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Verfahren zur kontinuierlichen elektrophoretischen
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BeSchichtung von Drähten Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Beschichtung von Drähten durch elektrophoretische Abscheidung von Feststoffpartikeln
aus einer Dispersion.
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Die elektrophoretische Beschichtung von Drähten stellt eine Möglichkeit
zur Herstellung hochwertiger Isolierschichten dar (siehe dazu beispielsweise: "Siemens-Zeitschrift",
44. Jahrg., 1970, Seiten 231 bis 233).
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Dabei werden Feststoffpartikel, die in einer Flüssigkeit, im allgemeinen
Wasser, dispergiert oder suspendiert sind, dem Einfluß eines äußeren elektrischen
Feldes ausgesetzt; durch Einwirkung einer angelegten Spannung wandern dann die dispergierten
Teilchen. Je nachdem wie die Teilchen geladen sind, erfolgt eine Wanderung zur Anode
(Anaphorese) oder zur Kathode (Kataphorese), wo die Teilchen in Form einer kompakten
Schicht abgeschieden werden.
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Wie bereits erwähnt, kann die Elektrophorese zur Herstellung von Isolierschichten
dienen, was insbesondere für die Elektrotechnik von großer Bedeutung ist; als Isolierstoff
findet dabei häufig Glimmer Verwendung.
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Bei der praktischen Anwendung der Elektrophorese zum Isolieren von
Leitern mit Glimmer wird der zu isolierende Leiter im allgemeinen als Anode in einen
Behälter, der eine wäßrige Glimmer-Dispersion enthält und eine Kathode aufweist,
eingebracht und auf diese Weise beschichtet. Eine derartige Verfahrensweise ist
für
metallische Leiter in Form von Drähten, die zur Herstellung von Kabel und Leitungen
dienen, aus wirschaftlichen Gründen aber nicht praktikabel.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, das eine kontinuierliche
und in wirtschaftlicher Hinsicht einfache Beschichtung von Drähten durch elektrophoretische
Abscheidung von Feststoffpartikeln aus einer Dispersion bzw. Suspension erlaubt.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Draht in horizontaler
Richtung durch eine Öffnung in einem senkrecht stehenden Blech gefUhrt wird, daß
auf wenigstens eine Seite des Bleches - in einem Bereich oberhalb der Öffnung -
die die Feststoffpartikel enthaltende Dispersion aufgebracht wird, und daß zwischen
Draht und Blech eine Gleichspannung angelegt wird.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Feststoff-Dispersion seitlich
auf das senkrecht angeordnete Blech aufgebracht, so daß sie an dessen Außenwand
herunterfließt. Die Dispersion verteilt sich dabei auf dem Blech zu einem dünnen
Film mit konstanter Schichtdicke.
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Der Film bleibt auch im Bereich der im Blech vorhandenen Öffnung erhalten.
Die Öffnung weist dazu im allgemeinen einen Durchmesser zwischen 1 und 10 mm auf;
vorzugsweise beträgt der Durchmesser ca. 3 mm. Wird nun der Draht durch die Öffnung
bzw. das Loch geführt, so wird er von der Dispersion nur auf einer Länge (1 mm umspült.
Wenn dann zwischen Draht und Blech eine Gleichspannung angelegt wird, so scheidet
sich der Feststoff in einer gleichmäßig dicken Schicht auf dem Draht ab.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich nicht nur dadurch aus,
daß es eine kontinuierliche Beschichtung von Drähten erlaubt, sondern es bringt
auch erhebliche Vorteile in wirtschaftlicher Hinsicht mit sich. Bei vielen Beschichtungsarten,
beispielsweise beim Verfahren nach der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung
Akt.Z. P .......... - "Verfahren zur Herstellung hochtemperaturfester Isolierschichten
für Kabel und Leitungen" (VPA 82 P 3274 DE), ist es nämlich erforderlich, daß sich
an die eigentliche Beschichtung eine Wärmebehandlung, insbesondere ein Sinterprozeß,
anschließt. Da die Sinterprozesse immer eine bestimmte Zeit erfordern, wären - bei
tragbaren Zuggeschwindigkeiten für den Draht - zur Wärmebehandlung aber oft sehr
lange Ofen (bis zu 15 m) oder große Hochfrequenzspulen erforderlich. Dies ist beim
erfindungsgemäßen Verfahren nicht der Fall. Da hier die Kontakt strecke zwischen
Draht und Feststoff-Dispersion im allgemeinen lediglich ca. 0,5 mm beträgt, wobei
eine dünne Schicht erhalten wird, ist hierbei für einen Sinterprozeß bei etwa 10000C
beispielsweise lediglich ein Ofen mit einer Länge von weniger als 1 m erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für den Einsatz
von glimmerhaltigen Dispersionen.
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Derartige Dispersionen bzw. Suspensionen werden beispielsweise in
der vorstehend genannten deutschen Patentanmeldung Akt.Z. P ........... (VPA 82
P 3274 DE) verwendet, und zwar Glimmer/Glas- und Glimmer/Siliconkautschuk-Suspensionen.
In diesen Fällen dient der Draht als Anode, da die dispergierten Feststoffpartikel
negativ geladen sind. Als Dispersionsmittel wird im allgemeinen Wasser verwendet.
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Die Abscheidespannung beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise
ca. 80 V. Ferner ist es beidiesem Verfahren von Vorteil, wenn die Dispersion bzw.
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Suspension im Kreislauf geführt wird.
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Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer Figur soll die Erfindung
noch näher erläutert werden.
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In der Figur ist eine Laborausführung einer Vorrichtung dargestellt,
die dazu dient, auf einem Draht durch zweifaches Beschichten eine Isolierung zu
erzeugen.
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Dazu wird der Draht 1 von einer Spule 2 abgewickelt und durchläuft
zunächst eine Bremseinrichtung 3, mit der ein Durchhängen derjenigen Drahtbereiche
verhindert werden soll, welche Isoliermaterial in feuchtem bzw.
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unverfestigtem Zustand enthalten und deshalb nicht gehaltert werden
können. Anschließend durchläuft der Draht ein FUhrungsrohr 4 und dann eine erste
Abscheidungseinheit. Das Führungsrohr 4 dient gleichzeitig als Anode und ist dazu
in geeigneter Weise an einen Spannungskonstanter 5 angeschlossen.
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Die erste Abscheidungseinheit, die beispielsweise zur Abscheidung
eines Glas/Glimmer-Gemisches dient, weist ein mit einer Öffnung für den durchlaufenden
Draht versehenes Blech 6 auf. Das Blech 6, das senkrecht angeordnet ist, dient gleichzeitig
als Kathode und ist dazu mit dem Spannungskonstanter 5 verbunden. Dieses Blech ist
beispielsweise aus Kupfer, es kann aber auch aus einem anderen Metall, wie Eisen,
oder aus Stahl bestehen; die Dicke des Bleches liegt im allgemeinen zwischen 0,1
und 1 mm und beträgt vorzugsweise ca.
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0,5 mm. Die im Blech 6 befindliche Öffnung ist mit der Bezugsziffer
6a bezeichnet.
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Die Glas/Glimmer-Suspension befindet sich in einem Vorratsbehälter
7, der mit einem Rührer 8 versehen ist, da die Suspension ständig gerührt werden
muß, um ein Absetzen der Feststoffpartikel zu verhindern. Die Suspension wird mittels
einer selbstansaugenden Schlauchpumpe 9 auf das Blech 6 gepumpt. Zwischen die Schlauchpumpe
9 und die Zuführungsleitung 10 ist dabei ein Druckausgleichsgefäß 11 geschaltet,
das die etwas ungleichmäßige Förderung der Pumpe ausgleicht. Die auf das Blech 6
geförderte Dispersion läuft daran nach unten, wobei - bei anliegender Spannung -
ein Teil der Feststoffpartikel auf dem Draht 1 abgeschieden wird.
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Der restliche Teil der Dispersion wird in einem Trichter 12 gesammelt
und gelangt über eine Rückführungsleitung 13 zurUck in den Vorratsbehälter 7.
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Nach der ersten Abscheidungseinheit gelangt der Draht in eine erste
Einheit zur Wärmebehandlung. Diese erste Einheit, in der ein Sinterprozeß abläuft,
weist einen elektrisch beheizten Rohrofen 14 auf, der mit einem Quarzrohr 15 versehen
ist. Im Quarzrohr 15 ist an dessen Ende ein Führungsrohr 16 angeordnet, das durch
einen mit einer entsprechenden Bohrung versehenen Asbeststopfen 17 gehalten wird.
Die Ofentemperatur wird beispielsweise auf 1020 0C gehalten, und dazu ist der Rohrofen
14 mit einem Temperaturregler 18 und einer Temperaturanzeige 19 verbunden. Durch
das Quarzrohr 15 wird - entgegen der Zugrichtung des Drahtes - ein Schutzgas, wie
Argon, geleitet; dazu ist das Quarzrohr über eine ZufUhrungsleitung 20 mit einem
Vorratsbehälter 21 für das Schutzgas, beispielsweise eine Druckflasche, verbunden.
Durch das Schutzgas wird die Oxidation des Kupfers verhindert. Ferner wird dadurch
erreicht, daß das auf dem Draht befindliche Isoliermaterial, bevor es in den Ofen
gelangt, getrocknet wird,
und darüber hinaus wird der Draht beim
Verlassen des Ofens soweit abgekühlt, daß keine Oxidation mehr stattfinden kann.
Die endgültige Abkühlung des Drahtes erfolgt außerhalb der Sintereinheit mittels
eines Kaltluftgebläses 22, beispielsweise in Form eines Föhns.
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Nach der Sintereinheit gelangt der Draht 1 über ein weiteres Führungsrohr
23 in eine zweite Abscheidungseinheit; das Führungsrohr 23 ist im übrigen nicht
elektrisch kontaktiert, d.h. es muß - im Gegensatz zum Führungsrohr 4 - nicht an
den Spannungskonstanter 5 angeschlossen sein. Die zweite Abscheidungseinheit, die
beispielsweise zur Abscheidung eines Glimmer/Siliconkautschuk-Gemisches dient, ist
in entsprechender Weise aufgebaut wie die erste Abscheidungseinheit, d.h. diese
Abscheidungseinheit weist folgende Bauteile auf: - ein mit einer Öffnung 24a versehenes
Blech 24, das an den Spannungskonstanter 5 angeschlossen ist und gleichzeitig als
Kathode dient; - einen Vorratsbehälter 25 für eine Glimmer/Siliconkautschuk-Suspension,
der mit einem Rührer 26 versehen ist; - eine Schlauchpumpe 27, die durch eine Zuführungsleitung
28 und ein zwischengeschaltetes Druckausgleichsgefäß 29 die Suspension auf das Blech
24 fördert; - einen unterhalb des Bleches 24 angeordneten Trichter 30 und eine Rückführungsleitung
31 (für die überschüssige Suspension) zwischen dem Trichter 30 und dem Vorratsbehälter
25.
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Nach der zweiten Abscheidungseinheit gelangt der Draht in eine zweite
Einheit zur Wärmebehandlung. Diese zweite Einheit, in der ein Aushärtungsprozeß
abläuft,
ist ähnlich aufgebaut wie die erste Einheit und weist folgende
Bauteile auf: - einen elektrisch beheizten Rohrofen 32, dessen Tefflpe ratur auf
ca. 3500C gehalten wird; - ein Quarzrohr 33, in dem ein Führungsrohr 34 angeordnet
ist, das durch einen mit einer Bohrung versehenen Asbeststopfen 35 gehalten wird;
- einen Temperaturregler 36 und eine Temperaturanzeige 37, die mit dem Rohrofen
32 verbunden sind; - eine in das Quarzrohr 33 mündende Zuführungsleitung 38 für
Druckluft, in der ein Reduzierventil 39 angeordnet ist (da die Temperatur im Rohrofen
32 niedriger ist als im Rohrofen 14, kann hier Luft verwendet werden).
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Nach der Aushärtungseinheit durchläuft der Draht eine Ziehvorrichtung,
die einen Motor 40, ein Getriebe 41, eine Welle 42, ein Laufrad 43 und eine Feder
44 umfaßt, und gelangt dann in eine Aufwickelvorrichtung mit einer Drahtspule 45,
einer Achse 46 mit Rad, einer Transmission 47, einem Getriebe 48 und einem Motor
49.
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Die Ziehvorrichtung muß eine gleichmäßige Zuggeschwindigkeit gewährleisten,
da sich sonst Schwankungen in der Schichtdicke der Isolierschicht ergeben. Der Draht
läuft dazu über die mit Polyvinylchlorid umhüllte Welle 42, die vom regelbaren Gleichstrommotor
40 über das Getriebe 41 angetrieben wird. Das federnd aufgehängte Laufrad 43 drückt
dabei den Draht auf die Welle 42 und gewährleistet auf diese Weise den erforderlichen
Gleichlauf. Eine genaue Einstellung der Umdrehungsgeschwindigkeit der Drahtspule
45 (der Aufwickelvorrichtung), die über die Achse 46 vom Motor 49 über das Getriebe
48 gedreht wird, ist nicht erforderlich, da
als Transmission 47
ein Rundschnurring dient, der gleichzeitig als Rutschkupplung fungiert.
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4 Patentansprüche 1 Figur
L e e r s e i t e