СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ЛЕНТЫ И ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF PRODUCING ELECTRICALLY INSULATED METAL BAND AND LINE TO THIS END

Изобретение относится к области электротехнических материалов, а именно к производству изолированных проводов из фольги для изготовления обмоток с высоким коэффициентом заполнения по металлу.
Известны комбинированные методы изготовления плоских изолированных электрических проводников соединением металлической фольги со слоем диэлектрика [1], [2] с последующими травлением, продольным разрезанием и лакированием, а также осаждением металла на слой диэлектрика, например полиимида, химически [3], плазмохимически [4], [5], газодинамически [6] с такой же последующей обработкой. Эти методы позволяют изготавливать многослойные плоские провода, печатные проводники и соединительные кабели с незначительными изменениями ширины металлической полосы плоского провода вдоль его длины и с любым постоянным или изменяющимся расположением слоев. Строгое постоянство ширины металлической полосы особенно важно при изготовлении из такого провода обкладок конденсаторов и обмоток трансформаторов. Использование этих методов дает относительно большую толщину изоляции, обеспечивающую электрическую и механическую прочность при малой толщине проводника, что уменьшает электрическую емкость, образуемую с соседними проводниками. Поскольку относительно толстым, т.е. конструкционным несущим слоем - подложкой, обеспечивающим приемлемую механическую прочность такого проводника, является слой диэлектрика, то при таких методах производства плоских проводников и обмоток из них высокое относительное заполнение по металлу в проводе не достигается.
В производстве трансформаторов и конденсаторов известен способ изоляции витков фольговых обмоток трансформатора или витых пленочных обкладок конденсаторов, основанный на одновременной намотке укладкой друг на друга разделенных слоев металлической фольги и диэлектрической пленки [7]. Способ позволяет применять простые легко доступные материалы, т.е. длинные полосы изоляционной пленки и оголенной металлической фольги. Однако если требуется широкий ассортимент по ширине таких лент, фольги, металла с высокой электропроводностью, то так называемую технологию литья металлических стекол с высокоскоростным охлаждением, которая описана в [8], [9] и обеспечивает получение металлической ленты без заусенцев и колебаний ширины, не применяют, т.к. она обеспечивает только одну ширину ленты. Часто в производстве плоских проводов и обмоток из плоских проводов используются ленты изоляционной пленки и металлической фольги, изготовленные путем грубой продольной резки широких полос с вариацией ширины ленты вдоль ее длины от ±0,3 мм до ±3 мм [10]. Такие грубые колебания ширины металлической полосы в направлении ее длины создают в обмотке или обкладке краевые выступы на боковых кромках некоторых витков фольги по отношению к боковым кромкам остальных ее витков, в несколько раз превышающие толщину изоляционной пленки и металлической фольги. Эти острые выступы и заусенцы на торцах обмоток или обкладок существенно увеличивают напряженность наводимого или подводимого электрического поля между кромками этих слоев, а так же между ними и электропроводящими деталями, внешними по отношению к обмотке или обкладке. Это вынуждает увеличить толщину изоляционной ленты и ее ширину в обмотке или обкладке по сравнению с шириной металлической ленты для повышения надежности путем снижения вероятности электрических пробоев по торцам этих обмоток или обкладок, т.е. увеличить дополнительные выступы изоляции по торцам, заполняя возникающие при этом пустоты изоляционными спиралями, как и указано в технологиях таких обмоток и обкладок [11]. Увеличение толщины несущих слоев, в этом случае и металлических и изоляционных, становится необходимым так же и для исключения их повреждений при намотке, что дополнительно приводит к снижению плотности обмоток и увеличению их размеров. Необходимость одновременной намотки полосами двух видов так же усложняет технологическое оборудование.
Широко известны простые и недорогие методы изоляции непокрытого электрического провода экструдированием пластмассовой оболочки или обертыванием волокнистым или пленочным диэлектриком [12], [13], [14]. Несмотря на то, что несущим слоем такого провода является металлический слой, использование этих методов не дает, из-за большой относительной толщины изоляции, высокое относительное заполнение провода металлом.
Известна технология изоляции непокрытого электрического провода эмалированием лаками [15] толщиной от 30 мкм до 120 мкм, выдерживающей напряжение до 200 В, без которой была бы немыслима электротехника. Однако используемые при этом винифлексовые, масляные и полиэфирные лаки не обладают достаточной электрической прочностью. К тому же остается невыполненной задача устранения заусенцев и снижения колебания ширины ленты вдоль ее продольной оси. Поэтому эта технология также не позволяет снизить толщину изоляции и увеличить относительное заполнение провода и обмотки металлом.
Известны следующие способы утоньшения изоляционных слоев:
2
3
2
3
2
пр
1) способы нанесения сплошного оксидного слоя на непокрытую или алюминированную поверхность фольги, например слоя FeO, AlO, TiO или TiN с высокой электрической прочностью Е, достигающей 830 кВ/мм [16], [17], [18]. Эти способы легко обеспечивают толщину механически и электрически прочной изоляции, меньшую, чем 1 мкм, причем эти способы осуществляются путем использования, например:
- устройства для микродугового оксидирования металлов и их сплавов [19], содержащего гальваническую ванну с тиристорным источником питания, управляемым вычислительной машиной с датчиками параметров процесса. Устройство обеспечивает стабильно высокое качество покрытий в широком классе обрабатываемых материалов, однако имеет сложную конструкцию и низкую производительность;
пр
2) способ изоляции плоского кабеля полимерной пленкой лака на полиимидной основе [20], [21], при котором, благодаря высокой электрической прочности Е>210…270 кВ/мм этих лаков, толщина изоляции обмоточной фольги может быть уменьшена до 2…3 мкм, что достигается за счет разбавления лака быстро испаряемыми растворителями, при этом способ реализуется применением, например:
- установки для нанесения покрытия из изоляционного лака на стальную полосу [22], содержащей вращаемый ролик с многоячеистой поверхностью, частично погруженной в резервуар для нагретого изоляционного лака, вращающий гладкий ролик, прижимающийся цилиндрической поверхностью с цилиндрической поверхностью соосного вращаемого ролика и с покрываемой лаком поверхностью. Устройство имеет высокую производительность и обеспечивает равномерное покрытие стальной полосы густым лаком со всех ее сторон. Недостатком устройства является возникновение неравномерности покрытия при необходимости уменьшения его толщины до приемлемых значений и возможность повреждения полосы из-за постоянного бокового смещения при протягивании;
- установки для нанесения лаков на движущуюся металлическую ленту [23], содержащей ролик для нанесения покрытия, укрепленный на несущих салазках с присоединенным к ним же регулирующим устройством. Благодаря подводу ролика к движущейся металлической ленте с определенным усилием и в определенной установочной позиции обеспечивается равномерное нанесение покрытия заданной толщины в пределах узких полей допуска. Однако устройство не позволяет уменьшить толщину покрытия до приемлемых значений;
- устройства для нанесения покрытий путем создания мениска лака [24], содержащего два сосуда с лаком на разных уровнях, соединенных выступающей над этими сосудами полосой пористого материала, пропитанного этим лаком. Недостатком устройства является неравномерность покрытия из-за изменения вязкости лака жидкости в процессе работы.
В процессе обработки ленты необходимы устройства для недеформирующей ее перемотки и протяжки вдоль обрабатывающей линии. При этом применение различных боковых направляющих ограничителей может привести к повреждению изоляции кромки ленты с четырехсторонним покрытием.
Известны тянущий блок волочильного стана, способ волочения и непрерывный волочильный стан [25], содержащий неподвижную волоку и с тянущими вдоль рамы стана тележками, снабженными автоматически управляемыми линейными приводами для движения по рельсам направляющих модулей прямого и обратного направления и поочередно возвращаемыми для сцепления протягиваемого металла с модулями фиксирующего элемента. Устройство обеспечивает прямолинейное протягивание металлического проката без его повреждения от боковых направляющих устройств, однако имеет сложную и громоздкую конструкцию.
Для обеспечения необходимого качества изоляционного покрытия провода линия так же должна содержать устройство, обеспечивающее промывку поверхности оголенной ленты от эмульсионной смазки после ее подволачивания.
Известен способ очистки изделий растворителем путем размещения изделий в емкости для очистки, подачи жидкого растворителя с экранировкой слоем воды, очистки изделий растворителем, удаления изделия и растворителя из емкости для очистки, постоянной регенерации растворителя испарением при подводе тепла и возвратом регенерированного растворителя в емкость для очистки; и устройство для его осуществления [26], содержащее соединенные последовательно емкость с растворителем, емкость для очистки, емкость для отработанного растворителя и перегонный аппарат для регенерации растворителя, выход которого соединен с входом емкости для очистки. Недостатком устройства является его некомплектность к использованию для промывки непрерывной ленты.
Известна установка для обработки изделий летучими растворителями [27], содержащая соединенные последовательно герметичную рабочую камеру с системой подачи и слива растворителя, вакуумный насос для удаления воздуха из рабочих объемов установки, испаритель, блок конденсации, накопитель растворителя и абсорбирующий фильтр, выход которого соединен с рабочей камерой. Недостатком устройства так же является некомплектность к его использованию для промывки непрерывно протягиваемой ленты.
Известно смывающее устройство [28], работающее на принципе многоступенчатой противоточной каскадной промывки и химической поверхностной обработки подачей раствора через сопловые трубы на обе стороны ленты, и содержащее устройства перекачки и разделенные секции промывки, по которым промывающая жидкость течет встречно движению металлической ленты. Недостатком устройства является его громоздкость, некомплектность и неэкономичность и связанная с этим сложность его использования для промывки непрерывной ленты при производстве плоского провода.
Так как в каждом известном случае, кроме недостатков устройств для нанесения изоляционных покрытий, остается невыполненной задача устранения заусенцев и снижения колебания ширины ленты вдоль ее продольной оси, что дополнительно препятствует утоньшению изоляционных слоев, линия для изготовления электрически изолированной металлической ленты должна также содержать и узлы, обеспечивающие требуемое качество боковых кромок металлической ленты.
Все известные методы непрерывной продольной резки широкого полотна металлической фольги и диэлектрической пленки основаны на использовании хотя бы однорядного комплекта для ее продольного разделения, выбранного из следующих типов оборудования:
1) механических ножниц, гильотин или прокалывающих ножей, штампов или стержней с реверсивным или вибрационным движением этих инструментов [МКИ B23D 15/00];
2) одно- или двухвалковых ножниц с гладкими или зубчатыми, роликовыми или дисковыми ножами, с медленным или быстрым вращением приводных валков с этими ножами, с регулируемым или нерегулируемым направлением и расположением оси, со съемниками разрезанных лент [МКИ B21B 37/00, B23D 16/06, B23D 19/00];
3) вращающихся фрез или абразивных дисков [МКИ B23D 45/00];
4) абразивных или зубчатых пластин, лент или нитей с непрерывным, реверсивным или вибрационным перемещением этого нагретого или не нагретого инструмента [МКИ B23D 15/00];
5) строгающих, соскабливающих или продавливающих резцов или абразивных стержней [МКИ B23D 15/00];
6) нагретых или не нагретых ножей или острых дисков для продавливания бороздок с одной или с обеих сторон фольги [МКИ B23D 15/00];
7) строгающих или продавливающих резцов или дисков с подведением постоянного или переменного тока к точке разделения фольги для размягчения, плавления, испарения или выжигания фольги в этой точке за счет высокой плотности тока или за счет искры в этой точке, с подложкой для поддержания фольги или без нее [МКИ B23D 19/04, B23D 19/06, B23D 33/02];
8) струй газа или жидкости высокого давления, в том числе с абразивными частицами, или высокоскоростных потоков жидких или твердых частиц прокалывающего действия [МКИ B26F 1/26, B31B 1/18, D06H 7/04];
9) высокотемпературных газовых, жидких или порошковых струй для расплавления со смыванием, с выдуванием, испарением, возгонкой или сжиганием фольги в точке ее разделения, нагреваемых либо изнутри за счет горения подводимых паров и газов, в том числе термитов, или электрическим током, искрой или дугой, либо нагреваемых предварительно или извне различными способами [МКИ B26F 1/26, B31B 1/18, D06H 7/04];
10) струй химически активных и нагретых порошков, жидкостей, паров или газов для возгонки или сжигания фольги в точке ее разделения [МКИ B26F 1/26, B31B 1/18, D06H 7/04];
11) нагретых дисков, стержней из химически активных материалов, капилляров для подведения химически активных веществ, реагирующих с фольгой в точке ее разделения, в том числе стержней и капилляров с подведением электрического тока посредством нерастворимого катода, а также термитных стержней [МКИ B23D 15/00, B23D 19/00];
12) химического или электрохимического травления под маской или экраном с погружением в активный раствор или расплав, с подведением этого раствора или расплава капилляром, тампоном, разбрызгиванием или обливанием [МКИ C23F 1/00, C23G 3/02];
13) лучей высокой интенсивности различных электромагнитных излучений, в том числе когерентных, например лазерных, или острых потоков корпускул высокой плотности и энергии, для испарения фольги в точке разделения [МКИ H01L 21/306];
14) электродов в виде дисков, пластин и проволоки для электроэрозионной и искровой резки [МКИ B23D 15/00, B23D 19/00];
15) устройств для ультразвуковой резки с погружением в жидкость, в струе или сквозь тампон, в том числе с абразивными частицами с использованием экрана или с резонансом в точке разделения фольги [МКИ B26F 1/26, B31B 1/18, D06H 7/04];
16) тончайших струй хладоемкого сжиженного газа, например кислорода или азота, и весьма перспективных устройств для скалывания охрупченного металла сдвигом, изгибом, давлением, вибрацией, ударом или для малоэнергозатратного быстрого стачивания в точке разделения фольги {МКИ B23D 15/00, B23D 19/00];
17) струй, капилляров или нагретых игл, обеспечивающих прикосновение фольги в точке ее разделения с диффундирующим охрупчивающим или растворяющим материалом в виде пара, раствора, расплава или в твердом виде, в том числе с использованием вакуума или защищающих газов или жидкости с соответствующими экранами, а так же устройств для скалывания, сдирания, сдувания или всасывания измененного в этой точке материала фольги [МКИ B26F 1/26, B31B 1/18, D06H 7/04].
В соответствии с современным уровнем технологий средствами для продольной резки фольги, наиболее простыми, производительными и наилучшим образом обеспечивающими качество резки, являются устройства механической резки (раздел 2 перечисленных методов резки или разделения), например:
1) агрегат продольной резки рулонного материала [29], содержащий установленные последовательно в направлении движения рулонного материала разматывающее устройство, направляющий ролик, огибаемый материалом, дисковые ножницы, при этом один конец направляющего ролика шарнирно закреплен и соединен с датчиком углового положения, а также датчик положения кромки материала, причем выходы обоих датчиков соединены с блоком регулирования положения кромки материала. Наличие системы автоматического регулирования положения кромки материала на его пути от размотки до резки позволяет получить линии резки, параллельные отслеживаемой кромке. Валы агрегата постоянно самонастраиваются так, что полотно фольги не может смещаться в сторону от нужного направления его протяжки. Это обеспечивает экономию продольно разрезаемой фольги, и при высокой точности регулирования и однолинейной резке сильно натянутой фольги снижает вариацию ширины получаемой ленты до необходимых значений. Однако при резке широкого полотна, и особенно многорядными ножами, из-за выпуклости исходного широкого полотна фольги возникает серповидность ленты и вариации ее ширины, иногда даже появляются волнистость или гофр кромки ленты. Серповидность ленты легко компенсируется при изготовлении из нее готовой продукции, но недостатки, связанные с заусенцами и вариацией ширины ленты остаются;
2) устройство для продольной резки рулонного материала [30], содержащее смонтированные на станине два параллельных валка с дисковыми ножами на первом из них, привод для их вращения, пружинные кольца между этими ножами и опорные ролики на другом валке. Упругое прижатие торцов дисковых ножей одного валка к упорным роликам встречного валка обеспечивает уменьшение размеров заусенцев, однако это уменьшение не обеспечивает уложение в их допустимый предел, равный ±0,25 мкм. Так же сохраняется вариация ширины ленты;
3) устройство для продольной резки материала [31], содержащее подающий и прижимной барабаны, установленные на станине и имеющие кольцевые прорези на своих цилиндрических поверхностях, в которые вставлены плоские ножи, закрепленные на станине. Плотное упругое прижатие ножей к краям прорезей обеспечивает высокое качество резки, однако размер заусенцев все же превышает необходимый предел. Вариация ширины ленты так же превышает заданный допуск.
Очевидно, причины вариации ширины готовой ленты, связанные с неизбежными выпуклостями исходного полотна и неравномерностью натяжения, возникающего вследствие этих выпуклостей, не компенсирует ни одно из известных устройств для продольной резки полотна фольги, не имеющее дополнительных устройств (B21D 1/00, B21D 5/06) для устранения этого уже возникшего недостатка, т.е. фильер, волок или других сминающих, соскабливающих или стачивающих приспособлений, не нагретых, нагретых, без подачи или с подачей тока, вибраций, смазывающих и травящих эмульсий и растворов. Взятые отдельно: химическое [32], электрохимическое [33], [34], плазмохимическое [35], и все остальные известные методы травления позволяют только снять заусенцы, но не устраняют непостоянство ширины ленты до приемлемых значений, например до требуемых ±0,25 мкм вдоль всей ее длины.
Поскольку сдавливание ленты может вызвать смятие и другие нежелательные изменения ее формы, то для получения правильной прямоугольной формы сечения ленты без загнутых заусенцев, размеры которых выходят за установленный допуск, и без вариаций ширины, выходящих за свой установленный допуск, можно использовать только подволачивание выправляющего и соскабливающего действия. Для осуществления этого необходимы волоки для подволачивания разрезанной вдоль металлической ленты без ее смятия и разрывания, которые можно было бы использовать для получения правильной прямоугольной формы сечения ленты со строго калиброванной шириной и для снятия заусенцев.
Известен способ обработки металлов [36], заключающийся в приложении тока и создания резонанса ультразвука в периметре входа волочильной щели волок или деформирующих дисков. Способ увеличивает производительность и улучшает качество подволачивания, снижает износ инструмента, т.к. существенно увеличивает податливость обрабатываемого материал. Однако для поддержания ровного режима такого активного подволачивания требуется введение специального оборудования для питания и автоматического управления таким устройством, поэтому использование такой волоки усложняет устройство и снижает его надежность. Из-за нестабильности процесса активации свойств обрабатывающего периметра, зависящего от случайных изменений свойств материала, волока не обеспечивает ровность кромок материала.
Для решения задачи более приемлема составная волока для волочения прямоугольных профилей [37], содержащая С-образные рабочие вкладыши, прижатые к друг другу плоскими контактирующими поверхностями, опирающиеся на оппозитные поверхности клина и обоймы и образующие рабочий канал. Волока обеспечивает отсутствие выступов и рисок на поверхности профиля. Однако волока не может использоваться для коррекции граней металлической ленты, т.к. имея большую поверхность трения с широкой гранью ленты, создает при волочении натяжение, достаточное для разрыва относительно тонкой ленты.
Известен способ изготовления непокрытой полосы из нихрома и подобных сплавов [38], основанный на получении слитка, горячей и холодной листовой прокатке слитка на листы или ленты и их разделении продольной резкой на готовые полосы, или же основанный на горячей сортовой прокатке слитка на полосовую заготовку прямоугольного поперечного сечения для волочения в бунтах, многоразовом бунтовом волочении полученной заготовки до готовой полосы с высокой точностью профиля на одноклетьевом барабанном волочильном стане с промежуточными отжигами после каждого прохода волочения, и окончательном смягчающем отжиге готовой полосы. Способ и линия для его осуществления позволяют изготавливать ленточный провод с приемлемыми характеристиками, однако не устраняет обрыв этого провода из-за повышенного натяжения от трения в волоках.
Известен способ производства непокрытой проволоки из рулонного материала [39], основанный на стыковой сварке концов рулонов, продольной резке на многорядных ножницах на проволоки приближенно квадратного сечения, волочении для придания проволокам круглого сечения, калибровке на заданный диаметр, намотке готовой проволоки на многорядное намоточное устройство линия производства непокрытой проволоки из рулонного материала и линия для его осуществления [39]. Они обеспечивают снижение обрывности и неравномерности намотки проволок многорядным наматывающим устройством, являющимся одновременно тяговым органом при волочении, однако не позволяют изготавливать провод в виде металлической ленты, не имеющей заусенцев и вариаций по ширине выше установленного допуска.
Наиболее близким техническим решением является способ производства проволоки из рулонного материала [40], включающий стыковую сварку концов рулонов, продольную резку на многорядных ножницах на проволоки приближенно квадратного сечения, волочение для придания проволокам круглого сечения и калибровки на заданный диаметр, намотку готовой проволоки на многорядное намоточное устройство, и линия производства непокрытой проволоки из рулонного материала [40], содержащая последовательно расположенные разматыватель для рулонного материала, установку для стыковой сварки, роликовое правильное устройство, накопитель ленты, многорядные дисковые ножницы для продольной резки, узел абразивной обработки проволоки, состоящий из вращающихся цилиндрических абразивных инструментов и роликовых систем, блок волок и приемное намоточное устройство, состоящее из многосекционных барабанов и направляющего механизма. За счет уменьшения усилия натяжения проволоки линия имеет высокую надежность и низкую обрывность проволоки, и благодаря направляющему механизму обеспечивает прямолинейность движения ленты и ровность ее намотки на приемный барабан. Однако этот способ производства проволоки и линия для его осуществления не позволяют изготавливать провод в виде металлической лент, не имеющих заусенцев и вариаций по ширине свыше установленного допуска.
Таким образом, используя эти способы и устройства, снизить толщину изоляции и увеличить относительное заполнение по металлу провода и обмотки до приемлемых значений не удается.
Задача изобретения состоит в обеспечении возможности изготовления электрически изолированной металлической ленты с широким ассортиментом ее ширины и толщины, в повышении точности геометрических размеров ленты, качества ленты, увеличение относительного заполнения по металлу этой ленты и изделий из нее.
Техническим результатом является выправление кромки металлической ленты до прямоугольности сечения с удалением заусенцев и снижением колебаний ширины в направлении ее длины, утоньшение и равномерность слоя диэлектрической изоляции.
Для этого в способ изготовления электрически изолированной металлической ленты, содержащий:
размотку с приводом рулона подаваемого широкого полотна фольги и ее первое протягивание с отслеживанием ее кромки и регулированием направления протягивания с помощью направляющего вала, что обеспечивает малоотходность и равномерность подачи полотна фольги для ее резки;
продольную резку полотна фольги на ленты установленной ширины дисковыми зубчатыми ножами с упругим прижатием их плоскостей к плоскостям встречных ножей с перекрытием, что обеспечивает уменьшение заусенцев при резке;
калибровку ленты подволачиванием натянутой обрабатываемой ленты для получения ее прямоугольного поперечного сечения, полного устранения заусенцев и колебаний ширины, с подачей смазочной жидкости для уменьшения трения при подволачивании;
промывку обрабатываемой ленты встречным потоком горячей растворяющей смеси с ее регенерацией для повторного использования;
нанесение тонкого электроизоляционного оксидного, керамического или стеклоэмалированного покрытия на поверхность калиброванной металлической ленты методом химического и электрохимического осаждения и оксидирования, электрофореза, микродугового формирования керамического слоя, при этом используется микродуговое спекание слоя, состоящего из легкоплавких и тугоплавких неорганических микрочастиц, полученного электрохимическим осаждением и электрофорезом в электропроводной суспензии;
эмалирование лаком для уменьшения толщины изоляции с сохранением ее высокого качества путем смачивания всех сторон обрабатываемой металлической ленты посредством капиллярных материалов;
сушку и полимеризацию или желатинизацию лака с вентиляцией;
протягивание обрабатываемой металлической ленты через последовательно расположенные модули калибровки ленты подволачиванием, промывки, нанесения электроизоляционного покрытия, лакового эмалирования, сушки и полимеризации или желатинизации лака;
стандартную заправку переднего края обрабатываемой металлической ленты через все модули линии;
смотку готовой электрически изолированной металлической ленты на гильзу приемного вала, отслеживание кромки готовой ленты и регулирование направления оси приемного вала для обеспечения надежной упаковки готовой ленты;
дополнительно введены следующие операции:
при продольной резке полотна фольги - натяжение, исправляющее выпуклость полотна, и жесткая фиксация плоских встречных ножей к станине модуля, причем эти меры уменьшают колебания ширины обрабатываемой металлической ленты;
при калибровке ленты подволачиванием - используют прямоугольную разборную волоку и воздействуют только на кромки натянутой обрабатываемой металлической ленты, при этом волоку свободно перемещают по направлению ширины ленты, что снижает трение и влияние серповидности, и поэтому исключает обрывность обрабатываемой металлической ленты;
при лаковом эмалировании - финишное выравнивание лакового слоя капиллярным отжимающим стержнем с регулируемым упругим прижимом к обрабатываемой металлической ленте;
при протягивании ленты в модуле сушки и полимеризации или желатинизации лака - используют устройство сквозного протягивания обрабатываемой металлической ленты с регулируемым разрежением воздуха в вертикальных и горизонтальных трубках и присоединяют точки средней линии ленты к вертикальным трубкам только в месте расположения горизонтальных трубок устройства с отслеживанием кромки обрабатываемой ленты и регулированием линии ее сквозного протягивания, что исключает повреждение кромок обрабатываемой ленты и изоляции на них при протягивании.
Для достижения технического результата изобретения в технологическую линию для непрерывного изготовления электрически изолированной металлической ленты, включающую в себя последовательно расположенные:
питающий модуль для установки и размотки подающего рулона исходного широкого полотна неизолированной металлической фольги, который содержит несущую стойку с приводом и замком для установки подающего рулона и соединения привода с гильзой этого рулона; датчик натяжения полотна, замыкающий цепь питания привода, и контроля наличия подаваемой фольги, соединяющий цепь питания всей технологической линии; первый направляющий ролик, осевые концы которого шарнирно закреплены на платформах частей приводов поворота относительно продольной оси технологической линии и поворота относительно вертикали, причем эти приводы соединены через многоканальный релейный усилитель-компаратор с оптическими датчиками положения кромки полотна, а полотно фольги огибает направляющий ролик;
модуль продольной резки полотна фольги на ленты установленной ширины, который содержит второй направляющий ролик, ось которого на подшипниках установлена на станине модуля, огибаемый полотном фольги и соединенный приводом перемещения ролика вдоль оси для коррекции расположения кромки фольги, причем входы привода подключены к выходам усилителя-компаратора, входы которого соединены с выходами оптических датчиков, установленных вдоль кромки фольги; прижимной ролик, покрытый слоем резины, и тяговый ролик, ось которого с проскальзыванием соединена с тихоходным приводом; вал с набором подпружиненных зубчатых дисковых ножей, расположенный между роликами и соединенный с высокооборотным приводом, причем ножи перекрываются со встречными ножами и упруго прижаты к ним торцами; устройство для смазки и охлаждения фольги;
модуль калибровки подволачиванием обрабатываемой металлической ленты, который содержит ролик, ось которого с помощью подшипников закреплена на станине модуля, огибаемый обрабатываемой лентой металлической фольги; прижимной ролик, покрытый слоем резины, и тяговый ролик, огибаемый обрабатываемой лентой металлической фольги и имеющий ось, соединенную с проскальзыванием с приводом; устройство смазки и прямоугольную волоку, расположенные последовательно между роликами;
модуль промывки обрабатываемой ленты встречным потоком горячей растворяющей смеси, который содержит герметичную камеру с эластичными входной и выходной щелями для прохождения обрабатываемой металлической ленты; сопловые трубы с подогревателем, расположенные с обеих сторон обрабатываемой ленты для смывания загрязнений с ее поверхности, чередующиеся с протирающими фетровыми или щеточными муфтами; вакуумно-нагнетающий насос, соединенный трубами с камерой фильтрации и регенерации смывающей смеси, соединенной с сопловыми трубами для замкнутого использования этой смеси, а также систему трех роликов, охваченных обрабатываемой лентой и обеспечивающих погружение ленты в жидкость камеры;
модуль нанесения электроизоляционного покрытия на поверхность калиброванной металлической ленты, который содержит ванну с электролитной эмульсией, снабженную тремя роликами, установленными в ванне и охватываемыми обрабатываемой металлической лентой, с системой электродов для нанесения исходного слоя химическим, электролитическим методом и/или электрофорезом с источником питания и с системой электродов для микродугового оксидирования и вжигания окисного соединения с источником питания и со следящим регулирующим устройством;
модуль лакового эмалирования, содержащий верхний и нижний ролики с упругим покрытием, закрепленные на станине модуля и охваченные обрабатываемой металлической лентой; резервуары с разбавленным лаком, снабженные фитилями, прилегающими с обеих сторон к обрабатываемой металлической ленте; герметичную камеру и с узкими щелями, не касающимися краями обрабатываемой ленты, в которой размещены все компоненты модуля; причем отверстие в днище камеры соединено с газожидкостным центробежным насосом, ко второму входу которого подключен бачок со смесью лакового раствора, а выход соединен с входами резервуаров;
модуль сушки и полимеризации или желатинизации лака, содержащий герметичную камеру с узкими входной и выходной щелями, не касающимися краями поверхности обрабатываемой ленты; расположенные внутри камеры фены, устройство обдува химически активными газами или парами, инфракрасные или ультрафиолетовые облучатели; вытяжное вентиляционное устройство внешней системы дегазации;
модуль смотки готовой металлической ленты, содержащий несущую стойку с проскальзывающим приводом и замками для установки приемной гильзы и соединения с ней привода; счетчик длины готовой электрически изолированной металлической ленты, соединенной с выключателем привода; приводы поворота относительно продольной оси технологической линии и поворота относительно вертикали, на платформах которых шарнирно закреплены замки для установки приемной гильзы, причем приводы соединены через релейные усилители с оптическими датчиками отслеживания положения кромки готовой металлической ленты,
внесены следующие изменения:
в модуле продольной резки: прижимной и тяговый ролики выполнены с прижатием к сторонам обрабатываемой металлической ленты; встречные ножи выполнены плоскими, причем их количество вдвое больше количества зубчатых дисковых ножей, при этом каждый первый плоский нож парного набора жестко зафиксирован на станине модуля, а каждый дисковый нож прижат к нему каждым вторым плоским ножом парного набора с помощью упругой шайбы из резины;
в модуле калибровки подволачиванием ленты: прямоугольная волока выполнена из двух скобообразных головок, образующих пазы, входное сечение которых охватывает натянутую обрабатываемую ленту на расстояние от ее кромки, достаточное для ее удержания при устранении заусенцев, окончательной коррекции ширины и прямоугольной формы сечения, причем головки установлены на держателе, который свободно лежит, упираясь сбоку от сноса лентой на упор станины модуля, и имеет возможность свободного перемещения в направлении ширины обрабатываемой ленты, при этом каждая из головок выполнена в виде стянутых между собой винтами твердосплавных пластин с рифлением со стороны, обращенной к этой ленте, перпендикулярным направлению ее движения, и с зазором, размер которой определяется эталонным вкладышем, имеющим равную толщину с обрабатываемой лентой;
в модуль лакового эмалирования дополнительно введены: капиллярные отжимающие стержни, горизонтально расположенные на обрабатываемой ленте с возможностью ее скольжения относительно каждого стержня и встречного прижима к обрабатываемой ленте с помощью регулируемых упругих прижимов, закрепленных на станине модуля и расположенных вслед за фитилями по направлению движения обрабатываемой ленты;
в модуль сушки и полимеризации или желатинизации лака введено расположенное после герметичной камеры устройство сквозного протягивания, содержащее вертикальные трубки с регулируемым разрежением воздуха, нижние опорные ролики, установленные с возможностью поддерживания обрабатываемой ленты, цепь, выполненную в виде толстой ленты с прорезями и закрепленную на звездочных колесах, установленных на концах ведомого вала и крутящего вала, причем крутящий вал снабжен проскальзывающим тихоходным приводом, при этом цепь установлена с возможностью расположения ее прямого отрезка над средней линией обрабатываемой ленты, вертикальные трубки установлены в ленте цепи с одинаковым шагом по ее длине, между прорезями ленты цепи, с возможностью присасывания обрабатываемой ленты к вертикальным трубкам, в каждой из которых выполнены две пары сквозных отверстий, обращенных к внутренней и внешней поверхностям ленты цепи, причем каждая вертикальная трубка снабжена раструбом, широкое отверстие которого расположено на уровне обрабатываемой ленты и снабжено твердой мелкоячеистой сеткой, установленной с возможностью ее расположения параллельно обрабатываемой ленте, кронштейн, на котором закреплены с возможностью перемещения в направлении ширины обрабатываемой ленты ведомый и крутящий валы, снабженные корректирующими тихоходными приводами, которые соединены с сильноточными выходами с тремя логическими состояниями релейных усилителей-компараторов, соединенных с оптическими датчиками положения одной из кромок обрабатываемой ленты, две пары направляющих рельс, выполненных в виде горизонтальных трубок с регулируемым разрежением воздуха и расположенных на кронштейне, с возможностью прилегания к ленте цепи со стороны ее внутренней и внешней поверхностей, при этом в горизонтальных трубках, на уровне двух пар сквозных отверстий вертикальных трубок, выполнены входные щелевые отверстия с возможностью соединения с отверстиями вертикальных трубок, а выходное отверстие каждой горизонтальной трубки соединено с введенным в устройство сквозного протягивания насосом с регулируемым разрежением воздуха.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображена линия для непрерывного изготовления электрически изолированной металлической ленты; на фиг.2 изображен питающий модуль для установки и размотки подающего рулона исходного широкого полотна неизолированной металлической фольги; на фиг.3 - модуль продольной резки полотна фольги на ленты установленной ширины; на фиг.4 изображено сечение А-А на фиг.3; на фиг.5 - сечение В-В на фиг.3; на фиг.6 - сечение С-С на фиг.3; на фиг.7 изображен модуль калибровки подволачиванием обрабатываемой металлической ленты; на фиг.8 - прямоугольная волока; на фиг.9 - сечение D-D на фиг.8; на фиг.10 изображен модуль промывки обрабатываемой ленты встречным потоком горячей растворяющей смеси; на фиг.11 - модуль нанесения электроизоляционного покрытия на поверхность обрабатываемой металлической ленты; на фиг.12 - модуль лакового эмалирования; на фиг.13 - модуль сушки и полимеризации или желатинизации лака; на фиг.14 - устройство сквозного протягивания; на фиг.15 - вертикальная трубка с мелкоячеистой сеткой на раструбе; на фиг.16 - модуль смотки готовой металлической ленты.
Линия для непрерывного изготовления электрически изолированной металлической ленты содержит последовательно соединенные:
1 - питающий модуль для установки и размотки исходного широкого полотна металлической фольги,
2 - модуль продольной резки полотна фольги на ленты установленной ширины,
3 - модуль калибровки подволачиванием обрабатываемой металлической ленты,
4 - модуль промывки обрабатываемой ленты встречным потоком горячей растворяющей смеси,
5 - модуль нанесения электроизоляционного покрытия на поверхность обрабатываемой металлической ленты,
6 - модуль лакового эмалирования,
7 - модуль сушки и полимеризации или желатинизации лака,
8 - модуль смотки готовой металлической ленты.
Питающий модуль 1 для установки и размотки подающего рулона 9 исходного широкого полотна металлической фольги, схематично изображенный на фиг.2, содержит несущую стойку 10 с приводом 11 и замком 12 для установки подающего рулона 9 и соединения привода 11 с гильзой этого рулона; датчик 13 натяжения полотна и контроля наличия подаваемой фольги, соединяющий цепь питания всей технологической линии; первый направляющий ролик 14, осевые концы которого шарнирно закреплены на платформах приводов 15 поворота относительно продольной оси технологической линии и поворота относительно вертикали, причем эти приводы 15 соединены через многоканальный релейный усилитель-компаратор 16 с оптическими датчиками 17 положения кромки полотна, а полотно фольги огибает направляющий ролик 14.
Модуль 2 продольной резки полотна фольги на ленты установленной ширины, который схематично изображен на фиг.3, содержит второй направляющий ролик 18, ось которого на подшипниках установлена на станине модуля 2, огибаемый полотном фольги и соединенный приводом 19 перемещения ролика 18 вдоль оси для коррекции расположения кромки фольги, причем входы привода 19 подключены к выходам усилителя-компаратора 20, входы которого соединены с выходами оптических датчиков 21, установленных вдоль кромки фольги; прижимной ролик 22, покрытый ровным слоем резины, и тяговый ролик 23, ось которого с проскальзыванием соединена с тихоходным приводом 24; причем прижимной 22 и тяговый 23 ролики выполнены с прижатием к сторонам обрабатываемой металлической ленты; вал с набором подпружиненных зубчатых дисковых ножей 25, расположенный между роликами 18 и 23, соединенный с высокооборотным приводом 26, причем ножи 25 перекрываются со встречными ножами 27 и упруго прижаты к ним торцами; устройство 28 для смазки и охлаждения фольги; встречные ножи 27 выполнены плоскими (см. фиг.4 и 5), причем их количество вдвое больше количества зубчатых дисковых ножей 25, каждый первый плоский нож 29 парного набора встречных ножей 27 жестко зафиксирован на станине модуля 2, а каждый дисковый нож 25 прижат к нему каждым вторым плоским ножом 30 парного набора встречных ножей 27 с помощью упругой шайбы 31 из резины.
Модуль 3 калибровки подволачиванием обрабатываемой металлической ленты, схематично изображенный на фиг.7, содержит: ролик 32, ось которого с помощью подшипников закреплена на станине модуля 3, огибаемый обрабатываемой лентой металлической фольги; прижимной ролик 33, покрытый ровным слоем резины, и тяговый ролик 34, огибаемый обрабатываемой лентой металлической фольги, и ось которого соединена с проскальзыванием с приводом 35; расположенные последовательно между роликами 32 и 34 устройство смазки 36 и прямоугольную волоку 37, схематически изображенную на фиг.8, выполненную из двух скобообразных головок 38, образующих пазы, входное сечение которых охватывает натянутую обрабатываемую ленту на расстояние от ее кромки, достаточное для ее удержания при устранении заусенцев, окончательной коррекции ширины и прямоугольной формы сечения; причем головки 38 установлены на держателе 39, который свободно лежит и упирается от сноса лентой на упор 40 станины модуля 3 и имеет возможность свободного перемещения в направлении ширины обрабатываемой ленты; каждая из головок 38, как схематически показано на фиг.9, выполнена в виде стянутых между собой винтами твердосплавных пластин 41, 42, 43 с рифлением со стороны, обращенной к этой ленте, перпендикулярным направлению ее движения, и с зазором, размер которой определяется эталонным вкладышем 44, имеющим равную толщину с обрабатываемой лентой.
Модуль 4 промывки обрабатываемой ленты встречным потоком горячей растворяющей смеси, который схематично изображен на фиг.10, содержит герметичную камеру 45 с эластичными входной и выходной щелями 46 для прохождения обрабатываемой металлической ленты; сопловые трубы 47 с подогревателем 48, расположенные с обеих сторон обрабатываемой ленты для смывания загрязнений с ее поверхности, чередующиеся с протирающими фетровыми или щеточными муфтами 49; вакуумно-нагнетающий насос 50, соединенный трубами с камерой 51 фильтрации и регенерации смывающей смеси, соединенной с сопловыми трубами 47 для замкнутого использования этой смеси; а также систему трех роликов 52, охваченных обрабатываемой лентой и обеспечивающих погружение ленты в жидкость камеры 45.
Модуль 5 нанесения электроизоляционного покрытия на поверхность обрабатываемой металлической ленты, схематично изображенный на фиг.11, содержит ванну 53 с электролитной эмульсией с системой электродов 54 для нанесения исходного слоя химическим, электролитическим методом и/или электрофорезом с источником питания 55 и с системой электродов 56 для микродугового оксидирования и вжигания окисного соединения с источником питания 57 и со следящим регулирующим устройством 58, при этом ванна имеет три ролика 59, установленные в ванне 53 и охватываемые обрабатываемой металлической лентой.
Модуль 6 лакового эмалирования, который схематично изображен на фиг.12, содержит верхний и нижний ролики 60 с упругим покрытием, закрепленные на станине модуля 6 и охваченные обрабатываемой металлической лентой; резервуары 61 с разбавленным лаком, снабженные фитилями 62, прилегающими с обеих сторон к обрабатываемой металлической ленте, а также капиллярные отжимающие стержни 63, горизонтально расположенные на обрабатываемой ленте с возможностью скольжения относительно каждого стержня, и встречно прижимающиеся к обрабатываемой ленте с обеих ее сторон с помощью регулируемых пружинистых прижимов 64, закрепленных на станине модуля 6 и расположенных вслед за фитилями 62, судя по направлению движения обрабатываемой ленты; герметичную камеру 65 с узкими щелями 66, не касающимися краями обрабатываемой ленты, в которой размещены все компоненты модуля 6, причем отверстие в днище камеры 65 соединено с газожидкостным центробежным насосом 67, ко второму входу которого подключен бачок 68 со смесью лакового раствора, а выход соединен с входами резервуаров 61.
Модуль 7 сушки и полимеризации или желатинизации лака, схематично изображенный на фиг.13, содержит герметичную камеру 69 с узкими входной и выходной щелями 70, не касающимися краями поверхности обрабатываемой ленты; расположенные внутри камеры 69 фены 71, устройство 72 обдува химически активными газами или парами, инфракрасные или ультрафиолетовые облучатели 73; вытяжное вентиляционное устройство 74 внешней системы дегазации, а также устройство 75 сквозного протягивания ленты, расположенное после камеры 69.
Устройство 75 сквозного протягивания ленты, схематично показанное на фиг.14, содержит цепь 76, надетую на звездочные колеса 77, установленные на концах ведомого вала 78 и крутящего вала 79 с проскальзывающим тихоходным приводом 80; кронштейн 81, на котором подшипниками закреплены валы 78 и 79, снабженные корректирующими тихоходными приводами 82, перемещающие их в направлении ширины обрабатываемой ленты, причем цепь питания приводов 82 связана с сильноточными выходами с тремя логическими состояниями релейных усилителей-компараторов 83, управляемых оптическими датчиками 84 положения одной из кромок обрабатываемой ленты; с внешней стороны в цепь 76 с одинаковым шагом по его длине вмонтированы вертикальные трубки 85, не выступающие из толщины цепи 76, сквозные верхние отверстия в каждой из которых обращены к обеим поверхностям ленты цепи 76, а нижнее - заканчивается раструбом 86, показанным на фиг.15, широкое отверстие которого находится на уровне обрабатываемой ленты и закрыто сеткой 87; горизонтальные трубки 88, закрепленные на кронштейне 81, расположенные на уровне верхних сквозных отверстий вертикальных трубок 85, направленные параллельно движению обрабатываемой ленты и зажимающие длинный отрезок цепи 76, расположенный над средней линией обрабатываемой ленты, причем входное отверстие горизонтальных трубок 88 выполнено в виде щели вдоль всей их длины, прижатой к цепи 76, а выходное отверстие - соединено с отсасывающим насосом 89 с регулируемым разрежением воздуха; нижние опорные ролики 90, поддерживающие протягиваемую ленту.
Модуль 8 смотки готовой металлической ленты, который схематично изображен на фиг.16, содержит несущую стойку 91 с проскальзывающим приводом 92 и замками 93 для установки приемной гильзы 94 и соединения с ней привода 92; приводы 95 поворота относительно продольной оси технологической линии и поворота относительно вертикали, на платформах которых шарнирно закреплены замки 93 для установки приемной гильзы 94, причем приводы 95 соединены через релейные усилители 96 с оптическими датчиками 97 отслеживания положения кромки готовой металлической ленты; счетчик 98 длины готовой электрически изолированной металлической ленты, соединенной с выключателем привода 92.
Заявляемый способ реализован в технологической линии для непрерывного изготовления электрически изолированной металлической ленты.
f
f max
f
f max
f min
f
Питающий модуль 1 обеспечивает подачу исходного полотна металлической фольги с равномерным во времени натяжением. Натяжение фольги τ отслеживается датчиком 13: если оно больше заданного максимального значения τ, то датчик 13 замыкает цепь электропитания привода 11, который через замок 12 начнет вращать рулон 9, установленный концами своей гильзы на подшипниках замка 12 стойки 10, начиная с заданной скорости ω с постепенным ускорением до момента равенства натяжения фольги значению τ и сохранением полученной скорости; если натяжение фольги меньше заданного значения τ, то датчик 13 отключает привод 11, который через замок 12 затормаживает и останавливает размотку рулона 9 фольги. Это исключает влияние инерционности рулона 9 и во время работы технологической линии обеспечивает равномерную линейную скорость ν фольги без рывков и провисаний. При отсутствии фольги датчик 13 размыкает цепь электропитания всей технологической линии. Оптические датчики 17 отслеживают положение кромки фольги в двух отстоящих друг от друга точках. Если фольга смещена вправо от заданной линии движения кромки одинаково в обеих точках, то релейный усилитель-компаратор 16 включает подъем правой части привода 15 до момента совмещения кромки с заданной линией, создавая разовое смещение ленты. Если правое смещение кромки преобладает на входной точке заданной линии, т.е. фольга по мере размотки далее должна сместиться влево, то усилитель-компаратор 16 включает поворот вправо правой части привода 15, создавая разовое смещение и наклон в качестве предпосылки возврата в исходное состояние при протяжке ленты; а если преобладает правое смещение на выходной точке заданной линии, то включает поворот влево правой части привода 15, создавая разовое смещение и наклон в качестве предпосылки дальнейшего смещения такого же направления при протяжке ленты. Аналогично регулируется положение кромки при ее смещении влево от заданной линии левой частью привода 15. Это обеспечивает движение кромки подаваемой фольги строго по заданной линии.
f
f
k
k
k
k
k
Модуль 2 обеспечивает продольное разрезание поступающего широкого полотна фольги на ленты заданной ширины. Полотно фольги входит в модуль 2, охватывая направляющий ролик 18. Если положение кромки фольги не совпадает с заданной линией, то согласно сигналам датчиков 21, поступающим на вход усилителя-компаратора 20, на его выходе включается напряжение питания соответствующей полярности, поступающее на привод 19, обеспечивающий разовое осевое перемещение ролика 18, совмещающее кромку фольги с заданной линией. Это обеспечивает экономичность модуля 2. Жесткое протягивание фольги сквозь модуль 2 с заданной скоростью ν, характерной для всей технологической линии, обеспечивается системой тягового 23 и прижимного 22 роликов, которые вместе с направляющим роликом 18 создают натяжение τ фольги, достаточное для устранения ее выпуклостей, соразмерных с шириной ее полотна. Это одна из мер для устранения зигзагообразного дрейфа ширины готовой ленты. Процесс разрезания осуществляется дисковыми ножами 25, зажатыми с перекрытием набором встречных ножей 27 и вращаемыми приводом 26 с угловой скоростью ω>>(ν/r), где r - радиус дискового ножа 25, средний по отношению к его зубьям, как показано на фиг.6. Высокая скорость ω и соответствующие ей углы заточки ножей 25 даже без упругой платформы для оси этих ножей уменьшают нежелательные деформации из-за неравномерного натяжения фольги и уменьшают заусенцы при резке. Жесткое крепление ножа 29 из пары встречных плоских ножей 27 к станине модуля 2 и сжатие зубчатого ножа 25 вторым ножом 30 из пары ножей 27 резиновой шайбой 31 обеспечивают дополнительное уменьшение колебаний ширины готовой ленты и дополнительное уменьшение заусенцев при резке. Зубчатая форма ножей, обеспечивающая непрерывную резку по принципу обычных ножниц, уменьшает усилия, затрачиваемые при резке. Полированные ровные торцы ножей наборов 25, 27 и смазка устройством 28 снижают трение при резке, снижая износ режущих ребер кромок ножей. Угловые скосы ножей 27, как показано на фиг.4, облегчают выпадение облоя, возникающего при резке фольги. Возможность сильного охлаждения фольги устройством смазки и охлаждения 28 непосредственно в момент резки позволяет так же уменьшить заусенцы за счет увеличения хрупкости фольги. Оставшаяся серповидность ленты, т.е. одновременный одинаковый плавный изгиб обеих кромок ленты с периодом, в десятки раз превышающим ее ширину, с постоянством ширины ленты, вполне приемлема для достижения заданной точности ширины ленты в результате ее дальнейшего однократного подволачивания. Серповидность обычно возникает при резке полотна с выпуклостями, получающимися при прокатке, например, алюминиевой фольги. Фольга, например, медная или железная, изготовленная осаждением на цилиндрической поверхности ровного титанового барабана, таких выпуклостей не имеет.
d
f
Модуль 3 обеспечивает калибровку подволачиванием натянутой обрабатываемой ленты для получения прямоугольного поперечного сечения, полного устранения заусенцев и колебаний ее ширины. Ролики 32, 33, 34 создают натяжение τ обрабатываемой ленты фольги, достаточное для ее ровного, без смятия, прохождения через волоку 37; причем скользящий привод 35 через ролик 34 обеспечивает поступательное движение ленты со скоростью ν. Лента перед волочением смачивается смазочной жидкостью с помощью устройства 36, и, благодаря тому, что головки 38 прямоугольной волоки 37 охватывают края ленты на небольшую глубину, т.е. воздействуют только на кромки ленты, и так называемая плавающая волока, свободно перемещаясь перпендикулярно ленте, отслеживает ее серповидность, волочение происходит без надрывов ленты. Рифления на твердосплавных пластинах 41, 42, 43, обращенные в сторону обрабатываемой ленты, обеспечивают ее чистовую обработку. При настройке волоки 37 ее ширина регулируется перемещением головок 38 на держателе 39, а размер зазора для ленты выбранной толщины - эталонной прокладкой 44.
Модуль 4 обеспечивает промывку обрабатываемой металлической ленты от органических и неорганических загрязнений во встречном к движению ленты потоке нагретой моющей растворяющей суспензии. Одновременно с поверхности ленты удаляются случайные коррозионные пятна и остатки мыльно-смазочной суспензии, нанесенной на ленту в модулях 2 и 3. Для смывания используется растворяющая водно-уксусно-ацетоновая смесь с добавкой кухонных моющих средств, удаляющих коррозийные пятна. Брызги нагретой суспензии через сопловые трубы 47 орошают поверхность обрабатываемой металлической ленты, которая очищается от основных видов загрязнений, проходя с трением сквозь муфты 49. Загрязненная суспензия собирается на днище камеры 45 и вместе с парами растворителя откачивается центробежным насосом 50 в камеру 51 для фильтрации и регенерации. Это обеспечивает экономичность модуля 4. Калиброванная лента, выходящая из модуля 4, имеет чистую гладкую ровную поверхность с высокой способностью к адгезии.
Модуль 5 обеспечивает получение прочного электроизоляционного оксидного, керамического или стекло-эмалированного покрытия на поверхности калиброванной металлической ленты. С помощью электродов 54 на поверхность ленты осаждается исходный оксидный или смешанный слой частиц тугоплавкого оксида и легкоплавких комплексных соединений. Затем этот слой системой электродов 55 подвергается микродуговому спеканию или оплавлению с вжиганием в поверхность обрабатываемой металлической ленты. Процесс отслеживается и управляется системой 518. В зависимости от химического состава исходного слоя и режима микродуговой обработки, на поверхности обрабатываемой ленты получается прочный электрически изоляционный слой оксидов, керамики или стеклоэмали (глазури).
Модуль 6 предназначен для нанесения тонкого (1…3 мкм) равномерного высокопрочного изоляционного эмалированного покрытия со всех четырех сторон обрабатываемой металлической ленты, например, полиимидными, сахарно-крахмальными или другими полимеризующимися или желатинизирующимися лаками. Горизонтальное расположение обрабатываемой ленты дополнительно предотвращает условия образования в дальнейшем подтеков лака на ее поверхности. Разбавленный лак, изготовленный путем растворения выбранной смолы с соответствующими красителем и добавками, например эмульсии температурно-стойких наночастиц, с помощью фломастерных фетровых фитилей 62 равномерно наносится на поверхность обрабатываемой ленты. Разбавленность лака обеспечивает уменьшение толщины покрытия за счет его усыхания. Далее, как показано на фиг.12, протягиваемая лента проходит между капиллярными отжимающими стержнями, встречно касающимися поверхности ленты с обеих ее сторон. Согласно полученным практическим результатам, при касании тонких ровных стержней 63 к смоченной лаком обрабатываемой металлической ленте, между этой лентой и стержнем образуется капиллярный слой, самостабилизирующаяся толщина которого не изменяется при скольжении ленты относительно стержня 63. Такой метод дозирования капиллярным выравниванием позволяет дополнительно уменьшить толщину и улучшить равномерность лакового слоя. Регулировка толщины лакового слоя осуществляется выбором соотношения растворителя и смолы для изменения вязкости лака при выбранной скорости протяжки обрабатываемой ленты и давлением пружинистыми прижимами 64. Герметичность камеры 65 предотвращает преждевременное изменение вязкости лака за счет испарения его растворителя. Отжимаемый стержнями 63 стекающий лак и его пары перекачиваются низкопроизводительным центробежным насосом 67 вместе со свежим раствором из бачка 68 в резервуары 61 модуля 6. Стержни 63, подобно салазкам скользящие по поверхности обрабатываемой ленты, оказывают незначительное вязкое трение ее движению. Пружины 64 так же компенсируют влияние веса этих стержней 63 на вертикальное смещение ленты. При эмалировании широких металлических лент используется несколько встречных пар стержней 63, расположенных в ряд по ширине ленты.
Модуль 7 обеспечивает сушку и полимеризацию или желатинизацию тонкого слоя лака, равномерно нанесенного на все поверхности обрабатываемой металлической ленты. В зоне испарения с фенами 71 растворитель испаряется из лакового слоя, и остается тончайший (1…3 мкм) равномерный капиллярно удерживаемый слой лака высокой вязкости, на который уже почти не влияет сила тяжести, и стягивающие поверхностные силы не успевают преодолеть адгезионные вязкие силы и изменить равномерность толщины лака до его полной полимеризации или желатинизации. В зоне устройств 72 обработки газами или парами, например галогенов, активируется полимеризация загустевшего слоя лака. В протяженной зоне облучателей-нагревателей 73 происходит полная полимеризация или желатинизация лаковой эмали. Протягивание обрабатываемой металлической ленты сквозь модули 4, 5, 6, 7 осуществляется устройством 75 сквозного протягивания (фиг.14), используя цепь 76 устройства. Горизонтальные трубки 88 выполняют роль прямых строго направляющих рельс, с незначительным усилием прилегающих к цепи 76 с ее внутренней и наружной сторон на прямом отрезке цепи 76, находящемся над средней линией обрабатываемой ленты. Поскольку сквозные верхние отверстия некоторых вертикальных трубок 85 в рассматриваемый промежуток времени проходят между горизонтальными трубками 88, то благодаря работе воздушного центробежного насоса 89 с регулируемым разрежением воздуха в этих вертикальных трубках 85 создается разрежение воздуха, прижимающее к ним протягиваемую ленту. При выходе вертикальных трубок 85 из соединения с горизонтальными трубками 88, вакуумная цепь размыкается и вертикальные трубки 85 отцепляются от протягиваемой металлической ленты. Для экономичности устройства остальное сечение желобообразных входных отверстий горизонтальных трубок 88 не состыкованное с отверстиями вертикальных трубок 85, закрыто ровной поверхностью цепи 76. Двухстороннее контактирование вертикальных трубок 85 с горизонтальными трубками 88 исключает увеличение трения между ними, которое возникло бы при одностороннем контакте. Так как благодаря опорным роликам 90 протягиваемая лента не провисает, то устройство 75 сквозного протягивания работает устойчиво. Твердая мелкоячеистая сетка 87 на раструбах 86 вертикальных трубок 85, параллельная плоскости протягиваемой ленты, исключает ее смятие при присасывании вертикальными трубками 85. Такой сильный, но щадящий контакт устройства 75 сквозного протягивания с обрабатываемой лентой площадками, удаленными от ее кромок, исключает ее смятие и какое-либо повреждение электрической изоляции ленты. Оптические датчики 84, расположенные на концах устройства 75 сквозного протягивания, отслеживают положение одной из кромок протягиваемой ленты относительно заданной линии. Сигнал отклонения усиливается усилителем-компаратором 83 и через его трехстабильный (-1,0,1) сильноточный выход включает соответствующий реверсивный привод 82 на время устранения этого сигнала. Ровное протягивание обрабатываемой ленты исключает ее деформацию и другие повреждения.
Модуль 8 смотки готовой металлической ленты обеспечивает прием и смотку ленты заданной длины в ровные рулоны без смятия и повреждения изоляции. Это обеспечивается направляющими приводами 95, усилителями 96 и датчиками 97, работающими аналогично направляющим приводам 15, усилителям 16 и датчикам 17 питающего модуля 1, так как готовая электрически изолированная фольга является нежной уязвимой продукцией, то для ее перевозки и хранения требуется специальная защитная упаковка.
Порядок первой заправки рулона 9 фольги в технологическую линию заключается в следующем. Рулон 9 устанавливается в стойку 10 и закрепляется ее замками 12. К концу полотна фольги 9 скотчем закрепляются концы чистых грубых лент настроечной фольги, ширина и толщина которых не превышает ширину и толщину ленты, которая будет изготавливаться на технологической линии. Ленты протягиваются через все модули технологической линии и их вторые концы закрепляются на настроечном барабане, устанавливаемом в модуле 8 смотки готовой ленты вместо приемной гильзы. Технологическая линия включается без заправки лент в волоки 37 модуля 3 калибровки подволачиванием, при выключенном модуле 4 промывки, выключенном модуле 5 нанесения электроизоляционного покрытия, выключенном модуле 6 лакового эмалирования и выключенном модуле 7 сушки и полимеризации или желатинизации лака, и фольга протягивается до ее появления на выходе модуля 3 в виде оголенной, еще не калиброванной ленты. С этого моменты она легко заправляется в головки 38 волоки 37 модуля 3 калибровки ленты подволачиванием. Далее каждый модуль технологической линии включается по мере его прохождения вновь заправленной лентой. В момент появления ожидаемой ленты на настроечном барабане, он заменяется приемной гильзой. Когда технологическая линия выключается по сигналу датчика 13 из-за отсутствия фольги, начало полосы фольги следующего рулона 9 прикрепляется к концу полосы фольги предыдущего рулона 9. Место стыка фольги пропускается через модуль 3 калибровки ленты подволачиванием без заправки в волоку 37.
Неприкасание к кромкам ленты при регулировании ее направления в процессе протягивания через модули технологической линии, устраняет возможность деформации этих кромок и разрушения изоляции на кромках ленты.
Очевидно, при использовании калиброванной эмалированной фольги с неизменной шириной вдоль всей ее длины, торцы обмоток получаются без выступов и заусенцев. Незначительный технологический люфт между витками, обычно не более 0,5% от толщины эмалированной фольги, позволяет исключить стремление наматываемой ленты к образованию выступов по торцам обмотки из-за своей серповидности, а также позволяет осуществить дополнительное выравнивание этих обмоток путем мягкого обжима после намотки для устранения технологических погрешностей намотки. Поэтому в рабочем режиме напряженность электрического поля во всех точках торца обмотки или обкладки будет иметь небольшое и неизменное значение, что позволяет уменьшить толщину изоляции и исключить дополнительное увеличение изоляции на торцах. Благодаря этому и увеличению плотности намотки при использовании качественной эмалированной ленты, получаемой по предлагаемой технологии, существенно уменьшаются размеры обмоток и обкладок, выполняемых из фольги.
При изготовлении заявляемой технологической линии могут быть использованы те же материалы, которые используются при изготовлении известных перечисленных аналогов, а именно нержавеющая сталь - при изготовлении модулей 4, 5 и 7, черная инструментальная сталь - при изготовлении модулей 1, 2, 3, 6, 8.
Заявляемая технологическая линия может быть использована при производстве обмоток, обкладок и токовых шин с повышенной объемной плотностью тока. Однако основная область применения электрически изолированной металлической фольги, изготовленной на этом оборудовании, и благодаря этому обладающей необходимыми характеристиками - производство обмоток электромагнитных трансформаторов нового поколения [41].
Список литературы
1. Способ изготовления гибкого печатного кабеля. Патент RU 2032288 C1, МКИ Н05К 3/28, от 27.03.1995.
2. Способ изготовления печатных кабелей. Патент RU 2342813 С1, МКИ Н05К 3/16, от 27.12.2008.
3. Гаврюшин Н.Н. Методы изготовления гибких печатных плат и кабелей. - Зарубежная электроника, 1985, №5, с.51-63.
4. Патент RU 2371515 C2, МКИ С23С 16/22, С23С 16/44, С23С 16/54, от 27.10.2009.
5. Патент RU 2007141737 А, МКИ С23С 16/505, от 20.05.2009.
6. Патент RU 2002107057 А, МКИ B05D 1/26, B05D 3/00, С23С 24/04, от 20.01.2005.
7. Устройство для намотки секций рулонных конденсаторов. Патент RU 93018325 А, МКИ H01G 13/00, от 09.07.1995.
8. Лента аморфная из прецизионных магнитно-мягких сплавов. ТУ 14-123-149-99.
9. Патент RU 2121011, МКИ С22С 45/00, от 27.10.1998.
10. ГОСТ 434-78, ГОСТ 3836-83.
11. Тихомиров П.М. Расчет трансформаторов. 5-е издание. - М.: Энергоатомиздат, 1986.
12. Дроздов Н.Г., Привезенцев В.А., Никулин Н.В. и др. Электроматериаловедение. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1954.
13. Привезенцев В.А., Линьков А.В. Кабели и провода. T.1. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.
14. Folded insulated foil conductor and method of making same. Патент США WO/2000/005729, МКИ H01F 27/32, H01F 41/06, от 03.02.2000.
15. Привезенцев В.А. Обмоточные провода. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1959.
16. Способ напыления на ленточные подложки прозрачного барьерного покрытия из оксида алюминия. Патент RU 2352683 C2, МКИ С23С 14/24, С23С 14/35, В32В 15/04, B65D 65/40, от 20.04.2009.
17. Способ оксидирования поверхности стали. Патент RU 2293802 С1, МКИ C25D 11/02, от 20.02.2007.
18. Покрытия на основе оксида титана. Патент RU 2351688 C2, МКИ С23С 16/40, С03С 17/245, от 10.04.2009.
19. Устройство для микродугового оксидирования металлов и их сплавов. Патент RU 2333299 С1, МКИ C25D 11/02, от 10.09.2008.
20. Астахин В.В. и др. Электроизоляционные лаки. - М.: Химия, 1981, с.97-106.
21. Патент RU 2100859, МКИ Н01В 13/16, Н01В 19/04, от 27.12.1997.
22. Патент RU 2199400 C2, МКИ В05С 1/08, B05D 1/28, от 27.02.2003.
23. Патент RU 2380170 C2, МКИ В05С 1/08, B05D 1/28, от 20.01.2010.
24. Патент RU 2075352 С1, МКИ B05D 1/26, от 20.03.1997.
25. Патент RU 2002112419 А, МКИ В21С 1/00, от 10.12.2003.
26. Патент RU 2286215 С 1, МКИ В08В 3/08, от 27.10.2006.
27. Патент RU 2293 611 C1, МКИ В08В 3/08, от 20.02.2007.
28. Способ и устройство для эксплуатации многоступенчатой противоточной каскадной промывочной установки. Патент RU 2001107893 А, МКИ В08В 3/08, от 20.02.2003.
29. Патент RU 92011142 А, МКИ B23D 19/00, от 27.03.1997.
30. Патент RU 2086364 C1, МКИ B23D 19/06, B23D 33/02, от 10.08.1997.
31. Патент RU 2007289, МКИ B26D 1/01, от 15.02.1994.
32. Способ травления горячекатаных полос. Патент RU 2308544 С2, МКИ C23F 1/00, C23G 3/02, от 20.10.2007.
33. Способ и устройство для электролитического травления металлических лент. Патент RU 97117468 А, МКИ C25F 3/02, C25F 7/00, от 10.07.1999.
34. Способ и устройство для электролитического травления металлических лент. Патент RU 2205254 С2, МКИ C25F 3/02, C25F 7/00, от 27.05.2003.
35. Устройство для плазменного травления материалов. Патент RU 93008861 А, МКИ H01L 21/306, от 20.04.1995.
36. Патент RU 2321469, МКИ В21В 1/00, В21С 1/00, B21D 22/00, B21J 5/00, от 10.04.2008.
37. Патент RU 2352416, МКИ В21С 1/00, от 20.04.2009.
38. Патент RU 2008103603 А, МКИ В21С 1/00, от 10.08.2009.
39. Патент RU 2259246 C1, МКИ В21С 1/00, от 27.08.2005.
40. Патент RU 2102168 С1, МКИ В21С 1/00, от 20.01.1998.
41. Казаков В.В., Немцев Г.А. Трансформатор. Патент RU 2320045, МКИ H01F 30/06; Бюл. №8 от 20.03.2008.