Isoleringsskikt på magnettrådar: En vanlig stötesten för ingenjörer
Vid coiltillverkning påverkar trådisoleringen en mängd olika produktegenskaper som t.ex. användningsområde, livslängd, kostnader eller coilkonstruktion. Trådisoleringen påverkar också olika faktorer under coiltillverkningen, t.ex. skrot eller vidare bearbetning. I den här artikeln sammanfattas de viktigaste fakta om trådisolering - och dess inverkan på coilkonstruktionen - för ingenjörer.
Först ett kort svar på frågan om varför tråd överhuvudtaget behöver isoleras: Endast isoleringen säkerställer att strömmen faktiskt flyter genom varje varv. Isoleringen är nödvändig för att antalet varv N i alla formler för magnetfältet ska vara rimligt. Dessutom skyddar isoleringsskiktet mot kortslutningar.
Vilka isoleringsgrader finns tillgängliga för emaljerad koppartråd för tillverkning av spolar?
Isoleringsskiktets tjocklek och motsvarande elektriska verkningsgrad är indelade i grader. Beroende på graden finns det ett olika förhållande mellan koppartvärsnittsarean och den totala tvärsnittsarean. Isoleringsklasserna beskriver ett minimi- och ett maximivärde för ökningen av skikttjockleken. Enligt den gemensamma standarden IEC 60317 har grad 1 det tunnaste och grad 3 det tjockaste isoleringsskiktet. Ledningar med tunnare eller tjockare isolering eller reducerade toleranser finns dock också tillgängliga på kundspecifik basis.
I många beräkningar tas inte hänsyn till emaljskiktet och den effektiva ytterdiametern beräknas därför för snävt.
Som framgår av denna tabell från fintrådstillverkaren Elektrisola har en 0,100 G1-tråd med 0,1 mm koppar och ett isoleringsskikt en effektiv ytterdiameter på 0,108 mm till 0,117 mm.
| Nominell | Klass 1 | Grad 2 | Grad 3 |
|---|---|---|---|
| 0.100 | 0.108 - 0.117 | 0.118 - 0.125 | 0.126 - 0.132 |
Källa: Elektrisola
Vad är wire emalj?
Trådlack, även kallad primärisolering, används på runda och platta ledningar av koppar och aluminium i motorer, transformatorer, generatorer och elektrisk mätutrustning. De härdas genom värme på trådarna och deras huvudsakliga funktion är att ge elektrisk isolering. Trådar som är belagda på detta sätt kallas också "magnettrådar" eller "lindningstrådar". Dessa trådlacker måste ibland ha mycket god kemisk och termisk beständighet, fästa mycket bra på koppar- eller aluminiumtråd och ha utmärkt mekanisk stabilitet.
Trådlacken appliceras på olika sätt beroende på formen och diametern på den tråd som ska beläggas. Horisontell eller vertikal applicering eller applicering med munstycken eller med filt är typiska processer för trådbeläggning.
Vilka är de vanligaste materialen för trådisolering vid coiltillverkning?
Valet av isoleringsmaterial är mycket stort, men de flesta är baserade på hartser. Beroende på användningsområde måste man välja en annan isoleringsklass, vilket avser isoleringsskiktets tjocklek och material. Isoleringens utformning spelar en underordnad roll för bearbetningen av tråden, bortsett från smörjmedlet.
Kemiskt består trådlackeringsområdet av:
- Polyuretaner, lödbara emaljer,
- polyesterimider, värmebeständiga emaljer,
- polyesteramidimider, lösningsmedelsbeständiga emaljer
Nedan följer en mer detaljerad beskrivning av de vanligaste användningsområdena för olika isoleringsmaterial vid tillverkning av spolar:
Emalj för trådar av polyuretan (PUR)
Trådar isolerade med polyuretanlack har god lödbarhet vid 375°C. Speciella formuleringar resulterar i utmärkt sprick- och pinhole-motstånd. Dessa trådlacker används främst i små transformatorer, timers, reläer, små motorer, solenoider, klockspolar, flyback-transformatorer, magnethuvuden eller bilspolar som reläer och tändspolar.
Lödbara emaljer för polyesterimidtrådar (PEI)
Lödbara polyesterimidtrådar kan i vissa fall lödas även vid temperaturer över 450 °C. De belagda magnettrådarna har god elasticitet samt goda dielektriska och mekaniska egenskaper. Dessa beläggningar är särskilt lämpliga för små elmotorer för att ansluta lindningarna till kollektorn. Polyesterimid-trådlacker används ofta på lindningstrådar för reläer, små transformatorer, små motorer, strömbrytare, tändspolar, magnetbrytare och i fordonstillämpningar.
THEIC emaljerade polyesterimidtrådar (TPEI)
THEIC:s trådlacker av polyesterimid är mycket värmebeständiga och har mycket god mekanisk, elektrisk och kemisk beständighet. Dessa trådlacker används vanligen på trådar i elmotorer, kylutrustning, transformatorlindningar och ballaster till lysrör.
Emalj för tråd av polyamidimid (PAI)
Polyamidimid-trådlacker kan användas som enkel- eller dubbellacker; båda alternativen ger utmärkta mekaniska egenskaper och högsta kemikaliebeständighet. Förutom den klassiska polyamidimidbeläggningen finns även trådlacker med integrerat smörjmedel för ökad lindningshastighet. Dessa produkter används speciellt för att belägga trådar i elmotorer, kylsystem, transformatorlindningar, magnetventiler och ballaster för lysrör.
Självbindande trådar
En annan typ av tråd är självhäftande emaljerad tråd, som innehåller ett andra lager emalj. Detta s.k. självhäftande överdrag används dock inte för isolering utan för att ge spolen mekanisk stabilitet. Det självhäftande emaljskiktet är baserat på epoxihartser, polyvinylbutyral eller polyamid. Förutom de tekniska kraven är den önskade limningsprocessen avgörande för valet. I limningsprocessen binds lindningarna samman termiskt eller kemiskt, t.ex. för självbärande lindningar som luftkärnespiraler. På samma sätt finns det olika typer av självbindande emalj beroende på kontinent.
Trådar av bakad emalj, liksom de emaljerade trådar som nämns ovan , finns inte bara med koppar som ledarmaterial, utan även med legeringar, aluminium eller kopparpläterad aluminium, bland annat för lättviktsspolar eller höghållfasta ledare för bättre hållbarhet. Självhäftande emalj används främst för spolar i mätinstrument, talspolar (t.ex. högtalare), små motorer och sensorer.
I ett nötskal: Isolering av tråd för spolning
De många olika isoleringsmaterialen eller möjligheten att integrera ett smörjmedel i isoleringen gör att det bästa valet för en viss applikation är komplext. Baserat på många års erfarenhet av kundspecifika projekt kan en ledande spoltillverkare som KUK Group erbjuda de bästa råden här. För ingenjörer är det särskilt viktigt att under utvecklingsfasen ta hänsyn till isoleringsskiktet utöver det rena ledarmaterialet. Detta är en viktig förutsättning för en korrekt spolkonstruktion.
