CN1294640A - 处理导电连续线材用的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种处理线材(尤其是铜线之类)导电连续线材3的装置,所述的处理是所述连续线材3在其纵长方向上经此装置运动时进行的。所述装置可以用于加热、退火、或者表面清洁所述连续线材。所述装置包括:一个接触装置15,用于与所述运动着的连续线材3产生电接触;及一个电极结构17,电极结构17安置得与所述连续线材3有一段距离,并且至少部分地包围它,其中,一个气体放电腔11定位在所述连续线材3和所述电极结构17之间,并且在腔中充以反应气体,通过在所述接触装置5和所述电极结构17之间施加一个电压可以产生气体放电,用于处理所述连续线材3。
Description
本发明涉及一种，在其延伸方向上运动时，处理、清洁和／或加热，特别是导电连续线材的装置和方法。
一种公知的此类装置用于，在通过拉伸电线材料使之形变而降低电线材料的直径的方法步骤之前，对电线材料进行软退火。而且，公知的装置用于在电线涂复绝缘材料之前清洁电线，以使例如通过涂漆施加的绝缘材料能够良好地附着。公知的装置包括一个退火炉，此炉形成一个管，连续的线材经此管输送。所述管用电阻器加热，并且通过辐射或者对流把热传递到经之运动的连续的线材，以对后者进行软退火。而且，在所述加热时杂质蒸发在连续线材的表面上，并且这个清洁作用可以在所述炉中保持特殊气体环境，例如蒸汽而受到支持。
为了达到要求的线材加热，所述的线材应当在炉中停留一个给定的时间。如果加大连续线材的运动速度以增加装置的产量，装置的长度就必须相应地增加。这种公知的装置的优点在于其空间增加以及其加热炉能耗要求的增加与产量的增加是相应的。
本发明的目的是产生一种处理上述种类的连续线材处理用的装置，它在增加了连续线材的运动速度的情况下也能有效地处理。
根据本发明提供一种，在其延伸方向上经此装置运动时，处理导电连续线材的装置，它包括一个安置得与连续线材有一段距离，并且至少部分地包绕之的电极结构。一个气体放电腔设置在连续的线材和所述电极结构之间，所说的腔中充以反应气体。而且，有一个接触装置，可供与运动着的连续线材产生电接触，并且通过在接触装置和电极结构之间施一个电压，可以在气体放电腔内产生放电。这个气体的放电在气体放电腔中产生等离子体，也就是在此形成带电粒子。
由于经过所述接触装置的连续线材本身起电极的作用，在反应气体中产生的带电粒子的一部分，受到直接加在连续线材上的电压的加速，对连续线材施加处理作用。因此，用带电粒子轰击连续线材可以，例如产生连续线材表面的清洁作用和／或总体加热连续线材。
根据本发明的装置优选地用于在拉伸步骤以降低线材的直径之前软退火金属线材，特别是铜线材，和／或在用绝缘材料涂复线材之前清洁线材的表面，和／或在涂复之前总体上加热线材。
所述电极结构优选地包含一个圆柱几何体，连续线材基本上轴向并且直线地经此几何体延伸。借此，一个电极结构得以基本上完全包围所述线材，从而可以达到绕连续线材的圆周方向均匀气体放电，从而达到全方位地均匀地处理线材。而且，通过相应地确定圆柱几何体的长度，可以调节处理的强度，使其和经过所述装置的连续线材的运动速度协调一致。
当以基本上气体密闭的方式提供一个包围气体放电腔的容器时，偏离环境气压的气体放电腔中的气体的压力最好是可调节的，以更好地控制气体放电。在经过一个进入口和经一个退出口通过此装置运动中，连续线材进入此容器。所述进入口和／或退出口，分别地，提供所述容器和运动的连续线材之间的良好的密封，并且使连续的线材能够以尽可能低的磨擦力通过。
如果连续的材料是电线，进入口和／或退出口可以用通过拉伸电线用的拉板形成。这种拉板也称作拉模或者称作拉孔。其内径与电线的外径相应，从而，一方面在电线和拉板之间基本上没有间隙，而且在另一方面电线和拉板之间的磨擦力要尽可能地小，从而电线基本上没有因为通过拉板时形变所引起的外径降低。
为了防止在气体经进入口和／或退出口分别进入气体放电腔，优选地设一个保护性气体腔，它由进入口和／或退出口分别地限制于反应腔。从而可以保证经过各个口只有无害的保护性气体进入气体放电腔。保护气体腔中的气体压力可以低于气体放电腔中的气体压力。但是，优选地，这里的压力较高，而且如果这里的压力高于标准的压力，可以防止周围空气进入保护性气体腔的入口。
也可以提供连续线材在处理后进入的后续的保护性气体腔，用于冷却处理过的连续线材。然后，冷却保护性气体腔中的保护性气体本身和／或优选地增加压力，以加强从连续线材移出热量。
而且，为了冷却处理过的连续线材，可以设液体浴，具体来说，一个水浴，连续线材在气体放电腔中处理后直接进入水浴。但是，优选地，处理过的连续线材在通过后续的保护性气体腔后才进入液体浴，从而在相当大的程度避免液体浴的液体经出口进入气体放电腔。
为了得到尽可能是以上定义的气体放电，优选地设有一个气源，用于向气体放电腔中供应具有给定气体成分的反应气体。但是，优选地，至少部分的供气量提供给保护性气体腔，在此起保护性气体的作用。此后，所述气体分别经进入口和／或退出口从保护性气体腔移动到所述容器中，在此起反应气体的作用。这个实施例可以分别有特殊的没有摩擦力的进入口和／或退出口尺寸，但没有外部气体进入气体放电腔。
向气体放电腔供应的气体量优选地是可以调节的，即取决于检测气体放电腔中压力的气体压力传感器的信号。
气体放电腔中的压力还可以通过采用真空泵抽吸使之低于大气压力。反应气体优选地包括氩和／或氮和／或空气。
如果电极结构本身是空气密封容器的一个部分，可以实现所述容器和电极结构的一个简单的实施例。优选地，电极结构形成为构成气体密封容器壁一个部分的金属管。
电极结构优选地包括多个分电极，它们还至少部分地包围连续的线材，电极在所述线材的伸展方向上相互邻接地放置，并且互相电绝缘。从而可以在各个分电极和连续的线材之间产生独立的气体放电，这对沿电极结构长度的处理强度的不均匀起抵消作用。
最好，如此确定用于放电气体的由电源装置提供的电流的大小，使气体的放电是辉光放电。这里优选的是，电流源提供的电压是直流电压，从而电极结构作为阳极切换，而所述连续线材作为阴极切换。从而，等离子体中气体放电产生的气体离子冲撞到连续线材上并且因而引起特别强化的处理。
为了把连续线材的处理调节到希望的强度，优选地设一个温度传感器，它尽可能地直接地在处理完之后检测连续线材的温度。然后调节电流源提供的用于气体放电的电流，特别是根据所检测的温度进行调整。
可以达到特别均匀的连续线材的处理，其中连续线材相对于电极结构的振动可以凭借所设的衰减装置阻尼。
下面参照附图详细说明本发明的优选实施例，其中：
图1是根据本发明的用于软退火处理电线材料的装置的第一实施例的示意图，而
图2所示为根据本发明的装置的另一个实施例的电极结构。
图1表示根据本发明的装置1，一根待处理的连续线材，也就是一根铜线，经此装置传输。凭借一个入口侧导辊5和出口侧导辊7相对于装置1支承所述的电线3。一个图中未示的驱动装置把电线沿其延伸方向移动到箭头9所指的方向。所述电线3的处理在气体放电腔11中进行，在腔中可以产生围绕所述电线3的气体放电。在所述的气体放电时所述电线起阴极的作用，为此它经入口侧导辊5、一个图中未示的磨擦接触点和电线13连接到电源15。所述的电线13进一步放在装置的接地电位上。气体放电的阳极由一个圆柱形的钢管17形成，此管中心地引入所述电线3。所述钢管17经线19电气连接到所述电源15的正极。通过所述电源15提供的电压可以在所述的放电腔11中诱发气体放电，此放电会均匀地氧化，因此使尺寸相应确定的所述电源中的最好可调节的前置电阻器能对放电电流进行限流。
为了能够在所述的气体放电腔中提供适于所希望的气体放电的气体环境，气体放电腔由一个基本上气体密封的真空罐21包围。其中，所述的钢管17本身是所述的真空罐21的一部分。凭借一个不透气体的法兰缘连接，绝缘件23和／或25分别连接到所述钢管17的前面端，其中，面对所述前导辊5的所述绝缘件23支承所述电线3的进入口27，面对所述后导辊7的所述绝缘件25支承所述电线3的退出口29。
所述进入口27和所述退出口29分别地由金刚石或者其它硬质材料制成的拉板形成。这种拉板也称作拉模或者拉孔，通常用于在拉制电线时使所述电线3形变。其中，所述拉板27、29的内径确定得很小，使电线3和拉板27、29之间的间隙中的气体通道尽可能地小，而且还要确定得很大，使拉板27、29和电线3之间的摩擦很低。所述的真空罐21由所述的钢管17、所述绝缘件23、25、所述进入口27和所述的退出口29形成，而且包围所述气体放电腔11，可以经过一个抽空管线31、一个通过量控制阀门33、和一个真空泵35抽真空。
用于气体放电的反应气体采用氮气，由来自储气罐39的气体源37取得，并且提供到所述的真空罐21。为了避免大气空气经所述的口27和29进入所述的气体放电腔11，在所述的进入口27前放置了一个保护性气体腔41，所述的电线3通过此保护性气体腔后才进入所述的真空罐21，而且保护性气体腔由所述绝缘件23的延续部分43包围，绝缘件23相对于所述电线由另一个拉板45密封。退出真空罐21之后，所述处理过的电线进入一个保护性气体的容器47，保护性气体的容器47由所述绝缘件25的延续49部分包围，绝缘件25相对于所述电线3由另一个拉板51密封。为了用氮气填充所述保护气体容器41和47，所述的气源37含有供应管线55和53、此供应管线分别地借助于通过量控制阀门51和53分别地连接到所述的储罐39。氮从所述的保护性气体保护容器41和47经所述的口27和29运动进入所述的罐21，从此罐21氮气经所述的真空管线36、所述的通过量控制阀门33、和所述的真空泵35再次泵出。所述气体源37还包括另一个供应管线59，氮气从所述储气罐39可以经另一个通过量控制阀门61直接供应到所述的罐21。所述的罐21中的气体压力由一个压力传感器63检测，此传感器的输出信号加到所述气体源37的控制装置65。按照检测出的所述的罐21中的气体压力，所述控制装置65选择通过量控制气体阀门33、51、53和61，以调节罐中的气体压力，以有利于所述放电腔11中的气体放电。
在所述的罐21内，一个指向所述电线3的辐射传感器67位于靠近所述的气体放电腔的前端，面对所述的后导辊7，所述的辐射传感器检测所述的电线3发出的热辐射，以确定所述电线3基本上刚刚在所述的气体放电腔11中处理后的温度。相应的温度信号经信号线69馈向所述的电源15，它然后调节可供流经所述电流线13、17的电流，以根据温度信号维持气体放电，从而所述电线3在受气体放电处理后表现所希望的温度。
在刚处理后可能是非常热的所述电线3进入容器47，容器47经过所述退出口29也充有保护性气体。在所述的保护性气体容器47中，氮气的压力增大，例如也可以达环境压力以上。通过对流，所述加热的电线3至少把其部分热量传输给所述的保护性气体腔47中的保护性气体，这冷却了所述的电线3。所述电线3经所述拉板51从所述的保护性气体腔47进入所述的水浴71，在水浴中最后地并且完全地冷却到环境温度。所述电线3从所述水浴71经另一个拉板73退出并且开始与大气接触。因为在所述的保护性气体腔47和所述的水浴71中冷却，所以避免了原本可能使例如受加热处理的所述电线3与大气进行的使所述的电线明显发乌色的反应。
所述的退出侧导辊7悬挂在一个弹性衰减弹簧75上，保持所述的电线3与图中所未示的供料装置配合，使所述的电线3处在机械张力下，从而所述电线3相对于起气体放电的阳极作用的所述的钢管17的振动得到阻尼。因此可以有气体放电的均匀氧化作用，从而对所述电线进行均匀的处理。
使用上述的装置使通过初始拉制硬化了的电线受到软退火，因此又可以再拉伸百分之30以上。其中，具体来说直径0．25毫米的电线以100米／分的速度馈经所述装置，直径0．5毫米的电线以50至85米／分的速度馈经所述装置，直径1毫米的电线以15至20米／分的速度馈经所述装置。气体放电的参数也不相同。这样，氩气用9．7毫巴，馈电电压为800伏时电流是1安培。而N2(氮气)用1．8至4．9毫巴，馈电电压为850至1100伏时电流是0．5至1安培，空气在2．0毫巴，馈电电压为780至1000伏时电流是0．5至1安培。在所有的所述条件下都可以成功地处理电线，即进行软退火，从而使电线能够拉伸百分之30以上。
下面说明对图1所示的装置的修改。结构和功能相应的部件采用图1中的标号，但是后加字母以示区别。为了进行说明引用了上述全部说明。
图2所示为电极结构的一个修改实施例。其中所述的电极结构包括三个分电极91、93和95，各由一个钢管形成。待处理的电线3a中心地穿过所述钢管91、93和95，而且所述钢管91、93和95安排得在轴向上互相有一段距离。在所述钢管91、93和95之间的轴向距离分别桥接绝缘管97和99，以不透气体的方式通过法兰缘连接，从而所述的钢管91、93和95以互相电气绝缘的方式安排。所述的钢管91、93和95和所述的绝缘管97和99一起形成气密罐21a的管状部分。
各个所述的钢管91、93和95包围一个独立的气体放电腔11a。为了分别地在所述的气体放电腔11a中产生气体放电，各个所述的钢管91、93和95分别经过一个各自的电线101、103、105连接到电流源15a。所述电流源15a包含一个各自的可以调节的前置电阻107(在图中示意画出)，分别与各个所述的电线101、103、105相关联。所述的电流源15a还经电线13a与所述的待处理的电线3a连接。温度传感器67a经一个信号线69a向所述的电流源15a传送相应于所述电线的温度信号。通过改变各个前置电阻107的阻值，所述电流源15a经所述电线101、103、105控制馈往所述的气体放电腔11a内的各个气体放电的电流，从而使供向各个气体放电的电流相互相等，使气体放电强度的氧化程度各自相同。三个气体放电的总电流，从而所述电线3a的总处理强度，可以按照经所述信号线69a提供的温度信号调节，使所述电线3a在处理后有所希望的温度。所述电线3a的处理强度会沿阳极的纵向改变。因此，与单用一个三倍长度的阳极所能达到的情况相比，通过三个短的阳极91、93、95使所述电线3a在整个长度上能够得到更加均匀的处理。
上述的装置的实施例用于对铜线的软退火。所述的装置还可以用于清洁所述的铜线的表面，例如，为了达到更好的绝缘材料(例如绝缘漆)对所述电线的贴附性能。而且，凭借根据本发明的装置，任何金属线材(例如用于生产由线组成的任意目标产品)都可以进行处理，特别是清洁。还可以设想用于表面修整和表面活化连续线材。而且使用所述的装置还可以处理其它的没有圆形截面的连续线材。这种情况下电极结构的形状和进出口的几何形态应当修改以适应所述的连续线材的截面。
除导电的线材外，使用根据本发明的装置还可以处理非金属，例如碳纤维。
所述装置的另一个应用在于加热缆索的导电芯线(尤其是电缆)，这种加热发生在涂复绝缘材料之前，刚要把芯线放进拉伸装置之前，特别是为施加所述的绝缘材料而放进拉延装置之前。
在退出所述的气体放电腔之后，为了强化冷却受处理的连续线材，气体可以在所述的保护性气体腔中，凭借特别安置在其中的冷却螺旋管独立地冷却。但是，还可以向所述的保护性气体腔中提供冷却的保护性气体，尤其是液态的气体，例如液氮之类。
上述的实施例中电极结构由钢管形成，钢管本身形成所述的气体放电腔的真空容器的一部分。这得到了简单的容器结构和电极结构。然而，其中至少在容器部上应当设有绝缘件23、25，用于把电极结构与从中经过的连续线材所接触的所述的出入口绝缘开。尤其是，在所述的电极结构的更复杂的实施例的情况下，完全用金属生产所述的容器，并且把它与所述的连续线材一起连接到地线上可能更加优越些。这时，所述的电极结构生产成独立的部件，固定在容器的内部，并且在其中与之电气绝缘。
进一步可以想像，不用连线的管子而用其它的材料(例如电线网之类)形成所述电极结构。这样就可以方便地生产复杂几何形状的电极，并且可以经这种电极材料中的孔洞与气体放电腔发生较强化的气体交换。
Claims (19)
1．一种装置，用于处理特别是清洁和／或加热在其纵长方向(9)上经此装置运动的导电连续线材(3)，所述装置包括：一个接触装置(5)，用于与所述运动着的连续线材(3)产生电接触；及一个电极结构(17；91、93、95)，所述电极结构安置得与所述连续线材(3)有一段距离，并且至少部分地包围所述连续线材(3)，其特征在于，一个气体放电腔(11)定位在所述连续线材(3)和所述电极结构(17；91、93、95)之间，并且在腔中充以反应气体，通过在所述接触装置(5)和所述电极结构(17；91、93、95)之间施一个电压来产生气体放电而用于处理所述连续线材。
2．根据权利要求1的装置，其特征在于，所述的电极结构(17；91、93、95)呈管状圆柱几何形状，所述连续线材(3)基本上以轴向的直线沿其延伸。
3．根据权利要求1或2的装置，其特征在于，以基本上气体密封的方式设有一个包围所述放电腔(11)的容器(21)，所述的连续线材(3)在其经进入口(27)运动时进入此容器，并经退出口(29)离开此容器。
4．根据权利要求3的装置，其特征在于，所述的进入口(27)和／或所述的退出口(29)包括一个拉板，用于拉制电线，其内径与所述的连续线材(3)的外径相符，从而所述的连续线材(3)的所述外径在通过所述的拉板时基本上不会减小。
5．根据权利要求3或4的装置，其特征在于，设有一个前保护性气体腔(41)，它由所述的进入口(27)限定并且充以保护性气体，所述连续线材(3)从它进入所述容器(21)，和／或在于，设有一个后沿保护性气体腔(47)，它由所述的退出口(29)限定并且充以保护性气体，所述连续线材(3)在受处理时进入它，特别用于对之冷却。
6．根据权利要求5的装置，其特征在于，所述的保护性气体受到的压力高于反应气体，特别是受到高于标准压力的压力。
7．根据权利要求5或6的装置，其特征在于，设有一个水浴(71)以冷却所述处理过的连续线材(3)，所述的连续线材(3)在退出所述后保护性气体腔(47)后进入此水浴。
8．根据权利要求3至7之一的装置，其特征在于，设有一个气体源(37)，用以向所述气体放电腔(11)内供应所述具有指定气体成分的气体。
9．根据权利要求8的装置，其特征在于，所述气体源(37)包括一条管线(55、57)用以向所述容器(21)的所述的前和／或后保护性气体容器(41、47)中引入保护性气体，经过这种管线所述气体进入所述容器(21)，用于在此形成所述测试气体(反应气体)。
10．根据权利要求8或9的装置，其特征在于，所述气体放电腔(11)内的所述反应气体的所述供气量可以按照凭借气体压力传感器(63)检测的气体压力进行调节。
11．根据权利要求8至10之一的装置，其特征在于，所述反应气体包括氩气和／或氮气和／或空气。
12．根据权利要求3至11之一的装置，其特征在于，所述电极结构(17；91、93、95)是所述的气体密封的容器(21)的一部分。
13．根据权利要求1至12之一的装置，其特征在于，所述电极结构包括多个分电极结构(91、93、95)，它们在所述连续线材(3a)的延伸方向(9a)上相互相邻安排，并且互相之间电气绝缘，电压可以分别施加在它们之上。
14．根据权利要求1至13之一的装置，其特征在于，设有一个电流源(15)，其一端连接到所述的接触装置(5)，而另一端连接到所述电极结构(17；91、93、95)，而确定由所述电流源(15)提供的电流的大小以使气体放电是辉光放电。
15．根据权利要求14的装置，其特征在于，所述电压是直流电压，尤其是脉冲直流电压，而且所述电极结构(17)特别地切换为阳极，而所述的连续线材(3)切换成所述气体放电的阴极。
16．根据权利要求14或15的装置，其特征在于，设有一个温度传感器(67)，用于检测所述连续线材(3)在所述的气体放电腔(11)内的温度，或者在从所述的气体放电腔(11)退出时所述连续线材(3)的温度，并且可以根据检测的温度调节这个电流。
17．根据权利要求1至16之一的装置，其特征在于，设有一个衰减装置(75)，用于阻尼所述连续线材(3)相对于所述电极结构(17；91、93、95)的振动。
18．处理导电连线线材(3)的方法，特别是凭借于权利要求1至17之一所述的装置的处理导电连线线材(3)的方法，包括步骤：
-准备好所述连续线材(3)，并且在其延伸方向(9)上传输所述连续线材，
-在气体放电腔(11)中准备好气体放电，并且
-使所述连续线材(3)通过所述的气体放电腔(11)，以在通过所述的气体放电腔(11)时处理所述连续线材(3)。
19．使用根据权利要求18的方法处理金属线，特别是铜线，其特征在于用于：在减少所述金属线的截面进行的拉制工序前和／或后软退火所述金属线材，和／或在所述线材上涂复绝缘材料前清洁所述线材的表面，和／或加热所述线材。
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