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Manganhaltige Phosphorbronze-Legierung
Die Erfindung betrifft Phosphorbronze-Legierungen, insbesondere manganhaltige Phosphorbronze-Legierungen.
Legierungen aus Kupfer, Zinn und Phosphor wurden schon für verschiedene Zwecke herge- stellt, aber der Zusatz von Mangan zu solchen Legierungen wurde stets als unerwünscht angesehen, weil das Vorhandensein von Mangan die Bearbeitung der Legierung sehr erschwerte und derselben auch keine vorteilhaften Eigenschaften zu verleihen versprach.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass der Zuastz von Mangan in begrenzten Mengen zu solchen Legierungen eine Legierung mit hoher Abriebfestigkeit ergibt. Ausserdem wurde festgestellt, dass aus den so hergestellten Legierungen Stangen und. Drähte gezogen werden können, die in zufriedenstellender Weise kalt und warm be- arbeite't werden. können, insbesondere Stangen oder Drähte geringen Durchmessers von weniger als 32 mm.
Drähte aus Phosphorbronze-Legierungen, die Kupfer, Zinn und Phosphor, aber kein Mangan enthalten, wurden bisher allgemein zur Herstellung von Drahtgeweben oder Drahtgewebebändem für Papierherstellungsmaschinen, wie z. B. die Fourdrinier-Maschine, verwendet.
Der Verschleiss dieser Drahtgewebobänder rührt hauptsächlich von ihrer Reibungsberührung mit Teilen der Papierherstellungsmaschine her. Da die Bänder gewebt sind, werden beispielsweise in den Kettendrähten verhältnismässig scharfe Krümmun- gen oder. Buckel an den Stellen gebildet, an denen sie die Schussdrähte kreuzen. Diese Buckel der Kettendrähte sind durch die Reibungsberührung
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starken Verschleiss unterworfen. Das Vorhandensein besonderer Schleifstoffe im Papierbrei, von denen einige bei der Herstellung zugesetzt werden, ergibt einen zusätzlichen Verschleiss. Auf diese Weise werden die Kettendrähte, insbesondere an den Buckeln, nach einer bestimmten Zeit abgeschliffen. In gewissen Fällen können auch die Schussfäden dem Verschleiss unterworfen sein.
Phosphorbronze-Legierungen, die beispielswei- se etwa 92%/Kupfer, 8/0I Zinn und 0, 35O/ Phos- phor enthalten, wurden lange Zeit als der beste Werkstoff für die Kettendrähte von Drahtgewebebändern für Fourdrinier-Maschinen angesehen.
Solche Phosphofbronze-Legierungen haben sich für diesen Zweck bei mit mässigen Geschwindigkeiten betriebenen Papierherstellungsmaschinen als zufriedenstellend erwiesen, aber die Betriebsgeschwindigkeiten dieser Maschinen sind in den letzten Jahren bedeutend gesteigert worden, und
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Kettendrähte nutzenstul1'gsmaschinen infolge des erhöhten Verschlei- sses verhältnismässig rasch ab, was eine unerwünschte Unterbrechung des Papierherstellungsvorganges mit sich bringt, wenn ein albgenütztes Band während der Arbeitstage der Woche statt während normalen Abschaltzeiren, z. B. am Wochenende, ersetzt werden muss. Seit 20 oder mehr Jahren wurden daher viele Anstrengungen gemacht, die Zusammensetzung einer Kettendrahtlegierung für schnellaufende Papierherstellungsmaschinen zu finden.
Eine solche Legierung soll ausser den wünschenswerten Eigenschaften der Phosphorbronze-Legierungen, wie gute Biegsamkeit, Korrosionsbeständigkeit usw., zusätzlich eine wesentlich höhere Abrieibfestigkeit besitzen.
Nach zahlreichen Versuchen wurde festgestellt, dass aus den Legierungen gemäss der Erfindung hergestellte Drähte neben guter Biegsamkeit und Korrosionsbeständigkeit Im Vergleich zu dem bisher bekannten Phosphorbronzedraht auch eine hohe Abriebfestigkeit aufweisen. Solche Drähte sind daher für Drahtgewebabänder von Papierherstellungsmaschinen als Kettendrähte und/oder Schussdrähte sehr geeignet, und solche Drähte können auch in Verbindung mit Ketten- oder Schussdrähten aus andern Werkstoffen, wie z. B.
Kunstharz, verwendet werden.
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phor bestehende Legierung, die sehr reines Mangan enthält, für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet ist. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise auf elektrolytischem Wege hergestelltes
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Mangan verwendet, das eine Reinheit von 99,9% besitzt. Mangan weist gewöhnlich nur eine Reinheit von etwa 96 ibis 98% auf, weil es Verunrei- nigungen von etwa 2% Eisen, etwa 1% Silizium und einen kleinen Prozentsatz Kohlenstoff enthält. Die Prozentangaben beziehen sich hier und in der folgenden Beschreibung sowie in den Patentansprüchen auf Gewichtsprozente..
Gegenstand der Erfindung ist eine manganhai- tige Phosphorbronze-Legierung mit guter Biegsamkeit, Korrosionsbeständigkeit und hoher Abriebfestigkeit, die gekennzeichnet ist durch einen Gehalt von 1 bits 6"'/o Mangan, 6-8O/Ü'Zinn, 0,2-0,4% Phosphor und Rest Kupfer. Die Legierung kann insbesondere einen Gehalt von ungefähr zozo Mangan, 7,5ego Zinn, 0, 30/0 Phosphor und Rest (Kupfer aufweisen.
Vorteilhaft wird Mangan verwendet, das auf elektrolytischem Wege mit einer Reinheit von 99,9% hergestellt worden ist.
Weiters wurde'gefunden-und dies ist gleichfalls Gegenstand'der Erfindung-dass sich die vorstehend genannten Legierungen mit besonderem Vorteil in Form von Stangen, Drähten, Drahtgeweben und Drahtgewebsbändern, insbe- sondere für Papierherstellungsmaschinen, sowie als Ketten- und(oder) Schu#drähte für die Her- stellung solcher Drahtgewebe verwenden lassen.
Die Zeichnungen dienen zur Veranschaulichung der erfindungsgemässen Verwendung der neuen Legierung.
Fig. 1 zeigt im Grundriss eine vergrösserre Darstellung eines Teiles eines Dahtgewebebandes einer Fourdrinier-Maschine. Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie 2-2 der Fig. 1. Fig. 3 ist ein Fig.
2 ähnlicher Schnitt, der das gleiche Band nach
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welcheFig. 3 zeigt das gleiche Drahtgewebeband, das in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, nach seiner Ver- wendung auf einer Fourdrinier-Maschine. Diese
Figur veranschaulicht, dass die Buckel 10B durch den Abrieb verhältnismässig flach abgeschliffen werden, wenn das Band über einen oder mehrere
Saugkästen und Rollen läuft. Da das Reissen des Bandes (bedeutende Kosten verursacht, muss die Dioke der Kettendrähte an den durch die Kreuzungsstellen mit den Schussdrähten gebildeten Buckeln ständig überwacht werden. Wenn Pa- pierherstellungsmaschinen mit mässigen Geschwindigkeiten betrieben werden, wird das Band im allgemeinen abgenommen und ersetzt, wenn die Abnützung dieser Buckel ungefähr 800/0. beträgt.
Wenn jedoch verhältnismässig hohe Geschwindigkeiten verwendet werden, sind die Kettendrähte einer wesentlich grösseren Spannung unterworfen, was die Abnahme des Bandes zu einem Zeitpunkt erforderlich macht, bevor dieser Grad der Abnützung erreicht ist.
In den Fig. 5 und 6 ist der Kettendraht mit 15 und der Schussdraht mit 16 bezeichnet. Bei dieser Bindung ist die Unterseite sowohl des Kettendrahtes als auch des Schussdrahtes der Ab-
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Abriebversuche haben gezeigt, dass ein aus der erfindungsgemässen Legierung hergestellter Draht eine Lebensdauer besitzt, die durchschnittlich un- gefähr 2t/ mal grösser ist als jene von Drähten aus bekannten Phosphorbronze-Legierungen. Durch Verwendung eines pr51htgeebelbandes mit aus der Legierung gemäss der Erfindung hergestellten Kettendrähten kann daher die Häufigkeit der Stillegung einer mit hohen oder mässigen Geschwindigkeiten (betriebenen Maschine zwecks Ersatzes eines abgenützten Bandes wesentlich herabgesetzt werden.
Dies ist von besonderem Wer : für den Betrieb schnellaufender Maschinen, bei welchen die Häufigkeit der Stillegung verhält- nismässig gross ist und der Grad der Abnützung eines Bandes häufig die Unterbrechung. des Pa- pierherstellungsvorganges erforderlich macht, um den Ersatz eines Bandes während der Arbeitstage der Woche statt während der normalen Abschaltzeiten, z. B. am Wochenende, vorzunehmen.
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tiv sind. Durch die Erfindung kann daher die Menge des von einer bestimmten Maschine hergestellten Papiers wesentlich gesteigert werden, und die Abschaltzeiten während der Arbeitstage der Woche können auf einem Mindestmass gehalten werden. Durch die Erfindung sind daher beträchtliche wirtschaftliche Vorteile erzielbar.
Aus einer solchen Legierung hergestellter Draht besitzt alle vorteilhaften Eigenschaften des bekannten Pohsphorbronzedrahtes, wie z. B. gute Biegsamkeit, Korrosionsbeständigkeit usw., und zusätzlich aber auch eine besonders hohe Abriebfestigkeit.
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Bei Verwendung von Drähten aus der oben beschriebenen neuen Legierung für die Kettendrähte von Drahtgewebebändern für Papierher- stellungsmaschinen wird der Draht im allgemeinen einen Durchmesser aufweisen, der nicht grö- sser ist als etwa 2 mm. Bei den meisten Drahtgewebebändern von Fourdrinier-Maschinen halben die Kettendrähte im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 0,0875 ,bis 0,425 mm. Der Draht wird zu einem Band gewebt, beispielsweise mit der in Fig. 1 gezeigten einfachen glatten Bindung, mit der in den Fig. 5 und 6 gezeigten abgeänder- ten Körperbindung mit langer Kröpfung oder mit einer andern in solchen Bändern allgemein verwendeten Bindung, wobei der Draht die Kettendrähte bildet.
Selbstverständlich kann der Kettendraht und der Schussdraht aus Draht gebildet werden, der aus der neuen Legierung gemäss der Erfindung hergestellt ist. Im allgemeinen werden jedoch Schussdrähte aus Messing hergestellt, da sie der Abnützung nicht in gleicher Weise ausgesetzt sind wie die Kettendrähte. Selbstverständlich ist die Erfindung für jede Art des gewebten Materials verwendbar.
JUie Atbnebtestigkeit der manganhaltigen Phosphorbronze-Legierung gemäss der Erfindung wur- de auf folgende Weise mit der Abriebfestigkeit der gewöhnlichen bekannten Phosphorbronze-Legierung verglichen. Eine Anzahl von Drähten mit einem Durchmesser von 2, 5 mm wurden mittels Ziehdiamanten aus einem dickeren Draht gezogen und durch Ausglühen auf eine Zugfestigkeit von etwa 5255 kg/cm2 gebracht. Einige der für Vergleichszwecke verwendeten Drähte hatten die Zusammensetzung der üblichen Fourdrinier-Le- gierung, nämlich 7, 50/0 Zinn, 0, 350/0 Phosphor und Rest Kupfer. Andere Drähte waren aus Legierungen gemäss der Erfindung hergestellt, die 1, 2 und zoo Mangan enthielten.
Ein Ende jedes Versuchsdrahtes wurde festgemacht, um eine Bewegung zu verhindern, und der Draht wurde um eine korrosionsbeständige Chromstahltrommel von 10 cm Durchmesser gewickelt. Am andern Ende des Drahtes wurde ein Gewicht von 28, 3 g befestigt. Der untere Teil der Trommel wurde in eine Aufschlämmung von Diatomeenerde eingetaucht, die auf 4, 5 Liter Flüssigkeit etwa 28, 3 g enthielt. Die Trommel wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 U/min in Drehung versetzt. In bestimmten Abständen wurde die Drehung der Trommel unterbrochen und die Dicke des Drahtes gemessen. Dann wurde das Mass der Abnützung des aus der Legierung gemäss der Erfindung hergestellten Drahtes mit jenem des Drahtes aus der üblichen Phosphorbronze-Legierung verglichen.
Verschiedene Drahtgewebe wurden hergestellt, von denen einige Kettendrähte aus Legierungen
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phorbronze-Legierung enthielt. Die Drahtgewebe wurden durch Silber lot zu einem endlosen Band verbunden. Die Schuss drähte aller untersuchten Drahtgewebe bestanden aus Messing mit einem Gehalt von 83 < '/o Kupfer und 17% : Zink. Die Bänder wurden auf der in Fig. 4 dargestellten Prüfvorrichtung untersucht. Das endlose Band A wurde um zwei Trommeln B gelegt, von denen die eine durch einen Elektromotor und die andere durch das Band angetrieben wurde. Der untere Teil des Bandes und der Trommeln wurde in eine Aufschlämmung eingetaucht, die auf 4, 5 Liter Flüssigkeit etwa 35 g Diatomeenerde enthielt.
In der Mitte zwischen den beiden Trommeln wird ein Block C aus Ahornholz stirnseitig gegen das Band gedrückt, um einen Saugkasten nachzuahmen. Der Holzklotz sammelt alle Schleifstoff und schleift den Draht ab, wodurch die in einer Fourdrinier-Maschine herrschenden Abnützungsbedingungen gut nachgeahmt werden. Die Trommeln werden mit einer Geschwindigkeit von 1000 U/min gedreht. In bestimmten Abständen wird die Vorrichtung angehalten und die Dicke jedes Drahtgewebes gemessen. Dann wird das Mass der Abnützung des Bandes mit Kettendräh- ten aus der Legierung gemäss der Erfindung mit jenem des Bandes mit Kettendrähten aus der üblichen Phosphorbronze-Legierung verglichen.
Diese verschiedenen Versuche zeigten, dass Kettendrähte aus der Legierung gemäss der Erfindung eine wesentlich höhere Abriebfestigkeit aufwiesen als Kettendrähte aus der üblichen Phosphorbronze-Legierung. Diese Versuche zeigten, dass Drähte aus der Legierung gemäss der Erfindung eine um 200-3000/o grössere Lebensdauer aufwiesen als Drähte aus der üblichen Phos-
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Das Ibedeutet, dais Draht-Kettendrähten aus der neuen manganhaltigen Phosphorbronze-Legierung gemäss der Erfindung viel länger halten als Drahtgewebebänder mit Kettendrähten aus der üblichen PhosphorbronzeLegierung.
Die Erfindung betrifft daher eine neue manganhaltige Phosphorbronze-Legierung, die eine ungewöhnlich hohe Abriebfestigkeit aufweist, sowie Drähte, welche die gleiche Eigenschaft aufweisen. Wie bereits erwähnt, sind solche Drähte besonders als Kettendrähte und möglicherweise auch als Schuss drähte von Drahtgeweben für Papierherstellungsmaschinen, wie z. B. die Fourdrinier-Maschine, geeignet und können als Kettenund/oder als Schussdrähte verwendet werden. Überdies ist jede zweckmässige Art der Bindung verwendbar. Das Drahtgewebe kann beispielsweise mit glatter, Köper- oder Leinwandbindung hergestellt werden, die in einem Drahtwebstuhl gewebt wird, in welchem zwei, drei oder mehr Webrahmen verwendet werden, um den Kettendraht in der durch das besondere herzustellende Muster erforderlichen Reihenfolge zu heben und zu senken.
Die Drähte müssen nicht unbedingt
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runden Querschnitt aufweisen, sondern können beispielsweise rechteckig, viereckig oder oval sein. In manchen Fällen kann insbesondere der Schussdraht hohl, also rohrförmig sein.
Die Erfindung ist auch auf Drahtgewebe anwendbar, bei welchen die Kettendrähte und/oder die Schussdrähte aus mehreren feineren Drähten bestehen, die verdrillt sind. Ein soches Drahtgewebe wird als einfach verdrilltes Gewebe bezeichnet, wenn nur die Kettendrähte verdrillt sind, und als doppelt verdrilltes Gewebe, wenn sowohl die Kettendrähte als auch die Schussdrähte aus verdrillten Drähten bestehen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Manganhaltige Phosphorbronze-Legierung mit guter Biegsamkeit, Korrosionsbeständigkeit und hoher Abriebfestigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus 1-5% Mangan, 6-8% Zinn, zozo Phosphor, Rest Kupfer besteht.