Van welk materiaal kunnen spoelen worden gewikkeld?
Bij de productie van spoelen speelt de gebruikte draad een belangrijke rol. Hoewel koper ongetwijfeld het meest gebruikte geleidermateriaal is, vooral voor klantspecifieke spoelen, is het ook de moeite waard om alternatieve spoeldraden te testen, afhankelijk van de toepassing.
In dit artikel richten we ons op het brede scala aan materialen dat beschikbaar is voor spoelen. Elk materiaal heeft verschillende eigenschappen die van invloed zijn op gewicht, sterkte, flexibiliteit, thermische/elektrische geleidbaarheid en, natuurlijk, de kosten van productie van de spoelen.
Koper
Koper is de meest voorkomende van de elektrisch geleidende draden en wordt het meest gebruikt voor magneetspoelen. Het heeft een lage elektrische weerstand en laat gemakkelijk stroom door. Qua geleidingsvermogen wordt het alleen overtroffen door zilver - afgezien van supergeleiders. Aluminium staat op een verre vierde plaats in de geleidbaarheidstabel, zelfs achter goud.
Een belangrijke factor voor het gebruik van koper is dat het kan worden geconfigureerd en gevormd om elk type spoel te maken. Koper is overigens niet alleen bekend als het meest gebruikte materiaal voor wikkeldraad, maar wordt ook gebruikt bij de productie van printplaten.
Aluminium
Als voor de productie van spoelen aluminium wordt gekozen, is dat meestal om gewichts- of kostenredenen. De prijs van aluminium is vaak aanzienlijk lager dan die van koper. Aluminium is zeer sterk, zacht en daardoor gemakkelijk te vormen. Het heeft een hoog geleidingsvermogen voor warmte en elektrische stroom (maar is in dit opzicht veel slechter dan koper). Bij blootstelling aan de lucht wordt het basismetaal bedekt met een dunne, transparante oxidelaag die het onderliggende metaal beschermt tegen verdere corrosie. Het lichte gewicht maakt een efficiënte versnelling van de bewegende delen mogelijk, wat de prestaties ten goede komt.
Het gebruik van aluminiumdraden verbetert de geluidskwaliteit van luidsprekers en spreekspoelen. Een nadeel van aluminium zijn de beperkte contactmogelijkheden. Afgezien van laserlassen is geen ander lasproces mogelijk. Daarom moet gebruik worden gemaakt van mechanische methoden zoals het isoleren van contacten, krimpen of lijmen.
Zilver
Zilver is een van de meest voorkomende geleidende metalen. Het heeft het hoogste elektrisch geleidingsvermogen van alle metalen. De reden waarom zilver bij de vervaardiging van spoelen niet vaker wordt gebruikt dan koper, is dat het minder overvloedig voorkomt en daardoor ook duurder is. Bovendien is het gevoelig voor oxidatie.
Goud
Goud is buigzaam en kneedbaar, waardoor het gemakkelijker tot draad kan worden gevormd. Het is een zacht metaal en kan worden gevormd voor kleine elektronische schakelingen en spoelen. Aangezien goud niet gemakkelijk reageert met andere elementen en bestand is tegen corrosie en aantasting, is het een uitstekend geleidend materiaal voor de productie van spoelen. Dit geldt des te meer voor het contact met omringende componenten vanwege de zeer lage contactweerstand. Het nadeel is, zoals u al kunt raden, de hoge kostprijs en de beperkte beschikbaarheid van goud. Uit mechanisch oogpunt moet ook rekening worden gehouden met het hoge gewicht; goud is een van de zwaarste metalen.
Met koper bekleed aluminium (CCA): De trend voor de productie van spoelen
Als het meest gangbare alternatief voor koper- of aluminiumdraad, heeft een combinatie van deze twee metalen inmiddels een stevige positie verworven bij de productie van spoelen. Met koper bekleed aluminium, bekend als CCA-draad (Copper clad aluminium), is lichter dan zuiver koperdraad vanwege de lage dichtheid. De treksterkte van CCA-draad is echter ook lager dan die van zuiver koperdraad. Ook kunnen er transmissiefouten in de constructie zitten. CCA wordt gemaakt door een laag zuiver koper te hechten aan een aluminiumkern. Wanneer CCA is getrokken, bevat het natuurlijk minder koper dan zuiver koperdraad, maar het heeft bijna dezelfde geleidbaarheid, alleen de weerstand is iets hoger. Hoe is dit mogelijk? Het heeft te maken met een elektrisch verschijnsel dat het "skin effect" wordt genoemd. Het skineffect heeft te maken met de eigenschap van hoogfrequente wisselstroom om zich in de geleider te verdelen, zodat de stroomdichtheid hoger is aan het oppervlak (of de huid) van de geleider. Aangezien het skineffect alleen bij hoge frequenties optreedt, is CCA-draad bijzonder geschikt voor dergelijke toepassingen. Voor de vervaardiging van spoelen is CCA-draad evenzeer van belang vanwege de combinatie van het gewichtsvoordeel (aluminium) met de goede lasbaarheid en soldeerbaarheid van koper.
Hoogwaardige legeringen als geleidend materiaal bij de productie van spoelen
Onder de vele beschikbare koperlegeringen zijn er enkele die ook een interessante rol spelen bij de productie van spoelen. De zogenaamde "hoge-sterkte legeringen" worden hoofdzakelijk gebruikt wegens hun hogere breuksterkte in vergelijking met zuiver koper. Zij hebben ook hogere trekspannings- en rekwaarden. De HTW en XHTW draden van leverancier Elektrisola kunnen een interessante optie zijn, vooral voor toepassingen zoals luidsprekers, koptelefoons, vibratiemotoren of micromotoren, maar ook in de lucht- en ruimtevaartindustrie of consumentenelektronica in het algemeen.
Zelden gebruikt geleidermateriaal bij de productie van spoelen
Draad gemaakt van de volgende materialen worden zelden gebruikt bij de productie van spoelen:
Koolstof
Koolstofdraad is goedkoper te produceren en onderdrukt radiofrequentie-interferentie (RFI) en elektromagnetische interferentie (EMI). Het wordt gebruikt in de voertuigbouw en als vervangingsdraad.
Manganine
Manganin is een legering bestaande uit koper, mangaan en nikkel. Manganine, ook wel constantin genoemd, heeft zeer weinig verandering in weerstand bij temperatuurschommelingen, is zeer goed bestand tegen hittecorrosie en heeft een hoge stabiliteit op lange termijn.
Titanium
Titanium heeft goede mechanische en fysische eigenschappen. Het is zuurbestendig en gemakkelijk te vormen, te fabriceren en te lassen. De corrosiebestendigheid van titaniumdraad heeft het tot een belangrijke component gemaakt in de lucht- en ruimtevaart, de chemische verwerking en de medische industrie.
Nikkel-chroom
Nikkel-chroomdraad wordt gemaakt van nikkel, chroom en ijzer. Het is taai en bestand tegen oxidatie en heeft een goede vervormbaarheid en lasbaarheid. De verschillende soorten nichroom hebben een nummeraanduiding die de hoeveelheid nikkel aangeeft die zij bevatten. The types of nichrome are nichrome 20, 30, 40, 60, 70 en 80.De gebruikstemperatuur van nichroom varieert tussen 1050° C en 1180° C.
Kanthal
Kanthal is een legering van ijzer-chroom-aluminium (FeCrAl) en wordt gebruikt in weerstands- en hoge-temperatuurtoepassingen. Het vormt een beschermende laag aluminiumoxide die zowel als warmtegeleider en als isolator dient. Kanthal heeft een extreem hoge smelttemperatuur van 1425° C.
Nikkel
Nikkel draad warmt snel op en heeft een zeer lage weerstand. Helaas smelt nikkeldraad gemakkelijk bij hoge temperaturen en kan daarom alleen worden gebruikt in temperatuur gecontroleerde toepassingen.
Conclusie betreffende het meest geschikte draadmateriaal voor de productie van magneetspoelen
Koper is en blijft het meest gebruikte materiaal bij de productie van spoelen. Afhankelijk van het beoogde gebruik, de vereiste prestaties of de richtprijs is het ook de moeite waard om alternatieve draadmaterialen te testen. De laatste jaren hebben met name aluminium, of met koper bekleed aluminium (CCA-draad), een plaats veroverd als optie voor de productie van spoelen.
