Kupferlackdraht

Eine Rolle mit Kupferlackdraht (Drahtdurchmesser 0,18 mm)

Kupferlackdraht (CuL) ist ein Kupferdraht, der bei der Fertigung mit einer elektrisch isolierenden Lackschicht überzogen wurde. Die Dicke und das Gewicht dieser Lackisolation ist im Vergleich zu anderen Isolierstoffen mit gleicher Wirkung sehr gering. Dieser Draht wird daher bevorzugt zum Bau von elektrischen Spulen, Transformatoren und Maschinen verwendet.

Weitere Anwendungen sind lötbare Schaltdrähte sowie die Herstellung von Hochfrequenzlitze.

Durch die Verwendung von Kupferlackdraht wird die mechanische Baugröße elektrischer Maschinen in günstiger Weise verringert, wobei sich durch die Konzentration der elektrischen und magnetischen Felder auf kleinerem Raum noch weitere räumliche Einsparungseffekte ergeben. Letztendlich führt diese Verringerung der Baugröße durch kürzere Leitungswege auch zu Energieeinsparungen bei gleicher Leistungsabgabe. Siehe hierzu auch Wickeltechnik.

Die Klassifizierung der Lackdrähte erfolgt durch die von der International Electrotechnical Commission (IEC) erstellten Standards 60317^[1] und 60851. Drähte werden nach Temperaturindex (Dauergebrauchstemperatur), Durchschlagspannung und Wärmeschockverhalten eingeteilt.

Drahtlacke sind Lösungen von Polymeren in meist kresolischen Lösemittelgemischen. Alle Drahtlacke werden auf speziellen Drahtlackiermaschinen lackiert und bei 300–600 °C eingebrannt. Dabei werden die Lösemittel verdampft und katalytisch verbrannt. Die Wärme wird zum Beheizen der Anlage benutzt. Die Polymere vernetzen und es bilden sich unlösliche Filme. Beim Löten von – auch bereits mit einer Klinge oder Schmirgelpapier abisoliertem – Kupferlackdraht können geringe Mengen hochgiftiges Toluol-2,4-diisocyanat freigesetzt werden, daher ist an Gewerblichen Arbeitsplätzen eine Absauganlage erforderlich, privat sollte man gut lüften.

Um glatte, konzentrische und porenfreie Filme zu erhalten, werden Lackdrähte üblicherweise zwischen 6 und 20 mal lackiert und eingebrannt. Als Faustregel gilt, dass der Lackfilm ca. 10 % des Gewichtes des Kupferlackdrahtes ausmacht. Der dadurch steigende Durchmesser wird als Zunahme bezeichnet.

Drahtlacke auf Basis von Polyurethanen werden durch die Addition von Hydroxylverbindungen, vorzugsweise hydroxygruppenhaltigen Polyestern, an oligomere aromatische Isocyanate, aus z. B. Trimethylolpropan und Toluylendiisocyanat, gebildet. Als Lösemittel wird ein Gemisch von technischem Kresol und aromatischen Kohlenwasserstoffen verwendet. Eine vorzeitige Reaktion der Einkomponentenlacke bei Transport und Lagerung wird durch die Blockierung des Isocyanates mit Phenol verhindert. Bei Temperaturen oberhalb 180 °C, also während des Lackierprozesses, wird Phenol abgespalten, und das gebildete Isocyanat vernetzt nun mit der Hydroxylkomponente zum Polyurethan. Nichtmodifizierte Polyurethane werden der Wärmeklasse 130 zugeordnet, imidmodifizierte der Klasse 155.

Polyurethanlackdrähte sind lötbar, das heißt, sie können ohne vorherige Entfernung des Lackes gelötet werden. Der Lötvorgang erfordert Temperaturen > 340 °C; dabei zersetzt sich der Polyurethanfilm augenblicklich aufgrund der geringen thermischen Beständigkeit der Urethangruppe. Es entstehen gesundheitsschädliche Gase.

Für Wickeldrähte in Spulen, Transformatoren, Relais und Motoren haben sich Beschichtungen mit Polyesterimiden als Filmbildner durchgesetzt. Je nach Zusammensetzung und Auswahl der Rohstoffe werden Filme mit unterschiedlichen thermischen, mechanischen und dielektrischen Eigenschaften erhalten. Polyesterimide werden aus Ethylenglycol, THEIC^[2], Dimethylterephthalat, Trimelitsäureanhydrid, Diaminodiphenlymethan in einer Polykondensationsreaktion hergestellt. Handelsübliche Polyesterimide haben ein Hydroxidmassenverhältnis zwischen 100 und 300 mg/g und eine molare Masse die unter 5000 g·mol⁻¹ liegt. Sie werden als ca. 40%ige Lösungen in einem Lösungsmittelgemisch geliefert. Polyesterimide sind in Europa die am häufigsten eingesetzten Drahtlacke. Polyesterimid-Lackdrähte sind nur teilweise, wenn dann jedoch erst ab 450 °C lötbar.^[3]

Bei Spulen mit hohen Lagenspannungen und/oder bei hohen Frequenzen (zum Beispiel Schaltnetzteil-Übertrager) ist es üblich, die mit Lackdraht gefertigten Wicklungen zusätzlich noch in Tränklack im Vakuum zu tränken und zu trocknen, um Vorentladungen in Luftzwischenräumen zu vermeiden und somit die Spannungsfestigkeit im Dauerbetrieb zu erhöhen.

Für selbsttragende Spulen wird Backlackdraht verwendet.^[4] Dessen Lackierung besteht aus einer temperaturfesten Grundisolation und einer durch Erhitzen verklebenden, oft auch dabei polymerisierenden Deckschicht.

Bei unsorgfältiger Verarbeitung, elektrischen Durchschlag oder aufgrund andauernder Vorentladungen in Luftzwischenräumen kann die Lackisolierung jedoch beschädigt werden, es entsteht zu benachbarten Drahtlagen ein Windungsschluss. Durch den in der entstandenen Kurzschlusswindung induzierten Strom wird der isolierende Lack durch die Hitze noch weiter zerstört, so dass sich die Windungsschlüsse ausbreiten und die blanken Drähte schließlich einen Kurzschluss bilden.

Einzelnachweise

1. ↑ Thermische Produktmerkmale nach IEC 60317.
2. ↑ THEIC(Tris-2-Hydroxyethyl Isocyanurate)-modifizierte Polyimide als Lackdrahtisolation.
3. ↑ ab 450 °C lötbarer Polyesterimid-Lackdraht.
4. ↑ Backlackdraht.