Verfahren zur Herstellung von glasummanteltem Gussfeinstdraht aus einer Metallegierung Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Her stellung von glasummanteltem Gussfeinstdraht aus einer Metallegierung,
bei welchem mit Hilfe von Hochfre- quenzströmen eines Induktors durch Schwebeschmelzung in einem Glasröhrchen von einem Draht aus der Legie rung eine ausgewogene Metallegierungsmenge abge schmolzen und Metallschmelze und dem am Röhrchen- ende geschmolzenen Glas mittels einer rotierenden Spule fertiger Feinstdraht in Form einer abgekühlten Glas kapillare mit lückenloser Metallfüllung ausgezogen wird.
Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Guss- feinstdraht werden mit zufällig gewählten .Ausgangsstof fen, sowohl für die Metallegierung :als auch für die Glas röhrchen durchgeführt.
Ein Nachteil dieser Verfahren ist, dass es prak tisch unmöglich ist, Giessvorgänge zu wiederholen, wo durch Güteerhöhung des Gussfeinstdrahts verhindert wird.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein solches Verfahren zur Fertigung von Gussfeinstdraht aus Metallegierung zu schaffen, das eine Erhöhung der Gussfeinstdrahtgüte sicherstellt.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Bodenende des Glasröhrchens vor dem Einfüh ren desselben in die Schmelzzone des Induktors so ge formt wird, dass es die ausgewogene Metallmenge in Form eines Tropfens aufnehmen kann, und dass da nach das Röhrchen in einer Entfettungslösung behandelt und die Metallegierung vor dem Schmelzen einer Wärmebehandlung in Vakuum unterzogen wird.
Zum Giessen von Feinstdraht werden Glasröhrchen bestimmter Zähilgkeit, beispielsweise aus Borsilikatglas, verwendet. Beim Ausziehen des Feinstdrahtes wird zweckmässig der Verbrauch an ausgewogener Met#all- menge überwacht, wobei .die Grösse ödes Verbrauchs vorbestimmt wird.
Auf diese Weise wird vermieden, dass Feinstdraht schlechter Qualität auf die Spule ge- wickelt wird. Nach jedem Verbrauch der ausgewogenen Metall legierungsmenge wird vorzugsweise Metallegierung durch das Glasröhrchen von dem dem Boden entge gengesetzten Ende her in den Tropfen eingeführt.
Der auf Grund des Widerstandstemperaturkoeffi- zienten ausgemusterte Feinstdraht wird zweckmässig einer Wärmebehandlung unterzogen.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnung näher erläutert, in welcher schematisch die Herstel lung von glasummanteltem Feinstdraht dargestellt ist.
Im Öffnungskegel eines Induktors 1, welcher üb licherweise aus einer von Kühlflüssigkeit durchström- ten Hohlwindung besteht und von einem Hochfrequenz generator gespeist wird, ist das untere Ende 8 eines Glasröhrchens 2 angeordnet. In das Glasröhrchen 2 ragt ein Drahtstück 3 aus der Metallegierung, aus welcher der Feinstidraht gegossen werden soll, z.
B. aus Menganin. Von diesem Drahtstück 3 wird mit Hilfe der Hochfrequenzströme des Induktors eine ausge wogene wogene Menge abgeschmolzen, d. h. eine Menge, die deren Gewicht zusammen mit idem des Glasröhrchens der Hubkraft des Induktors entspricht.
Die flüssige aus gewogene Metallmenge 4 befindet sich im Bodenteil 8 des Glasröhrchens 2, dessen unterste Spitze beim Be- trieb des Induktors schmilzt. Von dieser Spitze wird in bekannter Weise der glasummantelte Feinstdraht 6 abgezogen und auf einer rotierenden Spule 7 aufge wickelt. Unmitlt#--lbar unter dem Induktor 1 wird oder abgezogene, noch weiche Feins:tdraht mit einer Krdstal- lisationsflüssigkeit S besprüht und abgekühlt.
Vor dem Einsetzeneines Glasröhrchens wird @dessen Bodenende 8 so geformt, dass es die ausgewogene Me tallmenge in Form eines Tropfens mit nach unten weisender Spitze aufnehmen kann. Dieser tTopfenför- mige Hohlraum bewirkt, dass an seiner Spitze der Kon takt,des Glases mit der Metallschmelze sichergestellt isst.
Nach der Verformung wird das Glasröhrchen ent- fettet, indem es mit einer Entfettungslösung behandelt wird, und auch der Vorratsdraht 3 aus der. gewünsch ten Metallegierung wird vor dem Schmelzen einer Wärmebehandlung im Vakuum unterzogen, wodurch Gaseinschlüsse, welche im Vorratsdraht enthalten sind, beseitigt werden.
Solche Gaseinschlüsse führen bei der Herstellung von Gussfeinstäraht öfters zu Drahtbrü chen in der Glaskapillare, zur Ablösung des Glasmantels vom Metalldraht sowie zu verschiedenen Änderungen der elektrischen Eigenschaften das Feinstdrahtes. Diese und andere Mängel des fertigen Feinstdrahves sind ferner auch durch ungleichmässige Bedingungen ver ursacht, unter welchen diese komplizierten physikahsch- chemischen Vorgänge,
darunter auch die Bildung von Oxyden und Silikaten im Metalltropfen (in Gegenwart von Glas) unter der Einwirkung des Hochfrequenzma- gnetfeldes, ablaufen.
Die im beschriebenen Verfahren vorgesehene Wärmebehandlung der zu verwendenden Legierungen im Vakuum bestimmt aus diesem Grunde, unter sonst gleichen Bedingungen, den Ablauf der physikalisch-chemischen Transformationen in der ausge wogenen Metallmenge, und folglich auch den Pro zess der Fertigung von Feinstdraht und deren elektri- sche Eigenschaften.
Im besonderen wird der entfettete Vorratsidraht ,im Vakuum von 1.10-4-5.10-n Torr wähnend zweier Stun den auf einer Temperatur von 500 C gehalten. Diese Wärmebehandlung des Vorratsdrahtes im Vakuum :ge währleistet bei der Feinstdrahtfertigung einen über aus reichend lange Zeit kontinuierlich ablaufenden Giess vorgang und verhindert das sonst so läufige Abreissen des sich in der Glaskapillare bildenden Metallfadens.
Diese zwei Massnahmen helfen, die zum Einregeln ,des Giessvorganges erforderliche Zeit zu vermindern. Zum Giessen von Feinstdrah't werden Glasröhrchen, beispielsweise aus Borsilikatglas, verwendet.
Tabelle 1 enthält die chemische Zusammensetzung der verschiedenen Glasarten.
EMI0002.0042
<I>Tabelle <SEP> 1</I>
<tb> Oxydgehalt@
<tb> Glasmarke <SEP> Si02 <SEP> Ba203 <SEP> Pb0 <SEP> Na203 <SEP> K203 <SEP> A1203 <SEP> : <SEP> Fe_03 <SEP> : <SEP> Ca0
<tb> höchstens
<tb> niederohmig <SEP> 75 1,0 <SEP> 16 <SEP> Q,5 <SEP> 5 <SEP> Q,6 <SEP> 2+0,2 <SEP> 2+0,3 <SEP> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 1,0
<tb> > <SEP> >
<tb> mittelohmig <SEP> <B>72-74 <SEP> 16-17 <SEP> <I>5,5-6,5</I> <SEP> 2,7-3,3 <SEP> 1,2-1,8</B> <SEP> 2,0 <SEP> 0,15 <SEP> 1,0
<tb> hochohmig <SEP> 72 <SEP> +<B>-1,,6</B> <SEP> '5 <SEP> <B>18+130</B> <SEP> 5 <SEP> <SEP> 0 <B>3,0 </B> <SEP> 0,3 <SEP> <B>2 0,3</B> <SEP> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 1,
0
<tb> Die <SEP> beim <SEP> Giessen <SEP> verwandten <SEP> Glasröhrchen <SEP> werden <SEP> entsprechend <SEP> den <SEP> Glasmarken <SEP> -in <SEP> Gruppen <SEP> unterteilt
<tb> (siehe <SEP> Tabelle <SEP> 2).
EMI0002.0043
<I>Tabelle <SEP> 2</I>
<tb> Aussen-Dm <SEP> Gewicht <SEP> Kennzeichen <SEP> Öffnungswinkel
<tb> Glasmarke <SEP> pro <SEP> 100-mm-Länge <SEP> des <SEP> Induktorkegels
<tb> mm <SEP> der <SEP> Röhrchengruppe
<tb> <U>g</U> <SEP> Grad
<tb> niederohmig <SEP> 9- <SEP> 9,9 <SEP> 5,1 <SEP> -6,4 <SEP> A-VII-IX <SEP> 70
<tb> 10-10,9 <SEP> 6,45-7,72 <SEP> A-VIII-X <SEP> 80
<tb> 11-12 <SEP> 7,89-9,26 <SEP> A-IX <SEP> XI <SEP> 90
<tb> mittelohmig <SEP> 9- <SEP> 9,9 <SEP> 5,2 <SEP> -6,5 <SEP> B <SEP> VII-IX <SEP> 70
<tb> 10=10,9 <SEP> 6,96-7,86 <SEP> B <SEP> VIII-X <SEP> 80
<tb> 11-12 <SEP> 8,04-9,
43 <SEP> B-IX-XI <SEP> 90
<tb> hochohmig <SEP> 9- <SEP> 9,9 <SEP> 5,26-6,62 <SEP> C-VII-IX <SEP> 70
<tb> 10-10,9 <SEP> 6,65-7,97 <SEP> C-VIII-X <SEP> 80
<tb> 11-12 <SEP> 8,15-9,55 <SEP> C-IX <SEP> XI Laut Tabelle 2 ist das Gewicht jeder Glasröhr chengruppe einer .gegebenen Glasmarke auf einen be stimmten die Hubkraft des Induktors bestimmenden Öffnungswinkel des Induktorkegels bezogen.
Beispiel: Bei der Röhrchengruppe B-VIII-X für mittelohmiges Glas entspricht das Gewicht einer Länge von 100 mm, das 6,96-7,86 g beträgt, einem Induk tor mit einem öffnungswinkeldes Kegels von 80 .
Beim Giessen von Feinstdraht werden Glasröhrchen mit einem Gewicht von 0,5-1,0 g /cm und ein Induk- tor mit einem Öffnungswinkel des Kegels von 60-100 verwandt. Eine Gewichtisänderung des Röhrchens, um <B>50%</B> entspricht einer öffnungswinkeländerung des Kegels von 10 .
Das beschriebene Verfahren gestattet es, einen Feinstdraht mit vorgegebenen Eigenschaften zu fertigen. Zu diesem <I>Zweck</I> wird der Längeneinheitswider,- stand des Feinstdrahtes während des Giessvorgangs kor rigiert.
Diese Korrzktur erfolgt durch selbsttätiges Än dern der Betriebsdaten beim Giessen, beispielsweisse der Geschwindigkeiten der Feinstdrahtaufnahme und der Glasröhrchenzuführung, der Lage des Tropfens aus ausgewogener Metallmenge in bezug auf den Induk tor durch Erzeugung eines überdrucks über dem Trop fen, des Spaltes zwischen Tropfen und Induktor, der Tropfentemperatur u. a.
Jede Glasmarke besitzt, damit ein Feinstdraht mit vorgegebenem Längeneinheitswiderstanderhalten wer den kann, eine bestimmte Zähigkeit, die @es gestattet, Feinatdraht mit innerhalb eines bestimmten Bereiches liegenden Längeneinheitswiderständen zu erzeugen (siehe Tabelle 3).
EMI0003.0019
<I>Tabelle <SEP> 3</I>
<tb> Glasmarke <SEP> Glaszähigkeit <SEP> bei <SEP> <B>13000</B> <SEP> Längeneinheitswiderstand
<tb> <U>Poise <SEP> P/</U>m
<tb> niederohmig <SEP> 1800 <SEP> <SEP> 200 <SEP> bis <SEP> 10 <SEP> 000
<tb> mittelohmig <SEP> 1500 <SEP> <SEP> 200 <SEP> <B>10000 <SEP> ...</B> <SEP> 20000
<tb> hochohmig <SEP> 1110 <SEP> <SEP> 200 <SEP> über <SEP> 20 <SEP> 000 Beispiel:
Laut Tabelle wird bei niederohmigem Glas mit einer Zähigkeit von 1800 200 Poise bei einer Temperatur von<B>1300'</B> C ein Feinsstdraht mit einem Längeneinheitswiderstand bis 10 000 P/m er halten.
Es wird, um die Feinstdrahtgüte (den Widerstands- temperaturkoeffizienten und die Kegeligkeit des Feinsi drahtfadens über d @ie Länge) zu verbessern, der vorbe- stimmte Verbrauch an aus der ausgewogenen Menge entnommenem Metall überwacht.
Diese Überprüfung erfolgt entlang der Länge des aus dem Metalltropfen ausgezogenen Feinstdrahtes bei einem vorgegebenen Längeneinheitswiderstand, der selbsttätig überwacht und korrigiert wird (siehe Tab. 4).
EMI0003.0047
<I>Tabelle <SEP> 4</I>
<tb> Längeneinheitswiderstand <SEP> des <SEP> Feinstdrahtes, <SEP> P/m
<tb> Feinstdrahtmaterial <SEP> 5 <SEP> 000 <SEP> <B>10000 <SEP> 20000</B> <SEP> 000 <SEP> 40000 <SEP> <B>80000 <SEP> <I>150000</I></B>
<tb> zulässige <SEP> Feins<U>t</U>drahtlänge, <SEP> m
<tb> Manganin <SEP> 700 <SEP> 1000 <SEP> 200,0 <SEP> 3 <SEP> 000 <SEP> 4000 <SEP> <B>8000 <SEP> <I>15000</I></B> Beispiel:
Laut Tabelle 4 werden 700 m Feinstdraht hoher Qualität mit einem Längeneinheitswiderstand von 5000 Q/m aus einem Tropfen. der ausgewogenen Me tallmenge unter Inbetrachtnahme des Metallverbrauchs erzeugt.
Die Metallegierung wird, um die Zeit zum Einregeln des Vorganges nach Verbrauch jeder ausgewogenen Metallmenge zu vermindern, durch das Glasröhrchen von der dem Boden entgegengesetzten Seite her in das Tropfenende geleitet, ohne dass dieses zerstört wird.
Die Schmelzzeit einer Tropfendoss muss -der zuläs sigen Länge des erzeugten Feinstdrahtes bei einem vorgegebenen Wert des Längeneinheitswiderstandes ent sprechen (siehe Tabelle 5).
EMI0003.0069
<I>Tabelle <SEP> 5</I>
<tb> Zulässige <SEP> Länge <SEP> des <SEP> aus <SEP> einem <SEP> Tropfen <SEP> Längeneinheitswiderstand <SEP> des <SEP> Feinstdrahtes, <SEP> D/m
<tb> erzeugten <SEP> Feinstdrahtes <SEP> 5000 <SEP> <B>10000</B> <SEP> 20000 <SEP> <B>30000</B>
<tb> m <SEP> Schmelzzeit <SEP> der <SEP> Tropfendosis, <SEP> s
<tb> 400 <SEP> 41 <SEP> 26 <SEP> 18 <SEP> 15
<tb> 1000 <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 33 <SEP> 22
<tb> 2000 <SEP> - <SEP> - <SEP> 54 <SEP> 34
<tb> 3000 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 49
<tb> 4000 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 64 Tabelle 5 .ist für Manganin mit 1,2 mm Dm aus gearbeitet,
die mit einer Geschwindigkeit von 80 mm/min in den Tropfen eingeführt wird.
Beispiel: Laut Tabelle 5 ist bei der Erzeugung von Feinstdraht mit einem Längeneinheitswiderstand von 5000 D/m und einer Länge von 400 m eine Schmelz zeit der Tropferndosis. von 41 is erforderlich.
Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren, bei denen der Gussfeinstdraht, wenn die Kennwerte des Widerstandstemperaturkoeffizienten nicht den ge wünschten entsprechen, ausgemustert und nicht ver wandt wird, sieht das beschriebene Verfahren die Wei terbearbeitung der ausgemusterten Feins@udrahtanenge vor.
Diese Bearbeitung wird fortgesetzt, bis der Feinst dreht bestimmte Kennwerte erreicht. Zu diesem Zweck wird der ausgemusterte Feinstdraht bei einer Tempe ratur von 250 <B>5'</B> C und einem Druck von 10 Torr im Laufe von 4 Stunden einer Wärmebehandlung unter- zogen.
Im Ergebnis dieser Wärmebehandlung erhält man statt eines Feinstdrahtes mit idem Widerstands temperaturkoeffizienten von 5.10-5 1/ C .einen Feiinst- draht mit dem Widerstandätemperaturkoeffizienten von 3.10-5 1/ C und statt eines Koeffizienten von 3.10-5 1/ C einen Koeffizienten von 1.5.10-5 1/ C.