WO2023000010A1 - Verfahren/anlage zur herstellung eines isolierten elektrischen leiters - Google Patents

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electrical conductor
extrusion
extrusion tool
conductor
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Andreas EILENBERGER
Michael Waste
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Miba Emobility Gmbh
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    • H01B7/0208—Cables with several layers of insulating material
    • H01B7/0216—Two layers

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an insulated electrical conductor where after the electrical conductor is preheated and then at least one insulating layer made of thermoplastic polymers is extruded onto the electrical conductor with at least one extrusion tool.
  • the invention further relates to a system for producing an insulated electrical conductor, comprising a preheating device for preheating the electrical conductor and an extruder with an extrusion tool for extruding at least one insulating layer made of thermoplastic polymers onto the electrical conductor.
  • EP 3 226258 A1 describes a method for producing an insulated electrical conductor, which has the following method steps: Bombarding an electrical conductor arranged under a protective gas atmosphere with ions of the protective gas in a gas plasma to create a surface on the conductor to remove the oxide layer formed and/or to increase the surface energy of the conductor, and to apply an insulating coating to the surface of the electrical conductor under a protective gas atmosphere, the coating comprising a preferably outer insulating layer made of thermoplastic material, preferably made of PEEK or PPS.
  • EP 3 394 861 A1 discloses a method for producing an insulated electrical conductor, which has the following method steps: bombarding an electrical conductor which is arranged under a protective gas atmosphere with ions of the protective gas in a gas plasma in order to create a surface on the electrical conductor to remove the oxide layer formed on the conductor and/or to increase the surface energy of the electrical conductor; Application of an insulating coating to the surface of the electrical conductor, the insulating coating either at least one insulating layer made of thermoplastic material or at least one insulating layer made of thermoplastic material and a plastic material-containing intermediate layer, wherein either the at least one insulating layer is applied directly to the surface of the electrical conductor in a protective gas atmosphere or, in the event that the coating comprises the plastic-containing intermediate layer, at least the plastic-containing intermediate layer is applied in a protective gas atmosphere directly to the Surface of the electrical conductor is applied.
  • US 2020/0143987 A1 describes a system for forming insulation on magnet wire, the system comprising: an extruder with one or more rotating screws, the extruder receiving a plurality of components for a polymeric insulating material and processing the plurality of components in order to to facilitate polymerization of the polymeric insulation material within the extruder, the multiple components comprising (i) a monomer or a prepolymer and (ii) a reactant; an application assembly in fluid communication with the extruder and configured to apply the polymeric insulating material to a wire; and a curing device configured to cure the polymeric insulating material.
  • the object of the invention is achieved with the above-mentioned method for producing an insulated electrical conductor, according to which it is provided that the preheating of the electrical conductor is carried out immediately before the extrusion tool in a protective gas atmosphere.
  • the object of the invention is also achieved with the above-mentioned system for producing an insulated electrical conductor, in which the preheating device is arranged directly in front of the extrusion die and is designed for preheating the electrical conductor in a protective gas atmosphere.
  • thermoplastic polymer cools down more slowly after application.
  • thermal stresses in particular at the interface between metal and polymer, can be avoided or reduced.
  • This improves the adhesion of the thermoplastic polymer to the metal or reduces the risk of detachment. It is advantageous if the preheating takes place in an inert gas atmosphere, since the formation of surface contaminants that reduce adhesion can be avoided.
  • the insulating layer is applied by means of pressure extrusion.
  • the thermoplastic polymer is thus pressed more strongly onto the surface of the electrical conductor, as a result of which the surface roughness of the electrical conductor can be used to form a type of contact between the thermoplastic polymer and the electrical conductor.
  • the extrusion tool of the system can be a pressure extrusion tool or compression tool for this embodiment of the invention.
  • a further insulating layer is applied to the insulating layer.
  • this additional insulating layer it is possible to divide the tasks of the insulating layer itself, such as adhesion to the electrical conductor, mechanical strength, in particular abrasion resistance, insulating effect, etc., over several layers and thus select materials for the individual layers that are better able to perform parts of these tasks. Compromises with regard to the choice of material can thus be better avoided.
  • the further insulating layer is extruded on with the extrusion tool or at least one further extrusion tool, with which a corresponding simplification of the process can be achieved since a further extruder can be easily integrated into the production line.
  • the further insulating layer is (likewise) applied by means of pressure extrusion.
  • the insulating layer and the further insulating layer are applied by means of tandem extrusion, for which purpose the extrusion tool for the insulating layer and the further extrusion tool for the further insulating layer are arranged at a distance from one another. It is thus possible to better adapt the extrusion parameters to the polymers used, which means that different Polymers can be processed more easily. This in turn also enables a combination of thermoplastic and duroplastic materials to be used for the insulating layers.
  • the system can have a further extruder with a further extrusion tool for extruding at least one further insulating layer made of polymers of thermoplastics onto the electrical conductor, which is arranged at a distance from the first extruder.
  • the electrical conductor provided with the insulating layer is exposed to an increased temperature between the first and the second extrusion tool.
  • rapid cooling of the polymer melt emerging from the second extrusion tool and thus stress cracks can be avoided.
  • this also makes it possible to make the layer thickness more uniform or to improve the surface properties of the insulating layer adhering directly to the electrical conductor.
  • the system for carrying out this variant of the method can have a heating device between the first and the further extrusion tool.
  • this heating device is preferably a tunnel oven, since the electrical conductor provided with the first insulating layer is better protected against environmental influences, so that the operation of the heating device under normal atmospheric conditions does not pose a problem.
  • the insulating layer and the further insulating layer can be applied by means of coextrusion, with which a corresponding plant simplification and also a simplification of the process can be achieved.
  • the preheating of the electrical conductor can be carried out inductively.
  • the heat input into the electrical conductor can thus be easily controlled or regulated.
  • this also achieves very clean heating of the electrical conductor.
  • This has a positive effect on the surface properties of the electrical conductor and thus also on the adhesion of the insulating layer on the electrical conductor.
  • the electrical conductor is cleaned before the insulating layer is applied.
  • this cleaning is carried out before the preheating and/or during the preheating.
  • the cleaning can be carried out with a laser, for which purpose the system can have a laser arranged at least partially in or in front of the preheating device.
  • a laser has the advantage that the area acted upon in each case can be kept small. Since the metallic conductor also has good thermal conductivity, any heating of the conductor that may occur during cleaning can be quickly compensated for. In the long run, a change in the properties of the electrical conductor due to recrystallization effects can thus be avoided.
  • the insulating layer directly adhering to the electrical conductor is made from a polysulfone, in particular from polyphenylene sulfone or polyether sulfone.
  • the (inner) insulating layer also has good toughness and stability at high temperatures and improved oxidation resistance, which on the one hand can improve the flexibility of the insulated electrical conductor, but on the other hand also prevents the insulating layer from being exposed in the above-mentioned heating device between the two extrusion tools can be simplified.
  • a simplification of the process and plant can be achieved according to a further embodiment variant if the further insulating layer is (also) produced from a thermoplastic polymer (different from the polymer of the first insulating layer).
  • Devices for curing resins, as used in the prior art, can thus be dispensed with.
  • the further insulating layer can be produced from a polyetherke tone, with which the thermal properties of the insulated electrical conductor can be improved.
  • the further insulating layer can have a relatively high melting point, which means that these conductors can be used better in a wide variety of possible uses, such as electric motors.
  • 1 shows a system for producing an insulated electrical conductor
  • Fig. 4 shows an embodiment of a system for the production of an insulated electrical conductor's.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a system 1 for the production of an insulated electrical conductor's 2 (hereinafter referred to as conductor 2).
  • the conductor 2 consists of a metal or a metal alloy, for example copper or a copper alloy.
  • the conductor 2 can have a round, oval, at least approximately square, etc., cross-section.
  • the conductor 2 can have a diameter of between 2 mm and 10 mm or a side length of between 2 mm and 10 mm.
  • a flat conductor with a rectangular cross section can have a width of 2 mm to 8 mm and a height of 1 mm to 4 mm, for example.
  • the system 1 comprises an unwinding device 3, a preheating device 4, a first extruder 5 with a first extrusion tool 6, a second extruder 7 with a second extrusion tool 8, a take-off device 9, a winding device 10, optionally a dimension measuring device 11, optionally a spark -Tester 12.
  • the unwinding device 3 serves to hold a supply roll 13, which takes the conductor 2 and from which it is unwound for the production of the insulated conductor 2.
  • the conductor 2 of the system 1 can also be supplied differently, such as in the form of a rod or bar, etc.
  • the preheating device 4 is used to preheat the conductor 2 in order to improve the extrusion of electrical insulation 14 (hereinafter referred to simply as insulation 14) onto the electrical conductor 2 or the adhesion between the conductor 2 and the insulation 14.
  • insulation 14 is preferably applied directly to the conductor 2 .
  • an adhesion promoter is applied between the insulation 14 and the conductor 2, or the adhesion of the insulation 14 on the conductor 2 is improved with another technique. Techniques and methods of this type for improving the adhesion between a plastic and a metal are known from the prior art, so that no further explanations are given.
  • the preheating device 4 is arranged between the first extrusion tool 6 and the unwinding device 3 .
  • the conductor 2 is heated to a temperature of preferably between 160°C and 300°C.
  • the preheating can be done, for example, by radiant heat, e.g. by means of infrared heating devices, or by means of resistance heating elements, etc.
  • the conductor 2 is preheated inductively.
  • the preheating device 4 can comprise at least one electromagnetic induction device.
  • the conductor 2 is preheated in an inert gas atmosphere.
  • An inert gas can be used as the protective gas, such as nitrogen, argon, sulfur hexafluoride, etc.
  • the proportion of the protective gas in the atmosphere in the preheating device 4 can be, for example, between 50% by volume and 100% by volume, in particular between 80% by volume. -% and 100% by volume.
  • the preheating device 4 is designed in particular as a continuous preheating device.
  • Appropriate connections can be provided for feeding in the protective gas.
  • the protective gas can be introduced in counter-current or in direct current--relative to the direction of movement of the conductor 2.
  • the first extrusion tool 6 is arranged immediately after the preheating device 4, i.e. the preheated conductor 2 is introduced from the preheating device 4 directly into the first extrusion tool 6 and, at best, does not come into contact with the ambient atmosphere.
  • the distance between the first extrusion tool 6 and the preheating device 4 is therefore preferably 0 mm. Depending on the system, however, a slight gap of between 0.1 mm and 10 mm can be formed between the first extrusion tool 6 and the preheating device 4 .
  • the cavity 15 can be seen in FIG. 2, which shows a longitudinal section through the first extrusion tool 6 .
  • the extrusion tool 6 is preferably operated without a protective gas atmosphere, or generally, within the scope of the invention, the (polymeric) plastic for the insulation 14 (at least for the part of the insulation 14 directly adjacent to the conductor 2) is extruded onto the conductor 2 without a protective gas atmosphere.
  • a suitable separating device e.g. a partition, can be arranged between the preheating device 4 and the first extrusion die 6 . This can be arranged, for example, at the end of the preheating device 4 or at the entry into the first extrusion tool 6 .
  • the entry of the protective gas into the first extrusion tool 6 can also be avoided by the countercurrent flow of the protective gas in the preheating device 4 .
  • FIG. 1 A simplified representation of the first extrusion tool 6 is shown in FIG. This is nozzle-shaped and has a conductor inlet 16 .
  • the first extruder 5 produces a melt 17 made of a thermoplastic polymer mixed with auxiliaries and/or additives, such as rheological agents, dyes, etc., or Polymer mixture introduced into the first extrusion die 6. This can occur, for example, in a ring shape or via one or more inlets distributed over the circumference of the conductor 2 .
  • the cavity 15 can be formed with a constant cross-sectional area from the supply of the thermoplastic polymer (mixture).
  • thermoplastic polymer mixture
  • This has a favorable effect on the formation and adhesion of the polyme ren insulation 14 on the conductor 2 from.
  • first extrusion tool 6 can also be designed differently than shown in FIG.
  • the first extrusion tool 6 is preferably a pressure extrusion tool or compression tool, so that the insulation 14 can be applied by means of pressure extrusion.
  • the insulation 14, which is produced in the first extrusion tool 6, can have a layer thickness of between 20 ⁇ m and 250 ⁇ m.
  • the conductor 2 is therefore covered with the insulation 14, in particular completely covered.
  • This insulation 14 can be constructed in one layer.
  • the insulation 14 is at least two-layered or generally multi-layered. This can be done by means of tandem extrusion, for which purpose the location 1 according to FIG. 1 has the second extruder 7 with the second extrusion die 8 .
  • the insulation 14 has at least a first insulating layer 19 and a second insulating layer 20 or consists of it, as can be seen from FIG. 3, which shows a cross section through the conductor 2 provided with the insulation 14 .
  • the second extruder 7 and/or the second extrusion die 8 can be designed in the same way as the first extruder 5 or the first extrusion die 6. Reference is therefore made to the statements made above.
  • the second extruder 7 and/or the second extrusion tool 8 can also be designed differently from the first extruder 5 or first extrusion tool 6, for example with regard to the extruder screw(s) or the feeding of the melt into the tool, etc.
  • the second extrusion tool 8 can also be designed as a hose extrusion tool. In principle, he/she can second extruder 7 and/or the second extrusion die 8 correspond to the prior art for extruders or extrusion dies, so that reference is made to this prior art in order to avoid repetition.
  • the second insulating layer 20 can have a layer thickness of between 10 ⁇ m and 70 mm.
  • the second insulating layer 20 is preferably intended for the mechanical strength of the insulation 14 .
  • the insulation 14 is produced in a tandem extrusion process with two extruders 5, 7 and two extrusion dies 6, 8.
  • at least one of the further layers or insulating layers, which is/are applied to the first insulating layer 19, to be applied using a method different from the extrusion method, for example by means of spraying, in the case of multi-layer insulation 14. etc.
  • the first insulating layer 19 is extruded onto the conductor 2 in any case.
  • extrusion tools 6, 8 of the system 1 are designed as pressure extrusion tools.
  • first or only the second extrusion tool 6, 8 can be a pressure extrusion tool, so that only the first insulating layer 19 or only the second insulating layer 20 can be applied by means of pressure extrusion.
  • the first insulating layer 19 is applied to the conductor 2 by pressure extrusion.
  • the extrusion tools 6, 8 preferably have a plurality of cavities 14 for the introduction of the conductor 2.
  • thermoplastic polymers can be used for the insulation 14, such as thermoplastic polyimides ("PI”), aromatic polyamides, aromatic polyesters, polyphenylene sulfide (“PPS”), polysulfones (PSU, polyaryletherketones [PAEK]), selected from the group consisting made of polyether ketone [PEK], polyether ether ketone [PEEK], polyether ketone ketone [PEKK], polyether ether ketone ketone [PEEKK], polyether ketone ether ketone ketone [PEKEKK] and combinations thereof.
  • Polyether ether ketone [PEEK] has proven to be particularly well suited for the at least one insulation layer Fluoropolymers, siloxane group polymers, etc.
  • the two insulating layers 19, 20 preferably have different thermoplastic polymers or consist of them.
  • a polymer is preferably used for the first insulating layer 19, which has a low dielectric constant at the application temperature of the conductor 2.
  • the first insulating layer 19 is produced from a polysulfone, in particular from polyphenylene sulfone PPSU or polyether sulfone PESU.
  • the second insulating layer is produced from a polysulfone, in particular from polyphenylene sulfone PPSU or polyether sulfone PESU.
  • 20 is made from a polyetherketone, in particular from polyaryletherketone.
  • the geometry and quality of the insulation 14 can be measured using conventional measuring devices such as the dimension measuring device 11 and the spark tester 12 on the second extrusion tool 8 in the direction of movement of the conductor 2 through the system 1 can be checked. Since these are known measuring devices, reference is made to the relevant prior art for details in order to avoid repetition.
  • This cooling device 21 can be arranged in the direction of movement of the conductor 2 after the last measuring device and before the extraction device 9 . However, it can also be arranged between the second extrusion tool 8 and the first measuring device or between two measuring devices. However, the arrangement between the last measuring device and the pull-off device 9 has the advantage that part of the heat energy is already given off by the insulated conductor 2 in advance, so that the cooling energy requirement is lower.
  • the cooling device 21 can be a cooling tunnel, for example. It is possible to use a gaseous and/or liquid coolant in the cooling device 21 . If the cooling device 21 is a cooling tunnel, it can be operated countercurrently or cocurrently.
  • the trigger device 9 can, for example, be a caterpillar trigger or a belt trigger, where other trigger devices 9 can also be used. However, damage to the insulation 14 by the trigger device 9 should be avoided. From the pulling device 9 is used to pull the conductor 2 through the system 1.
  • a supply roll 22 can be held rotatably, onto which the insulated conductor 2 is wound.
  • the winding device 10 After the winding device 10 is arranged in the direction of movement of the conductor 2 after the withdrawal device 9, it can have its own drive for the rotary movement of the supply roll 22 when winding the insulated conductor 2.
  • the system 1 according to FIG. 1 is designed for tandem extrusion.
  • the two extruders 5, 7 can be arranged so far apart that a heating device 23 can be arranged between them between the first and the further extrusion tool 6, 8 in order to heat the conductor provided with the first insulating layer 19 2 between the first and the second extrusion tool 6, 8 to be able to expose an elevated temperature.
  • the temperature can be between 100 °C and 350 °C.
  • the first insulating layer 19 is not (on) melted in the heating device 23 .
  • this heating device 23 is designed as a tunnel oven.
  • the heating device 23 can also be configured differently.
  • the conductor 2 provided with the first insulating layer 19 can be heated with resistor heating elements. However, other heating elements can also be used, such as IR heating elements, etc.
  • FIGS. 1 to 3 shows a further embodiment of the system 1, which may be independent in itself, with the same reference numbers or component designations as in FIGS. 1 to 3 being used for the same parts. In order to avoid unnecessary repetitions, reference is made to the detailed description of FIGS. 1 to 3.
  • the system 1 according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 1 in that the insulation 14 is applied to the conductor 2 with the system 1 according to FIG. 4 in a coextrusion process.
  • the system 1 again includes the first extruder 5 and the second extruder 7. Both extruders 5, 7 are connected to the common extrusion die 6, into which they enter the respective thermoplastic polymer material to produce a multi-layer insulation 14. If the extrusion tool 6 is designed accordingly, insulation 14 can also be produced with it, which has the first insulating layer 19 and the second insulating layer 20, so that a corresponding structure of the insulation can also be achieved with this method as with the tandem method.
  • the preheating device 4 arranged directly in front of the extrusion tool 6 is also provided in this embodiment variant of the system 1 .
  • the extrusion tool 6 is also preferably operated without a protective gas atmosphere. In this regard, reference is made to the statements made above.
  • the surface of the conductor 2 can be cleaned before the insulation 14 is fitted. This can be carried out before the conductor 2 is preheated with the preheating device 4 and/or in the preheating device 4 .
  • the cleaning of the conductor 2 can be done mechanically, for example.
  • it can be provided that the cleaning of the surface of the conductor 2 is carried out with at least one laser, which is arranged in front of, in particular immediately in front of, the preheating device 4 or at least partially in the preheating device 4 .
  • the exemplary embodiments show or describe possible embodiment variants of system 1, it being noted at this point that combinations of the individual embodiment variants with one another are also possible.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters (2) wonach der elektrische Leiter (2) vorgewärmt wird und danach auf den elektrischen Leiter (2) zumindest eine erste Isolierschicht (19) aus Polymeren von Thermoplasten mit zumindest einem ersten Extrusionswerkzeug (6) aufextrudiert wird. Die Vorerwärmung des elektrischen Leiters (2) erfolgt unmittelbar vor dem ersten Extrusionswerkzeug (6) unter Schutzgasatmosphäre.

Description

VERFAHREN/ANLAGE ZUR HERSTELLUNG EINES ISOLIERTEN ELEKTRISCHEN
LEITERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters wo nach der elektrische Leiter vorgewärmt wird und danach auf den elektrischen Leiter zumin dest eine Isolierschicht aus Polymeren von Thermoplasten mit zumindest einem Extrusions- werkzeug aufextrudiert wird.
Weiter betrifft die Erfindung eine Anlage zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters umfassend eine Vorwärmeinrichtung zur Vorwärmung des elektrischen Leiters und einen Extruder mit einem Extrusionswerkzeug zum Aufextrudieren zumindest einer Isolierschicht aus Polymeren von Thermoplasten auf den elektrischen Leiter.
Der Stand der Technik beschreibt verschiedene Verfahren zum Aufbringen einer Isolier schicht auf einen elektrischen Leiter. Beispielsweise beschreibt die EP 3 226258 Al be schreibt ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters, welches folgende Verfahrens schritte aufweist: Beschießen eines unter einer Schutzgasatmosphäre angeordneten elektrischen Leiters mit Ionen des Schutzgases in einem Gas-Plasma, um eine auf der Ober fläche des Leiters ausgebildete Oxidschicht zu entfernen und/oder die Oberflächenenergie des Leiters zu erhöhen, und Aufbringen einer isolierenden Beschichtung auf die Oberfläche des elektrischen Leiters unter Schutzgasatmosphäre, wobei die Beschichtung eine, vorzugsweise äußere, Isolations Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, vorzugsweise aus PEEK oder PPS, umfasst.
Aus der EP 3 394 861 Al ist ein Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Lei ters bekannt, welches folgende Verfahrens schritte aufweist: Beschießen eines unter einer Schutzgasatmosphäre angeordneten elektrischen Leiters mit Ionen des Schutzgases in einem Gas-Plasma, um eine auf der Oberfläche des elektrischen Leiters ausgebildete Oxidschicht zu entfernen und/oder die Oberflächenenergie des elektrischen Leiters zu erhöhen; Aufbringen einer isolierenden Beschichtung auf die Oberfläche des elektrischen Leiters, wobei die isolie rende Beschichtung entweder zumindest eine Isolationsschicht aus thermoplastischem Kunst stoff oder zumindest eine Isolations Schicht aus thermoplastischem Kunststoff und eine Kunst- stoff enthaltende Zwischenschicht umfasst, wobei entweder die zumindest eine Isolations schicht unter Schutzgasatmosphäre unmittelbar auf die Oberfläche des elektrischen Leiters aufgebracht wird oder, in dem Fall, dass die Beschichtung die Kunststoff enthaltende Zwi schenschicht umfasst, zumindest die Kunststoff enthaltende Zwischenschicht unter Schutz gasatmosphäre unmittelbar auf die Oberfläche des elektrischen Leiters aufgebracht wird.
Die US 2020/0143987 Al beschreibt ein System zum Bilden einer Isolierung auf Magnet draht, wobei das System umfasst: einen Extruder mit einer oder mehreren rotierenden Schne cken, wobei der Extruder mehrere Bestandteile für ein polymeres Isoliermaterial aufnimmt und die mehreren Bestandteile verarbeitet, um die Polymerisation des polymeren Isoliermate rials innerhalb des Extruders zu erleichtern, wobei die mehreren Bestandteile umfassen (i) ein Monomer oder ein Präpolymer und (ii) einen Reaktanten; eine Auftragungsanordnung in Flu idverbindung mit dem Extruder und konfiguriert zum Aufträgen des polymeren Isoliermateri als auf einen Draht; und eine Aushärtevorrichtung, die konfiguriert ist, um das polymere Iso liermaterial auszuhärten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Möglichkeit zu schaffen, mit der elektrische Leiter bereitgestellt werden können, die eine elektrische Isolierung aufweisen, die eine gute Haftung auf dem Leiter aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird mit dem eingangs genannten Verfahren zur Herstellung ei nes isolierten elektrischen Leiters gelöst, wonach vorgesehen ist, dass die Vorerwärmung des elektrischen Leiters unmittelbar vor dem Extrusionswerkzeug unter Schutzgasatmosphäre durchgeführt wird.
Weiter wird die Aufgabe der Erfindung mit der eingangs genannten Anlage zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters gelöst, bei der die Vorwärmeinrichtung unmittelbar vor dem Extrusionswerkzeug angeordnet und für die Vorwärmung des elektrischen Leiters unter Schutzgasatmosphäre ausgebildet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass über die Vorwärmung des elektrischen Leiters dessen Oberfläche eine Temperatur aufweist, dass das nachfolgend aufgebrachte thermoplastische Polymer nach dem Aufträgen langsamer abkühlt. Durch diese langsamere Abkühlung können thermische Spannungen, insbesondere an der Grenzfläche zwischen Metall und Polymer vermieden bzw. reduziert werden. Dies wiederum verbessert die Haftung des thermoplastischen Polymers am Metall bzw. verringert die Gefahr der Ablösung. Dabei ist von Vorteil, wenn die Vorwärmung unter Schutzgasatmosphäre erfolgt, da damit die Ausbildung von die Haftung verringernden, oberflächlichen Verunreinigungen vermieden werden kann.
Gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung kann zur Verbesserung der Haftung des thermoplastischen Polymers auf dem elektrischen Leiter vorgesehen sein, dass die Isolier schicht mittels Druckextrusion aufgebracht wird. Anders als bei der Schlauchextrusion wird damit das thermoplastische Polymer stärker auf die Oberfläche des elektrischen Leiters ge presst, wodurch die Oberflächenrauigkeit des elektrischen Leiters genutzt werden kann, um eine Art Lormschluss zwischen dem thermoplastischen Polymer und dem elektrischen Leiter auszubilden. Das Extrusionswerkzeug der Anlage kann für diese Ausführungsvariante der Er findung ein Druckextrusionswerkzeug bzw. Kompressionswerkzeug sein.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass auf die Isolierschicht eine weitere Isolierschicht aufgebracht wird. Mit dieser weiteren Isolierschicht ist es möglich, die Aufgaben der Isolierschicht an sich, wie beispielsweise die Haftung am elektrischen Leiter, die mechanische Belastbarkeit, insbesondere die Abriebbeständigkeit, die Isolierwirkung, etc., auf mehrere Schichten aufzuteilen und damit für die einzelnen Schichten Werkstoffe zu wählen, die Teile dieser Aufgaben besser erfüllen können. Kompromisse hin sichtlich der Werkstoffauswahl können damit besser vermieden werden.
Dabei kann nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die weitere Isolierschicht mit dem Extrusionswerkzeug oder zumindest einem weiteren Extrusionswerkzeug aufextru diert wird, womit eine entsprechende Verfahrensvereinfachung erreicht werden kann, da ein weiterer Extruder einfach in die Produktionslinie integrierbar ist.
Aus den voranstehend genannten Gründen kann nach einer Ausführungsvariante der Erfin dung vorgesehen sein, dass die weitere Isolierschicht (ebenfalls) mittels Druckextrusion auf gebracht wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Iso lierschicht und die weitere Isolierschicht mittels Tandemextrusion aufgebracht werden, wozu das Extrusionswerkzeug für die Isolierschicht und das weitere Extrusionswerkzeug für die weitere Isolierschicht distanziert zueinander angeordnet werden. Es ist damit möglich, die Extrusionsparameter besser an die eingesetzten Polymere anzupassen, womit unterschiedliche Polymere einfacher verarbeitet werden können. Dies wiederum ermöglicht auch eine Kombi nation aus thermoplastischen und duroplastischen Materialien für die Isolierschichten einzu setzen. Zur Durchführung dieses Verfahrens kann die Anlage nach einer Ausführungsvariante einen weiteren Extruder mit einem weiteren Extru sions Werkzeug zum Aufextrudieren zumin dest einer weiteren Isolierschicht aus Polymeren von Thermoplasten auf den elektrischen Lei ter aufweisen, der beabstandet zum ersten Extruder angeordnet ist.
Entsprechend einer Ausführungsvariante dazu kann vorgesehen sein, dass der mit der Isolier schicht versehene elektrische Leiter zwischen dem ersten und dem zweiten Extrusionswerk- zeug einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird. Einerseits kann damit wiederum ein zu ra sches Abkühlen der aus dem zweiten Extrusionswerkzeug austretenden Polymerschmelze und damit Spannungsrisse vermieden werden. Andererseits kann damit auch eine Vergleichmäßi gung der Schichtdicke bzw. eine Verbesserung der Oberflächeneigenschaften der unmittelbar an dem elektrischen Leiter anhaftenden Isolierschicht ermöglicht werden. Die Anlage zur Durchführung dieser Verfahrensvariante kann wischen dem ersten und dem weiteren Extrusi- onswerkzeug eine Heizvorrichtung aufweisen. Vorzugsweise ist diese Heizvorrichtung nach einer weiteren Ausführungsvariante der Anlage ein Tunnelofen, da damit der mit der ersten Isolierschicht versehene elektrische Leiter besser vor Umwelteinflüssen geschützt ist, sodass der Betrieb der Heizvorrichtung unter normalen Atmosphärenbedingungen kein Problem dar stellt.
Nach einer anderen Ausführungsvariante der Erfindung kann die Isolierschicht und die wei tere Isolierschicht mittels Coextrusion aufgebracht werden, womit eine entsprechende Anla genvereinfachung und auch eine Verfahrens Vereinfachung erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung kann die Vorerwärmung des elektrischen Leiters induktiv durchgeführt werden. Einerseits ist damit der Wärmeeintrag in den elektrischen Leiter gut steuerbar bzw. regelbar. Andererseits wird damit aber auch ein sehr saubere Erwärmung des elektrischen Leiters erreicht. Dies wiederum wirkt sich positiv auf die Oberflächeneigenschaften des elektrischen Leiters und damit auch auf die Haftung der Isolierschicht auf dem elektrischen Leiter aus. Zur Verbesserung der Haftung der Isolierschicht ist es weiter von Vorteil, wenn der elektri sche Leiter vor dem Auftrag der Isolierschicht gereinigt wird. Dazu kann nach einer Ausfüh- rungsvariante der Erfindung vorgesehen sein, dass diese Reinigung vor der Vorerwärmung und/oder während der Vorerwärmung durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsvariante dazu kann die Reinigung mit einem Laser durchgeführt werden, wozu die Anlage einen zumindest teilweise in oder vor der Vorwärmeinrichtung an geordneten Laser aufweisen kann. Der Einsatz eines Lasers hat den Vorteil, dass die jeweils beaufschlagte Lläche klein gehalten werden kann. Nachdem der metallische Leiter auch eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, kann eine gegebenenfalls bei der Reinigung auftretende Er wärmung des Leiters rasch ausgeglichen werden. In der Lolge kann damit eine Veränderung der Eigenschaften des elektrischen Leiters aufgrund von Rekristallisationseffekten vermieden werden.
Prinzipiell können unterschiedlichste Polymere für die Isolierschicht eingesetzt werden. Ent sprechend einer Ausführungsvariante wird die unmittelbar an dem elektrischen Leiter anhaf tende Isolierschicht jedoch aus einem Polysulfon hergesteht, insbesondere aus Polyphenylen- sulfon oder Polyethersulfon. Die (innere) Isolierschicht weist damit neben den gewünschten elektrischen Isoliereigenschaften auch eine gute Zähigkeit und Stabilität bei hohen Tempera turen und eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit, auf, womit einerseits die Biegbarkeit des isolierten elektrischen Leiters verbessert werden kann, andererseits aber auch das Aussetzen der Isolierschicht in der voranstehend genannten Heizeinrichtung zwischen den beiden Extru- sionswerkzeugen vereinfacht werden kann.
Eine Verfahrens- und Anlagenvereinfachung kann gemäß einer weiteren Ausführungsvariante dadurch erreicht werden, wenn (auch) die weitere Isolierschicht aus einem (zum Polymer der ersten Isolierschicht unterschiedlichen) Polymer von Thermoplasten hergestellt wird. Es kann damit auf Einrichtungen zur Aushärtung von Harzen, wie sie im Stand der Technik eingesetzt werden, verzichtet werden.
Nach einer Ausführungsvariante dazu kann die weitere Isolierschicht aus einem Polyetherke ton hergestellt werden, womit die thermischen Eigenschaften des isolierten elektrischen Lei ters verbessert werden können. Insbesondere wenn Polyaryletherketone eingesetzt werden, kann durch die sterische Bedingungen die weitere Isolierschicht einen relativ hohen Schmelz punkt aufweisen, womit diese Leiter besser in unterschiedlichsten Verwendungsmöglichkei ten, wie beispielsweise Elektromotoren, einsetzbar sind.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen jeweils in vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Anlage zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch ein Extrusionswerkzeug;
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen isolierten elektrischen Leiter;
Fig. 4 eine Ausführungsvariante einer Anlage zur Herstellung eines isolierten elektri schen Leiters.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen wer den, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf glei che Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen wer den können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, un ten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante einer Anlage 1 zur Herstellung eines isolierten elektri schen Leiters 2 (im Folgenden nur mehr Leiter 2 bezeichnet). Der Leiter 2 besteht aus einem Metall bzw. einer metallischen Legierung, beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegie rung. Der Leiter 2 kann einen runden, ovalen, zumindest annähernd viereckigen, etc., Quer schnitt aufweisen. Beispielsweise kann der Leiter 2 einen Durchmesser zwischen 2 mm und 10 mm bzw. eine Seitenlänge zwischen 2 mm und 10 mm aufweisen. Ein Flachleiter mit rechteckförmigen Querschnitt kann beispielsweise eine Breite von 2 mm bis 8 mm und eine Höhe von 1 mm bis 4 mm aufweisen. Die Anlage 1 umfasst eine Abwickelvorrichtung 3, eine Vorwärmeinrichtung 4, einen ersten Extruder 5 mit einem ersten Extrusionswerkzeug 6, einen zweiten Extruder 7 mit einem zwei ten Extrusionswerkzeug 8, eine Abzugvorrichtung 9, eine Aufwickelvorrichtung 10, gegebe nenfalls ein Dimensionsmessgerät 11, gegebenenfalls einen Spark-Tester 12.
Die Abwickelvorrichtung 3 dient der Aufnahme einer Vorratsrolle 13, die den Leiter 2 auf nimmt und von der dieser für die Herstellung des isolierten Leiters 2 abgewickelt wird. Prinzi piell kann der Leiter 2 der Anlage 1 auch anders zugeführt werden, wie beispielsweise stab förmig oder stangenförmig, etc.
Die Vorwärmeinrichtung 4 dient der Vorwärmung des Leiters 2, um damit das Aufextrudieren einer elektrischen Isolierung 14 (im Folgenden nur mehr Isolierung 14 bezeichnet) auf den elektrischen Leiter 2 bzw. die Haftung zwischen dem Leiter 2 und der Isolierung 14 zu ver bessern. Vorzugsweise wird die Isolierung 14 direkt auf den Leiter 2 aufgebracht. Es kann aber auch vorgesehen, dass zwischen der Isolierung 14 und dem Leiter 2 ein Haftvermittler aufgebracht ist, bzw. die Haftung der Isolierung 14 auf dem Leiter 2 mit einer anderen Tech nik verbessert wird. Derartige Techniken bzw. Verfahren zur Verbesserung der Haftung zwi schen einem Kunststoff und einem Metall sind aus dem Stand der Technik bekannt, sodass auf weitere Ausführungen dazu verzichtet wird.
Die Vorwärmeinrichtung 4 ist zwischen dem ersten Extrusionswerkzeug 6 und der Abwickel vorrichtung 3 angeordnet. In ihr wird der Leiter 2 auf eine Temperatur von bevorzugt zwi schen 160 °C und 300 °C erwärmt. Die Vorwärmung kann beispielsweise durch Strahlungs wärme, z.B. mittel Infrarot- Heizeinrichtungen, oder mittels Widerstandsheizelementen, etc., erfolgen. In der bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Vorwärmung des Leiters 2 aber induktiv. Dazu kann die Vorwärmeinrichtung 4 zumindest eine elektromagnetische Indukti onsvorrichtung umfassen.
Die Vorerwärmung des Leiters 2 erfolgt unter Schutzgasatmosphäre. Als Schutzgas kann ein Inertgas eingesetzt werden, wie beispielsweise Stickstoff, Argon, Schwefelhexafluorid, etc. Der Anteil des Schutzgases an der Atmosphäre in der Vorwärmeinrichtung 4 kann beispiels weise zwischen 50 Vol.-% und 100 Vol.-%, insbesondere zwischen 80 Vol.-% und 100 Vol.- %, betragen. Die Vorwärmeinrichtung 4 ist insbesondere als Durchlaufvorwärmeinrichtung ausgebildet.
Für die Einspeisung des Schutzgases können entsprechende Anschlüsse vorgesehen sein. Das Schutzgas kann im Gegenstrom oder im Gleichstrom - bezogen auf die Bewegungsrichtung des Leiters 2 - eingebracht werden.
Unmittelbar anschließend an die Vorwärmeinrichtung 4 ist das erste Extrusionswerkzeug 6 angeordnet, d.h. dass der vorgewärmte Leiter 2 aus der Vorwärmeinrichtung 4 unmittelbar in das erste Extrusionswerkzeug 6 eingebracht wird, und bestenfalls mit der Umgebungsat mosphäre nicht in Berührung gelangt. Der Abstand zwischen dem ersten Extrusionswerkzeug 6 und der Vorwärmeinrichtung 4 beträgt also vorzugsweise 0 mm. Anlagenbedingt kann aber ein geringfügiger Spalt zwischen 0,1 mm und 10 mm zwischen dem ersten Extrusionswerk zeug 6 und der Vorwärmeinrichtung 4 ausgebildet sein.
Gegebenenfalls besteht die Möglichkeit, dass das erste Extrusionswerkzeug 6 und die Vor wärmeinrichtung 4 miteinander verbunden sind, sodas s also der Leiter 2 vom Innenraum der Vorwärmeinrichtung 4 in eine Kavität 15 des ersten Extrusionswerkzeuges 6 übergeht. Die Kavität 15 ist aus Fig. 2 ersichtlich, die einen Längsschnitt durch das erste Extrusionswerk zeug 6 zeigt.
Bevorzugt wird das Extrusionswerkzeug 6 ohne Schutzgasatmosphäre betrieben, bzw. gene rell im Rahmen der Erfindung der (polymere) Kunststoff für die Isolierung 14 (zumindest für die unmittelbar an dem Leiter 2 anliegende Teil der Isolierung 14) ohne Schutzgasatmosphäre auf den Leiter 2 aufextrudiert. Dazu kann bei Bedarf zwischen der Vorwärmeinrichtung 4 und dem ersten Extrusionswerkzeug 6 eine entsprechende Trenneinrichtung, z.B. ein Schott, ange ordnet sein. Diese kann beispielsweise am Ende der Vorwärmeinrichtung 4 oder am Eintritt in das erste Extrusionswerkzeug 6 angeordnet sein. Der Eintritt des Schutzgases in das erste Extrusionswerkzeug 6 kann auch durch die Gegenstromführung des Schutzgases in der Vor wärmeinrichtung 4 vermieden werden.
Eine vereinfachte Darstellung des ersten Extrusionswerkzeugs 6 ist in Fig. 2 gezeigt. Dieses ist düsenförmig ausgebildet und weist einen Leitereinlass 16 auf. Im weiteren Verlauf in der Bewegungsrichtung des Leiters 2 durch das erste Extrusionswerkzeug 6 wird aus dem ersten Extruder 5 eine Schmelze 17 aus einem, gegebenenfalls mit Hilfsmitteln und/oder Zusatzstof fen, wie z.B. Rheologiemitteln, Farbstoffen, etc., versetztem thermoplastischen Polymer oder Polymergemisch in das erste Extrusionswerkzeug 6 eingeführt. Dies kann z.B. ringförmig er folgen oder über eine oder mehrere, über den Umfang des Leiters 2 verteilt angeordnete Ein- lässe erfolgen. Die Kavität 15 kann ab der Zufuhr des thermoplastischen Polymer(gemisches) mit gleichbleibender Querschnittsfläche ausgebildet sein. Sie kann aber auch in Richtung auf einen Auslass 18, an dem der mit dem thermoplastischen Polymer(gemisch), insbesondere vollständig, ummantelte Leiter 2 aus dem ersten Extrusionswerkzeug 6 austritt, sich verjüng end ausgebildet sein. Dies wirkt sich günstig auf die Ausbildung und die Haftung der polyme ren Isolierung 14 auf dem Leiter 2 aus.
Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass das erste Extrusionswerkzeug 6 auch anders als in Fig. 2 dargestellt ausgebildet sein kann, sofern der Leiter 2 durch das erste Extrusionswerkzeug 6 im Durchlaufverfahren bewegt werden kann und damit mit der Isolierung 14 versehen wird.
Vorzugsweise ist das erste Extrusionswerkzeug 6 ein Druckextrusionswerkzeug bzw. Kom pressionswerkzeug, sodass die Isolierung 14 mittels Druckextrusion aufgebracht werden kann.
Die Isolierung 14, die im ersten Extrusionswerkzeug 6 erzeugt wird, kann eine Schichtdicke zwischen 20 pm und 250 pm aufweisen.
Im ersten Extrusionswerkzeug 6 wird also der Leiter 2 mit der Isolierung 14 ummantelt, ins besondere vollständig ummantelt. Diese Isolierung 14 kann einschichtig ausgebildet sein. In der bevorzugten Ausführungsvariante ist die Isolierung 14 zumindest zweischichtig bzw. ge nerell mehrschichtig ausgebildet. Dies kann mittels Tandemextrusion erfolgen, wofür die An lage 1 nach Fig. 1 den zweiten Extruder 7 mit dem zweiten Extrusionswerkzeug 8 aufweist. Die Isolierung 14 weist bei diesen Ausführungsvarianten mit zumindest einer ersten Isolier schicht 19 und einer zweiten Isolierschicht 20 auf bzw. besteht daraus, wie dies aus Fig. 3 zu ersehen ist, die einen Querschnitt durch den mit der Isolierung 14 versehenen Leiter 2 zeigt.
Der zweite Extruder 7 und/oder das zweite Extrusionswerkzeug 8 kann/können gleich ausge bildet sein, wie der erste Extruder 5 bzw. das erste Extrusionswerkzeug 6. Es sei daher auf die voranstehenden Ausführungen dazu verwiesen. Der zweite Extruder 7 und/oder das zweite Extrusionswerkzeug 8 kann/können auch unterschiedlich zum ersten Extruder 5 bzw. ersten Extrusionswerkzeug 6 ausgebildet sein, beispielsweise hinsichtlich der Extruderschnecke(n) oder der Zuführung der Schmelze in das Werkzeug, etc. Das zweite Extrusionswerkzeug 8 kann auch als Schlauchextrusionswerkzeug ausgebildet sein. Prinzipiell kann/können der zweite Extruder 7 und/oder das zweite Extrusionswerkzeug 8 aber dem Stand der Technik für Extruder bzw. Extrusionswerkzeuge entsprechen, sodass zur Vermeidung von Wiederholun gen auf diesen Stand der Technik verwiesen sei.
Die zweite Isolierschicht 20 kann eine Schichtdicke zwischen 10 pm und 70 m m aufweisen. Die zweite Isolierschicht 20 ist vorzugsweise für die mechanische Festigkeit der Isolierung 14 gedacht.
Mit der Anlage 1 nach Fig. 1 wird die Isolierung 14 im Tandemextrusionsverfahren mit zwei Extrudern 5, 7 und zwei Extrusionswerkzeugen 6, 8 erzeugt. Es ist im Rahmen der Erfindung aber auch möglich, dass bei einer mehrschichtigen Isolierung 14 zumindest eine der weiteren Schichten bzw. Isolierschichten, die auf die erste Isolierschicht 19 aufgebracht wird/werden, nach einem zum Extrusionsverfahren unterschiedlichen Verfahren aufgebracht wird, bei spielsweise mittels Sprühtechnik, etc. Die erste Isolierschicht 19 wird aber jedenfalls auf den Leiter 2 aufextrudiert.
Weiter besteht die Möglichkeit, dass nicht beide oder alle Extrusionswerkzeuge 6, 8 der An lage 1 als Druckextrusionswerkzeuge ausgebildet sind. Beispielsweise kann nur das erste oder nur das zweite Extrusionswerkzeug 6, 8 ein Druckextrusionswerkzeug sein, sodass also nur die erste Isolierschicht 19 oder nur die zweite Isolierschicht 20 mittels Druckextrusion aufge bracht werden können. In der bevorzugten Ausführungsvariante wird die erste Isolierschicht 19 mittels Druckextrusion auf den Leiter 2 aufgebracht.
Je nach Ausführung der Extrusionswerkzeuge 6, 8 kann ein einzelner Leiter 2 oder können mehrere Leiter 2 parallel verarbeitet werden. In letzterem Fall weisen die Extrusionswerk zeuge 6, 8 vorzugsweise mehrere Kavitäten 14 für die Einführung der Leiter 2 auf. Es ist aber auch möglich, mehrere erste und/oder mehrere zweite Extrusionswerkzeuge 6, 8 vorzusehen, wobei die mehreren ersten Extrusionswerkzeuge 6 von einem oder mehreren ersten Extrudern 5 und/oder die mehreren zweiten Extrusionswerkzeuge 8 von einem oder mehreren zweiten Extrudern 7 mit der Polymerschmelze versorgt werden.
Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, wird die zweite Isolierschicht 20 vorzugsweise direkt auf die erste Isolierschicht 19 aufgebracht. Für die Isolierung 14 können unterschiedlichste thermoplastische Polymere eingesetzt wer den, wie beispielsweise thermoplastische Polyimide ("PI"), aromatisches Polyamide, aromati scher Polyester, Polyphenylensulfid ("PPS"), Polysulfone (PSU, Polyaryletherketone [PAEK], ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyetherketon [PEK], Polyetheretherketon [PEEK], Polyetherketonketon [PEKK], Polyetheretherketonketon [PEEKK], Polyetherketo netherketonketon [PEKEKK] und Kombinationen davon ist. Als besonders gut geeignet für die zumindest eine Isolationsschicht hat sich Polyetheretherketon [PEEK] erwiesen Fluorpo lymere, Polymere der Siloxangruppe, usw.
Im Falle einer mehrschichtigen Isolierung 14 weisen die beiden Isolierschichten 19, 20 vor zugsweise unterschiedliche thermoplastische Polymere auf bzw. bestehen daraus. Bevorzugt wird für die erste Isolierschicht 19 ein Polymer eingesetzt, das bei Anwendung stemperatur des Leiters 2 eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist. Insbesondere kann nach einer Ausführungsvariante vorgesehen sein, dass die erste Isolierschicht 19 aus einem Polysulfon hergestellt wird, insbesondere aus Polyphenylensulfon PPSU oder Polyethersulfon PESU. Nach einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die zweite Isolierschicht
20 aus einem Polyetherketon hergestellt wird, insbesondere aus Polyaryletherketon.
Nach dem Austritt des mit der, insbesondere zweischichtigen, Isolierung 14 versehenen Lei ters 2 aus dem Extru sions Werkzeug 8 kann die Geometrie und die Qualität der Isolierung 14 mittels herkömmlicher Messgeräte, wie dem Dimensionsmessgerät 11 und dem Spark-Tester 12 die an das zweite Extrusionswerkzeug 8 in der Bewegungsrichtung des Leiters 2 durch die Anlage 1 anschließen, überprüft werden. Da es sich dabei um bekannte Messgeräte handelt, sei bezüglich Einzelheiten dazu zur Vermeidung von Wiederholungen auf den dafür einschlä gigen Stand der Technik verwiesen.
Bevor der nunmehr isolierte Leiter 2 in der Aufwickelvorrichtung 10, die dem Stand der Technik entsprechen kann, wieder aufgewickelt wird, kann dieser noch eine Kühlvorrichtung
21 durchlaufen. Diese Kühlvorrichtung 21 kann in der Bewegungsrichtung des Leiters 2 nach dem letzten Messgerät und vor der Abzugvorrichtung 9 angeordnet sein. Sie kann aber auch zwischen dem zweiten Extrusionswerkzeug 8 und dem ersten Messgerät oder zwischen zwei Messgeräten angeordnet sein. Die Anordnung zwischen dem letzten Messgerät und der Ab zugvorrichtung 9 hat jedoch den Vorteil, dass ein Teil der Wärmeenergie vorab bereits vom isolierten Leiter 2 abgegeben wird, sodas s der Kühlenergiebedarf geringer ist. Die Kühlvorrichtung 21 kann beispielsweise ein Kühltunnel sein. Es ist möglich ein gasförmi ges und/oder flüssiges Kühlmittel in der Kühlvorrichtung 21 einzusetzen. Falls die Kühlvor richtung 21 ein Kühltunnel ist, kann dieser im Gegenstrom oder im Gleichstrom betrieben werden.
Die Abzugvorrichtung 9 kann beispielsweise ein Raupenabzug oder ein Bandabzug sein, wo bei auch andere Abzugvorrichtungen 9 eingesetzt werden können. Es sollte dabei aber eine Beschädigung der Isolierung 14 durch die Abzugvorrichtung 9 vermieden werden. Die Ab zugvorrichtung 9 dient dazu den Leiter 2 durch die Anlage 1 zu ziehen.
In der Aufwickelvorrichtung 10 kann eine Vorratsrolle 22 drehbar gehalten sein, auf die der isolierte Leiter 2 aufgewickelt wird. Nachdem die Aufwickelvorrichtung 10 in Bewegungs richtung des Leiters 2 nach der Abzugvorrichtung 9 angeordnet ist, kann diese einen eigenen Antrieb für die Drehbewegung der Vorratsrolle 22 beim Aufwickeln des isolierten Leiters 2 aufweisen.
Wie bereits ausgeführt ist die Anlage 1 nach Fig. 1 für die Tandemextrusion konzipiert. Dabei können nach einer Ausführungsvariante die beiden Extruder 5, 7 so weit voneinander entfernt angeordnet sein, dass zwischen diesen wischen dem ersten und dem weiteren Extrusionswerk zeug 6, 8 eine Heizvorrichtung 23 angeordnet werden kann, um damit den mit der ersten Iso lierschicht 19 versehenen Leiter 2 zwischen dem ersten und dem zweiten Extrusionswerkzeug 6, 8 einer erhöhten Temperatur aussetzen zu können. Die Temperatur kann zwischen 100 °C und 350 °C betragen. Vorzugsweise wird die erste Isolierschicht 19 in der Heizvorrichtung 23 nicht (an)geschmolzen. In der bevorzugten Ausführungsvariante dieser Heizvorrichtung 23 ist diese als Tunnelofen ausgebildet. Die Heizvorrichtung 23 kann aber auch anders ausgestaltet sein. Die Erwärmung des mit der ersten Isolierschicht 19 versehenen Leiters 2 kann mit Wi derstandsheizelementen erfolgen. Es können aber auch andere Heizelemente eingesetzt wer den, wie beispielsweise IR-Heizelemente, etc.
Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, die beiden Extrusionswerkzeuge 6, 8 in einem Abstand zueinander anzuordnen, der das Abkühlen der ersten Isolierschicht 19 nach dem ersten Extrusionswerkzeug 6 möglichst gering hält.
Zwischen dem ersten und dem zweiten Extrusionswerkzeug 6, 8 findet insbesondere keine eine aktive Kühlung mit einer Kühlvorrichtung statt. Aufgrund von kurzen Strecken zwischen den Extrusionswerkzeugen 6, 8 kann jedoch eine geringfügige Abbkühlung stattfinden, die allein durch den Kontakt des mit der ersten Isolierschicht 19 ummantelten Leiters 2 mit der Umgebung satmo Sphäre bedingt ist. Insbesondere wird diese Abkühlung der ersten Isolier schicht 19 jedoch auf max. 10 0 unter Schmelztemperatur des Kunststoffes der ersten Isolier schicht 19 oder auf eine Abkühlung um maximal 50 °, insbesondere maximal 40 °, beispiels weise zwischen 2 0 und 30 °, beschränkt.
In der Fig. 4. ist eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Anlage 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbe zeichnungen wie in den Fig. 1 bis 3 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu ver meiden, wird auf die detaillierte Beschreibung zu den Fig. 1 bis 3 hingewiesen bzw. Bezug genommen.
Die Anlage 1 nach Fig. 4 unterscheidet sich von jener nach Fig. 1 dadurch, dass die Isolierung 14 mit der Anlage 1 nach Fig. 4 im Coextrusionsverfahren auf den Leiter 2 aufgebracht wird.
Wieder umfasst die Anlage 1 den ersten Extruder 5 und den zweiten Extruder 7. Beide Extru der 5, 7 sind aber mit dem gemeinsamen Extrusionswerkzeug 6 verbunden, in das sie zur Her stellung einer mehrschichtigen Isolierung 14 das jeweilige thermoplastische Polymermaterial eintragen. Bei entsprechender Ausbildung des Extrusionswerkzeuges 6 kann auch damit eine Isolierung 14 hergestellt werden, die die erste Isolierschicht 19 und die zweite Isolierschicht 20 aufweist, sodas s also auch mit diesem Verfahren ein entsprechender Aufbau der Isolierung wie nach dem Tandemverfahren erreicht werden kann.
Selbstverständlich ist auch bei dieser Ausführungsvariante der Anlage 1 die unmittelbar vor dem Extrusionswerkzeug 6 angeordnete Vorwärmeinrichtung 4 vorgesehen. Weiter wird das Extrusionswerkzeug 6 ebenfalls bevorzugt ohne Schutzgasatmosphäre betrieben. Es sei dazu auf voranstehende Ausführungen verwiesen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann die Oberfläche des Leiters 2 vor dem Auf bringen der Isolierung 14 gereinigt werden. Dies kann vor der Vorwärmung des Leiters 2 mit der Vorwärmeinrichtung 4 und/oder in der Vorwärmeinrichtung 4 durchgeführt werden. Die Reinigung des Leiters 2 kann beispielsweise mechanisch erfolgen. Alternativ oder zusätz lich dazu kann vorgesehen sein, dass die Reinigung der Oberfläche des Leiters 2 mit zumin dest einem Laser durchgeführt werden, der vor, insbesondere unmittelbar vor, der Vorwär meinrichtung 4 oder zumindest teilweise in der Vorwärmeinrichtung 4 angeordnet ist.
Die Ausführungsbeispiele zeigen bzw. beschreiben mögliche Ausführungsvarianten der An lage 1, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass auch Kombinationen der einzelnen Ausfüh- rungsvarianten untereinander möglich sind.
Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus die Anlage 1 nicht zwingenderweise maßstäblich dargestellt ist.
Bezugszeichenaufstellung Anlage Leiter Abwickelvorrichtung Vorwärmeinrichtung Extruder Extrusionswerkzeug Extruder Extrusionswerkzeug Abzugvorrichtung Aufwickelvorrichtung Dimensionsmessgerät Spark-Tester Vorratsrolle Isolierung Kavität Leitereinlass Schmelze Auslass Isolierschicht Isolierschicht Kühlvorrichtung Vorratsrolle Heizvorrichtung Laser

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters (2) wonach der elektrische Leiter (2) vorgewärmt wird und danach auf den elektrischen Leiter (2) zumindest eine erste Isolierschicht (19) aus Polymeren von Thermoplasten mit zumindest einem ersten Extrusionswerkzeug (6) aufextrudiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung des elektrischen Leiters (2) unmittelbar vor dem ersten Extrusionswerkzeug (6) unter Schutz gasatmosphäre durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolier schicht (19) mittels Druckextrusion aufgebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf die erste Isolierschicht (19) eine zweite Isolierschicht (20) aufgebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolier schicht (20) mit dem ersten Extrusionswerkzeug (6) oder zumindest einem zweiten Extrusi onswerkzeug (8) aufextrudiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolier schicht (20) mittels Druckextrusion aufgebracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierschicht (19) und die zweite Isolierschicht (20) mittels Tandemextrusion aufge bracht werden, wozu das erste Extrusionswerkzeug (6) für die erste Isolierschicht (19) und das zweite Extrusionswerkzeug (8) für die zweite Isolierschicht (20) distanziert zueinander angeordnet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der ersten Isolierschicht versehene elektrische Leiter (2) zwischen dem ersten und dem zweiten Extrusi- onswerkzeug (6, 8) einer erhöhten Temperatur ausgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierschicht (19) und die zweite Isolierschicht (20) mittels Coextrusion aufgebracht werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorerwärmung des elektrischen Leiters (2) induktiv durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Vorerwärmung und/oder während der Vorerwärmung der elektrische Leiter (2) gereinigt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung mit einem Laser (24) durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Isolierschicht (19) aus einem Polysulfon hergestellt wird, insbesondere aus Polypheny- lensulfon PPSU oder Polyethersulfon PESU.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolierschicht (20) aus Polymeren von Thermoplasten hergestellt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Isolier schicht (20) aus einem Polyetherketon hergestellt wird, insbesondere aus Polyaryletherketone PAEK.
15. Anlage (1) zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters (2) umfassend eine Vorwärmeinrichtung (4) zur Vorwärmung des elektrischen Leiters (2) und einen Extru der (5) mit einem Extrusionswerkzeug (6) zum Aufextrudieren zumindest einer ersten Isolier schicht (19) aus Polymeren von Thermoplasten auf den elektrischen Leiter (2), dadurch ge kennzeichnet, dass die Vorwärmeinrichtung (4) unmittelbar vor dem Extru sions Werkzeug (6) angeordnet und für die Vorwärmung des elektrischen Leiters (2) unter Schutzgasatmosphäre ausgebildet ist.
16. Anlage (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Extrusions- werkzeug (6) ein Druckextrusionswerkzeug ist.
17. Anlage (1) nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Extruder (7) mit einem zweiten Extrusionswerkzeug (8) zum Aufextrudieren zumindest einer zweiten Isolierschicht (20) aus Polymeren von Thermoplasten auf den elektrischen Leiter (2) beabstandet zum ersten Extruder (5) angeordnet ist.
18. Anlage (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass wischen dem ersten und dem weiteren Extrusionswerkzeug (6, 8) eine Heizvorrichtung (23) angeordnet ist.
19. Anlage (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrich tung (23) eine Tunnelofen ist.
20. Anlage (1) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in oder vor der Vorwärmeinrichtung (4) ein Laser (24) angeordnet ist.
PCT/AT2022/060262 2021-07-23 2022-07-21 Verfahren/anlage zur herstellung eines isolierten elektrischen leiters WO2023000010A1 (de)

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ATA50615/2021A AT525296A1 (de) 2021-07-23 2021-07-23 Verfahren zur Herstellung eines isolierten elektrischen Leiters

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