KR20140054215A - 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다음의 어레인지먼트로 다수의 유닛들:
- 와이어들을 피딩하기 위한 유닛(1),
- 와이어들의 전처리를 위한 유닛(2),
- 코팅제를 적용하기 위한 유닛(5),
- 코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛(6),
- 코팅된 와이어를 감기 위한 유닛(8)
을 포함하는, 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스에 관한 것이다.

Description

전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스{DEVICE FOR COATING ELECTRICALLY CONDUCTIVE WIRES}
본 발명은 코팅제(coating agent)의 하나 또는 그 초과의 층들을 전기 전도성 와이어들에 적용하기 위한 디바이스 및 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 따라, 전기 코일들을 위한 권선 와이어들에는 절연 효과를 갖는 코팅부들이 특히 제공된다. 예컨대, 이 목적을 위해, 와이어 에나멜이 와이어들에 적용되고, 경화된다. 이 단계는, 결점이 없는 절연을 보장하기 위하여 1회 내지 30회 또는 그 초과 반복될 수 있다. 그 이후, 완성된-코팅된 와이어가 릴(reel)에 감겨진다.
상기 방법을 수행하기 위한 디바이스들은 종래기술에서, 예컨대 DE 37 41 328 C2, EP 196017 B1 및 WO 2005/082548 A2에서 설명된다.
이전에 알려진 코팅 방법들은, 코팅 이전에, 와이어가 어닐러(annealer)로서 알려진 것 내에서 소프트-어닐링(soft-annealing)될 수 있고, 화합물을 이끌어내는 잔류물들이 와이어에서 제거될 수 있다는 점을 공통으로 갖는다. 그 이후, 스트리핑 다이(stripping die)에 의해서든 또는 펠트(felt)에 의해서든 에나멜이 적용된다. 그 이후, 에나멜은 오븐 내에서 경화된다. 오븐으로부터 용매 증기들의 탈출을 최소화하기 위하여, 오븐은 약간의 진공 하에서 동작될 수 있다. 구성(construction)의 타입에 따라, 오븐 내의 온도는 400℃ 내지 700℃이다. 오븐 내에서의 와이어의 체류 시간은, 와이어의 지름과 코팅제에 대한 원하는 적용 두께에 따라 좌우된다. 오븐 내에서의 처리 동안, 용매가 기화되고, 와이어 에나멜 수지가 교차결합된다. 우수한 접착력을 갖는 불용성 필름이 생성된다. 증발된 용매는 대체로 촉매에 의하여 버닝(burning)될 수 있다. 차례로, 발열성 프로세스에 의해 생성된 열이 오븐을 가열시키기 위해 사용될 수 있다.
설명된 방법을 수행하기 위해, WO 2005/082548 A2에서, 이송 경로 ― 와이어 재료가 상기 이송 경로를 통해 계속 이송됨 ― 를 갖는 디바이스가 제공된다. 수회의 코팅을 위해, 용매-함유 에나멜 층의 열경화성(thermosetting)을 위한 가열가능한 열경화성 스테이션을, 시트 재료에 적용된 에나멜 층의 UV 방사선(radiation) 큐어링(curing)을 위해 상기 열경화성 스테이션의 업스트림 또는 다운스트림에 배열된 UV 큐어링 스테이션과 결합시키는 것이 제안된다.
WO 2007/051458 A1은 절연 에나멜 샤프트 ― 상기 절연 에나멜 샤프트를 통해 전기 전도성 와이어가 운반 수단에 의해 이송됨 ― 가 갖추어진 디바이스를 기재한다. 절연 에나멜 샤프트에는 입력 측에 에나멜 적용 유닛이 제공되고, 상기 에나멜 적용 유닛은 에나멜에 대한 리셉터클에 연결된다. 절연 에나멜을 베이킹(baking)하기 위해 필요한 열에너지가 중앙 가열 유닛에 의해 생성되고, 뜨거운 공기가 와이어의 운반 방향에 반대로 절연 에나멜 샤프트를 통과해 지향되고 팬에 의하여 순환하도록 된다. 설명된 디바이스에는 또한 에나멜 샤프트가 갖추어지고, 상기 에나멜 샤프트는 절연 에나멜 샤프트에 평행하게 배열되고, 뜨거운 공기 흐름 수단 분배기의 부분 스트림이 요구되는 대로 상기 에나멜 샤프트에 피딩될 수 있다.
관련된 디바이스는 또한 EP 1961017 B1에서 설명된다.
DE 37 41 328 D1은 또한, 뜨거운 공기의 순환을 위한 파이프들의 시스템이 제공되는 디바이스를 기재한다. 파이프들의 시스템 내에 뜨거운 공기의 순환을 유지시키기 위한 팬이 제공되고, 배기 가스가 없는 뜨거운 공기 및 신선한 공기를 피딩(feeding in)하기 위한 오프닝들이 파이프들의 시스템 내에 제공된다.
설명된 방법들 및 디바이스들은 에너지-관련 사항에서의 개선을 필요로 한다. 그래서 그 이유는 에너지의 약 20%가 오븐으로부터의 방사선을 통해 손실되기 때문이다. 다른 20% 정도가 굴뚝(chimney)으로부터 방출된 연도(flue) 공기를 통해 손실된다. 매 시간마다 또한 취급되어야 하는 와이어가 에나멜링 설비(installation)로부터 에너지의 약 55%까지 사용한다. 나머지 5% 정도가 에나멜을 경화시키기 위해 사용된다. 이러한 값들은 설비의 구조적 설계에 따라 가변할 수 있다.
이를 고려하여, 와이어 에나멜링의 효율성을 증가시키기 위한 시도들이 존재해왔다. 지금까지 발달(development)들 중 아무것도 상품화를 위해 준비된 상태에 이르지 못했다.
효율성의 증가 예가 DE 4336385 A1에서 설명된다. 그곳에서 설명된 방법은 더 두꺼운 층 구조물을 유도하고, 그 결과 트랜스포머 구성 내에서의 와이어들의 제한된 적용만이 가능하다. 모터 구성 내에서 요구되는 높은 슬롯 충전율(filling factor)이 이 방법에 의해 달성될 수 없다.
설명된 방법에 의해 생성된 와이어의 추가의 단점은, 열가소성 물질(thermoplastic)들의 사용으로 인해, 평상시 겨우 120℃의 낮은 내열성이다. 결과적으로, 그러한 와이어들은 코일 및 모터 구성 내에서의 최신 적용들을 위해 사용될 수 없다. 그 이유는 이러한 적용들이 155℃를 초과하는 온도들까지 저항을 요구하기 때문이다. 대부분의 경우들에서 코일들의 시작과 끝의 와이어들은 납땜되거나 또는 용접된다. 설명된 방법에 의해 생성된 와이어들을 사용할 때, 방법들 둘 다는 절연 재료의 높은 비율 때문에 문제점들을 유도한다. 그 이유는 납땜 또는 용접 동안 절연 재료가 증발하고 그 결과 연결부의 품질이 일반적으로 불충분하기 때문이다.
그러므로, 본 발명의 목적은 설명된 단점들을 더 이상 갖지 않는, 절연 코팅부를 전기 전도성 와이어들에 적용하기 위한 디바이스를 허용하는 것이다. 생성된 와이어들은, 특징들의 각자의 프로파일에서, 적어도, 상업적으로 이용가능한 표준 와이어들에 대응해야 하고, 그 결과 임의의 새로운 인증을 위한 어떠한 필요도 존재하지 않는다. 상기 디바이스는 에너지-효율적으로 동작해야 한다. 처분 또는 처리를 필요로 하는 배기 공기가 발생하지 않아야 한다.
이 목적은, 예컨대 다음의 어레인지먼트로 다수의 유닛들:
- 와이어들을 피딩하기 위한 유닛,
- 와이어들의 전처리를 위한 유닛,
- 코팅제를 적용하기 위한 유닛,
- 코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛,
- 코팅된 와이어를 감기 위한 유닛
을 포함하는, 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스에 의해 달성된다.
와이어들을 피딩하기 위한 유닛은 종래 기술로부터 기술분야의 당업자에게 그 구성이 알려져 있고, 예컨대 와이어 페이-오프(pay-off) 시스템들에서는,
- 와이어가 릴로부터 정확히 말하면 다운스트림 유닛, 예컨대 테이크-업(take-up)의 드로잉 힘(drawing force)에 의해 당겨지고;
- 릴은 수직으로 또는 비스듬히 셋업되고, 와이어는 편향 롤러들을 통해 다음의 유닛들에 피딩되고(기계적 또는 전자적 와이어-장력 제어 시스템이 이러한 디바이스들의 다운스트림에 연결될 수 있고, 그 결과 와이어 텐셔닝(tensioning)이 감김 동안에 제어되고);
- 더 두꺼운 와이어들에 대해, 와이어-장력 제어 시스템과 결합하여 와이어 텐셔닝을 낮고 일정하게 유지시키기 위하여, 릴은 모터에 의해 구동된다.
와이어 에나멜링 및 압출 설비들을 위한 종래 기술에서의 와이어 페이-오프 시스템들의 다양한 설계들이 존재한다.
와이어들의 전처리를 위한 유닛은 마찬가지로 종래의 에나멜링 머신들로부터 알려져 있다. 이는, 예컨대 어닐러로서 알려진 것일 수 있다. 이 어닐러는, 와이어를 소프트-어닐링하기 위해 그리고 화합물을 이끌어내는 잔류물들을 와이어에서 제거하기 위해 사용된다. 또한, 예열 경로가 존재할 수 있고, 상기 예열 경로에서 와이어는 예컨대 유도에 의해 가열된다.
코팅제를 적용하기 위한 유닛은 사용될 코팅제에 따라 구성될 수 있다. 코팅제들은, 상기 코팅제들이 와이어들의 절연에 적절하도록 선택된다. 열가소성 물질들이 바람직하게 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 열가소성 물질들은 예컨대 EP 0030717에서 설명된다.
열가소성 물질들을 적용하기 위한 하나의 가능성은 압출기들을 사용하는 것이다. 다시 말해, 코팅 재료가 저장 컨테이너를 통해 압출기 안으로 피딩된다. 그 다음, 재료는 압출기로부터 와이어 상으로 적용된다. 이를 위해, 압출기는 편의상 헤드 유닛을 갖고, 상기 헤드 유닛은 전처리 유닛의 다운스트림에 배열된다. 압출기는 바람직하게, 코팅될 와이어가 헤드 유닛을 통해 통과될 수 있는 방식으로 압출기가 헤드 유닛(이후에 크로스헤드 다이(crosshead die)로서 지칭됨)에 바로 연결되도록 설계된다. 압출기는 와이어의 지름과 적용될 절연 재료의 양(즉, 코팅부의 양)에 적응된다.
예컨대 플라스틱의 과립들 또는 알갱이들은 저장 컨테이너로부터 압출기 안으로 피딩된다. 압출기 내에서, 재료는 녹고, 크로스헤드 다이 헤드 내에서, 전처리된 와이어에 최종적으로 적용된다.
열가소성 물질들은 최신 와이어 에나멜들 및 에나멜링된 와이어들에 대한 요건들을 충족시키지 않는다. 그러므로, 본 발명에 따른 디바이스에는 코팅된 와이어들을 후처리하기 위한 유닛이 갖추어진다. 이 후처리 유닛은 바람직하게, 열가소성 물질의 교차결합이 이루어지는 유닛이다. 다시 말해, 적용된 열가소성 물질은 후-교차결합되고, 따라서 열경화성 수지로 변형된다. 그 결과, 종래에 생성된 에나멜링된 와이어들의 것과 비교할만한 특징들의 프로파일이 달성된다.
후-교차결합을 위한 디바이스는 다양한 흔히 사용되는 방법들에 의해 동작할 수 있다. 예컨대, 교차결합은 오븐 내에서 열에 의하여 이루어질 수 있다. 유사하게, 그러나, 후-교차결합은 방사선에 의해 또한 가능하다. 다시 말해, 큐어링이 IR, NIR, UV 또는 전자 방사선에 의하여 이루어질 수 있다. 유사하게, 고-에너지 방사선 그렇지 않으면 가열 디바이스들의 다른 흔히 사용되는 형태들이 또한 사용될 수 있다. 사용되는 교차결합 방법의 타입은 각각 사용되는 열가소성 물질에 따라 좌우된다. 방사선의 UV 또는 NIR 형태들이 특히 선호된다.
후-교차결합 동안 열의 발달이 존재하거나 또는 코팅된 와이어가 뜨거워진다면, 냉각 경로가 제공될 수 있다. 상기 냉각 경로는 예컨대 냉각 공기 또는 다른 매체들을 이용하여 동작될 수 있다.
설명된 설비는 종래 기술보다 상당한 장점들을 갖는다. 따라서, 이 설비를 이용하여, 열가소성 물질들이 특히 내열성에 대한 최신 요건들을 충족시키는 전기 전도성 와이어들(예컨대, 에나멜링된 또는 권선 와이어들로서 알려진 것들)에 적용될 수 있다. 종래의 에나멜링 디바이스들 또는 방법들 ― 상기 종래의 에나멜링 디바이스들 또는 방법들을 이용하여, 일반적으로 단 한 개의 적용 방법이 사용됨 ― 을 이용하여 가능한 것보다, 코팅된 와이어들의 전체 생성은 더 간단하다. 또한, 어떠한 수용할 수 없는 방출들도 발생하지 않는다. 부가하여, 생성된 코팅된 와이어의 킬로그램당 에너지 소모량이 이전보다 훨씬 더 낮다. 상기 설비는 또한, 종래 기술에 따라 이전에 알려진 것보다 전체적으로 더 적은 공간을 요구한다. 이전에 알려진 전기적 및 기계적 파라미터들이 이러한 와이어들에 적용되고, 그 결과 임의의 새로운 인증을 위한 어떠한 필요도 존재하지 않는다. 종래 기술과 비교할 때 프로세스 파라미터들의 더 적은 개수 때문에, 프로세스의 더 큰 신뢰성이 또한 보장된다.
본 발명은 도면을 참조하여 아래에 더욱 상세히 설명된다.
코팅될 와이어들의 피딩이 유닛(1)을 통해 이루어진다. 나선(bare wire)이 유닛(2)으로 전달되고, 상기 유닛(2)에서 와이어는 전처리된다. 그 다음, 전처리된 와이어는 유닛(5)을 통해 통과된다. 이 유닛에서, 절연 코팅 재료의 적용이 이루어진다.
유닛(5')은 크로스헤드 다이로서 알려진 것으로서 구성된다. 이는, 압출기(4)에 연결된다. 압출기(4) 내에서, 저장 컨테이너(3)로부터 나온 플라스틱의 과립들 또는 알갱이들이 녹는다. 그 다음, 플라스틱의 용융된 과립들 또는 알갱이들이 크로스헤드 다이를 통해 와이어에 균일하게 적용된다.
크로스헤드 다이(5')는 압출기 출구에 대한 연결 부품, 즉 압출기 나사 축에 수직으로 또는 비스듬히 중앙에 배열되는 와이어-유도 시스템으로 구성된다.
재료는 와이어 유도 시스템 주위에서 분배 채널 및 다이 가이드(die guide)에 의하여 와이어에 적용된다.
분배 채널들은, 재료가 중앙 와이어 통로 주위에서 링으로 균일하게 분배되도록 그리고 코팅이 중앙에서 이루어지도록 설계된다.
이는, 미리결정된 압출기 프로세스 파라미터들에 의해 보장되는 압출물의 일정한 전달을 전제로 한다.
이러한 파라미터들은 와이어의 각각의 지름, 코팅부 두께들, 생산율들 및 재료들에 의해 미리결정된다.
이 경우, 필수적 파라미터들은 압출기 배럴의 길이에 따른 온도 프로파일, 나사 속도, 크로스헤드 다이의 온도, 및 재료의 타입들이다. 또한, 코팅부 두께는 와이어의 속도에 의해 또한 제어될 수 있다.
코팅된 와이어는 유닛(6)에 피딩된다. 이 유닛에서, 코팅부의 교차결합이 이루어진다. 그 이후, 냉각이 유닛(7)을 통해 이루어진다. 유닛(8)에서, 와이어를 감음으로써 최종 산물의 생성이 이루어진다.

Claims (10)

  1. 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스로서,
    다음의 어레인지먼트로 다수의 유닛들:
    상기 와이어들을 피딩하기 위한 유닛(1),
    상기 와이어들의 전처리를 위한 유닛(2),
    코팅제(coating agent)를 적용하기 위한 유닛(5),
    코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛(6),
    상기 코팅된 와이어를 감기 위한 유닛(8)
    을 포함하는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 와이어들의 전처리를 위한 유닛(2)은 상기 와이어들을 가열하기 위한 디바이스를 갖는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 와이어들을 피딩하기 위한 유닛(1)은 예열 경로인,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅제를 적용하기 위한 유닛(5)은 압출기(4)와 코팅제들을 피딩하기 위한 저장 컨테이너(3), 그리고 또한 상기 와이어들의 전처리를 위한 유닛(2)과 상기 코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛(6) 사이에 배열되고 코팅될 와이어가 통과하는 헤드 유닛(5')을 갖는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛(6)은 교차결합 유닛인,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 교차결합 유닛은 열 또는 고-에너지 방사선에 의한 교차결합을 수행할 수 있는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅된 와이어들의 후처리를 위한 유닛(6)의 다운스트림에 냉각 디바이스(7)가 배열되는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스.
  8. 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 방법으로서,
    코팅될 와이어가 유닛(1)을 통해 상기 와이어들의 전처리를 위한 유닛(2)에 피딩되는 단계;
    유닛(5)에서, 코팅 재료가 압출기(4)로부터 적용되는 단계;
    코팅제를 적용하기 위한 유닛(5)의 다운스트림에 배열된 유닛(6)에서, 후처리가 수행되는 단계; 및
    유닛(8)에서, 코팅된 와이어가 감기는 단계
    를 포함하는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    저장 컨테이너(3)를 통해 압출기(4)에 과립들이 피딩되고, 상기 압출기(4)로부터, 용융된 코팅제가 와이어를 코팅하기 위해 유닛(5')으로 전달되는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 유닛(6)에서의 후가교(post-crosslinking) 이후, 유닛(7)에서 냉각이 수행되는,
    전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 방법.
KR1020147006381A 2011-08-09 2012-08-07 전기 전도성 와이어들을 코팅하기 위한 디바이스 KR20140054215A (ko)

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