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.
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
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.
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:
Nedan följer en mer detaljerad beskrivning av de vanligaste användningsområdena för olika isoleringsmaterial vid tillverkning av spolar:
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 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: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.
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.
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.
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.