DE19519552A1 - Gleitmittel für Lackdrähte - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen von festem Gleitmittel auf Lackdrähte.

Lackierte Kupferdrähte z. B. werden mit einem Gleitmittel überzogen, um ihre Verarbeitbarkeit beim Wickeln einer Spule zu verbessern.

Klassische Gleitmittel bestehen aus einer 0.5 bis 2%igen Lösung von Paraffinen oder Wachsen in einem leicht flüchtigen Lösemittel. Bei der Applikation auf den Draht verdunstet das Lösemittel, und zurück bleibt der Paraffin- oder Wachsfilm. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die üblichen verwendeten Lösemittel Oberflächenrisse im Drahtlackfilm verursachen können.

Diese und andere Nachteile entfallen, wenn interne Gleitmittel verwendet werden. Diese Gleitmittel werden dem Lack beigemischt. Nach der Aushärtung des Drahtlackes sind sie mit dem Drahtlack unverträglich. Sie wandern an die Oberfläche und bilden hier eine Schicht, die eine verbesserte Gleitfähigkeit hat. Das Problem ist, daß viele dieser internen Gleitmittel mit dem flüssigen Lack un­ verträglich sind und zu Phasenseparation oder Ausfällungen führen.

Eine andere Technik besteht darin, Wachsdispersionen zu benutzen um das Gleitmittel auf den Draht zu bringen. Diese Dispersionen können zur Instabilität neigen.

In der EP 0 267 736 werden paraffinische und polymere Gleitmitteln beschrieben. Die polymeren Gleitmittel schneiden in dem Zuverlässigkeitstest von Relais erheblich besser ab. Keine Informationen werden gegeben über die Stabilität der verarbeiteten Mischungen von Polymer-Drahtlack.

In der EP 0 103 307 A werden konventionell aufgebrachte Gleitmittel polymeren Aufbaues beschrieben, die auf den Drähten in Relais zu einer reduzierten Ausgasung neigen. Dieses wird erreicht durch die Substitution des terminalen Wasserstoffes in einem Polypropylenglycol durch einen organischen Rest.

In der DE 32 37 022 A wird ein Gleitmittel beschrieben, das aus einem aliphatischen Kohlenwasserstoffgemisch als Lösemittel und aus 1% Paraffinwachs sowie aus 1% hydriertem Triglycerid besteht. Das Paraffinwachs hat einen Schmelzpunkt von 50-52°C. Das hydrierte Triglycerid ist ein kommerzielles Produkt mit einem Schmelzpunkt von 47°C bis 50°C. Zusätzlich kann auch ein internes Gleitmittel verwendet werden. Dieses wird in einer Konzentration von 1% dem Polyamidimid zugesetzt. Das interne Gleitmittel besteht aus Tallölfettsäureestern. Es ist davon auszugehen, daß das interne Gleitmittel allein die gewünschte gute Gleitfähigkeit nicht bewirkt. Das hydrierte Triglycerid muß mit einem Paraffinwachs zusammen aufgebracht werden, um den gewünschten Reibungskoeffizienten zu erzielen.

In der EP 00 72 178 A wird die Modifizierung von Drahtlackbindemitteln beschrieben, bei der in das Polymer eine C21 Kohlenwasserstoffkette eingebaut wird. Diese Kette führt bei den Lackdrähten zu einem verbesserten Reibungskoeffizienten. Es gibt in der Schrift keine Angaben zu den thermischen Eigenschaften. Es ist zu vermuten, daß die Erweichung des Lackfilmes und der dielektrische Verlustfaktor durch die Einführung der Kohlenwasserstoffkette lei­ den.

In einer anderen Schrift (JP 0 524 7374 A) wird beschrieben, wie durch die Verwendung von Dispersionen von fluorierten Wachsen in konventionellen Drahtlacken die Gleitfähigkeit der damit hergestellten Drähte verbessert wird. Solche Systeme neigen allerdings zur Separation der Phasen.

In der JP 0 521 7427 A wird der Einsatz einer Polyethylenwachsdispersion in einem polyamidimidischen Drahtlack beschrieben. Die Erfahrung zeigt, daß diese Systeme nicht lagerstabil sind.

Ein neues System ist in den Proceedings of EEIC/ICWA, Seite 165-171, 1993 beschrieben. Hier wird das Wachs durch einen Faden auf den Draht übertragen, der um den Draht gewickelt wird. Der Faden ist mit dem Wachs imprägniert und muß, nachdem er dieses an den Draht abgegeben hat, erneut getränkt werden. Die ganze Mechanik ist aufwendig und damit teuer.

Aus den aufgeführten Beispielen geht hervor, daß es die unterschiedlichsten Ansätze zum Aufbringen des Gleitmittels gibt. Es sind jedoch hiermit immer noch Nachteile verbunden.

Ein optimales Gleitmittel sollte durch ein einfaches und billiges Verfahren appliziert werden. Optimal ist ein Gleitmittel, das ohne Lösemittel auskommt. Es entfällt dadurch der Umgang mit brennbaren Flüssigkeiten. Außerdem wird die Umwelt, durch den Wegfall des verdampften Lösemittels, entlastet. Das Gleitmittel sollte auch nicht dem Lack beigemischt sein um Lagerstabilitätsprobleme zu vermeiden. Die aktive Substanz sollte ein Polymer sein, weil dieses im Langzeitverhalten gewisse Vorteile gegenüber einem Paraffin hat.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zum Auftrag von festem Gleitmittel zur Verfügung zu stellen, durch deren Einsatz sich Gleitmittelbeschichtungen auf Lackdrähten erzielen lassen, die die genannten Anforderungen erfüllen.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vorrichtung aus einer Beschichtungsvorrichtung besteht, die mindestens zwei Körper enthält, die aus dem Gleitmittel bestehen, die aneinanderpreßbar sind, und zwischen denen im zusammengepreßten Zustand der zu beschichtende Lackdraht angeordnet ist.

Der warme lackierte Kupferdraht, der die Lackiermaschine verläßt, wird durch ein Rollensystem gelenkt, so daß er durch zwei Blöcke oder Walzen, die vorzugsweise aus Polyethylen bestehen, geführt wird. Ein Führungssystem ver­ hindert, daß in die Blöcke oder Walzen Rillen gefräst werden. Dies geschieht dadurch, daß der Draht von einer zur anderen Seite und wieder zurück abgelenkt wird. Die zwei Blöcke oder Rollen werden so an den Draht gepreßt, daß durch die Reibung das Polyethylen auf den Draht übertragen wird. Danach läuft der Draht durch wenigstens zwei Polierwalzen, die die auf dem Draht anhaftende Schicht glätten und verteilen.

Erfahrungsgemäß sind Gleitmittelmengen von 10-20 mg auf einem Quadratmeter Drahtoberfläche für übliche Anwendungen ausreichend. Für Spezialanwendungen werden bis zu 200 mg/m² benötigt.

Die Menge des übertragenen Gleitmittels hängt ab von der Temperatur des Drahtes, dem Anpreßdruck der Blöcke, der Effektivität der Polierwalzen und von den Eigenschaften des verwendeten Gleitmittels.

Der Draht kühlt nach dem Verlassen des Einbrennofens an der Luft ab und wird auf eine Spule gewickelt. Durch die Anordnung der Polyethylenblöcke oder -walzen an einer bestimmten Entfernung vom Ofen läßt sich die gewünschte Drahttemperatur erreichen. Die optimale Temperatur des Drahtes läßt sich auch mit der Hilfe eines Gebläses einstellen. Die optimale Temperatur liegt, auch abhängig von der Art des eingesetzten Polyethylens, im Bereich 50-120°C.

Der Anpreßdruck der Blöcke oder Walzen an den Draht läßt sich einstellen. Dadurch läßt sich ebenfalls die Menge des Gleitmittels steuern die auf den Draht übertragen wird. Die Verwendung von Blöcken ist sinnvoll, wenn relativ starke Drähte, d. h. Drähte mit einem Durchmesser von 0.5 mm und mehr, verwendet werden. Sind die Drähte dünner, ist es sinnvoll, rotierende Walzen zu benutzen, um einen Drahtriß zu vermeiden. Durch die Einstellung der Umdrehungszahl dieser Walzen ist die übertragene Menge Polyethylen ebenfalls zu beeinflussen.

Als Gleitmittel können grundsätzlich alle Gleitmittel verwendet werden, die fest sind und sich als geeignet beim Aufbringen aus einer Lösung oder aus einer Dispersion erwiesen haben. Diese Gleitmittel sind Paraffine, Bienenwachs, Fettsäuren, Fettalkohole, Fettsäureamide, Polyethylen, Polypropylen, usw. Polymere Materialien, z. B. Polyethylen, eignen sich besonders für die Erfindung. Es gibt verschiedene Polyethylentypen. Polyethylen hoher Dichte (Dichte 0.94- 0.97 g/cm³) hat einen linearen Aufbau, einen hohen Schmelzpunkt (128°-136°C), eine gute Beständigkeit gegenüber Chemikalien und Lösemitteln sowie ein gutes Reibungs- und Verschleißverhalten. Das Polyethylen mittlerer Dichte (Dichte 0.93-0.94 g/cm³) und das lineare Polyethylen niedriger Dichte (Dichte 0.90-0.93 g/cm³) haben Schmelzpunkte im Bereich von 120°C bis 130°C. Das Polyethylen niedriger Dichte (Dichte 0.915-0.935 g/cm³) ist hoch verzweigt und schmilzt bei 105°-115°C. Die drei letzten Polyethylentypen haben eine geringere Stabilität ge­ genüber Lösemitteln, die sie zum Teil stark anquellen lassen, sowie eine geringere maximale Gebrauchstemperatur als das Polyethylen hoher Dichte. Erfindungsgemäß eignet sich besonders ein Polyethylen hoher Dichte für die Anwendung als Gleitmittel. Der Einsatz der einen oder anderen Type hängt von dem Drahtdurchmesser und der Drahttemperatur ab. Eine Optimierung der Verarbeitungsbedingung ist in jedem Fall notwendig.

Nachdem der Draht mit Polyethylen beschichtet ist, kann die Drahtoberfläche geglättet werden. Dazu eignet sich z. B. ein System von schnell rotierenden Polierwalzen aus geeignetem Material. Beim Polieren erweicht durch die Reibung das Polyethylen und es läßt sich gleichmäßig auf dem Draht verteilen. Bei der Materialauswahl für die Walzen ist darauf zu achten, daß es nicht zu einer elektrostatischen Aufladung kommt. Der so beschichtete Lackdraht ist insbesondere zur Herstellung von elektrischen Wicklungen geeignet.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Abbildung näher beschrieben:
Der warme lackierte Kupferdraht 1, der die Lackiermaschine verläßt, wird durch das Rollensystem 2 gelenkt und durch die zwei Blöcke 4, 5 aus Polyethylen geführt. Das Führungssystem 3 verhindert, daß in die Blöcke 4, 5 Rillen gefräst werden. Dies geschieht dadurch, daß der Draht horizontal von einer zur anderen Seite und wieder zurück abgelenkt wird. Die zwei Blöcke 4, 5 werden so an den Draht gepreßt, daß durch die Reibung das Polyethylen auf den Draht 1 übertragen wird. Danach läuft der Draht durch die zwei Polierwalzen 6, 7, um die auf dem Draht 1 anhaftende Schicht zu glätten und zu verteilen.

Beispiel

Das Polyethylen wird erfindungsgemäß auf einen Lackdraht (Durchmesser 0.8 mm) nach dem letzten Durchzug durch die Lackiermaschine aufgetragen. Der verwendete Draht ist mit einem Zweischichtlacksystem, Grundlack THEIC- Polyester plus Decklack Polyamidimid lackiert. Der Draht hat eine Temperatur von ca. 80°C. Das als Gleitmittel verwendete Polyethylen hat eine Dichte von 0.952- 0.956 g/cm³ eine Schmelztemperatur von 134°C (DSC-gemessen).

Mit dem Draht wird wie folgt verfahren: Aus einem Drahtstück von ca. 750 mm Länge wird, wie in IEC 851-5/4.3 beschrieben, ein Twist hergestellt. Aus dem Twist werden 240 mm herausgeschnitten. Dieses Teilstück hat 10 Windungen. Die entgegengesetzten Enden der Drähte aus dem Twist werden in eine Zerreißmaschine Lloyd M30K eingespannt. Es wird die Kraft in Newton gemessen, um den Twist mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min auseinander zu ziehen.

Es werden fünf Twiste hergestellt und ausgeprüft. Gleichzeitig wurden auch fünf Twiste eines Drahtes geprüft, der mit einem konventionellen paraffinischen Gleitmittel beschichtet war.

Für einen Standarddraht, das heißt ein Draht der ein paraffinisches Gleitmittel hat, wurde eine mittlere Kraft von 2.5 Newton gemessen. Für den Draht aus dem Beispiel wurden 2.4 Newton gefunden.

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Aufbringen von festem Gleitmittel auf Lackdrähte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Beschichtungsvorrichtung besteht, die mindestens zwei feste Körper (4, 5) enthält, die aus dem Gleitmittel bestehen, aneinanderpreßbar sind, und zwischen denen im zusammengepreßten Zustand der zu beschichtende Lackdraht (1) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich aus

• a) einer Führungsrolle (2) über die der Lackdraht (1) der Beschichtungsvorrichtung zugeführt wird, und
• b) einer der Beschichtungsvorrichtung nachgeordneten Glättvorrichtung (6, 7) zum Glätten der Beschichtung besteht.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Führungsrolle (2) und der Beschichtungsvorrichtung ein Führungssystem (3) zur beweglichen Führung des Lackdrahtes angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungssystem (3) so ausgestaltet ist, daß damit eine Schwenkbewegung des Lackdrahtes (1) parallel zu der Berührungsfläche der Körper (4, 5) erzeugbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Glätten aus mindestens zwei Walzen (6, 7) besteht, zwischen denen der Draht hindurchgeführt wird, und vorzugsweise die Walzen (6, 7) aus einem Material bestehen, das sich elektrostatisch nicht auflädt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurchgekennzeichnet, daß die Körper (4, 5) in Form von Blöcken oder Walzen des aufzutragenden Gleitmittels ausgestaltet sind, wobei die Walzen drehbar um ihre Längsachse gelagert sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel aus Paraffinen, Fettsäuren, Bienenwachs, Fettalkoholen, Fettsäureamiden, Polypropylen oder Polyethylen, vorzugsweise aus Polyethylen hoher Dichte, besteht.

8. Verfahren zum Aufbringen von festem Gleitmittel auf Lackdrähte, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Lackdraht (1) ggf. über ein Führungssystem (2, 3) einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt wird,
• b) mittels der Beschichtungsvorrichtung wenigstens zwei Körper (4, 5) aus Gleitmittel an den Lackdraht (1) gepreßt werden,
• c) durch Vorschub des Drahtes (1) Gleitmittel von den Körpern (4, 5) auf den Lackdraht aufgebracht wird, und
• d) der beschichtete Lackdraht (1) einer Glättungsvorrichtung (6, 7) zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Lackdraht (1) mittels eines Führungssystems (3) fortlaufend parallel zu der Berührungsfläche der Körper (4, 5) bewegt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge und Beschaffenheit des aufgetragenen Gleitmittels durch die Einstellung des Anpressdruckes der Körper (4, 5) sowie der Glättungsvorrichtung (6, 7) und/oder durch die Temperatur des Lackdrahtes (1) gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in Abhängigkeit von dem aufgebrachten Gleitmittel, vorzugsweise auf 50 bis 120°C, eingestellt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurchgekennzeichnet, daß die Temperatur des Lackdrahtes (1) mittels eines Gebläses oder durch die Wahl des Abstandes der Beschichtungs­ vorrichtung von vorgeschalteten Bearbeitungsstufen des Lackdrahtes, vorzugsweise der Lackbrennöfen, eingestellt wird.

13. Verwendung der Vorrichtung oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur Beschichtung von Lackdrähten, insbesondere lackierten Kupferdrähten.