Verfahren und System zur Reinigung eines langgestreckten elektrischen Leiters

Abstract

 Der durch Öl verschmutzte Leiter (4) wird in einem Reinigungsgefäß (10) durch eine wäßrige Reinigungsflüssigkeit (8) geführt. Diese Flüssigkeit (8) ist umweltverträglich; sie enthält gegenüber Öl hochwirksame Tenside. Der Leiter (4) wird anschließend in einem Entwässerungsgefäß (28) durch ein flüssiges Entwässerungsmittel (26) geleitet. Schließlich wird der Leiter (4) in eine Trockenstrecke (40) geführt, wo das auf dem Leiter (4) verbliebene Entwässerungsmittel (26) entfernt wird. Die Auslegung ist so getroffen, daß der Reinigungsprozeß und der anschließende Entwässerungs- und Trocknungsprozeß recht kurz sind; sie können beispielsweise nur 20 bzw. 100 Sekunden betragen.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung eines langgestreckten elektrischen Leiters mit einer metallischen Oberfläche, die vorzugsweise aus Kupfer besteht. Ein solcher elektrischer Leiter wird zum Bau von Elektromaschinen oder elektrischen Apparaten, wie beispielsweise Magnetspulen, eingesetzt. Es kann sich dabei insbesondere auch um ein Supraleitungskabel handeln, an das besonders hohe Anforderungen gestellt werden.

[0002] Hinweise zur Reinigung langgestreckter metallischer Gegenstände, insbesondere metallischer Bänder, gehen hervor aus dem Aufsatz "Aqueous Systems for Cleaning Strip" von C. Lawson und W. Noble, Metal Finishing, 1987, Heft 5, Seite 51 ff. Demgemäß wird ein metallisches Band unter Ultraschallbehandlung in einem wäßrigen Bad gereinigt, anschließend mit Wasser aus dem normalen Wassernetz gespült und schließlich durch Anblasen mit Luft getrocknet. Weitere Hinweise zur Reinigung und Trocknung langgestreckter metallischer Gegenstände sowie zu hierfür geeigneten Lösungsmitteln und Reinigern gehen hervor aus der WO 92/10596 A2, die speziell die Abtrocknung eines Lösungsmittels von einem gereinigten Gegenstand betrifft, den US-Patenten 4,605,027 und 4,763,677, die Ausgestaltungen der Reinigungsbäder und der diese aufnehmenden Vorrichtungen betreffen, und der DE 37 28 771 A1, die ein Verfahren zum Reinigen einer harten Werkstoffoberfläche durch deren Behandlung mit Ultraschall in einem netzenden wäßrigtensidischen Bad betrifft. Die spezifischen Probleme, die bei der Reinigung eines elektrischen Leiters auftreten, sind in keinem dieser Dokumente abgehandelt. Auch gibt es aus diesen Dokumenten keinerlei Hinweis auf die Einbindung einer dargestellten Reinigungseinrichtung in eine komplexere Anlage.

[0003] Bei der Herstellung eines Drahtes, Drahtgeflechtes oder Drahtbandes, kurz: eines elektrischen Leiters, ist eine Reinigung erforderlich, bevor ein Isoliermaterial auf den Leiter aufgebracht wird. Bisher erfolgt eine solche Reinigung in einem Bad, in dem sich als Reinigungsflüssigkeit ein Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoff (FCKW) oder ein Chlor-Kohlenwasserstoff (CKW) befindet. Insbesondere wird dabei Freon eingesetzt. Dadurch ergeben sich keine Probleme hinsichtlich der Brennbarkeit, der Verdunstungszeit, der rückstandsfreien Verdampfung, so daß eine gute Reinigung und Beseitigung insbesondere von ölhaltigen Substanzen erzielt werden kann.

[0004] Die besagten Reinigungssubstanzen werfen jedoch einige Probleme hinsichtlich der Umweltverträglichkeit auf. In der Bundesrepublik Deutschland dürfen zum Beispiel aus gesetzlichen Gründen freonhaltige Reinigungsmittel nicht mehr zu industriellen Reinigungsprozessen eingesetzt werden. Für die Reinigung eines langgestreckten elektrischen Leiters müssen daher geeignete Ersatzmittel gefunden werden, die ebenfalls die Anforderungen an die Behandlung eines Leiters, insbesondere vor einem Isoliervorgang unter Aufbringung von Isoliermaterial, erfüllen. Speziell für die Reinigung eines gezogenen Leiters aus Kupfer bedeutet dies, daß ein Freon-Ersatz gefunden werden muß, der innerhalb von etwa 20 Sekunden - insbesondere im Ultraschallbad - restlos die insbesondere öligen Verschmutzungen entfernt und der innerhalb etwa der nächsten 100 Sekunden rückstandsfrei abdampft. Dieses Mittel sollte weiterhin schwer entflammbar und ungiftig sein. Wie dargelegt, sollte es bevorzugt im Ultraschallbad verwendbar sein.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es demnach, ein Verfahren und eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei denen ein langgestreckter elektrischer Leiter mit einer metallischen Oberfläche innerhalb kurzer Zeit auf umweltschonende Art in einem kontinuierlichen Prozeß gesäubert und fettfrei gemacht sowie getrocknet werden kann. Das Verfahren und die Einrichtung sollen insbesondere geeignet sein für einen Kupfer-Leiter, der zum Korrosionsschutz oder zur Erleichterung der Verarbeitung mit Öl eingefettet ist. Das Verfahren und die Einrichtung sollen dabei insbesondere auch für einen Leiter in Form geflochtener Drähte oder in Form eines Bandes geeignet sein.

[0006] Die genannte Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leiter durch eine wäßrige Reinigungsflüssigkeit geführt wird, die umweltverträglich ist und ein gegenüber Öl hochwirksames Reinigungsmittel, beispielsweise ein Tensid, enthält, daß der Leiter anschließend durch ein flüssiges Entwässerungsmittel geleitet wird, und daß der Leiter schließlich in einer Trockenstrecke getrocknet wird.

[0007] Die genannte Aufgabe wird durch eine Einrichtung gelöst, die erfindungsgemäß gekennzeichnet ist durch

a) ein Reinigungsgefäß zur Aufnahme einer wäßrigen Reinigungsflüssigkeit, die umweltverträglich ist und ein gegenüber Öl hochwirksames Reinigungsmittel, beispielsweise ein Tensid, enthält, mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung für den Leiter,

b) ein dem Reinigungsgefäß nachgeordnetes Entwässerungsgefäß zur Aufnahme eines flüssigen Entwässerungsmittels

c) eine Trockenstrecke, in der das auf dem Leiter verbliebene Entwässerungsmittel entfernbar ist und

d) eine Transporteinrichtung zum Transport des Leiters durch das Reinigungsgefäß, das Entwässerungsgefäß und die Trockenstrecke.

[0008] Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

[0009] Von besonderer Bedeutung ist die Verwendung der wäßrigen Reinigungsflüssigkeit. Es sollte sich um eine Reinigungsflüssigkeit mit einem flüssigen Neutralreiniger handeln, der frei ist von Alkalien, Säuren oder Lösungsmitteln. Auf dem Markt sind hierfür geeignete Zweikomponentensysteme erhältlich. Eine besonders gute Reinigungswirkung wird mit dem unter dem Produktnamen "Castrol Product 890/501" bekannten Reiniger erreicht. Durch ein Bad mit einer solchen Substanz kann man den Leiter kontinuierlich hindurchziehen. Ultraschall-Beaufschlagung erhöht die Reinigungswirkung. Besonders gute Reinigungsergebnisse werden bei einer Arbeitstemperatur von 60 °C bis 80 °C und einer Einsatzkonzentration von 1 bis 7 %, insbesondere 5 %, erzielt.

[0010] Von besonderer Bedeutung ist auch die Verwendung eines geeigneten flüssigen Entwässerungsmittels für die Entwässerung des gereinigten Leiters. Auch hierfür stehen auf dem Markt geeignete flüssige organische Substanzen zur Verfügung. Bevorzugt wird ein Entwässerungsmittel verwendet, das im wesentlichen aus einem isoparaffinischen Kohlenwasserstoffgemisch besteht. Ein geeignetes Produkt ist unter dem Markennamen "Castrol Safecoat DW 10 X" erhältlich. Es stellt ein leicht vom Leiter abdampfbares Kohlenwasserstoff-Gemisch dar. Von Vorteil ist, daß ein solches Entwässerungsmittel am Einsatzort oder entfernt davon wieder regeneriert, d.h. insbesondere entwässert, und zum erneuten Einsatz bereitgestellt werden kann.

[0011] Das beim Fertigungseinsatz des Entwässerungsmittels sich am Boden ansammelnde Wasser kann kontinuierlich abgeführt werden. Entsprechendes gilt auch für die verschmutzte Reinigungsflüssigkeit. Werden Grenzwerte für eine Direkteinleitung einer Ölemulsion in das öffentliche Kanalnetz unterschritten, so ist eine solche Direkteinleitung ohne Probleme möglich. Sollte dies nicht der Fall sein, so ist eine preiswerte Entsorgung mit Schneid- und Bohröl-Emulsionen möglich.

[0012] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand einer Figur näher erläutert.

[0013] Die Figur zeigt eine Einrichtung zur Reinigung und Isolierung eines Kabels, insbesondere eines Supraleiter-Kabels.

[0014] Gemäß der Figur wird mit Hilfe einer Abzug-Einrichtung 2, beispielsweise einer Abzugraupe, die zusammen mit Führungsrollen 16 und 48 sowie gegebenenfalls weiteren, der Übersicht halber nicht dargestellten Komponenten eine Transporteinrichtung bildet, ein unisolierter elektrischer Leiter 4 kontinuierlich in horizontaler Richtung von einer Kabeltrommel 6 abgezogen. Der Leiter 4 besteht im vorliegenden Fall aus Kupfer oder aus einem drahtförmigen Kupfermantel mit einer Seele aus supraleitendem Material, zum Beispiel Niob-Titan, und ist zum Schutz vor Korrosion und zur besseren Verarbeitung leicht eingefettet. Insbesondere kann es sich dabei um ein Band handeln, das aus mehreren einzelnen Kupfer-Drähten oder Kupfermänteln mit Seele aus Supraleitungsmaterial besteht, die zusammengeflochten sind. Ein solches Band wird beispielsweise zur Herstellung einer elektrischen Maschine oder eines Elektromagneten verwendet. Der Ausdruck "Kupfer-Leiter" soll vorliegend ein jedes drahtförmiges, elektrisch leitfähiges Material unter Einschluß von Supraleitungsmaterial umfassen, das auch von einem Mantel umgeben sein kann.

[0015] Der Leiter 4 wird zunächst durch eine wäßrige Reinigungsflüssigkeit 8 geführt. Diese Reinigungsflüssigkeit 8 befindet sich in einem Reinigungsgefäß 10, das hier als Ultraschall-Reinigungsgefäß ausgebildet ist. Es enthält dazu am Boden einen Ultraschall-Sender 12. Dieser Ultraschall-Sender 12 wirkt gleichzeitig als Heizvorrichtung. Damit ist die Reinigungsflüssigkeit 8 aufheizbar. Natürlich kann auch eine (nicht gezeigte) getrennte Heizvorrichtung verwendet werden. Das Reinigungsgefäß 10 ist mit einem Deckel 14 abgeschlossen. Der Leiter 4 wird mit Hilfe einer Führungsrolle 16 über eine Eingangsschleuse 18 in die Reinigungsflüssigkeit 8 geleitet. Der gereinigte, insbesondere fettfreie, aber noch nasse elektrische Leiter 4 verläßt das Reinigungsgefäß 10 über eine Austrittsschleuse 20.

[0016] Das Reinigungsgefäß 10 weist eine Auslaßöffnung 22 zum Auslaß von abgeschiedenem Öl auf. Diese Auslaßöffnung 22 kann mit

[0017] Hilfe eines Ventils 24 abgesperrt werden. Durch eine nicht gezeigte Einfüllöffnung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich Reinigungsflüssigkeit 8 in das Gefäß 10 nachgefüllt werden. Die wäßrige Reinigungsflüssigkeit 8 ist umweltverträglich und enthält mindestens ein gegenüber Öl hochwirksames Reinigungsmittel, insbesondere ein Tensid oder mehrere Tenside. Tenside sind aus Haushalts-Waschmitteln bekannt. Es kann sich bei der Reinigungsflüssigkeit 8 um eine der eingangs genannten Substanzen handeln, insbesondere um den unter der Markenbezeichnung "Castrol Product 890/501" vertriebenen wassermischbaren Neutralreiniger mit einer Konzentration von 5 %. Die Siedetemperatur der Reinigungsflüssigkeit 8 liegt bei der Siedetemperatur von Wasser.

[0018] Der noch nasse elektrische Leiter 4 wird hinter dem Reinigungsgefäß 10 durch ein flüssiges Entwässerungsmittel 26 geleitet. Dieses Entwässerungsmittel 26 befindet sich in einem dem Reinigungsgefäß 10 unmittelbar nachgeordneten Entwässerungsgefäß 28. Das Entwässerungsgefäß 28 besitzt eine Eingangsschleuse 30 und eine gegenüberliegende Ausgangsschleuse 32 für den elektrischen Leiter 4. Auch hier ist ein Deckel 34 vorgesehen. Weiterhin ist am Boden des Entwässerungsgefäßes 28 eine Auslaßöffnung 36 für abgeschiedenes Wasser vorgesehen. Diese Auslaßöffnung 36 kann mittels eines Ventils 38 mehr oder weniger stark verschlossen werden.

[0019] Als Entwässerungsmittel 26 ist eine flüssige organische Substanz vorgesehen. Bevorzugt kann es sich um eine Flüssigkeit handeln, die zu einem sehr hohen Anteil ein isoparaffinisches Kohlenwasserstoffgemisch enthält. Auch hier kommen wieder die eingangs genannten Substanzen in Betracht. Insbesondere kann es sich bei dem Entwässerungsmittel um das unter dem Markennamen "Castrol Safecoat DW 10 X" bekannte Produkt handeln. Das Entwässerungsmittel 26 sollte nach Möglichkeit eine ganze Anzahl von Anforderungen gleichzeitig erfüllen. Es sollte frei sein von Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffen und Chlor-Kohlenwasserstoffen. Auch sollte es frei von Aromaten sein. Das Entwässerungsmittel 26 sollte ein Netzmittel besitzen, das eine schnelle Wasserverdrängung gewährleistet und sehr beständig gegen Einschleppung von Säuren und Alkalien ist. Dies bedeutet, daß es eine schnelle und exakte Abtrennung des verdrängten Wassers ermöglichen und eine lange Standzeit gewährleisten soll. Wichtig ist auch eine kurze Verdunstungszeit. Die Siedetemperatur des Entwässerungsmittels 26 sollte daher auch weit unter derjenigen von Wasser liegen. Im speziellen Beispiel liegt sie bei 56° C bis 58 °C. Das saubere Entwässerungsmittel 26 ist rückstandfrei verdampfbar. Über die Auslaßöffnung 36 kann auch das Entwässerungsmittel 26 abgelassen werden. Es kann anschließend der Wiederaufbereitung oder Wiederaufarbeitung zugeführt werden.

[0020] An das Entwässerungsgefäß 28 schließt sich eine Trockenstrecke 40 für den Leiter 4 an. Hierbei kann es sich um eine ganz normale Abluftstrecke handeln, in der der Leiter 4 in der Umgebungsluft abtrocknet. Dabei wird das auf dem Leiter 4 verbliebene Entwässerungsmittel 26 entfernt. Die Trockenstrecke 40 kann auch einen oder zwei Gebläse 42, 44 oder mehr umfassen. Das erste Gebläse 42 ist als Warmluftgebläse ausgeführt, und das zweite Gebläse 44 ist als Kaltluftgebläse konzipiert, um die Temperatur des Leiters 4 an die für den nächsten Verarbeitungsschritt erforderliche Temperatur anzupassen. Die Gebläse 42, 44 unterstützen also durch Anblasen mit Luft den in der Trockenstrecke 40 stattfindenden Trockenvorgang. Mit dem ersten Gebläse 42 kann der Leiter 4 beispielsweise auf eine Temperatur von 120 °C gebracht werden.

[0021] Von Bedeutung ist vorliegend, daß der Vorgang des Reinigens und des Trocknens nur eine relativ kurze Zeit beansprucht. In einem Ausführungsbeispiel wurden die Parameter so eingestellt, daß der Leiter 4 etwa 20 Sekunden lang durch die Reinigungsflüssigkeit 8 geführt und anschließend etwa 100 Sekunden lang entwässert und getrocknet wurde.

[0022] Bei der Herstellung eines isolierten elektrischen Kabels 4 ist der nächste Bearbeitungsschritt nach dem Reinigen und Trocknen das Versehen mit einer Isolierung. Dafür ist vorliegend eine Umspinnstation 46 vorgesehen. Diese kann von konventioneller Bauart sein. Sie enthält Spinnköpfe zum Aufbringen von Isoliermaterial in Form von Folie und/oder Band. Am Ausgang ist sie mit Führungsrollen 48 für den Leiter 4 versehen. Von dort aus wird der Leiter 4 der Abzug-Einrichtung 2 zugeführt. Hier kann er aufgewickelt werden. Es soll noch erwähnt werden, daß jeweils der Abstand zwischen zwei benachbarten Komponenten der gezeigten Einrichtung zur Kabelisolierung klein gehalten wird, um ein Durchhängen des Leiters 4 weitgehend zu verhindern.

[0023] Es soll noch einmal herausgestellt werden: Bei der vorliegenden Einrichtung zur Isolierung eines Kabels 4 schließt sich an die Ultraschall-Reinigung im Reinigungsgefäß 10 und an die Trocknung im Entwässerungsgefäß 28 und in der Trockenstrecke 40 eine Umspinnung in der Umspinnstation 46 an. In der Praxis ist der Zeitrahmen für die Reinigung bis zur Umspinnung auf maximal etwa 2 Minuten begrenzt. Diese Zeit wird durch den Bandzug und die Bandgeschwindigkeit vorgegeben; dabei sind diese Werte material- und produktabhängig.

[0024] Senkt man die Bandgeschwindigkeit, so erhält man zwar einen längeren Zeitrahmen bis zur Umspinnung. Jedoch besteht dann die Gefahr, daß das Band 4 stark durchhängen kann, und eine einwandfreie Führung und damit eine faltenfreie sowie fehlstellen-freie, lückenlose Umspinnung ist nicht gewährleistet. Auch eine Vielzahl von Stützrollen, so hat die Erfahrung gezeigt, kann diesen Effekt nicht beheben. Erhöht man in diesem Fall den Bandzug mit Hilfe der Abzug-Einrichtung 2, so kommt es zu Teilleitersprüngen im Leiter 4 oder, was noch extremer ist, der Leiter 4 verjüngt sich, was ebenfalls nicht erwünscht ist. Für den Bau von supraleitfähigen Spulen oder Magneten ist eine extreme Maßgenauigkeit erforderlich. Das bedeutet für den vorliegenden Fall, daß - unter Berücksichtigung üblicher technischer Gegebenheiten - für die Reinigung im Ultraschallbad nur etwa 20 Sekunden zur Verfügung stehen. Dieser Wert ergibt sich aus der vorliegend angewandten Bandgeschwindigkeit und der Größe des Reinigungsgefäßes 10. Bis zum Umspinnen in der Umspinnstation 46 stehen dann nochmals etwa 100 Sekunden zur Verfügung.

Ansprüche

1. Verfahren zur Reinigung eines langgestreckten elektrischen Leiters (4) mit einer metallischen Oberfläche, die vorzugsweise aus Kupfer besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) durch eine wäßrige Reinigungsflüssigkeit (8) geführt wird, die umweltverträglich ist und ein gegenüber Öl hochwirksames Reinigungsmittel, beispielsweise ein Tensid, enthält, daß der Leiter (4) anschließend durch ein flüssiges Entwässerungsmittel (26) geleitet wird, und daß der Leiter (4) schließlich in einer Trockenstrecke (40) getrocknet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) unter Ultraschall-Beaufschlagung durch die Reinigungsflüssigkeit (8) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) in der Trockenstrecke (40) mit Luft angeblasen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (4) etwa 20 Sekunden lang durch die Reinigungsflüssigkeit (8) geführt und anschließend etwa 100 Sekunden lang entwässert und getrocknet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte Entwässerungsmittel (26) ein solches ist, das rückstandsfrei von einer Oberfläche abdampft.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß das benutzte Entwässerungsmittel (26) eine flüssige organische Substanz und bevorzugt im wesentlichen ein isoparaffinisches Kohlenwasserstoffgemisch ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Siedetemperatur des benutzten Entwässerungsmittels (26) unterhalb der Siedetemperatur von Wasser liegt und bevorzugt 55° bis 60° C beträgt.

8. Einrichtung zur Reinigung eines elektrischen Leiters mit einer metallischen Oberfläche, die vorzugsweise aus Kupfer besteht, gekennzeichnet durch

a) ein Reinigungsgefäß (10) zur Aufnahme einer wäßrigen Reinigungsflüssigkeit (8), die umweltverträglich ist und ein gegenüber Öl hochwirksames Reinigungsmittel, beispielsweise ein Tensid, enthält, mit einer Einlaß- und einer Auslaßöffnung (18, 20) für den Leiter (4),

b) ein dem Reinigungsgefäß (10) nachgeordnetes Entwässerungsgefäß (28) zur Aufnahme eines flüssigen Entwässerungsmittels (26),

c) eine Trockenstrecke (40), in der das auf dem Leiter (4) verbliebene Entwässerungsmittel (26) entfernbar ist, und

d) eine Transporteinrichtung (2, 16, 48) zum Transport des Leiters (4) durch das Reinigungsgefäß (10), das Entwässerungsgefäß (28) und die Trockenstrecke (40).

9. Einrichtung nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgefäß (10) einen Ultraschall-Sender (12) zur Unterstützung der Reinigung mit Ultraschall aufweist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das Reinigungsgefäß (10) eine Auslaßöffnung (22) für abgeschiedenes Öl aufweist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenstrecke (40) als Abluftstrecke ausgebildet ist oder mindestens ein Gebläse (42, 44) aufweist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß das Entwässerungsgefäß (28) eine Auslaßöffnung (36) für abgeschiedenes Wasser aufweist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer Einrichtung zur Isolierung eines Kabels (4), insbesondere eines Supraleiter-Kabels, ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Umspinnstation (46) zur Isolierung des Leiters (4) vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß im Reinigungsgefäß (10) eine Heizvorrichtung (12) vorgesehen ist, mit der die Reinigungsflüssigkeit (8) auf eine Temperatur insbesondere von 60° bis 80° C aufheizbar ist.

Zeichnung