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Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten von kaltverformte Draht als Drahtglaseinlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten von kaltverformte Draht zum Einlegen in ein in plastischem Zustand befindliches Glas bei der Herstellung von Drahtglas.
Die Drahteinlagen zur Herstellung von Drahtglas werden aus Eisendraht hergestellt, dessen Oberfläche fett-, staub-und rostfrei sein soll, weil diese Verunreinigungen des Drahtes bei der Herstellung des Drahtglases Blasen und Trübungen in der Glasmasse erzeugen. Der Draht wird zu Netzen, Geweben und Geflechten verarbeitet und dann in die erhitzte flüssige Glasmasse eingebettet oder auch ohne jede Bindung als nur in einer Richtung verlaufender Draht eingeführt. Die Drähte werden in üblicher Weise unter Zwischenschaltung von Glühen aus Walzdraht in einer Flüssigkeit durch Ziehdüsen kalt gezogen und zum Schluss noch einmal in Glühtöpfen unter Sauerstoffabschluss oder in einem reduzierenden Gas blank geglüht.
Der Draht ist hiebei im Glühtopf in übereinander liegenden Ringen von je 30 - 50 kg eingebracht, u. zw. bis zu einem Topfinhalt von etwa zwei Tonnen. Der Draht darf unter diesen Umständen im Glühtopf nicht derart erhitzt werden, dass durch ein Weichwerden des Eisendrahtes ein Aneinanderhaften der einzelnen Drahtwindungen erfolgt, die später das Abwickeln des Drahtes unmöglich machen würde. Der Glühtopf ist im übrigen geschlossen, so dass auch aus diesem Grund ein Entweichen von Drahtverunreinigungen nicht eintreten kann.
Um der Forderung nach Fett- und Staubfreiheit zu genügen, wendet man wohl besonders ausgewählte Ziehflüssigkeiten an, die aber alle noch mehr oder weniger Fett oder auch ein anderes Schmiermittel enthalten müssen, weil sonst die Kaltverformung im Ziehkanal nicht möglich ist. Mithin hat jeder kaltgezogene Draht, auch derjenige, der für die Herstellung von Drahtglas verwendet wird, nach dem Ziehen eine mehr oder weniger starke Fettschicht und kann nicht als genügend fettfrei bezeichnet werden.
Die vom Ziehprozess herrührenden und auch den Glühvorgang überdauernden Fetteilchen lösen sich erst beim Einlegen in die flüssige Glasmasse von dem Eisen, u. zw. werden sie dabei verbrannt und vergast. Weil aber die dabei freiwerdenden Gase aus der zähen Glasmasse nicht entweichen können, werden sie als Blasen im Glas eingeschlossen und stellen eine erhebliche Verunreinigung und Beeinträchti- gung der Klarheit des Glases dar.
Es ist bekannt, die Drähte mit einer Bekleidung aus feuerbeständigem nachgiebigem Material, in erster Linie Asbest, zu versehen und den so bekleideten Draht gut auszuglühen. Die im Draht, von der Herstellung her noch vorhandenen Fett- und Schmutzteile werden jedoch nicht beseitigt, vielmehr verhindert der schon beim Glühen vorhandene Asbestüberzug die Entfernung der eingeschlossenen Verunreinigun- gen. Es sind auch schon Überzüge für die Drähte bekannt, die beim Einführen des Drahtes in das Glas sich wieder ablösen, jedoch wird auch dabei keine Vorbehandlung des Drahtes zur Entfernung der Einflüsse und Verunreinigungen vorgenommen.
Bei einem andern bekannten Verfahren Wird zur Verhütung des Oxydierens des Drahtes beim Einlegen ins Glas die Zuhilfenahme von Schutzgas empfohlen. Die im Draht schon enthaltenen Fette und Verunreinigungen werden jedoch nicht entfernt. Der Draht wird in einem Arbeitsgang in das Glas gebracht. Er wird in der Drahtglasmaschine selbst behandelt, wodurch diese Maschine sehr kompliziert und das Ziel eines völlig blasenfreien und ungetrübten Glases nicht erreicht wird.
Man ist deshalb auch schon dazu übergegangen, den Draht vor dem Einführen ins Glas zu verchromen. Die Blasenbildung ist dadurch wohl etwas verringert, aber nicht beseitigt worden. Ausserdem ist eine erhebliche Verteuerung des Drahtes im Glas entstanden, so dass auch diese Massnahme nicht befrie-
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digt hat. Nur die Verwendung von hochlegierten Chrom-Nickel-Stählen hat blasenfreies Drahtglas ergeben. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Herstellung dieser Drähte unter ganz andern Bedingungen abläuft als diejenige der unlegierten Drähte. Wegen der grossen Festigkeit dieses Materials herrscht im Ziehkanal ein viel grösserer Druck. Demgemäss kann sich das Ziehfett beim Kaltverformen nicht mit dem Material verbinden, so dass der hochlegierte Draht an sich schon wesentlich fettfreier aus der Ziehmaschine kommt als der unlegierte.
Hiezu kommt noch, dass auch der Glühvorgang andersartig und bei höherer Temperatur erfolgt und wegen der grösseren Materialdichte nicht so viel Gas von dem Draht absorbiert wird. Dieser Draht ist aber zu teuer und kann daher für normales Drahtglas nicht verwendet werden.
Da er ausserdem wegen seiner geringen Schweissbarkeit nicht zu Netzen verarbeitet werden kann, benutzt man ihn nur bei der Herstellung hochwertigster Spezialgläser und in solchen Fällen, in denen eine Verschweissung der Drähte nicht nötig ist.
Untersuchungen haben gezeigt, dass auch bei vollkommener Entfettung der Oberfläche des üblichen Eisendrahtes die Blasenbildung nicht aufhört. Dies dürfte darauf zurückzuführen sein, dass vom Ziehprozess her die Fettverunreinigungen auch zwischen die Moleküle des Eisens eingepresst sind. Bei der üblichen Kaltverformung des Drahtes wird aber diese Verunreinigung immer grösser, je dünner der Draht gezogen wird, denn bei jedem Zug werden neue Fetteile zwischen die Moleküle des Eisens gepresst. Erst bei dem physikalischen Zustand, der bei dem Einführen des Drahtes in die flüssige Glasmasse entsteht, lösen sich diese zwischenmolekularen Verunreinigungen aus dem Draht und bilden bei ihrer Vergasung die schonerwähnten Blasen im Glas. Es ist anzunehmen, dass dadurch vorwiegend die grösseren Blasen entstehen.
Neben den grösseren Blasen bilden sich auch noch viele kleinste Bläschen, die ebenfalls von den Verunreinigungen des Drahtes herrühren. Die im Draht aufgesaugten Gase werden gleichfalls in der Hitze der Glasschmelze aus dem Draht herausgepresst und bilden die kleinen Bläschen im Drahtglas.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Blasenbildung bei der Glasherstellung auch bei Verwendung normalen Eisendrahtes zu verhindern.
Die brfindung bezieht sich demzufolge auf ein Vertahren zum Vorbereiten von kaltvertormtem Draht als Drahtglaseinlage und besteht darin, dass der Draht durch Erhitzung auf eine etwa der Temperatur beim Einlegen des Drahtes in die flüssige Glasmasse entsprechende Temperatur in nicht oxydierender, neutraler oder reduzierender Umgebung entfettet und entgast, nach seiner Abkühlung von Verbrennungsrückständen gereinigt und die Drahtoberfläche anschliessend sofort mit einem gasdichten, bei dem späteren bei Annäherung an die heisse Glasmasse stattfindenden Verbrennungsvorgang rückstandsfrei entweichenden Überzug, vorzugsweise aus Paraffinöl, versehen wird.
Es ist an sich bekannt, die Oberfläche von Metallflächen und Gussstücken von anhaftenden Fettfilmen durch einen Glühvorgang zu entfernen. Demgegenüber liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass der bisher für Drahtglaseinlagen verwendete kaltverformte Draht trotz der bisher angewendeten Vorbe- reitungsarbeiten nicht genügend gereinigt ist und dass die Verwendung dieses Glühverfahrens gemäss der Erfindung dazu führt, dass nicht nur eine Reinigung der Drahtoberfläche, sondern auch eine Reinigung und Entgasung der Drahtmasse dieser für Drahtglaseinlagenverwendeten dünnen Drähte in sehr vollkommener Weise erreicht werden kann. Es hat sich gezeigt, dass das Entstehen einer Blasenbildung bei der Herstellung des Drahtglases in weitgehendem Umfang ausgeschaltet wird.
Es ist übrigens schon vorgeschlagen worden, bei der Herstellung von Drahtglas die Drähte mit einer Bekleidung aus feuerbestandigem nachgiebigem Material, in erster Linie Asbest zu versehen. Bei dieser Herstellungsweise verbleiben die Verunreinigungen im Draht bzw. auf der Drahtoberfläche und die Bekleidung der Drahtoberfläche mit einem nachgiebigen Material wie z. B. Asbest, tragt noch zum Einschluss zusätzlicher Luft bei, die die Blasenbildung im Drahtglas nur noch verstärkt.
Es empfiehlt sich, die Entfettung und vor allem die ausreichende Entgasung des Drahtes etwa in der Temperatur vorzunehmen, der der Draht später beim Einführen in die flüssige Glasmasse ausgesetzt wird.
Wenn man in dieser Weise die vorgesehene starke Erhitzung des Drahtes vornimmt, wird ein optimales Ergebnis hinsichtlich der Schaffung eines blasenfreien Drahtglases erreicht. Dieser Arbeitsvorgang muss entweder einmalig lang genug oder aber öfters durchgeführt werden, weil die restlose Entgasung des Eisens je nach der Dicke desselben eine gewisse Zeitspanne benötigt. Zweckmässig ist es, wenn dies in Vakuum
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um die eingeschlossenen Verunreinigungen schneller frei werden zu lassen. Diese Beanspruchungen des Drahtes führen auch zu einer weiteren Verkleinerung seines Durchmessers, so dass hiedurch auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert wird. Die dabei entstehenden Gase werden zweckmässig ab-
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gesaugt, was z. B. durch ständige Aufrechterhaltung des Vakuums geschieht.
Da die Absorption von Gas durch den Draht mit steigender Temperatur immer geringer wird, kann man auch statt des Vakuums ein neutrales oder besser noch ein reduzierendes Gas anwenden, dass die Oxydation verhindert und durch leichte Strömung die aus dem Draht entweichenden Gase ableitet.
Zu dieser Behandlung des Drahtes kann man einen Durchziehglühofen, der aber hiefür besonders eingerichtet ist, benutzen. Man kann damit bei der Entgasung und Entfettung des Drahtes gleichzeitig auch eine fettfreie weitere Verformung des Drahtes erzielen. Nachdem der Draht entfettet ist, wird er von den Verbrennungsrückständen, die das ausgeschiedene Fett auf seiner Oberfläche hinterlassen hat, gereinigt.
Man kann dazu den Draht entweder durch eine schmutzlösende Flüssigkeit führen oder ihn mechanisch etwa mittels Bürsten, Leder- oder Filzscheibenreinigen und polieren. Man erreicht so einen Reinheitsgrad, der beliebig hoch gewählt werden kann und von der Dauer und Häufigkeit des Verfahrens abhängig ist.
Der vollkommen entfettete Draht korrodiert natürlich leichter als der handelsübliche Draht, auf dem noch das Ziehfett haftet. Ausserdem sind sämtliche Poren weit geöffnet, so dass die Absorption von Luft sofort wieder einsetzt.
Vorzugsweise wird zur Bildung des Überzuges auf der Drahtoberfläche ein leicht brennbares Öl, etwa Paraffinöl, verwendet. Dieser Überzug stellt eine hauchdünne Schicht dar, die bei der Annäherung an die heisse Glimmasse ohne Rückstände verbrennt und verflüchtigt, ehe der Draht von der Glasmasse umschlossen ist.
Die formändernden Kräfte lassen sich in einem Durchziehofen leicht durch entsprechende Gestaltung des Drahtvorschubs regeln. Am einfachsten wird dazu dem aus der Hitzezone laufenden Draht eine etwas grössere Geschwindigkeit als dem in sie hineinlaufenden Draht erteilt, wodurch der glühende Draht eine formändernde Zugspannung erfährt. Man kann aber auch statt der Zugbeanspruchung, oder in Verbindung mit dieser, eine Verdrehung anwenden.
In der Hitze, die je nach dem Glasherstellungsverfahren bis etwa 11000 C beträgt, hat der verhältnismässig dünne Draht keine grosse Festigkeit mehr, so dass er in horizontal angeordneten Durchziehglüh- öfen einen grossen Durchhang bekommen und sich an den Wandungen der Heizrohre oder des Ofens reiben und gegebenenfalls zerreissen würde. Deshalb wird erfindungsgemäss ein Ofen bevorzugt, bei dem der Draht die Heizzone möglichst senkrecht und ohne Umleitungen durchläuft. Dadurch ist ein störungsfreier Betrieb der Anlage in besonders hohem Masse gesichert. Auch die genaue Dosierung der erforderlichen Kräfte für die Formänderung des Drahtes wird durch die Benutzung eines aufrechtstehenden Ofens unterstützt.
Die Formgebung des Durchziehofens kann auch gemäss der Erfindung so gewählt werden, dass nicht nur ein einzelner Draht, sondern ein fertiges Drahtnetz, ein Drahtgewebe oder Drahtgeflecht in voller Breite durch diesen Durchziehofen hindurchgeführt werden kann. Die Leistungsfähigkeit der Anlage wird hiemit in einem ganz erheblichen Ausmass gefördert. Ausserdem werden auch die Verunreinigungen, die der Draht bei der Herstellung der Netze oder Geflechte annimmt, ebenfalls beseitigt.
Die Verfärbungen, die an den Kreuzungsstellen von verschweissten Drahtnetzen beim Schweissvorgang zwangsläufig auftreten, werden durch diese Methode der Erfindung ebenfalls beseitigt, sobald man ein reduzierendes Gas im Durchziehofen verwendet.
In der Zeichnung ist in Fig. l eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens schematisch als Ausführungsbeispiel dargestellt, und in Fig. 2 eine Dichtung im Schnitt in vergrössertem Massstab gezeigt.
Der in bekannter Weise kalt gezogene, übliche Eisendraht 1 wird über die Rolle 2 geleitet und gelangt in das senkrecht stehende elektrisch beheizte Glührohr 3, das im Inneren eine Temperatur entwickelt, die etwa derjenigen entspricht, welche der Draht bei der Drahtglasherstellung annimmt. Da es verschiedene Drahtglasherstellungsverfahren gibt, die verschiedene Temperaturen zur Anwendung bringen, wird beim Bau und Betrieb die Temperatur des Ofens hierauf abgestimmt. Die Länge der Durchlaufzeit ist von der Materialstärke abhängig. Sie muss so bemessen werden, dass der Draht, nachdem er das Heizrohr 3 durchlaufen hat, genügend entgast und entfettet ist. Er gelangt dann in das Abkühlungsrohr 4, in dem er auf die Aussentemperatur abgekühlt wird, wobei darauf geachtet werden muss, dass die gewünschten Festigkeitswerte erreicht werden.
Am Übergang vom Heizrohr 3 zum Abkühlungsrohr 4 ist eine Dichtung 11 vorgesehen, welche die Wärme des Heizrohres vom Abkühlungsrohr möglichst fernhalten soll. Fig. 2 zeigt, dass diese Dichtung in Art einer Labyrinthdichtung aus einer Anzahl von übereinanderliegenden Scheiben 12 und 13 besteht. Die Scheiben 12 haben eine dem Drahtdurchmesser angepasste Bohrung, während die Mitteloftnung der Scheiben 13 wesentlich grösser gehalten ist.
Die Rolle 5 erteilt dem aus dem Abkühlungsrohr 4 laufenden Draht 1 eine Geschwindigkeit, die etwas grösser ist als die Umfangsgeschwindigkeit, mit der die Rolle 2 angetrieben wird. Die hiebei auftre-
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tende Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem in das Heizrohr 3 einlaufenden und dem aus dem Abkühlungsrohr herauslaufenden Draht 1 kann klein sein, wenn lediglich die Fettverunreinigungen des Drahtes beseitigt werden sollen. Anders ist es aber, wenn die Vorrichtung gleichzeitig zum Warmziehen des Drahtes benutzt wird. Dann muss die Rolle 5 dem Draht 1 gegenüber der Rolle 2 eine um so viel gesteigerte Geschwindigkeit erteilen, wie die Verlängerung des Drahtes bei der betreffenden Querschnittsverminderung ausmacht.
Über den Transtormator 6 wird das Heizrohr 3 mit dem Heizstrom gespeist. Man kann natürlich auch eine andere Heizart, etwa Gas, als Aussenbeheizung anwenden. Der Rohrstutzen 7 dient zur Herstellung des Vakuums und zur Absaugung der beim Betrieb des Ofens sich bildenden Gase oder auch zur Zuführung der reduzierenden Gase. Soll der Draht in Vakuum behandelt werden, können die Transportrollen 2 und 5 sowie die zugehörigen Ab- und Aufwickelvorrichtungen ebenfalls im Vakuum untergebracht werden. Bei der Einrichtung nach der Zeichnung muss der Ofen mit Schutzgas betrieben werden.
Nachdem der Draht die Rolle 5 passiert hat, wird er zwischen den Bürstenwalzenpaaren 8 und 9 gereinigt und poliert. Man kann ihn aber auch zu diesem Zweck durch eine reinigende Flüssigkeit ziehen.
Nun hat der Draht eine saubere glatte Oberfläche und ist auch im Inneren frei von Fett und Gasansammlungen. In der Wanne 10 wird der Ölfilm aufgebracht und zu einer dünnen Schicht abgestreift. Das dabei verwendete Öl soll schon bei niedriger Temperatur ohne Rückstand verbrennen. Dadurch werden die bei dem erkaltete Draht geöffneten Poren geschlossen, so dass eine Gasabsorption nicht wieder eintreten kann. Ausserdem wird der Draht dadurch gegen Oxydation geschützt. Bei höchsten Ansprüchen ordnet man die Walzenpaare 8 und 9 sowie auch die Wanne 10 noch im Raum des Ofenvakuums an, damit die nachträgliche Gasabsorption auf alle Fälle vermieden wird. Die Verwendung von Paraffinöl hat sich als durchaus zweckmassig erwiesen.
Auf diese Weise ist es möglich, auch bei Verwendung des üblichen Eisendrahtes, die Blasenbildung bei der Drahtglasherstellung restlos zu vermeiden. Der Kohlenstoffgehalt des Eisens ist hiebei keinesfalls hinderlich. Die Saugfähigkeit des Drahtes kommt nicht zur Wirkung, bis der gasdichte Überzug abgeschmolzen ist, d. h. bis unmittelbar vor der Einführung des Drahtes in die flüssige Glasmasse. Infolgedessen kann sich der Kohlenstoffgehalt des Drahtes hinsichtlich der Absorptionsfähigkeit nicht ungünstig auswirken.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Vorbereiten von kaltverformte Draht als Drahtglaseinlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht durch Erhitzung auf eine etwa der Temperatur beim Einlegen des Drahtes in die flüssige Glasmasse entsprechende Temperatur in nicht oxydierender, neutraler oder reduzierender Umgebung entfettet und entgast, nach seiner Abkühlung von Verbrennungsrückständen gereinigt und die Drahtoberfläche anschliessend sofort mit einem gasdichten, bei dem späteren, bei Annäherung an die heisse Glasmasse stattfindenden, Verbrennungsvorgang rückstandsfrei entweichenden Überzug, vorzugsweise aus Paraffinöl, versehen wird.