CH620787A5

CH620787A5 -

Info

Publication number: CH620787A5
Application number: CH130379A
Authority: CH
Inventors: Eberhard Kertscher
Original assignee: Maillefer Sa
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1980-12-15
Also published as: CH612789A5; SE458973B; IN149498B; ES460231A1; JPS5811046B2; GB1584642A; BR7704319A; SE7707626L; JPS534874A; FR2357042B1; AT359575B; GB1584644A; FR2357042A1; DE2728883B2; US4379102A; DE2728883A1; NL7707320A; US4165957A; ATA457577A; IT1079874B

Description

La présente invention a pour objet une installation pour la fabrication d'un fil électrique isolé du genre fil émaillé, revêtu d'une gaine mince dont l'épaisseur satisfait aux normes DIN 46 435.

On appelle «fil électrique isolé du genre fil émaillé» un fil qui est destiné à être utilisé pour la réalisation des bobinages d'appareils électriques tels que des moteurs, transformateurs, bobines magnétiques ou autres composants électriques destinés à travailler dans des conditions de charge telles que leur température est supérieure à la température ambiante. Pour des raisons d'encombrement et de rendement, la gaine de matière isolante qui revêt ces fils, doit être d'épaisseur aussi faible que possible tandis que, pour des raisons de durabilité et de fiabilité, la matière isolante doit être stable à la température de service.

Certaines normes fixent les conditions auxquelles doivent satisfaire ces fils. Dans la normalisation allemande par exemple, ces conditions se trouvent énoncées notamment dans les feuilles DIN 46 435 et DIN 46 416.

La méthode de fabrication traditionnelle utilisée pour les fils à isolation genre émail consiste à préparer une solution d'une résine synthétique organique dans un solvant convenable. Ce liquide est disposé dans des récipients que le fil traverse. Un film de liquide se dépose alors sur sa surface. Ce procédé nécessite une opération de traitement ultérieure afin d'éliminer le solvant. En outre, il nécessite plusieurs passages successifs du fil dans le bain de matière isolante pour obtenir l'épaisseur d'isolation requise. Enfin, la vitesse de passage du fil est nécessairement limitée à un ordre de grandeur de quelques mètres par minute.

Pour échapper aux inconvénients de ce système traditionnel, et plus spécialement aux atteintes à l'environnement qui résultent du brûlage ou de l'évaporation du solvant et à la déperdition d'énergie correspondant à cette opération, on a déjà cherché à remplacer les résines solubles utilisées jusqu'à maintenant par des matières synthétiques susceptibles d'être chauffées sans détérioration jusqu'à une température supérieure à la limite que l'isolant doit supporter en service. Selon le mémoire exposé alllemand DOS 2 135 157, la matière plastique est disposée dans un bain porté à une température supérieure au point de fusion. Ce procédé est toutefois délicat à mettre en œuvre du fait des températures élevées qu'il exige. Il est lent et, en outre, conduit à des pertes de matières lorsqu'une opération doit être interrompue. En effet, la matière résiduelle encore contenue dans le récipient est alors en général perdue.

Selon le mémoire exposé allemand DOS 2 022 802, une résine synthétique sans solvant est introduite dans une extrudeuse puis refoulée dans un outillage d'extrusion. Ce dernier forme à l'air libre, autour du fil, un tube de matière plastique dont l'épaisseur est supérieure à l'épaisseur finale de la couche isolante. Ce tube sort de l'extrudeuse à une vitesse qui est inférieure à la vitesse à laquelle le fil est entraîné à travers l'outillage. Il se contracte sur le fil en se refroidissant et subit un étirage à la sortie de la tête d'extrusion, ce qui permet d'obtenir l'épaisseur d'isolant requise par les normes, épaisseur qui ne dépasse pas, pour un fil d'1 mm de diamètre par exemple, et une isolation à simple couche, l'ordre de 15 à 34 |x. Pour une isolation renforcée, l'épaisseur normalisée de la couche d'isolant est de 30 à 46 |x. Toutefois, les fils isolés du genre fils émaillés obtenus de cette façon sont irréguliers.

On sait que pour réaliser des fils isolés destinés a des installations à courant faible, par exemple les fils téléphoniques, il est usuel de déposer un isolant thermoplastique sur un fil calibré de cuivre ou d'aluminium dans une opération d'extrusion au moyen d'un outillage qui forme une gaine autour du fil. Jusqu'à maintenant, on considérait que l'utilisation d'un tel outillage pour former des gaines minces en une matière à haute résistance thermique était impossible.

Toutefois, on a constaté que, contrairement à ce préjugé, l'utilisation d'un tel outillage était possible sous certaines conditions, et le but de la présente invention est de proposer une installation qui permet de produire à vitesse élevée et au moyen d'un outillage d'extrusion, des fils isolés du genre fils émaillés dont les qualités de surface, la dureté, l'épaisseur de l'isolant et son comportement à haute température correspondent aux normes en vigueur.

Dans ce but, l'installation selon l'invention est caractérisée en ce qu'elle comprend une extrudeuse à vis, une tête d'extrusion raccordée à la sortie de l'extrudeuse et, dans la tête d'extrusion, au moins un outillage d'extrusion pourvu d'une m

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filière de calibrage agencée de manière à comprimer la matière contre la face de l'alésage 21. Le porte-filière 22 présente une d'isolation sur le fil. gorge annulaire 23 qui se raccorde au passage 20. C'est une On va décrire ci-après, à titre d'exemple, une forme de pièce tubulaire dont les deux extrémités sont pourvues d'un réalisation de l'installation en se référant au dessin annexé dont: filetage, ces filetages étant destinés à recevoir, l'un situé à la fig. 1 est une vue en plan schématique de l'installation, * l'extrémité aval, un écrou 24 de retenue d'une filière de calila fig. 2 est une vue en élévation à plus grande échelle de la brage 25, et l'autre, situé à l'extrémité amont, un écrou 26 de tête d'extrusion multiple, et fixation du porte-filière au corps 19. L'âme de la pièce tubulaire la fig. 3 est une vue en coupe axiale à échelle encore plus 22 présente à son extrémité aval un alésage cylindrique 27 dans grande d'un outillage d'extrusion fixé à la tête d'extrusion lequel est ajustée la filière de calibrage 25, dans sa partie multiple. io centrale un alésage tronconique 28 qui retient et centre une

L'installation représentée au dessin se compose d'un appa- filière de guidage 29 et, à son extrémité amont, un alésage reil d'etirage 1, d'un appareil de recuit 2, d'une tête d'extrusion cylindrique 30 dont le diamètre correspond à celui de l'extré-

multiple 3 qui est fixée à l'extrémité du cylindre d'une extru- mité de plus petit diamètre de l'alésage tronconique 28. Une deuse 4 entraînée par un moteur 5 et d'un bac de refroidisse- série de trous obliques 31 sont percés dans le porte-filière 22

ment 6. L'ensemble de l'installation est conçu de façon à traiter 15 entre le fond de la gorge 23 et la zone de liaison entre les deux simultanément quatre fils f qui sont conduits en parallèle dans alésages 27 et 28. Par ces trous, la matière plastique refoulée les différents appareils que comporte l'installation. Ces fils dans le canal 20 parvient dans la chambre de distribution qui est peuvent être des fils de cuivre ou d'aluminium, d'un diamètre de limitée par l'alésage 27 et par les deux filières 25 et 29 de l'ordre de 1 mm par exemple. Les différents fils traités simulta- calibrage et de guidage situées l'une derrière l'autre à l'intérieur nément peuvent être de diamètres différents. Ils proviennent ;o de la pièce 22. Ces filières sont des pièces de haute précision. Le d'une installation de dévidage (non représentée) qui alimente passage central de la filière 29 comporte une bague en diamant l'appareil d'étirage 1. A la sortie du bac de refroidissement 6, ils 32 fixée au moyen d'un embou 33 et dont l'ouverture centrale sont repris par un retireur et conduits sur des bobinoirs (non est ajustée au diamètre du fil f. La face aval de la filière 29 est de représentés). forme tronconique, l'embout 33 présentant, d'autre part, une

L'appareil d'étirage 1 peut être d'un type classique à un ou à 25 ^ace ava' plane perpendiculaire à l'axe de son passage central,

plusieurs étages. lina pas besoin d'être décrit en détail ici. La filière 25 présente une face amont tronconique 34 qui

L'appareil de recuit 2 est également d'un type connu en soi. s'étend à peu près parallèlement à la face aval de la filière 29 et

De préférence, on utilisera un appareil de recuit par résistance qUj délimite avec elle un espace annulaire dont l'épaisseur varie avec des dispositifs de contact à électrolyte. Chaque fil dest donc progressivement et est calculée de façon que la matière plasti-

guidé par des poulies de façon à suivre un chemin vertical et 311 que qUj traverse ce passage soit accélérée progressivement en se traverse deux pots contenant un électrolyte et assurant les déplaçant vers l'axe de l'outillage. L'extrémité interne du cône contacts entre le fil et les amenées de courant. Entre ces pots, le d'entrée 34 de la filière 25 se raccorde à un cône de compression fil est parcouru par un courant électrique qui le porte à la 35 qUi limite le passage central de cette filière et se raccorde à

température de recuit. L électrolyte permet un bon contact un alésage cylindrique 36 s'étendant jusqu'à l'extrémité aval de entre le fil et les amenées de courant. En outre, il assure le 35 ja filière.

décapage du fil.

... ^ . ,, ... . , ... On a constaté que le dimensionnement de la filière de

Immédiatement après 1 appareil de recuit, les quatre fils ... _c . ^ ,

i_ , ,, • , , . calibrage 25 louait un très grand rôle pour 1 obtention du traversent chacun un des outillages d extrusion de la tete multi- - 1» 7 • - T-> 1- » • « . £ _ , „ ,

, „ , ^ ,.. _ , ? , , . . . résultat vise. L alesage tronconique 35 qui forme le cone de pie 3, de sorte qu ils sont enrobes de leur gaine isolante a une , . . \ . .

v , . 4ü compression doit avoir une ouverture angulaire a comprise,

temperature qui correspond a celle de la matiere isolante liquide ... . - ~„0 . . , ... , _0

. f M „ ... , . n suivant les cas, entre 2 et 20 , mais qui sera, de preference de 7

qui forme cette gaine. La tete multiple est representee plus en . . . . ^ *,

7. ., .. „6 , . . , . ,. pour les exemples cites, tandis que le diametre du passage detail aux fig. 2 et 3. A sa partie supérieure, elle comporte un „va- il - 1 • a 1

.... % . * ,. . , „ . , cylindrique 36 sera egal au diametre exterieur de la game distributeur 7, traverse par un canal horizontal 8 qui est rac- . , ,

, ... , ,, ^ n ^ isolante qui doit etre deposee sur le fil f. Ce diametre sera donc corde a la sortie du cylindre de 1 extrudeuse 4. Ce canal distribu- ,. - ^ . , . , ...., , . „

n x . . t\ 45 legerement supérieur a celui du fil f, la différence pouvant aller teur 8 presente quatre embranchements verticaux 9 qui traver- . 1 « - • ,,

./ , ,r.j, 1 - • 11 ^ - d environ 10 a environ 100 u, selon les caractéristiques que I on sent chacun le corps 10 dune pompe volumetnque 11 entrainee ,, . , .... ., T , T • , ^ .

r ^ ,, 1 n ^ desire donner au fil isole. La longueur L qui represente la en rotation par un moteur electnque 12. Chaque moteur 12 , ,7! ^, . ,

. r n distance entre la sortie de la filiere de calibrage 25 et la sortie de entraîne la pompe correspondante 11 par 1 intermédiaire d un . . . . . 0 , ..

. . • -,, f,, , ^., , ,, la filiere de guidage 29 îoue également un grand rôle pour reducteurde vitesse 13 et d un accouplement 14. Les pompes 11 ,, .. ° J^ ° .. , ° r .

, , . T . ' ,0 1 obtention des résultats vises. Cette longueur pourra varier sont par exemple du type a engrenage. Les moteurs 12 et les . tI _ _°f. , c.,.~ . ..

,, v. , r . j-- - - - c- - ■ suivant les applications de 4 a 40 mm. Enfin, la filiere de cah-

reducteurs 13 sont fixes a un socle 15 lui-memefixe a un , _c rr, ... , .. , , , , ,

T , brage 25 sera de preference reahsee en metal dur (carbure de support 16. Les corps des différentes pompes 11 peu vent etre . D „ 1

,. , ,,, ,. . , K. ., -, v tungstene) fritte et ses faces internes en contact avec la matiere combines en un seul bloc fixe sous le distributeur 7 et relie au . .. . . ^ . , c .

.... ^,1 , j .j plastique présenteront un etat de surface poli miroir obtenu, de socle 15. Les pompes 11 refoulent chacune dans un canal de ... r , , ,. r ., . , ..

j ... ... , ^ ss preference, par une opération de polissage electrolytique.

sortie 17 qui s etend verticalement vers le bas dans le corps 10 et - ^ . ., „ t ° , .

M , , ... ., , „ „ f.,, Comme on l a dit précédemment, 1 extrudeuse 4 est une qui se raccorde a un des outillages d extrusion 18. Ces outillages . , - »■<. , ■ . • ^

. , , . , ,, b extrudeuse a vis dont le cylindre contient une seule vis et qui est d extrusion se trouvent dans le chemin des fus et chacun d eux . „ , . ^ „ ..

. . ... entramee par le moteur 5 a une vitesse reglable. Cette extru-

est traverse axialement par un fu. , ^ , , , , . .t.

r deuse est equipee de moyens de reglage qui consistent en un

L'outillage d'extrusion 18 représenté à la fig. 3 se compose 60 détecteur de pression 37 raccordé à la sortie de l'extrudeuse et de différentes pièces assemblées de façon à pouvoir être démon- un régulateur 38 qui commande la vitesse du moteur 5. Ce tées facilement. Il comporte un corps 19 fixé par une bride sous dispositif règle le débit de matière plastique et agit de façon à

le bloc 10 et dont la partie supérieure est traversée par un canal maintenir constante la pression à la sortie de l'extrudeuse.

d'entrée 20 qui se raccorde au canal de refoulement 17. Le canal Quant aux moteurs 12 qui entraînent les pompes 11, ils sont

20 débouche dans un alésage tronconique 21 dont l'axe est h5 également commandés par des dispositifs de réglage qui com-

horizontal et coïncide avec le chemin de passage du fil f. Dans prennent chacun un détecteur de pression 39 sensible à la l'alésage tronconique 21 est engagé un porte-filière 22 dont la pression qui règne dans le canal 20 et un régulateur 40 qui face latérale externe est également tronconique et s'applique commande la vitesse du moteur 12. On obtient ainsi un débit de

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matière plastique qui est réglé à une valeur constante et qui parvient dans le porte-filière 22 à une pression également constante.

En ce qui concerne les conditions de température, ces dernières doivent également être réglées de façon très précise. Pour permettre ce réglage, le cylindre de l'extrudeuse, aussi bien que la tête d'extrusion, peuvent être équipés de corps de chauffe. Ainsi, le corps 19 de l'outillage d'extrusion représenté à la fig. 3 porte un corps de chauffe 41. Des prises de températures peuvent être montées dans les outillages d'extrusion ainsi que dans le distributeur 7 et à la sortie du cylindre de l'extrudeuse, ces prises de température commandent les corps de chauffe afin que la température de la matière plastique se maintienne aux valeurs requises aux différents points de l'installation. Dans certains cas, l'outillage 18 peut encore être équipé d'un corps de chauffe auxiliaire 42.

Finalement, il est indispensable pour l'obtention d'un bon résultat, que la vitesse de chacun des fils f corresponde constamment au débit de matière plastique afin que la gaine isolante se dépose régulièrement sur le fil. Ainsi, le dispositif de réglage du débit constitué par les éléments 37,38,39,40 pourra être asservi à la vitesse de passage du fil et, par conséquent, à la vitesse de fonctionnement des retireurs et de l'appareil d'étirage.

On notera qu'il n'est pas absolument nécessaire d'intercaler entre le cylindre de l'extrudeuse et l'outillage d'extrusion une pompe volumétrique telle que la pompe 11. Dans le cas d'une installation ne traitant qu'un fil par exemple, cette pompe pourrait être supprimée. Cependant, dans le cas d'une installation traitant en parallèle plusieurs fils, la présence des pompes 11 assure plusieurs avantages supplémentaires. Il est possible de régler les débits dans les différents outillages d'extrusion indépendamment les uns des autres et par conséquent de travailler avec des outillages différents et de traiter en parallèle des fils de diamètres différents. Ces pompes permettent en outre de bloquer une des lignes tout en laissant les autres en fonctionnement. Par exemple, en cas de rupture d'un fil dans l'installation d'étirage, la pompe correspondente peut être bloquée immédiatement par un détecteur de sécurité. Comme il s'agit d'une pompe volumétrique, elle joue alors le rôle d'une vanne qui se ferme. La pression dans le distributeur 8 est maintenue et les autres outillages d'extrusion peuvent continuer à travailler pendant que l'on démonte et remet en service l'outillage correspondant au fil rompu.

On va décrire maintenant de façon plus précise les conditions opératoires qui permettent de réaliser au moyen de l'installation décrite des fils isolés du genre fils émaillés satisfaisant aux prescriptions des normes DIN 46 416 et suivantes et notamment 46 435 et 46 453.

La première condition à remplir pour réaliser un fil résistant aux températures maximales imposées (type W 180) est que l'isolation supporte sans claquage une température de 265° C. On utilise pour cela comme matière d'isolation certains poly-condensats thermoplastiques partiellement cristallins dont le point de fusion des éléments cristallins est supérieur à 170° C ou même de préférence à 250° C. Certains produits connus comme le polyéthylène téréphtalate (PETP 7, la 6,6-polyamide, le polyphenilsulfure remplissent ces conditions. Ce sont des produits thermoplastiques à très haut point de fusion qui peuvent

être introduits dans la trémie de l'extrudeuse en granules, en poudre ou en aggloméré. Le malaxage de ces produits dans l'extrudeuse augmente leur température jusqu'au-delà de leur point de ramollissement. Les corps de chauffe dont sont équipés, aussi bien le cylindre que la tête d'extrusion, permettent d'obtenir ensuite une surélévation de la température. Le réglage de température permet ainsi d'atteindre progressivement dans l'outillage d'extrusion une température de l'ordre de 320° C lorsqu'on travaille avec du polyéthylène téréphtalate dont le point de fusion est de 256° C, de 290° C avec la 6,6-polyamide ayant un point de fusion de 255° C et de 320 à 340° C avec certains produits dont le point de fusion est de 280° C. La matière plastique parvient donc dans l'outillage d'extrusion à un état qui est nettement au-dessus du point de fusion, de sorte qu'elle se comporte comme un fluide parfaitement hydrostatique.

On a constaté qu'il convenait de comprimer ce fluide jusqu'à une pression pouvant aller, suivant les cas, de 10 à 1000 bars. De préférence toutefois, cette pression sera supérieure à 100 bars, et les pompes 11 assureront un taux de compression de 1 à 2, la pression à la sortie de l'extrudeuse étant donc la moitié de la pression finale. On notera que cette pression se maintient dans la chambre ménagée entre la filière de calibrage et la filière de guidage grâce à la conformation particulière du passage de la filière de calibrage et notamment grâce au cône 35, dont les dimensions seront donc choisies en conséquence.

Comme on l'a dit précédemment, la vitesse de passage du fil f constitue la donnée de départ qui pilote le fonctionnement de l'installation et notamment le débit de l'extrudeuse. Alors que dans les installations travaillant au bain, la vitesse de passage du fil est limitée à quelques mètres ou quelques dizaines de mètres par minute, on a pu, avec une installation telle que celle qui est décrite ci-dessus, faire varier la vitesse de passage des fils d'un ordre de grandeur de 20 à 50 m/min, suivant les produits utilisés jusqu'à des vitesses de l'ordre de 300 à 500 m/min. Grâce à la forme de la chambre de compression ménagée à l'intérieur de l'outillage d'extrusion, la matière plastique est entraînée par le fil à l'intérieur du cône 35 et dans le passage 36, de sorte qu'elle subit une très forte compression radiale en traversant la filière. Il en résulte, d'une part, que le fil est maintenu parfaitement centré dans le passage 36 et d'autre part, que la matière plastique forme une gaine compacte sur le fil. On a pu obtenir avec l'outillage de précision décrit des épaisseurs d'isolation de l'ordre de 20 à 50 fi sur du fil de 0,6 à 1 mm de diamètre et une dureté de 1H à 3 H (DIN 45 453).

Avec les produits mentionnés ci-dessus, un simple refroidissement suffit à donner à la gaîne isolante sa structure définitive. En variante, on pourrait aussi prévoir des traitements de durcissements tels que des irradiations avec des rayons ß ou y.

Les matières thermoplastiques mentionnées plus haut à titre d'exemple, ont fait l'objet de tests détaillés dans une installation du type décrit ici et les résultats de ces tests sont indiqués dans le brevet No 612 789.

Bien entendu, d'autres produits thermoplastiques peuvent également servir à alimenter l'extrudeuse de l'installation décrite. On peut mélanger plusieurs de ces produits ou leur ajouter des additifs, par exemple des pigments de coloration ou des résines facilitant l'écoulement dans l'outillage.

D'une façon générale, le preocédé décrit est applicable sur des fils dont le diamètre de l'âme métallique va de 0,1 à 4,0 mm.

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Claims

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1. Installation pour la fabrication d'un fil électrique isolé du genre fil émaillé, revêtu d'une gaine mince dont l'épaisseur satisfait aux normes DIN 46 435, caractérisée en ce qu'elle comprend une extrudeuse à vis, une tête d'extrusion raccordée à la sortie de l'extrudeuse et, dans la tête d'extrusion, au moins un outillage d'extrusion pourvu d'une filière de calibrage agencée de manière à comprimer la matière d'isolation sur le fil.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la filière de calibrage (25) comprend un passage cylindrique (36) à son extrémité aval, un segment tronconique (35) adjacent au passage cylindrique et constituant un moyen de compression, et un segment d'entrée (34) également tronconique, ayant un angle d'ouverture supérieur à celui du moyen de compression et reliant ce dernier à l'extrémité amont de la filière de calibrage, et en ce qu'une filière de guidage (29) est disposée en amont de la filière de calibrage et comprend un passage central ajusté au diamètre du fil et une face aval de forme tronconique s'étendant en regard du segment d'entrée de la filière de calibrage en limitant avec lui une chambre de distribution de forme tronconique agencée de façon que ladite matière plastique soit accélérée en la traversant.

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REVENDICATIONS

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le segment tronconique (35) a un angle d'ouverture compris entre 2 et 20° .

4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre du passage cylindrique (36) de la filière de calibrage (25) est ajusté au diamètre extérieur de ladite gaîne mince donné par la norme DIN 46 435.

5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'outillage d'extrusion comporte, outre la filière de calibrage, une filière de guidage, les deux filières étant engagées dans des alésages que présente un porte-filière (22) percé d'une série de trous obliques (31) conduisant la matière plastique dans une chambre de distribution ménagée entre les filières.

6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la filière de guidage est équipée d'une bague de guidage en diamant.

7. Installation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'elle comporte une tête d'extrusion multiple reliée à l'extrudeuse par un distributeur et portant plusieurs outillages d'extrusion alimentés en parallèle.

8. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tête d'extrusion est équipée d'une pompe volumétrique qui refoule la matière provenant de l'extrudeuse avec un débit réglé en direction de l'outillage d'extrusion.

9. Installation selon les revendications 7 et 8, caractérisée en ce que la tête d'extrusion est équipée de plusieurs pompes volumétriques alimentant chacune un outillage d'extrusion et recevant la matière d'isolation du distributeur et en ce que le dispositif de réglage comporte des prises de pression au droit de chacun des outillages d'extrusion, chacune de ces prises de pression réglant la vitesse du moteur de la pompe correspondante.