequeño que la sección cilíndrica superior 101. El extremo inferior de la sección cilíndrica inferior 102 conecta a una cámara de recubrimiento 103. El interior del canal de inyección 107 y el interior de la cámara de recubrimiento 103 están en comunicación de fluidos entre sí de manera que el canal de inyección 107 es una alimentación para suministrar material de recubrimiento a la cámara de recubrimiento 103.
Dentro de la sección cilíndrica superior 101 del canal de inyección 107 se proporciona un pistón 106. El pistón 106 puede moverse a lo largo de la sección cilíndrica superior 101 del canal de inyección 107. El movimiento del pistón 106 a lo largo del canal de inyección 107 hacia la cámara de recubrimiento 103 tiene el efecto de presurizar material de recubrimiento en el canal de inyección 107. Hay presente, aunque no se muestra en las figuras 1 y 2, un mecanismo de impulsión para mover el pistón 106 a lo largo de la sección cilíndrica superior 101. El mecanismo de impulsión puede ser hidráulico y preferiblemente se controla automáticamente.
La sección central de la cámara de recubrimiento 103 es un cilindro, cuyo eje se ubica perpendicularmente al eje del canal de inyección 107. Alambre 105 para recubrir se pasa a través de la cámara de recubrimiento 103, a lo largo del eje de la sección central cilíndrica de la cámara de recubrimiento 103. Como se muestra en la figura 2, el extremo de la cámara de recubrimiento 103 que recibe la alimentación de alambre tiene una junta de sellado, preferiblemente hecha de un material polimérico, en la lumbrera de entrada donde el alambre 105 entra a la cámara de recubrimiento 103. Preferiblemente la junta de sellado se fija en el sitio mediante un elemento de fijación ubicado en la superficie externa del aparato de recubrimiento 100. Durante una operación de recubrimiento, el aparato de recubrimiento 100 está por lo tanto herméticamente sellado y se impide que el contenido de la cámara de recubrimiento 103 escape a través de la lumbrera de entrada. El otro extremo de la cámara de recubrimiento 103 comprende una tobera de recubrimiento 108. La alimentación del alambre 105 sale de la cámara de recubrimiento 103 a través de la tobera de recubrimiento 108.
La tobera de recubrimiento 108 se forma con su forma en la cámara de recubrimiento 103 que es un cono que se estrecha hacia la lumbrera de salida del alambre 105 de la cámara de recubrimiento 103. La tobera de recubrimiento 108 se puede hacer integral con el resto de la cámara de recubrimiento 103. Preferiblemente, la tobera de recubrimiento 108 es una unidad separable que es conectable al resto de la cámara de recubrimiento 103, por ejemplo mediante una rosca o tornillo, sin embargo se podría usar cualquier método de conexión que pueda ser concebido. Esto permite usar toberas de recubrimiento con diferentes diámetros de lumbrera de salida, como sea apropiado para generar diferentes diámetros del alambre recubierto 105. La tobera de recubrimiento 108 en la figura 2 se muestra con proporciones preferibles y a una escala preferible. En una realización se usa un diámetro de lumbrera de salida de tobera de 0,980 mm ± 0,005 mm con un ángulo de apertura de 10° a 20° del cono. Sin embargo se pueden concebir geometrías alternativas de tobera. La forma cónica a la tobera tiene el efecto ventajoso de generar fuerzas hidrodinámicas que ayudan a la aplicación de material de recubrimiento dentro de la cámara de recubrimiento 103 al alambre 105 que se está pasando a través de la tobera. Las fuerzas hidrodinámicas centran automáticamente el alambre 105 en el medio de la tobera y esto mejora la uniformidad del recubrimiento aplicado. La geometría de tobera también soporta el uso de altas velocidades de alimentación de alambre y la tensión en el alambre 105 es baja. Las diferentes geometrías de ángulo de apertura de la tobera permiten lograr diferentes velocidades de alambre ya que el ángulo de apertura define las fuerzas de cizalladura aplicadas. No hay contacto físico directo entre la tobera y un alambre 105 que se está recubriendo y esto mejora la durabilidad de la tobera e impide daño al alambre 105. El grosor del recubrimiento aplicado depende del diámetro de la lumbrera de salida desde la tobera. Para cada operación de un proceso de recubrimiento, se puede elegir un diseño de tobera que resulta en un grosor de recubrimiento deseado. La tobera se puede sustituir por otra tobera con un ángulo de apertura y/o un diámetro de lumbrera de salida diferentes entre diferente pasadas a través del aparato tras pasar a través del horno de recubrimiento. Como alternativa el alambre podría ser pasado a través de una serie de toberas durante una pasada de recubrimiento. Las diferentes toberas pueden ser de las mismas dimensiones o pueden tener dimensiones diferentes. Ventajosamente, a través de la elección de la tobera, es posible un grosor de recubrimiento de tan solo 15 micrómetros así como recubrimientos más gruesos.
El aparato de recubrimiento 100 también comprende al menos un sensor de presión de modo que dentro del aparato de recubrimiento 100 se puede determinar la presión durante una operación de recubrimiento.
El aparato de recubrimiento proporciona un camino de fluido que es atravesado por el material de recubrimiento termoendurecible. Durante este proceso la temperatura del material de recubrimiento se sube progresivamente, de manera que esté a la viscosidad deseada en el extremo del camino de fluido para aplicar el material de recubrimiento a un alambre. En una realización específica el camino de fluido se puede formar del canal de inyección 107 y la cámara de recubrimiento 103. La temperatura del material de recubrimiento se sube progresivamente a lo largo del camino de fluido mediante varios elementos de calentamiento controlables.
La figura 3 muestra tres zonas de temperatura dentro del aparato de recubrimiento 100. Zona de Temperatura 1, TZ1, comprende la sección cilíndrica superior 101 del canal de inyección 107. Zona de Temperatura 2, TZ2, comprende la sección cilíndrica inferior 102 del canal de inyección 107. Zona de Temperatura 3, TZ3, comprende la cámara de recubrimiento 103. Cada zona de temperatura tiene un perfil de temperatura diferente. Cabe señalar que las ubicaciones mostradas de las zonas de temperatura son aproximadas. Las zonas de temperatura indican diferente regiones dentro del aparato en las que al menos parte, y preferiblemente la mayoría, del material de recubrimiento en la región se calienta a dentro de un intervalo de temperaturas asociado con la zona de temperatura. El intervalo de temperaturas deseado dentro de cada zona de temperatura dependerá del material de recubrimiento específico que se está usando.
El aparato de recubrimiento 100 también comprende una pluralidad de elementos de calentamiento 109. El efecto de los calentadores es calentar diferentes partes del aparato a diferentes temperaturas. Los elementos de calentamiento 109 se pueden insertar en orificios dentro de la carcasa de metal del aparato, con unos medios de fijación 110. Preferiblemente los elementos de calentamiento se distribuyen uniformemente por todo el aparato de recubrimiento 100 para asegurar que la trasferencia de calor desde el metal al material de recubrimiento es uniforme. Típicamente estos elementos de calentamiento 109 pueden ser coaxiales o radiales a la geometría de cámara. En una realización los elementos de calentamiento en TZ1 pueden ser coaxiales con el canal de inyección 107, radiales con la sección cilíndrica inferior 102 en TZ2, y radiales con la cámara de recubrimiento 103 en TZ3. Preferiblemente, se disponen 4 o 6 elementos de calentamiento en intervalos regulares para asegurar un calentamiento uniforme; sin embargo se podría usar cualquier número de elementos de calentamiento con cualquier disposición. Los elementos de calentamiento son preferiblemente resistencias eléctricas. Sin embargo, se podría usar cualquier tipo de elemento de calentamiento como se conoce en la técnica. Los elementos de calentamiento típicamente tienen potencias de 70 a 200 W. Los elementos de calentamiento con típicamente cilindros pequeños, 6,5 mm de diámetro y aproximadamente 40-60 mm de largo, sin embargo se podría usar cualquier otra geometría que se pueda concebir.
El aparato de recubrimiento 100 también comprende una pluralidad de sensores de temperatura 111 para permitir control preciso de las temperaturas por todo el aparato de recubrimiento 100. Los sensores de temperatura pueden ser termómetros, sondas de temperatura o cualesquiera otros medios de medir temperaturas. Este control puede ser al variar la salida de potencia de los elementos de calentamiento 109 para regular la temperatura. Como se muestra en las figuras 1 y 2 cada zona de temperatura comprende un sensor de temperatura 111, sin embargo en ciertas realizaciones en cada zona de temperatura se podría incluir más de un sensor de temperatura. Sensores de temperatura 111 se insertan dentro de un orificio en la carcasa de metal con la parte sensible a temperatura del sensor de temperatura tan cerca del material de recubrimiento como sea posible. En ciertas realizaciones el sensor de temperatura se puede ubicar para medir en el centro de la zona térmica. La temperatura de la carcasa de metal cerca del material de recubrimiento da una buena estimación de la temperatura del material de recubrimiento ya que la carcasa de metal está en contacto con el material de recubrimiento, que trasfiere el calor desde los elementos de calentamiento al material de recubrimiento. La precisión de la medición de temperatura mejorará conforme las temperaturas en el aparato de recubrimiento alcancen un estado después de haberse iniciado una operación de recubrimiento, de modo que las temperaturas medidas sea una medida precisa de la temperatura del material de recubrimiento.
La carcasa de metal asegura que el calentamiento uniforme del material de recubrimiento se mantiene dentro de cada zona térmica. Esto se asegura porque la masa de la carcasa de metal es mucho más grande que la masa del material de recubrimiento, y el caudal lento del material de recubrimiento dentro de cada zona de temperatura, así los gradientes de temperatura entre la carcasa de metal y material de recubrimiento deben ser pequeños durante un funcionamiento estable. Los gradientes de temperatura serán particularmente pequeños en TZ3, donde la cámara de recubrimiento 103 se hace preferiblemente de una aleación de conductividad alta tal como cobre-berilio para minimizar las diferencias de temperatura conforme el polímero se acerca a la tobera de recubrimiento 108. La superficie externa de la cámara de recubrimiento 103 se cubre preferiblemente con material aislante para ayudar a mantener la temperatura interna de la cámara de recubrimiento 103 y para mejorar la seguridad del aparato de recubrimiento 100.
Aunque no se muestra en las figuras 1 a 3, cada una de las zonas de temperatura tiene preferiblemente una capa de aislamiento térmico proporcionada entre las partes de metal usadas para construir las diferentes zonas de temperaturas dentro del aparato de recubrimiento 100. Esto reduce la trasmisión de calor a través de las partes de cuerpo del aparato de recubrimiento 100 y por lo tanto ayuda a mantener las diferentes temperaturas de las zonas de temperatura dentro del aparato de recubrimiento 100.
En el punto de aplicación del material de recubrimiento a un alambre 105, que ocurre en TZ3, el material de recubrimiento tiene que estar con una viscosidad apropiada para aplicación al alambre 105, la viscosidad depende de la temperatura y la presión del material de recubrimiento. La finalidad de las diferentes zonas de temperatura es proporcionar una cantidad suficiente de material de recubrimiento a la viscosidad deseada, es decir, temperatura y presión, para aplicar a un alambre 105 en la cámara de recubrimiento 103, el material de recubrimiento que se ha calentado progresivamente por las diferentes zonas a la temperatura requerida en TZ3. El material de recubrimiento estará en su estado de viscosidad más baja en el punto de aplicación de recubrimiento al alambre.
La conexión entre los diferentes componentes del aparato se logra mediante pernos 112. Los pernos 112 usados se diseñan para aguantar la presión y la fuerza generadas dentro del canal de inyección 107 por el pistón en funcionamiento. Se usan funcionalmente pasadores de espiga 113 para mantener una alineación perfecta del canal de inyección 107 con el resto del aparato.
El material de recubrimiento se alimenta al aparato de recubrimiento 100 a través de la parte de entrada 104. El material de recubrimiento se recibe en la sección cilíndrica superior 101 de la inyección cámara en TZ1. El material de recubrimiento se calienta luego dentro de TZ1 a una temperatura a la que el material de recubrimiento está en un estado gomoso y puede fluir cuando es presurizado por el pistón 106.
El pistón 106 se acciona luego de modo que presuriza el material de recubrimiento dentro de la sección cilíndrica superior 101. El material de recubrimiento es presurizado por el pistón 106 a la presión a la que se desea aplicar el material de recubrimiento al alambre 105. Una vez se alcanza esta presión, el pistón 106 no presuriza el material de recubrimiento aún más sino que es controlado para mantener la presión dentro del canal de inyección 107, y la cámara de recubrimiento 103, constantemente a la presión deseada para aplicar el material de recubrimiento al alambre 105.
El efecto de calentar y presurizar el material de recubrimiento en TZ1 es asegurar que el material de recubrimiento está en un estado en el que fluye desde la sección cilíndrica superior 101 a través de la sección cónica en disminución y a la sección cilíndrica inferior 102 en TZ2. El material de recubrimiento se calienta preferiblemente para que esté en un estado gomoso en lugar de un estado líquido. El diámetro y la longitud de la sección cilíndrica inferior 102 son menores que los de la sección cilíndrica superior 101 y el volumen de material de recubrimiento en la sección cilíndrica inferior 102 es por lo tanto mucho menor que en la sección cilíndrica superior 101. En TZ2, el material de recubrimiento se calienta a una temperatura más alta que estaba en TZ1 y su viscosidad por lo tanto disminuye.
El material de recubrimiento fluye desde la sección cilíndrica inferior 102 a la cámara de recubrimiento 103 en TZ3. La cantidad de material de recubrimiento en la cámara de recubrimiento 103 es muy pequeña debido al bajo volumen de la cámara de recubrimiento 103. En TZ3, el material de recubrimiento se calienta a una temperatura más alta. Preferiblemente, el material de recubrimiento permanece en un estado gomoso en TZ2 y, en respuesta a ser calentado aún más en TZ3, la viscosidad del material de recubrimiento en TZ3 disminuye a un nivel deseado para aplicar el material de recubrimiento a un alambre 105. El material de recubrimiento puede ser un líquido en TZ3. Preferiblemente, la temperatura máxima en TZ3 es suficiente para licuar materiales de recubrimiento termoendurecibles pero se controla para estar por debajo de la temperatura a la que ocurre el curado del material termoendurecible.
Durante una operación de recubrimiento, se alimenta alambre 105 a través de la cámara de recubrimiento 103 estando el material de recubrimiento en la misma a una viscosidad apropiada para aplicar al alambre 105. La forma cónica de la tobera de recubrimiento 108 resulta en fuerzas hidrodinámicas generadas dentro de la tobera de recubrimiento 108 cuando el alambre 105 se alimenta a través de la tobera de recubrimiento 108. Ventajosamente, esto da como resultado una aplicación muy eficaz del material de recubrimiento al alambre 105.
El alambre 105 que sale del aparato de recubrimiento 100 tiene por lo tanto una delgada capa de material de recubrimiento aplicada a él por el aparato de recubrimiento 100. Ventajosamente, la operación de recubrimiento se puede realizar con una alta velocidad de alimentación de alambre y la aplicación de la capa al alambre 105 es sustancialmente uniforme.
Conforme el material de recubrimiento fluye a lo largo del tubo de inyección y adentro de la cámara de recubrimiento 103 en respuesta a la presión desde el pistón 106 y, si el aparato de recubrimiento 100 se ubica verticalmente, debido a la fuerza de gravedad, el pistón 106 se mueve a lo largo de la sección cilíndrica superior 101 hacia la cámara de recubrimiento 103 para mantener la presión deseada.
El efecto de calentar el material de recubrimiento en una pluralidad de zonas de temperatura, con la cantidad de material de recubrimiento en TZ3 menor que en TZ2, y la cantidad de material de recubrimiento en TZ2 menor que en TZ1, es que únicamente una cantidad muy pequeña de material de recubrimiento para aplicar a un alambre 105 está a la temperatura y presión correctas para esto. Ventajosamente, las operaciones de recubrimiento son fáciles de pausar o parar ya que la mayoría del material de recubrimiento no está a la temperatura a la que está menos viscoso. Es fácil retirar material de recubrimiento del aparato de recubrimiento 100 si está en un estado gomoso o sólido y así detener un proceso de recubrimiento que no da como resultado que el material de recubrimiento tapone el aparato de recubrimiento 100. Materiales de recubrimiento termoendurecibles tampoco se calientan a una temperatura que provoca que se endurezcan tanto que estén duros irreversiblemente dentro del aparato.
Las zonas de temperatura TZ1 y TZ2 aseguran ventajosamente que los elementos de calentamiento para TZ3 pueden calentar fácilmente el material de recubrimiento que fluye entrando a la cámara de recubrimiento 103 para sustituir material de recubrimiento que ha sido aplicado a un alambre 105 a la temperatura requerida en TZ3 porque el material de recubrimiento de sustitución ya se ha calentado.
Las diferentes zonas térmicas dentro de la cámara de recubrimiento 103 son controladas para estar a temperaturas estables. Ventajosamente, las zonas térmicas llevan lentamente el material de recubrimiento a una temperatura donde su viscosidad es la más baja pero por debajo de la temperatura a la que comienza la polimerización. El aumento gradual de la temperatura del material de recubrimiento ocurre conforme el material de recubrimiento progresa a través del aparato.
La figura 4 muestra un sistema de recubrimiento para uso con materiales de recubrimiento termoendurecibles según realizaciones. El sistema comprende el aparato de recubrimiento 100 según las realizaciones descritas anteriormente, un horno 401, una cámara de enfriamiento 402 y un sistema de control 403.
La figura 5 muestra cómo se puede implementar el aparato de recubrimiento 100 en el sistema de recubrimiento.
Durante una operación de recubrimiento de alambre, se alimenta alambre 105 al aparato de recubrimiento 100 que aplica una capa de material de recubrimiento, que es un material termoendurecible, al alambre 105. En la realización descrita actualmente, el alambre 105 introducido al aparato de recubrimiento 100 es alambre 105 no recubierto. El alambre 105 que sale del aparato de recubrimiento 100 se alimenta al horno 401. El horno 401, que puede ser un horno de recocido 401 u horno de curado 401, calienta el material de recubrimiento a una temperatura a la que el material termoendurecible se endurece, endureciendo de ese modo la capa de material de recubrimiento aplicada sobre el alambre 105. El endurecimiento es provocado por polimerización del material termoendurecible conforme se forman enlaces cruzados.
El alambre 105 se alimenta luego a una cámara de enfriamiento 402 donde se enfría a una temperatura a la que se devana, o se alimenta nuevamente al aparato de recubrimiento 100.
Si el recubrimiento sobre el alambre 105 tiene el grosor deseado, el alambre recubierto 105 se prepara para el uso. Típicamente en esta fase se devanaría sobre un tambor grande.
Si sobre el alambre 105 se desea un recubrimiento más grueso entonces el alambre recubierto 105 se alimenta nuevamente al aparato de recubrimiento 100 y se repite tantas veces como sea necesario el proceso de aplicar una capa de polímero termoendurecible al alambre 105, calentar el alambre 105 a una temperatura que provoca que el polímero termoendurecible recientemente aplicado se endurezca y luego enfriar el alambre 105. Preferiblemente, un recubrimiento delgado, que puede ser de 15 micrómetros de grueso, se aplica de dos a cuatro veces ya que las múltiples aplicaciones mejoran la uniformidad del grosor de recubrimiento. Pasadas adicionales a través del aparato fortalecen el recubrimiento y mejora sus características mecánicas.
Una realización específica de esta invención es en el recubrimiento de alambre de cobre para uso como imán alambre. Alambre de cobre de grosor uniforme de 1 mm se puede recubrir usando un material de recubrimiento comprendido de una mezcla de poli(formal de vinilo), bisfenol epoxi, agentes de curado. Intervalos de temperaturas de las zonas térmicas preferibles para este proceso de recubrimiento son TZ1 de 40 a 80 °C, TZ2 de 80 a 120 °C, y TZ3 de 120 a 220 °C. Por ejemplo, el sistema de control puede controlar elementos de calentamiento a 60 °C en TZ1, 100 °C en TZ2 y 170 °C en TZ3. Con este polímero particular son alcanzables velocidades de recubrimiento de alambre de 25 m/min. Preferiblemente, se hacen al menos dos pasadas a través del aparato y son preferibles tres o cuatro pasadas para lograr mejor un grosor uniforme de recubrimiento de alambre. Se puede lograr un grosor de recubrimiento entre 15 a 45 micrómetros.
En una realización adicional de esta invención se aplica recubrimiento a alambre de acero. Alambre de acero con un grosor de 0,96 mm se recubre con un polímero de poliéster (mezcla de 70 % de poliéster, 30 % de epoxi). Intervalos de temperaturas de las zonas térmicas preferibles para este proceso de recubrimiento son TZ1 de 40 a 60 °C, TZ2 de 60 a 77,5 °C, y TZ3 de 77,5 a 95 °C. Por ejemplo, el sistema de control puede controlar elementos de calentamiento a 50 °C en TZ1, 70 °C en TZ2 y 85 °C en TZ3. En esta realización se pueden alcanzar velocidades de recubrimiento de 75 m/min, con un recubrimiento de 15 a 45 micrómetros logrado en una única pasada a través del aparato.
El sistema de control 403 controla automáticamente el proceso entero de recubrimiento de alambre. El sistema de control 403 recibe el aporte de usuario de las propiedades del alambre 105 a recubrir y el tipo, y las propiedades (en particular el grosor), del material de recubrimiento a aplicar al alambre 105. El sistema de control 403 determina entonces las temperaturas requeridas de las zonas de temperatura dentro del aparato de recubrimiento 100, la presión requerida dentro del aparato de recubrimiento 100, la temperatura requerida del horno 401 y la velocidad requerida de alimentación de alambre dependiendo de las propiedades del alambre 105 y/o del material de recubrimiento. El sistema de control 403 controla entonces el aparato de recubrimiento 100 de modo que las zonas de temperatura dentro de él se calientan a las temperaturas requeridas, controla el mecanismo de impulsión del pistón 106 para aplicar la presión deseada dentro del aparato de recubrimiento 100, controla los calentadores del horno 401 de modo que el horno 401 esté a la temperatura requerida y luego controla un alimentador de alambre para alimentar el alambre 105 a través del sistema de recubrimiento a la velocidad requerida. El sistema de control 403 recibe retroalimentación de la velocidad de alimentación de alambre, temperaturas y presiones reales por todo el sistema de recubrimiento y usa la información de retroalimentación para controlar con precisión todos estos parámetros por todo el sistema de recubrimiento.
Intervalo de velocidades de recubrimiento de alambre entre 30 a 100 m/min, con velocidades de trabajo típicas de 50, 75 y 100 m/min. Las velocidades de alambre dependen de la naturaleza del alambre que está siendo recubierto, por ejemplo diámetros, materiales y el material de recubrimiento, por ejemplo su viscosidad. En algunas implementaciones es preferible hacer funcionar el sistema de recubrimiento con una velocidad de alimentación de alambre menor que la máxima alcanzable ya que esto asegura que el alambre está en el horno de curado durante más tiempo. El horno por lo tanto puede funcionar a una temperatura menor que la requerida para velocidades de alimentación de alambre más altas y esto disminuye los requisitos energéticos.
Un intervalo ancho de materiales de recubrimiento y tipos de alambre 105 es compatible con el sistema de recubrimiento. El sistema de control 403 puede adaptar fácilmente las temperaturas, presiones y velocidades de alimentación de alambre usadas a niveles apropiados dados los materiales específicos que se están usando y las propiedades deseadas del alambre recubierto fabricado 105.
Aunque no se muestra en la figura 4, el sistema de recubrimiento también comprendería dispositivos para alimentar alambre 105 a través del sistema, devanar alambre 105 que ha sido recubierto, etc. Estos dispositivos y su implementación son conocidos por un experto en la técnica.
El material de recubrimiento podría ser cualquiera de un gran número de polímeros termoendurecibles. Los polímeros termoendurecibles pueden comprender cualquier de poliéster, mezcla epoxi-poliéster, polietileno, polietilenimina, poliuretano, poliamida, poliamida-imida, un compuesto de poli(formal de vinilo) termoendurecible, epoxi, poliesterimida, y otros materiales. El material de recubrimiento puede ser una mezcla de cualquiera de estos polímeros así como con otras sustancias, en particular aditivos de termoendurecimiento. Por ejemplo, se puede usar una mezcla que comprende 60 % de poli(formal de vinilo) y 40 % aditivo termoendurecible, o mezcla de poliesterimida y amideimida.
Se conocen tales materiales de polímero adecuados y están disponibles en al menos ELANTAS (http://www.elantas.com/elantas-itaiia-productos/electro-aislante-enamels-primario-insulation.html. visto el 20 de noviembre de 2014).
Materiales de recubrimiento que ya se conocen para uso en técnicas de recubrimiento de alambre basado en solvente se pueden usar en realizaciones.
La forma del material de recubrimiento podría ser cualquiera de un polvo, líquido, pelets sólidos, viruta o cartuchos u otras formas generalmente conocidas para pinturas y esmaltes.
Los perfiles térmicos deseados de las diferentes zonas de temperatura dependen del material de polímero usado, con la viscosidad mínima lograda a diferentes temperaturas para diferentes polímeros.
Para una realización específica de la invención descrita para recubrir alambre de cobre con material de recubrimiento que comprende una mezcla de poli(formal de vinilo), epoxi de bisfenol, agentes de curado:
En TZ1, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura en el intervalo de 40 a 80 °C.
En TZ2, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura en el intervalo de 80 a 120 °C.
En TZ3, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura en el intervalo de 120 a 220 °C.
En una segunda realización de la invención descrita para recubrir alambre de acero con un material de recubrimiento que comprende una mezcla de 70 % de poliéster, 30 % de epoxi:
En TZ1, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura de 50 °C.
En TZ2, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura de 70 °C.
En TZ3, la temperatura de la mayoría del material de recubrimiento típicamente se calentaría a temperatura de 80 °C.
La presión dentro de la cámara de recubrimiento 103 durante una operación de recubrimiento está preferiblemente en el intervalo de 5 MPa a 100 MPa.
La temperatura del horno 401 que calienta el alambre 105 a la temperatura a la que el material termoendurecible se endurece está típicamente en el intervalo de 250 a 350 o 400 °C. La temperatura de horno depende de la velocidad del alambre, para alcanzar la temperatura de termoendurecimiento mover más rápidamente el alambre requerirá que sea calentado más rápidamente, debido a menos tiempo en el horno. Preferiblemente, el calentamiento es a presión atmosférica.
El proceso de recubrimiento según realizaciones es sumamente idóneo para la producción industrial de alambre recubierto 105. Unas realizaciones permiten producir rápidamente una gran cantidad de alambre recubierto 105 de manera barata que evita los problemas de técnicas conocidas basadas en solvente para recubrir alambre 105. Unas realizaciones también requieren temperaturas más bajas que técnicas basadas en solvente y también se mejora la eficiencia energética.
Ventajosamente, unas realizaciones permiten aplicar un recubrimiento delgado a un alambre 105 con buena precisión y uniformidad del grosor de recubrimiento. El grosor de un alambre 105 es controlable dado que un alambre recubierto 105 se puede pasar a través del sistema de recubrimiento si se requiere un recubrimiento más grueso. El uso de materiales termoendurecibles es posible debido a control preciso de temperatura por todo el aparato que evita el endurecimiento del material dentro del aparato. Los materiales termoendurecibles son un recubrimiento de mayor calidad que los termoplásticos y se comportan mejor en aplicaciones de temperaturas.
Otra ventaja es que el sistema según realizaciones es sumamente adaptable y soporta el uso de un ancho intervalo de temperaturas, presiones, velocidades de alimentación de alambre y grosores de material de recubrimiento. Por lo tanto otras realizaciones son adecuadas para aplicar un ancho intervalo de materiales de recubrimiento a un ancho intervalo de tipos de alambre.
La figura 6 es un diagrama de flujo de un método para aplicar un material de recubrimiento a un alambre según una realización.
En la etapa 601 comienza el proceso.
En la etapa 603 se proporciona un camino de fluido para canalizar un material de recubrimiento termoendurecible.
En la etapa 605, se sube progresivamente la temperatura del material de recubrimiento conforme el material de recubrimiento se traslada a lo largo del camino de fluido, de manera que el material de recubrimiento esté a una viscosidad deseada en el extremo del camino de fluido para aplicar el material de recubrimiento a un alambre.
En la etapa 607 finaliza el proceso.
Una realización adicional de un método para aplicar un material de recubrimiento a un alambre comprende; se suministra un material de recubrimiento, que es un material termoendurecible, al canal de inyección de un aparato de recubrimiento. El material de recubrimiento en el canal de inyección se calienta a una primera temperatura de manera que el material de recubrimiento fluye entrando a la cámara de recubrimiento del aparato de recubrimiento. El material de recubrimiento en la cámara de recubrimiento se calienta a una segunda temperatura, más alta que la primera temperatura, de manera que el material de recubrimiento tiene una viscosidad apropiada para aplicarse a un alambre, en donde la segunda temperatura es menor que la temperatura a la que se endurece el material termoendurecible. Se alimenta alambre a través de la cámara de recubrimiento del aparato de recubrimiento para aplicar el material de recubrimiento al alambre.
Unas realizaciones de la invención también incluyen numerosas modificaciones y variaciones de las realizaciones descritas anteriormente.
En las realizaciones descritas anteriormente, se necesita que el canal de inyección 107 contenga suficiente material de recubrimiento para recubrir todo el alambre 105 durante una operación de recubrimiento de alambre o detener una operación de recubrimiento de alambre cuando se ha gastado el material de recubrimiento en el canal de inyección 107, retirar el pistón 106 de modo que se pueda alimentar más material de recubrimiento al aparato, calentar el material de recubrimiento y presurizarlo de nuevo y luego reiniciar la operación de recubrimiento. En una realización alternativa de la invención, el aparato de recubrimiento 100 comprende dos canales de inyección y pistones en paralelo entre sí, con ambos canales de inyección dispuestos para alimentar material de recubrimiento a la misma cámara de recubrimiento 103. Un primer canal de inyección se podría usar durante una operación de recubrimiento de alambre. Cuando se ha usado el material de recubrimiento en el primer canal de inyección, la operación de recubrimiento continúa usando un segundo canal de inyección. El primer canal de inyección se podría rellenar mientras se está usando el segundo canal de inyección. Ventajosamente, una operación de recubrimiento se puede ejecutar continuamente sin ser detenida cuando se agota el material de recubrimiento en uno de los canales de inyección.
En las realizaciones descritas anteriormente, se describe el aparato de recubrimiento 100 como que tiene tres zonas de temperatura. Este es un número particularmente preferible de zonas de temperatura para un funcionamiento eficaz. Sin embargo, realizaciones también incluyen aparatos de recubrimiento con dos zonas de temperatura o más de tres zonas de temperatura.
La alimentación del material de recubrimiento al canal de inyección 107 se puede realizar ya sea manualmente o mediante un dispositivo de alimentación automática.
En las realizaciones descritas anteriormente, se usa un pistón 106 para presurizar el material de recubrimiento en el canal de inyección 107. En una realización alternativa, se usa un mecanismo de tornillo de extrusión en lugar de un pistón 106. Esto tiene la ventaja de mezclar el material de recubrimiento en el canal de inyección 107, y lograr una mejor uniformidad de flujo de material de recubrimiento en la cámara de recubrimiento 103. La orientación del' tornillo o pistón, o cualesquiera otros medios de presurización, pueden ser como se muestra en las figuras, perpendiculares a la cámara de recubrimiento. Son concebibles orientaciones alternativas con los medios de presurización coaxiales con el alambre, o en cualquier ángulo perceptible, tal como, pero sin limitación, 30° y 120°. En diferentes orientaciones la presión requerida para mantener un flujo constante de cambios de material de recubrimiento, con una presión inferior requerida en ángulos más pequeños. En la realización que comprende un pistón coaxial al alambre el pistón comprende un orificio para permitir alimentar a través el alambre.
El alambre 105 que es recubierto típicamente tendría una sección transversal circular. Sin embargo, unas realizaciones pueden aplicar un recubrimiento a alambres de cualquier forma en sección transversal. Por ejemplo, el alambre 105 que es recubierto puede tener una sección transversal rectangular como se prefiere para el cableado de un electroimán. La forma de la tobera se puede elegir de manera que la lumbrera de salida de la cámara de recubrimiento 103 tiene una forma correspondiente a la sección transversal del alambre 105.
La sección cilíndrica inferior 102 del canal de inyección 107 puede comprender un dispositivo de mezcla para mezclar el material de recubrimiento pasado a través del mismo. Esto es preferible si el material de recubrimiento comprende una mezcla de sustancias. Tales dispositivos de mezcla se conocen bien en la técnica.
Preferiblemente el sistema de recubrimiento comprende un dispositivo para medir automáticamente el grosor del alambre recubierto 105 que sale de la cámara de enfriamiento 402. El dispositivo determinaría automáticamente si se requiere una o más pasadas adicionales a través del sistema de recubrimiento a fin de lograr un grosor deseado del alambre 105.
Preferiblemente el sistema de recubrimiento también comprende un dispositivo para medir automáticamente el grosor del alambre 105, que ya puede tener un recubrimiento, antes para introducir al aparato de recubrimiento 100. Entonces se podría determinar el grosor de cada capa aplicada a un alambre 105 por el aparato de recubrimiento 100.
Preferiblemente el sistema de recubrimiento también comprende un dispositivo para determinar automáticamente la uniformidad del grosor de alambre 105 que sale de la cámara de enfriamiento 402. Entonces se pueden monitorizar las prestaciones del sistema de recubrimiento y detectar rápidamente cualquier operación errónea.
El pistón 106 puede tener un mecanismo de impulsión hidráulico. Preferiblemente el mecanismo de impulsión comprende amortiguadores hidráulicos que disminuyen las oscilaciones en la presión inducida por los impulsos continuos de la rotación de bomba hidráulica. La fuerza de impulsión se mantiene por lo tanto sustancialmente en un nivel deseado y la presión dentro del aparato de recubrimiento 100 se mantiene con precisión en un nivel deseado.
En las realizaciones descritas anteriormente, el canal de inyección 107 comprende secciones cilíndricas con secciones trasversales circulares. Aunque esta es una configuración preferible, unas realizaciones también incluyen el canal de inyección 107 que tiene formas alternativas en sección transversal, tal como hexagonal o cuadrada.
El aparato de recubrimiento 100 también puede incluir una o más válvulas de salida en la cámara de recubrimiento 103 y/o canal de inyección 107 para ayudar a la retirada del material de recubrimiento tras una operación de recubrimiento.
No se debe entender que los diagramas de flujo y la descripción de los mismos en esta memoria prescriben un orden fijo para realizar las etapas de método descritas en el mismo. En cambio, las etapas de método se pueden realizar en cualquier orden que sea practicable. Aunque la presente invención se ha descrito en conexión con realizaciones ejemplares específicas, se debe entender que a las realizaciones descritas se pueden hacer diversos cambios, sustituciones y alteraciones aparentes para los expertos en la técnica sin apartarse del alcance de la invención presentado en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato de recubrimiento (100) que comprende:
una cámara de recubrimiento (103) para aplicar un material de recubrimiento termoendurecible para un alambre (105) que pasa a través de la cámara de recubrimiento (103);
un canal de inyección alargado (107) para recibir material de recubrimiento introducido al aparato de recubrimiento (100) en un primer extremo del canal de inyección (107) y suministrar el material de recubrimiento recibido a la cámara de recubrimiento (103) que se dispone en un segundo extremo del canal de inyección (107);
varios elementos de calentamiento (109) controlables para subir progresivamente la temperatura del material de recubrimiento conforme el material de recubrimiento fluye a través del aparato de recubrimiento (100) para lograr una viscosidad deseada del material de recubrimiento dentro de la cámara de recubrimiento (103);
caracterizado por que la cámara de recubrimiento (103) tiene una lumbrera de entrada a través de la que entra alambre (105) la cámara de recubrimiento (103), una lumbrera de salida a través de la que sale alambre (105) de la cámara de recubrimiento (103), y una sección cilíndrica entre la lumbrera de entrada y la lumbrera de salida para recibir material de recubrimiento desde el canal de inyección (107); y
en donde el extremo de la cámara de recubrimiento (103) que comprende la lumbrera de salida es una tobera (108) que disminuye cónicamente desde un diámetro máximo en el empalme con la sección cilíndrica a un diámetro mínimo en la lumbrera de salida.
2. El aparato (100) según la reivindicación 1, en donde alrededor del canal de inyección (107) se proporcionan varios elementos de calentamiento (109) y, en uso, calentar al menos algo de material de recubrimiento en el canal de inyección (107) a al menos una primera temperatura de manera que el al menos algo de material de recubrimiento calentado a la al menos primera temperatura está en un estado que puede fluir por la longitud del canal de inyección (107).
3. El aparato (100) según la reivindicación 2, en donde alrededor de la cámara de recubrimiento (103) se proporcionan varios elementos de calentamiento (109) y, en uso, además calentar al menos algo de material de recubrimiento a al menos una segunda temperatura, más alta que la primera temperatura, en la cámara de recubrimiento (103), de manera que el material de recubrimiento tiene dicha viscosidad deseada a la segunda temperatura de modo que el material de recubrimiento se puede aplicar al alambre (105).
4. El aparato (100) según la reivindicación 3, en donde, en uso, la segunda temperatura es menor que la temperatura de termoendurecimiento del material de recubrimiento.
5. El aparato (100) según la reivindicación 1, que comprende además un presurizador que se configura para presurizar el contenido del canal de inyección (107) y la cámara de recubrimiento (103), la presión aplicada provoca que el material de recubrimiento fluya por el canal de inyección (107).
6. El aparato (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el canal de inyección (107) comprende una primera sección cilíndrica de canal de inyección (101) en el primer extremo del canal y una segunda sección cilíndrica de canal de inyección (102) en el segundo extremo del canal, en donde el diámetro de la primera sección cilíndrica de canal de inyección (101) es mayor que la segunda sección cilíndrica de canal de inyección (102), y preferiblemente el volumen de la segunda sección cilíndrica de canal de inyección (102) es menor que el volumen de la primera sección cilíndrica de canal de inyección (101).
7. El aparato (100) según la reivindicación 6 , cuando la reivindicación 6 es dependiente de la reivindicación 3, en donde el número de elementos de calentamiento (109) proporcionados alrededor del canal de inyección (107) se disponen y son controlables para calentar el contenido de la segunda sección cilíndrica de canal de inyección (102) a una temperatura más alta que el contenido del primer sección cilíndrica de canal de inyección (101) pero a una temperatura menor que la segunda temperatura.
8. El aparato (100) según la reivindicación 6, o cualquier reivindicación dependiente de la misma, cuando la reivindicación 6 es dependiente de la reivindicación 5, en donde el presurizador es un pistón (106) que es movible a lo largo de la longitud de la primera sección cilíndrica de canal de inyección (101) del canal de inyección (107).
9. El aparato (100) según la reivindicación 1, en donde el alambre (105) se traslada a través de la cámara de recubrimiento (103) a lo largo del eje longitudinal de la sección cilíndrica, y/o en donde el eje longitudinal de la sección cilíndrica de la cámara de recubrimiento (103) es perpendicular al eje longitudinal del canal de inyección (107).
10. El aparato (100) según la reivindicación 2 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, en donde la primera temperatura está en el intervalo de 40 °C a 120 °C.
11. El aparato (100) según la reivindicación 7 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, en donde el número de elementos de calentamiento (109) proporcionados alrededor del canal de inyección (107), en uso, calientan el contenido de la primera sección cilíndrica de canal de inyección (101) a una temperatura en el intervalo de 40 °C a 80 °C y el contenido de la segunda sección cilíndrica de canal de inyección (102) a una temperatura en el intervalo de 80 °C a 120 °C.
12. El aparato (100) según la reivindicación 3 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, en donde la segunda temperatura está en el intervalo de 120 °C a 220 °C.
13. El aparato (100) según la reivindicación 5 o cualquier reivindicación dependiente de la misma, en donde el presurizador es controlado para mantener una presión constante en la cámara de recubrimiento (103) cuando el aparato de recubrimiento (100) aplica una capa de material de recubrimiento al alambre (105).
14. Un sistema de recubrimiento que comprende el aparato de recubrimiento (100) de cualquier reivindicación anterior, un horno (401), una cámara de enfriamiento (402) y un sistema de control (403); en donde:
el aparato de recubrimiento (100) se dispone para recibir alambre (105) y para aplicar una capa de material de recubrimiento, que es un material termoendurecible, al alambre recibido (105);
el horno (401) se dispone para recibir alambre (105) que sale del aparato de recubrimiento (100) y para calentar el alambre (105) a una temperatura a la que el material de recubrimiento aplicado se endurece;
la cámara de enfriamiento (402) se dispone para recibir alambre (105) que sale del horno (401) y para enfriar el alambre (105) de manera que el alambre (105) que sale de la cámara de enfriamiento (402) se puede devanar o alimentar nuevamente al aparato de recubrimiento (100) para aplicar una capa de material de recubrimiento adicional; y el sistema de control (403) se configura para controlar los elementos de calentamiento (109) en el aparato de recubrimiento (100), la temperatura del horno (401) y la velocidad del alambre (105) a través del aparato de recubrimiento (100), el horno (401) y la cámara de enfriamiento (402).
15. Un método para aplicar material de recubrimiento a un alambre (105) que comprende:
proporcionar un camino de fluido para canalizar un material de recubrimiento termoendurecible; y
subir progresivamente la temperatura del material de recubrimiento conforme el material de recubrimiento se traslada a lo largo del camino de fluido, de manera que el material de recubrimiento esté a una viscosidad deseada en el extremo del camino de fluido para aplicar el material de recubrimiento a un alambre (105), caracterizado por que el camino de fluido es proporcionado por el aparato de recubrimiento (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.
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