Die Erfindung betrifft einen lackbeschichteten Draht mit unrundem Querschnitt, zwei Verfahren zur Herstellung des Drahtes, eine daraus hergestellte Spule und ein Verfahren zu deren Herstellung in Übereinstimmung mit den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Aus der NL 7903758 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Draht einlagig auf einen Kern aufgewickelt wird, wobei mehrere Windungen rund bleiben, sodann der größte Teil der Windungen platt gequetscht und aufgewickelt werden und schließlich wiederum einige Windungen runden Drahtes aufgewickelt werden. Für mehrlagige Spulen ist dieses Verfahren nicht geeignet, über die Befestigung des Drahtes am Kern und den Aufbau des Drahtes wird nichts ausgesagt.

Aus der EP 244 923 A ist eine Spule mit Windungen aus platt gequetschtem Draht für große, dynamoelektrische Maschinen bekannt. Die Spule wird dabei in passend geformten Kanäle gebildet, der Draht scheint, ähnlich wie bei üblichen Transformatoren, durch Lack isoliert zu sein, über seinen Aufbau wird nichts ausgesagt.

Aus der US 3,320,788 A ist eine mehrlagige Spule aus gequetschtem Draht unbekannten Aufbaus bekannt, wie die Spule ihre Stabilität erhält und behält, ist nicht erläutert.

Weiters sind lackbeschichtete Drähte runden Querschnittes für die Herstellung von elektrischen Spulen sind bekannt. Diese Drähte bestehen aus Kupfer, Aluminium oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung, und weisen eine innere elektrisch isolierende Beschichtung und auf dieser angeordnet, eine äußere, Backlackschicht auf. Die erste, innere, Lackbeschichtung, welche aus Polyurethan oder Polyesteramid besteht, dient der elektrischen Isolierung des Drahtes. Die zweite, äußere, Lackschicht, die von den Drahtherstellern Backlack genannt wird, dient einer mechanischen Verbindung zwischen den Windungen und den Windungslagen. Sie wird aus Lacken hergestellt, die eine nachträgliche Erweichung der Lackschicht ermöglichen. Die Erweichung der Lackschicht kann entweder durch die Einwirkung von Wärme oder durch die Einwirkung eines chemischen Lösungsmittels erfolgen. Üblicherweise werden Lacke auf Basis von Polyvinylbutyral oder Polyamid verwendet.

Aus der JP 1 084517 und der JP 54 109188 sind sogenannte Flachdrähte bekannt, bei denen mehrere isolierte, einzeln hergestellte, runde Leiter parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden werden. Sodann wird dieses übliche Flachkabel unter Druck und Erwärmung so deformiert, dass die Leiter längsrechteckigen Querschnitt erhalten. Verwendet werden derartige Flachkabel mit reduzierter Dicke in elektronischen Geräten und in letzter Zeit bei Kabelbäumen von Kraftfahrzeugen.

Als "rund" wird in der Beschreibung und den Ansprüchen immer "kreisrund" verstanden, als "unrund" somit als "vom kreisrunden Querschnitt abweichend". Im wesentlichen betreffen die unrunden Querschnitte ovale und rechteckige Querschnitte, wobei letztere abgerundete Kanten aufweisen, somit die eingangs definierten Querschnitte, die zwei unterschiedlich lange, normal zueinander stehende Achsen aufweisen.

Solche Drähte werden für die Herstellung von elektrischen, selbsttragenden Spulen verwendet. Diese Spulen mit einem Draht runden Querschnittes haben aber den Nachteil, daß zwischen den aneinandergrenzenden Drähten freie Zwischenräume verbleiben. Diese Zwischenräume bedingen eine verminderte Packungsdichte, welche den Wirkungsgrad des Gerätes, in dem die Spule zur Anwendung kommt, mindert. Außerdem liegen die einzelnen Drähte solcher Spulen nur an schmalen Berührungslinien zusammen, wodurch auch, da solche Spulen den elektromechanischen Kräften ausgesetzt sind, die Haltbarkeit solcher Spulen beeinträchtigt wird.

Im Bestreben, dichter gepackte Spulen herzustellen, ist auch bekannt, die Spulen aus lackbeschichteten Drähten rechteckigen Querschnittes herzustellen. Derartige Drähte werden dadurch erhalten, dass der metallische Kern entsprechend verformt und anschließend mit den Isolierschichten versehen wird.

Der Nachteil dieser beschichteten Drähte mit einem metallischen Kern rechteckigen Querschnittes besteht allerdings darin, daß, bedingt durch das Herstellungsverfahren, die Beschichtungen nicht in gleichmäßiger Stärke (Dicke) auf dem Metallkern aufgebracht sind. Grund dafür ist die fehlende Symmetrie des eckigen Metalldrahtes in Verbindung mit der Oberflächenspannung des Materials der Beschichtungen. Aus diesem Grund weisen solche Drähte Beschichtungen mit konvexen Außenflächen auf. Wenn nun solche Drähte zu Spulen verarbeitet werden, so berühren aneinandergrenzende Drähte auch nur entlang relativ schmaler Berührungslinien, wobei wie bei den Spulen, die aus Drähten runden Querschnittes hergestellt werden, Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten verbleiben. Da die Lackbeschichtung und damit auch die äußere Backlackschicht auf dem Draht in unterschiedlichen Stärken über die Rechteckflächen verteilt aufgebracht sind, und die Drähte einander nur in relativ eng begrenzten Berührungsbereichen zusammenbacken, ist auch der Packungszusammenhalt der einzelnen Drähte in der Spule nicht optimal. Dadurch werden wiederum die Lebensdauer und die mechanische Selbsttragfähigkeit der Spule stark beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist nun die Schaffung eines unrunden lackbeschichteten Drahtes, der die genannten Nachteile dieser Drähte nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst; Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen an. Als einer Querschnittsachse zuzuordnende Seite werden die Bereiche der Oberfläche bezeichnet, die am ehesten parallel zu einer Querschnittsachse verlaufend angesehen werden können.

In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausgestaltung weist der Draht einen Querschnitt mit einem Achsenverhältnis von maximal 3:1 auf, wobei er rechteckigen oder vorteilhafterweise ovalen Querschnitts ist.

Der Vorteil eines solchen erfindungsgemäßen Drahtes besteht darin, daß seine Ausbildung die Herstellung einer elektrischen Spule ermöglicht, bei der die aneinandergrenzenden Drähte eng aneinander liegen und über eine große Fläche zusammenbacken. Durch die Tatsache, daß die Schichtstärke der Lackbeschichtung des Drahtes an den der kürzeren Querschnittsachse zuzuordnenden Seiten stärker, bevorzugt wesentlich stärker, ist als an den der längeren Querschnittsachse zuzuordnenden Seiten ist es bei der Herstellung von Spulen aus lackbeschichteten Drähten insbesondere ovalen Querschnittes möglich, die bei der Anordnung der Drähte nebeneinander sich ergebenden Zwickelräume mit Lackbeschichtungsmaterial weitgehend auszufüllen. Die Spulenherstellung erfolgt nämlich unter Erwärmung, so daß dabei Lackbeschichtungsmaterial plastisch wird und so die insbesondere im Bereich der den kürzeren Querschrnittsachsen des Drahtes zuzuordnenden Seiten sich bildenden Zwickelräume durch die hier in vermehrten Maße vorhandene Lackbeschichtungsmasse ausfüllen kann. Durch die im wesentlichen gleichmäßige Schichtstärke der Lackbeschichtung auf allen Seiten bzw. Flächen des erfindungsgemäßen Drahtes ist eine enge Anordnung und ein Zusammenbacken der lackbeschichteten Drähte rechteckigen Querschnitts bei der Herstellung von Spulen jedenfalls gewährleistet.

Durch den Wegfall von Zwischenräumen zwischen aneinandergrenzenden Drähten und das allseitige feste Zusammenbacken der Drähte wird die Standfestigkeit der elektrischen Spule und damit deren Lebensdauer gegenüber den bisher hergestellten bekannten Spulen mit einem Draht eckigen Querschnittes um bis zu 50 %, somit ganz erheblich, erhöht.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Drahtes mit unrundem Querschnitt, der zwei unterschiedlich lange, normal zueinander stehende Achsen aufweist und aus einem Metalldraht und einer diesen umgebenden Lackbeschichtung, die Isolations- und Backlackeigenschaften aufweist. Dieses Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der lackbeschichtete Draht runden Querschnitts mittels Walzverfahrens auf einen Querschnitt mit einem Achsenverhältnis von maximal 3 : 1 gedrückt wird.. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Draht auf einen ovalen Querschnitt gedrückt.

In überraschender Weise wurde gefunden, daß ein Drücken des beschichteten Drahtes bis zu diesem maximalen Ausmaß möglich ist, ohne Beeinträchtigung der Lackbeschichtung und unter Erzielung einer im wesentlichen gleichmäßigen Beschichtungsstärke an den einzelnen Flächen des Drahtes.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise derart durchgeführt, daß der lackbeschichtete Draht runden Querschnittes zwischen zwei entsprechend beabstandeten Walzen durchgeführt wird. Dabei ist es eben wesentlich, daß der Walzenspalt derart eingestellt ist, daß das Verhältnis der zwei unterschiedlich langen, senkrecht aufeinanderstehenden Querschnittsachsen 3:1 des verformten Drahtes nicht überschritten wird.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung näher erläutert, wobei in einem der Deutlichkeit halber ganz wesentlich überhöhtem Maßstab die

• Fig. 1 einen herkömmlich beschichteten Draht runden Querschnittes,
• Fig. 2 eine aus einem Draht gemäß Fig. 1 hergestellte elektrische Spule,
• Fig. 3 einen bekannten lackbeschichteten Draht rechteckigen Querschnittes,
• Fig. 4 eine aus dem Draht gemäß Fig. 3 hergestellte elektrische Spule,
• Fig. 5 einen erfindungsgemäßen Draht ovalen Querschnittes,
• Fig. 6 eine aus dem Draht gemäß Fig. 5 hergestellte elektrische Spule,
• Fig. 7 eine erfindungsgemäße elektrische Spule in Draufsicht,
• Fig. 8 einen Schnitt entlang der Linie VIII-VIII der Fig. 7,
• Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie IX-IX der Fig. 7 und
• Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X der Fig. 7 zeigen.

Die Erfindung wird beispielsweise an Hand von lackbeschichteten Drähten näher erläutert, deren Lackbeschichtung jeweils aus einer inneren elektrisch isolierenden Isolationsschicht und einer äußeren Backlackschicht aufgebaut ist. An Stelle der zweischichtig aufgebauten Lackbeschichtung auf dem Metalldraht kann auch eine einschichtige Lackbeschichtung zum Einsatz kommen, die gleichzeitig Isolations- und Backlackeigenschaften aufweist.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen lackbeschichteten Draht 1' runden Querschnitts, wobei der Metalldraht 2' mit einer inneren elektrisch isolierenden Lackschicht 3' ummantelt ist. Über dieser Lackschicht 3' ist eine äußere, zweite Backlackschicht 4' angeordnet, die einer Verbindung zwischen den Drähten von aus diesen hergestellten elektrische Spulen dient. Eine solche Spule 5' ist in Fig. 2 dargestellt. Die einander berührenden lackbeschichteten Drähte 1' sind an entlang relativ schmaler Berührungslinien miteinander jeweils über die Backlackschicht verbunden. Zwischen den Drähten 1' verbleiben jedoch freie Zwischenräume 6', die eine verminderte Packungsdichte mit sich bringen.

Fig. 3 zeigt einen lackbeschichteten Draht 1" rechteckigen Querschnitts entsprechend bisher bekannten Standes der Technik. Solche beschichtete Drähte werden herkömmlicher Weise so hergestellt, daß ein Metalldraht runden Querschnitts gedrückt oder verpreßt und zu einem Draht 2" rechteckigen Querschnitts verformt wird. Auf den verformten Metalldraht 2" werden dann zuerst eine elektrisch isolierende Lackbeschichtung 3" und darauf eine Backlackschicht 4" aufgebracht. Zufolge der fehlenden Symmetrie des im Querschnitt im wesentlichen rechteckigen Drahtes 2" weisen diese Drähte herstellungsbedingt Beschichtungen in nicht gleichmäßiger Stärke auf, wobei die Drähte insbesondere an ihren Breitseiten, Beschichtungen 3", 4" mitunter unregelmäßig nach außen bombierte Außenflächen aufweisen.

Dadurch entstehen bei der Verarbeitung auch von solcher Art herkömmlich hergestellten Drähten zu elektrischen Spulen 5" zwischen den Windungen bzw. Lagen von Windungen wiederum freie Zwischenräume 6", die eine verminderte Packungsdichte und Standfestigkeit der elektrischen Spule bedingen.

In Fig. 5 ist ein erfindungsgemäß hergestellter Draht 1 ovalen Querschnitts dargestellt, der aus einem Metalldraht 2, einer diesen umhüllenden elektrisch isolierenden Beschichtung 3 und einer darauf aufgebrachten äußeren Backlackschicht 4 besteht. Durch ein kontinuierliches schonendes Drücken eines lackbeschichteten Drahtes runden Querschnitts, der zufolge der gegebenen Symmetrie mit Lackbeschichtungen in gleichmäßiger Stärke herstellbar ist, auf einen ovalen Querschnitt mit einem Verhältnis der zwei unterschiedlich langen, senkrecht aufeinanderstehenden Querschnittsachscn von maximal 3 : 1 weist schließlich der so gedrückte beschichtete Draht 1 an allen Seiten jeweils Beschichtungen in stufenlos gleichmäßig verlaufender Stärke auf. Dabei ist die Oberfläche der Beschichtung im wesentlichen glatt. Die elektrisch isolierende Beschichtung 3 und die äußere Backlackschicht 4 weisen durchschnittlich jeweils Stärken zwischen 5 und 10 µm auf.

Aus solchen beschichteten erfindungsgemäß hergestellten Drähten 1 ovalen Querschnitts aufgebaute elektrische Spulen 5, wie sie z.B. in Fig. 6 gezeigt sind, haben eine äußerst hohe Packungsdichte, da die beschichteten Drähte 1 mit ihren äußeren Backschichten 4 ohne bzw. wenigstens in hohem Maße ohne Ausbildung von freien Zwischenräumen allseitig zusammenbacken und miteinander verbunden sind. Dadurch ergibt sich auch eine sehr hohe Standfestigkeit und damit Lebensdauer dieser selbsttragenden Spulen 5.

Die Erfindung ermöglicht es, einen Nachteil der Drähte unrunden Querschnittes bei der Verwendung von elektrischen Spulen auszumerzen. Solche Drähte neigen dazu, an den Stellen, an denen sie aus dem Spulenverband austreten, zu brechen. Sie sind diesbezüglich wesentlich anfälliger als runde Drähte. Der Grund für diese Anfälligkeit liegt vermutlich in den erhöhten punktuellen dynamischen Beanspruchungen in diesem Bereich, denen unrunde Drähte geringeren Widerstand entgegensetzen als runde, doch sind die Ursachen nicht in letzter Konsequenz erforscht.

Wie in den Fig. 7 bis 10 gezeigt, ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Spulen aus einem Draht 1' herzustellen, der in dem Bereich, in dem er von der (nicht dargestellten) Anschlußstelle frei zur Spule geführt wird (Schnitt X-X, Fig. 10), der Schlaufe 7, und in einem Anfangsbereich 8 auf der Spule 9, der eine Windung nicht übersteigt und vorzugsweise unter einer halben Windung liegt, rund zu belassen und nur die eigentliche Spule aus dem erfindungsgemäß ausgebildeten Draht 1 herzustellen. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt der Übergang vom runden Draht 1' zum unrunden Draht 1 im Bereich zwischen den Schnittebenen VIII-VIII und IX-IX, wie aus den Fig. 8 und 9 ersichtlich ist.

Dies ist deshalb möglich, weil der Draht bis zum Wickeln der Spule rund ist und erst während der Zufuhr zum Wickeln verformt wird. Bei den unrunden Drähten gemäß dem Stand der Technik wäre es völlig aussichtslos, den Kern über die Drahtlänge entsprechend ungleichmäßig auszubilden und dann die jeweils passenden Stellen zu suchen und zu verwenden. Erst durch diese Ausgestaltung der Erfindung ist es möglich, Spulen samt ihren elektrischen Zuleitungen einstückig, aber mit über die Länge des Drahtes unterschiedlichem Querschnitt herzustellen und so die für die jeweilige Stelle bestgeeignete Querschnittsform zur Verfügung zu stellen.

In der Praxis erfolgt das so, dass bei der automatischen Spulenherstellung das runde Drahtende vom Manipulator ergriffen wird, mit der vorgesehenen Überlänge zum Wickelpunkt geführt wird, und dass während dieser Zufuhrbewegung die Formrollen so zugestellt werden, dass ein Teil der ersten Windung der Spule 9 aus rundem Draht 1' besteht, während die restliche und die weiteren Windungen aus unrundem Draht 1 bestehen. Auf analoge Weise werden die Formrollen auseinandergeführt, wenn die Stelle des Drahtes zu Ihnen gelangt, ab der auf der fertigen Spule wieder runder Draht vorliegen soll.

Es betrifft somit die Erfindung sowohl eine Spule aus einem erfindungsgemäßen Draht, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spule im wesentlichen aus Draht unrunden Querschnitts besteht und dass zumindest einer der Zufuhrdrähte (Schlaufe) zur Spule runden Querschnitt aufweist und über maximal eine Windung, bevorzugt maximal eine halbe Windung, mit rundem Querschnitt Teil der Spule ist; als auch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Spule, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen einer Vorratshaspel für den runden Draht und der Führungsvorrichtung für die Zufuhr des Drahtes zum Auflaufpunkt auf der Spule Formrollen zur Deformation des Drahtes angeordnet sind, die zwischen einer aktiven Position, in der sie den durchlaufenden Draht verdrücken und einer inaktiven Position, in der der Draht durchläuft und rund bleibt, verstellbar sind, und dass die Formrollen in der aktiven Position sind, wenn Abschnitte des Drahtes durchlaufen, aus denen die Spule gebildet wird und dass sie in die inaktive Lage gebracht werden, wenn Drahtabschnitte durchlaufen, aus denen eine Schlaufe bzw. der Übergang von der Spule zur Schlaufe gebildet wird.