DE1205234B - Verfahren zur Erzeugung von Metallfaeden oder -draehten - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B22d

Deutsche Kl.: 31c - 21

Nummer: 1205 234

Aktenzeichen: M 32616 VI a/31 c

Anmeldetag: 11. Dezember 1956

Auslegetag: 18. November 1965

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von mehr oder weniger langen Metallfäden oder -drahten und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren, bei dem die Dicke und Breite solcher Metallfäden oder -drahte durch die Erzeugungsbedingungen etwa in den Grenzen von 1 bis 2000 μ variiert werden können.

Verfahren, bei denen ein Stromfaden von schmelzflüssigem Metall aus einer Düse auf eine glatte rotierende Kühlfläche auftrifft, auf ihr erstarrt und nur für eine Zeitspanne, die kürzer ist als die für eine volle Umdrehung der Fläche, auf ihr verbleibt, sind bekannt.

Hierbei wird zur Erzeugung von mehr oder weniger langen Metallfäden oder -drähten schmelzflüssiges Metall in Form eines Stromfadens von außen an eine schnell rotierende Kühlscheibe gebracht, um dabei den Stromfaden durch geeignete Wahl der Rotationsgeschwindigkeit zu strecken und so seinen Querschnitt zu verringern. Der erstarrte Metallfaden oder -draht wird nach einer kürzeren Strecke, als sie einer vollen Umdrehung entspräche, von der Scheibe abgeführt und in einem Vorratsgefäß aufgenommen. Um dem nach diesem Verfahren hergestellten Metallfaden oder -draht eine bestimmte Querschnittsform zu geben, muß der Stromfaden fest in eine am Umfang der Kühlfläche angeordnete Randnut eingebracht werden und diese auch eine speziell angepaßte Form haben; so sind für wesentlich voneinander verschiedene Verhältnisse der Dicke zur Breite des Drahtes im allgemeinen auch verschiedene Scheiben notwendig, was den zur Herstellung nötigen Aufwand entsprechend verteuert.

Demgemäß resultiert die vorliegende Erfindung aus der Aufgabenstellung, ein Verfahren zur Erzeugung von mehr oder weniger langen Metallfäden zu schaffen, mit dem derartige Fäden ohne großen maschinellen Aufwand in Querschnittsform und -abmessungen variierbar hergestellt werden können.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Metall als Stromfaden auf eine mit konkaver Oberfläche ausgebildete Kühlfläche mit einer Auftreffgeschwindigkeit des Stromfadens von etwa 15 bis 300 m/sec aufgedüst wird.

Mit diesem Verfahren ist es möglich, Dicke, Länge und Breite des Fadens oder Drahtes in weiten Grenzen zu variieren, ohne daß plastische Deformationen und die mit ihnen verbundenen schädlichen Rest-Spannungen auftreten. Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß bei dem hier vorgeschlagenen Ver-Verfahren zur Erzeugung von Metallfäden oder -drahten

Anmelder:

Marvalaud Incorporated,

Westminster, Md. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Amthor, Patentanwalt,

Frankfurt/M., Mittelweg 12

Als Erfinder benannt:

Robert B. Pond, Westminster, Md. (V. St. A.) - -

fahren alle leicht schmelzenden Metalle oder Legierungen, z. B. Zinn, Blei, Cadmium, Indium, Zink, Wismut, Aluminium, Kupfer, Magnesium und deren Legierungen, verwendet werden können, bei möglicher Variation des Querschnittes und der Fadenlänge. Ebenso einfach ist es, die Länge so zu steuern, daß sie etwa gleich dem Querschnitt ist, wobei kurze Metallteilchen, sogenannte Metallflitter, entstehen.

Für die Erzeugung der Fäden müssen bestimmte Bedingungen eingehalten werden, die von mehreren Variablen abhängen; es sind dies

a) die Temperatur des geschmolzenen Metalls,

b) die Austrittsgeschwindigkeit des Stromfadens aus der Düse,

c) die Größe der Düse,

d) Oberflächengeschwindigkeit der Kühlfläche am Auftreffpunkt des Stromfadens.

Diese Variablen können so abgestimmt werden, daß Fäden oder Drähte verschiedener Dicke, Breite oder Länge entstehen. Durch Änderung einer oder mehrerer dieser Variablen während des Gießvorganges können diese Dimensionen in jeweils gewünschter Weise beeinflußt werden, wobei ganz allgemein festgestellt werden kann: Je höher die Temperatur des geschmolzenen Metalls und je kleiner die Ausstoßgeschwindigkeit bei einer gegebenen Düsenöffnung und Oberflächengeschwindigkeit sind, desto dünner werden die Fäden. Ferner gilt, daß, wenn alle anderen Variablen konstant gehalten werden, bei Annäherung der Ausstoßgeschwindigkeit an die Oberflächengeschwindigkeit am Aufschlagpunkt am

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besten ein stetiger Verlauf des Fadens erreicht wer- senkrecht zur Oberfläche gerichtete Komponente

den kann. Ebenso ist bei Konstanz aller anderen das schmelzflüssige Metall gegen diese Fläche drückt,

Variablen der Draht um so breiter, je größer die den Stromfaden dabei mehr oder weniger zu einem

Düsenöffnung ist. Band verformt und dadurch den erwünschten, gut

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Guß- 5 wärmeleitenden Kontakt und die schnelle Erstarmetallfäden hergestellt worden, bei denen die Erstar- rung durch eine Abschreckwirkung erzeugt. Auf rung mit Geschwindigkeiten von zwischen 16 und diese Weise wird die Zentrifugalkraft dazu benutzt, 330m/sec bewirkt wurde. Wie sich aus vorstehen- um der mehr oder weniger starken Oberflächendem ergibt, können diese Geschwindigkeiten regel- krümmung des schmelzflüssigen Metallfadens, die bar verändert werden, um verschiedene Ergebnisse io durch die Oberflächenspannung des Metalls entsteht, je nach Wunsch zu erzielen. entgegenzuwirken und das schnelle Erstarren des

Die gegossenen Fäden tragen auf ihrer Unterfläche Metalls zu erleichtern. Daraus geht hervor, daß, je den Abdruck jeglicher auf der Abschreckfläche ent- größer die Oberflächenspannung, es um so schwiehaltenen Markierungen. Da die Oberflächenspan- riger ist, den schmelzflüssigen Metallfaden mit ausnung aller geschmolzenen Metalle hoch ist, ist es 15 reichender Kraft an die Oberfläche anzudrücken, um offensichtlich, daß das Metall während der Beruh- jenen engen Wärmekontakt herzustellen, der den rung mit der Abschreckfläche erstarren muß. Das Wärmeübergang vom schmelzflüssigen Metall zum Metall ist niemals eine ganze Umdrehung der Ober- Kühlkörper erleichtert. Um so kleiner muß auch der fläche lang mit dieser in Kontakt (wenn es das wäre, Krümmungsradius der konkaven Kühlfläche 5 sein, so würde sich daraus eine Uberschichtung oder Auf- 20 wenn sie die gewünschte Kühlwirkung erzielen soll, hängung von Material ergeben). Tatsächlich befinden Daher kann man die Oberflächenkrümmung variiesich nur etwa 1 bis 2 cm des Fadens zu jeder gegebe- ren, um sie den Bedingungen eines bestimmten nen Zeit in Kontakt mit der Oberfläche, d.h., das Falles anzupassen. Man kann aber auch die Obergeschmolzene Metall trifft im wesentlichen mit der flächenspannung des Metalls herabsetzen, indem gleichen Geschwindigkeit auf die Oberfläche des 25 man es genügend weit über den Schmelzpunkt Kühlkörpers auf, wie das feste Gußmetall diese ver- erhitzt.

läßt. Da es während seines Kontaktes mit dem rotie- Der Kühlkörper 4 wird durch einen hochtourigen

renden Abschreckblock vom flüssigen in den festen Motor 6, der am Ständer 3 befestigt ist, angetrieben

Aggregatzustand übergeführt wird, kann bei bekann- und rotiert um seine vertikal stehende Achse. Die

ter Oberflächengeschwindigkeit am Aufschlagpunkt 30 Drehzahl des Motors ist zweckmäßig in einem ziem-

und der Länge des Fadens, die sich zu jedem gege- lieh weiten Bereich variabel.

benen Zeitpunkt in Kontakt befindet, die Mindest- Drehzahlen von 10 000 bis 30 000 U/min haben

Verfestigungsgeschwindigkeit errechnet werden. zufriedenstellende Ergebnisse geliefert. Auf jeden

Zur Erläuterung der Durchführung des Verfahrens Fall ist es erforderlich, daß die Rotationsgeschwin-

werden nachfolgend eine Vorrichtung zu seiner 35 digkeit der Kühlfläche am Auftreffpunkt des schmelz-

Durchführung und graphische Darstellungen und flüssigen Metalls groß genug ist, um es nach seiner

das Aussehen des hergestellten Produktes zeichne- Verfestigung durch die Zentrifugalwirkung von der

risch verdeutlicht. Fläche abzuschleudern. Die Oberfläche 5 muß so

In dieser zeichnerischen, beispielsweisen Darstel- glatt sein, daß ihre Unebenheiten nicht größer als

lung zeigt die 40 die Dicke des herzustellenden Fadens oder Drahtes

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des sind.

Verfahrens in Draufsicht, Das schmelzflüssige Metall wird kontinuierlich als

F i g. 2 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach Stromfaden 1 auf die konkave Kühlfläche 5 gegeben.

Fig. 1. Das kann durch einen an sich bekannten Ejektor7

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 45 geschehen, der ein Mundstücke mit einer engen besteht aus einem Ständer 3, auf dem ein drehbarer Düse 9 besitzt. Die Düsengröße ist in geeigneter Kühlkörper 4 in Form eines konkav vertieften, nach Weise veränderlich, beispielsweise durch Austausch oben offenen Blockes befestigt ist. Er ist aus einem gegen eine andere Düse. Das andere Ende 10 des Material guter Wärmeleitfähigkeit mit beträchtlicher Ejektors dient dazu, den zum Herauspressen nötigen Wandstärke hergestellt, dessen Schmelzpunkt über 50 Druck aufzubringen, der in bekannter Weise mechadem des Metalls liegt, aus dem der Faden oder nisch oder pneumatisch erzeugt werden kann. Für Draht hergestellt werden soll. Der Kühlkörper 4 be- die Verwendung von Preßluft ist beispielsweise das sitzt eine genügend große Masse und Wärmekapa- Ende 10 mit einer Druckleitung 11 verbunden, die zität, um nicht nur die Wärmemenge aufnehmen zu an eine nicht dargestellte Preßluftanlage angeschloskönnen, die das geschmolzene Metall beim Abkühlen 55 sen werden kann. Der aufgebrachte Druck, der das auf seine Schmelztemperatur abgibt, sondern auch die schmelzflüssige Metall durch die Düse 9 hindurchlatente Schmelzwärme, die beim Erstarren des auf- preßt, kann so variiert werden, daß die Geschwintreffenden Stromfadens aus geschmolzenem Metall digkeit, mit der das Metall auf die rotierende Kühlfrei wird. Das Material des Kühlkörpers besitzt über- fläche 5 auftrifft, für einen guten Wärmekontakt ausdies eine große Festigkeit, da der Körper mit sehr 60 reichend ist. Das Metall, das zur Erhöhung seiner hoher Geschwindigkeit rotiert. Fließfähigkeit über seinen Schmelzpunkt erhitzt ist,

Der Kühlkörper 4 ist erfindungsgemäß mit einer befindet sich in einem Vorratstank 12 über dem

sehr glatten, polierten Kühlfläche 5 in Form einer Ejektor 7, wobei die Zugabe durch das Ventil 13

konkaven Wölbung ausgestattet. Die zu wählende reguliert wird.

Krümmung dieser Oberfläche hängt von der Ober- 65 Der Ejektor 7 ruht auf einem breiten Träger 14

flächenspannung des zur Drahtherstellung verwende- und kann in einer Schwalbenschwanzführung 15

ten Metalls ab. Sie bestimmt, zusammen mit der verschoben werden. Die Achse des Ejektors 7 ist

Rotationsgeschwindigkeit, die Zentrifugalkraft, deren nach vorn zur Horizontalen geneigt. Durch diese

Anordnung ist es möglich, den Aufschlagpunkt des Stromfadens 1 auf der Kühlfläche 5 zwischen dem Mittelpunkt und der Peripherie der rotierenden Fläche zu verschieben. Selbstverständlich ist es möglich, gleichzeitig mehrere Fäden auf die Kühlfläche bei entsprechender Anordnung der Ejektoren auszudüsen. Der aus der Düse 9 austretende Stromfaden 1 des Metalls trifft noch flüssig unter dem Winkel α auf die Kühlfläche 5. Die im Metall enthaltene Wärmemenge wird dem auftreffenden Metall durch den engen Kontakt mit dem Kühlkörper 4 so weit entzogen, daß es erstarrt. Infolge der bei der Rotation entstehenden Zentrifugalkraft wird das erstarrte Metall als längerer oder kürzerer Metallfaden oder -draht 2 aus der konkaven Fläche hinausgeschleudert.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Erzeugung von mehr oder weniger langen Metallfäden oder -drähten, bei ao dem ein Stromfaden von schmelzflüssigem Metall aus einer Düse auf eine glatte rotierende Kühlfläche auftrifft, auf ihr erstarrt und nur für eine Zeitspanne, die kürzer ist als die für eine volle Umdrehung der Fläche, auf ihr verbleibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall als Stromfaden auf eine mit konkaver Oberfläche ausgebildete Kühlfläche (5) mit einer Auftreffgeschwindigkeit des Stromfadens von etwa 15 bis 300 m/sec aufgedüst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfaden mit einer Geraden, die sowohl in der Tangentialebene des Auftreffpunktes als auch in einer senkrecht durch den Stromfaden gedachten Ebene liegt, einen spitzen Winkel einschließt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 539 738;
USA.-Patentschriften Nr. 989 075, 2129 703.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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