DE1521820A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung festhaftender Isolierschichten auf Draehten - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung festhaftender Isolierschichten auf Drähten. Es ist schon lange bekannt und üblich, Widerstandedrähte mit einer Oxydschicht zu versehen, die eine Isolierung bewirken, so daas die Drähte dicht aneinander gewickelt verwendet werden können. In Gegens;tz zu Isollerschichten aus Kunststoffen oder Lacken sind Oxvdschichten auch bei den an Widerstandsdrähten häufig auftretenden höheren Temperaturen noch beständig. Die üblicherweise benötigten Durchschlagefestigkeiten liegen zwischen 5 und 25 V. Die Oxydation der Drähte geschieht im allgemeinen durch Erwärmen an Luft oder in sonstigen nauerstoffabgebenden Atmosphären, sie erfolgt überdies nach Möglichkeit kontinuierlich Im Durchlaufverfahren. Ein bekannte* kontinuierlichen Verfahren besteht darin, die Drähte durch direkte Erhitzung vermitteln Strondurchgang an Luft zu oxydieren. Dabei wird der Strom durch 2 metallische Rollen, die genügend weit voneinander entfernt sind und Ubtr die der Draht läuft, zu- und abgeführt. Dienen Verfahren hat sich insbesondere bei den leicht oxydierbaren 'Ylderstandelegierungen auf Cu-Ni-Baein (z.B. der Legierung Konstanten) bewährt. Bei sehr dUnnen Drähten sind jedoch relativ hohe Spannungen notwendig, um den zur Erhitzung notwendigen Strom In Draht zu erreichen; diese hohen Spannungen führen leicht zu Funkenbildung und damit zu Kratern auf den Draht. Ausser durch direkte ßrhitzung vermittelt Strondurchgang tot natürlift auch bei indirekter Erhitzung Oxydation in Durchlaufverfahren möglich. flierbei fährt man die Widerstandsdrähte durch einen Ofen, in den ei» geeignete oxydierend wirkende Atmoophäre-, z.B. Wasser. dampfhaltige Lufte vorhanden Ist. Auch diesen Verfahren ist wiederum vor allem tUr leicht oxydierbare Widerstandsdrähte wie die auf Cu-NI-Baein geeignet.
• Im Gegensatz dazu sind ehroaLhaltige Wideretandelegierungen', insbesondere solch* auf Chrom-Nickel-Baute, nur schwer oxydierbar. Hier bilden sich nämlich sehr schnell fest haftende dichte Oxydochichten geringer Dicke au49 die die weitere Oxydation stark behindern, weshalb Legierungen dieser Art auch als zunderfente Heizleiter verwendet werden. Die zur Herstellung isolierender Oxydaohichten ausreichender Dicke für dient Legierungen bekannten Verfahren arbeiten daher nicht in Durchlaufverfahren.
• Man taucht vielmehr den auf Spulen aufgewickelten Draht in sauerstoffabgebende )Jedien wie z.B. Natriumnitratschmelzen ein. Die Isolierenden Oxydochichten bilden sich dann entweder wegen der zum Schmelzen des Salzen notwendigen höheren Temperatur während den Tauchprozeauen selbst oder durch Einwirken da* anhaftenden Salzen bei einer nachfolgenden Glühung. Nachteilig bei diesen Verfahren ist jedoch, daes insbesondere bei dUnneren Drähten die einzelnen Drahtwindungen auf der Spule durch anhaftenden Salz kleben können, dann der Zutritt zu den inneren Drahtwindungen auf der Spule behindert ist und vor allen, daso bei diesen diakontinuierlichen Verfahren die Ausbringgeschwindigkeit für ein wirtschaftlichen Arbeiten weitaus zu gering und der Personalaufwand zu hoch ist.
• Ausserdem Ist bekannt geworden, zur Erzeugung von exydisohen Isolierschichten auf an sich schwer oxydierbaren Widerstandsdrähten diene In Durchlauf zuerst durch ein wäserigen Bad mit Zuaatzatoffen und dan»h durch eine auf höherer Temperatur befindliche Reaktionemone zu leiten. Ibeneo wurde vorgeschlagen, Uberzüge durch Reaktion mit Salzschmelzen aufzubringen. Diese Verfahren ergeben jedoch nicht die erforderlichen Durchschlagsfestigkeiten; Behtindlungen in Salzschmelzen sind bekanntlich besonders aufwendig.
• Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gestellt, ein einfachen Verfahren sowie die zugehörige Vorrichtung zu entwickeln, wodurch mit wirtschaftlichen Aunbringgeschwindigkeiten und geringen Person#laufwand Isolierende Oxydschichten hoher Haftfestigkeit und hoher Spannungefestigkeit im kontinuierlichen Verfahren auch auf schwer oxydierbaren Drähten erzeugt worden können. Insbesondere sollen dadurch Wideretandsdrähte, auch solche auf Chrom-Nickel-Baein, z.B. Reizleiterlogierungen und weiterhin auch Fein- und Feinntdrähte, mit solchen Isolierenden Oxydochiohten versehen worden.
• Die Erfindung betrifft ein kontinuierlichen Verfahren zur Erzeugung von oxydischen Isolierechichten auf an sich schwer oxvdierbaren Widerstandsdrähten, indem ein zu oxydierender Draht im Durchlaufverfahren zuerst durch ein Bad mit einer wässrigen lösung von Zusatzutoffen und danach durch eine auf höherer Temperatur befindliche Reaktionszone geleitet wird. Die Erfindung besteht darin,' daas der Draht in einen Durchgang mehrfach durch ein solches Bad mit anachlieseender Reaktionazone geführt wird.
• Es hat sich überraschend ergeben, das@ sich auf diese Weise auch auf schwer oxydierbaren Widerstandedrähten fest haftende und dichte isolierende oxydiecht Sohtehten erzeugen lassen, die eine bezolidern hohe Durchochlagefestigkeit besitzen*

  Das erfindungegeadaso Verfahren sieht In einzelnen vor,

  daus die Zusatzstoffe In den Bad au* einer Mischung

  von Kallunk- oder Natriumhydroxyd und Kaliun- oder

  Natriumnitrat bestehen und bin zur Sättigung darin je-

  löst sind. Gleichfalls ist es nach der Erfindung möglich,

  dann die Zunatzstoffe In den Bad aus Natrium- oder Kalium-

  bichromat allein oder gemischt mit Kaliump ermanganat und/

  oder anderen Salzen bestehen und bin zur Sättigung darin

  gelöst sind.

  Die Wahl der Zusatzstoffe kann demgewäns nach zwei verschiedenen Gesichtspunkten erfolgen. Es Ist einerseits möglich, solche Stoffe auszuwählen, die In der Heaktionszone die Ausbildung der normalerweise aus den metallischen Komponenten den Drahtes und au* von auesen hinzutretenden Sauerstoff entstehenden Oxydochicht verhindern, Indem die metalloiden Komponenten vorwiegend als Zusatzstoff der Oxydochicht zugeführt und eingebaut worden. Zunatzstoffe dieser Art enthalten erfindungsgemänn auener Sauerstoff auch andere metalluide Elemente, a.B. Stickstoff. Die

  Struktur der Schicht wird auf diese Weine in eine solche

  mit schnelleren Wachstum geänderte Die andere von der

  Erfindung vorgesehene Zusammensetzung der Zusatzstoffe

  bewirkt die Zufuhr zumindest einen Teilen auoh der

  metallischen Komponenten der zu bildenden oxydisehen Schicht

  allein oder gemeinsam mit deren estalloiden Bentandteilen

  von auseen, no denn'die Zufuhr dieser notallinehe.n Komponen-

  ten von Draht her durch*die bereits gebildete Oxydnehicht

  zu deren Oberfläche hin keine wesentliche Bedeutung mehr

  für den Oxydationn-Prozenn hat.

  Vor der erfindun4agemännen Behandlung kanx der Draht von

  anhaftenden Ziehfotten vermitteln Durohleitung durch

  ein Bad mit einen Reinigung*- oder Lösungsmittel gereinigt

  worden, ferner kann es zur Srhöhung der Haftfentigkeit der entstehenden Schichten vorteilhaft sein, den Draht durch eine Beize zu leiteng durch die die Drahtoberfläche In einer die nachfolgende Oxydation erleichternde Weine formiert wird.
• Das erfindungegemä see Verfahren soll an zwei Ausführungsbeispielen erläutert werden: 1. Es soll ein Wideretandsdraht mit Oll zu 0 aus einer Legierung von 80 % Nickel und 20 % Chrom mit einer Isolierenden Oxydochicht versehen werden. Die Oberfläche den auf Endmaß gezogenen Drahtes wird dazu In Durchlauf durch ein Bad aus gesättigter Natronlauge bei 90 0 C zunächst formiert, sodann läuft der Draht mit einer Geschwindigkeit von 20 */min weiter durch eine gesättigte wässrige Lösung den aus Kaliumbichromat und Kaliumpermanganat im Verhältnis von 70 : 30 bestehenden Zusatzstoffen und durohläuft da= sofort einen Ofen mit einer ca. 1 a langen fleizzone, die sieh auf einer 0 Temperatur von 900 C befindet. Nach den Austritt aus dieser Reaktionszone wird der Draht durch ein Luftge-

  bläse abgekühlt und durch Unlenkrollen wie4er zuruokge-

  führt, wiederum worden wie vorher die Zusatzgtoffe auf

  den Draht aufgebracht und er durohläuft ein weiteren

  Mal die in den Ofen befindliehe Reaktionement. Dieser

  Schritt wird zur Erzeugung einer Oxydochicht mit einer

  Durchschlagefestigkeit von etwa 3& Y insgesamt sobmal

  durchgeführt.

  2. Ein Wideretandadraht von 0905 m # au@ derselben Le-

  gierung wie in AuefUhrungebeiapiel 1. soll ebenfalls eij

  einer isolierenden oxydiechen Sohteht versehea wordea.

  Als Zunatzstoff wird dazu eine gesättigte wänerige Lösun aus Kalilauge und Kaliumnitrat im Verhältnis 50 ; 30 verwendet, die der Draht vor Eintritt in die 30 en lange Reaktionszone, die sich auf einer Temperatur von 9000C befindet, durchläuft. Der Vorgang wird 15-mal durohgeführt, die dabei entstandene iso lierende Schicht besitzt_ eine Durchschlagefestigkeit von etwa 30 Volt.

  Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung

  des Verfahren@ zur Erzeugung von oxydiaoben Inelterechichten

  auf an sich schwer oxydierbaren Wideretandadrikten. Diene

  ist dadurch gekennzeichnete daso in Laufrichtun4 den

  Drahtes dem die Zunatzstoffe enthaltenden Bad ein die

  Reaktionazone enthaltender Ofen nachgeschaltet ist und da»*

  in Bewegungerichtung den Drahtes mehrere solcher Bäder und

  jeweils nachfolgender gfen hintereinandergenehaltet sind.

  Eine besondere einfache und raumsparende AunfUhrungeforn

  der erfindungegewänsen Vorrichtung sieht vor, dann In Be-

  wegungerichtung den Drahtes mehrere Bäder und Reaktion*-

  zonen hintereinandergeschaltet eindv wobei der Draht durch

  zugeordnete Unlenkrollen hin- und bergefUhrt und dabei vor

  jedem Eintritt in die Reaktionasone zugleich durch die

  Bäder geführt ist*

  Die erfindungegewänne Vorrichtung voll anhand der lediglich

  Ausführungsbeiapiele darstellenden Abbildungen näher er-

  läutert werden. Das Prinzip ist in Fig. 1 dargestellt. Der

  zu oxydierende Wideretandedraht (1) wird von einer Rolle (8a)

  abgehaspelt und läuft zunächst durch ein Reinigunge- und

  Formierbad (6), in das er Uber eine Rolle (4) geführt wird,

  die In diesen Bad eintaucht. ibersehüssige Badnengen worden

  danach durch einen nicht miteingeseichmeten Abetrotter be.

  seitigt. Sodann wird der Draht aber eine weitere Rolle (5)

  geführt, die in das Zunatzstoff-Bad (7) eintaucht und duroh.

  läuft danach sofort einen Ofen (2), der in Inneren die auf der hohen Temperatur befindliche Reaktionszone (3) enthält. Nach Austritt aus der Reaktionszone wird der Draht durch einen Kühlluftstrom (9) abgekühlt und kann dann von einer Haspel (8b) aufgerollt worden. Das Eintauchen In das Zunatzstoffbad (7) mit nachfolgenden Durchlauf durch die Reaktionszone (3) wird mehrfach wiederholt.
• Die Figuren 2 und 3 zeigen Varianten der erfindungegemäauen Vorrichtung zur Erzeugung genügender Schichtdicken. In Fig. 2 Ist die Hintereinanderschaltung von mehreren Ofen (2) mit Reaktionszonen (3) vorgesehen, davor liegt jeweils ein Bad (7), das die Zusatzstoffe enthält und durch das der Draht jeweils vermittels einer Rolle (5) durchgeführt wird. Nach Verlassen der Zfen #,2) kann der Dreht jeweils durch einen Luftstrom (9) abgekühlt worden. Eine besondere vorteilhafte Ausführungeart der erfindungeitmännen Vorrichtung Ist in Fig. 3 dargestellt. Hier wird der zu oxydierende Draht von einer Spule (8a) abgehaupelt, sodann einen Reinigungs- oder Forzierbad (6) vermitteln der Zelle (4)-zugeführt. Der Draht durchlauft sodann da* die Zusatzstoffe enthaltende Bad (7a), in da@ er durch die Rolle (5a) singetaucht wird und läuft danach sofort in die Reaktionesone (3) den Ofens (2) eiW und wird nach Verlassen den Ofens durch den Luftstrom (9) abgekühlt und danach »fort wieder In das gleichfalls die Zusatantoffe enthaltende Bad (7b) eingebracht, in den er eine weitere Roller(5b) unlauft und dabei zugleich in &einer Bewegungerichtung ungelenkt wird. Mit Hilfe einer Lenkrolle (10 b) wird er sodann wiederum der Reaktionazone (3) in Ofen (2) zugeführt

  . und nach Verlassen den Ofens durch einen Luftstrom (9)

  abgekühlt. Hierauf wird er durch die Lenkrolle (10 a) in

  Richtung den Bades (7a) ungelenkt und- auf der Rolle (sa)

  ein weiteren Mal durch diesen hi#duroh 90 wiederm in-

  die Reaktionazone (3) in Ofen (2) geführt und durchläuft diesen ein dritten Mal. Dieser Vorgang wiederholt sich ao oft, wie für die Erzugung einer Oxydochicht mit genügender Durchschlagefestigkeit notwendig ist. Nach den letzten Verlassen der Reaktionszone (3) Im Ofen (2) wird der Draht sodann von einer Haspel (8b) aufgewickelt.
• Durch die von der Erfindung vorgesehenen sehr einfachen Maßnahmen wird einmal eine stark erhöhte leollerwirkung der oxydischen Isolierschichten erzielt (bis 35 Y Durchschlagespannung und mehr, je nach Anzahl der Durohläufe gegenüber 3 - 12 V bei den b6kanilten Verfahren). Darüberhinaus werden aber auch äueneret haftfente Schichten erzeugt, Widerstandsdrähte mit erfindungsgemänn hergestellten Oxydschichten können z.B. bei Drahtdurchmensern von 0,1 am

  mit Biegeradien von nur ca. 1 m gebogen werden, ohne

  dass die Oxydochicht abplatzt. Demgegenüber sind bekannte

  Oxydschichten no wenig haftfent, das@ besondere Vorsicht@-

  maßnahmen zum AbkUhlen ohne Abplatzen der Oxydaohicht vor-

  zusehen sind. Im übrigen sind die erfindungegt"as her4e-

  stellten Oxydochichten Uberrauchend gleichmannig sowohl

  hinsichtlich der leolierwirkung alt auch der Haft- und

  Abplatzfestigkeite

Claims (1)

1. Neue Patentaasprüche A 1 Kontinuierlichen Verfahren zur Erzeugung von oxydischen Isoliersohichten auf an sich schwer oxydierbaren Widerstandsdrähten, in dem ein zu oxydierender Draht In Durchlaufverfahren zuerst durch ein Bad mit einer wäserigen Lösung von Zusatzstoffen und danach durch eine auf höherer Temperatur befindliche Reaktionszone geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dann der Draht In einen Durchgang mehrfach durch ein solchen Bad-mit auschliessender Reaktionnzone geführt wird. * 2 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daso die Zusatzstoffe in den Bad aus einer Mischung von Kalium-oder Natriumhydroxyd und Kal'ium- oder Natriumnitrat bestehen und bis zur Sättigung darin gelöst sind. * 3 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dann die Zunatzstoffe in den Bad aus Natrium- oder Kalium- bichromat allein oder gemischt mit "iiampern«ganat und/oder anderen Salzen bestehen und bin zur Sättigung darin gelöst sind. A 4 Vorrichtung zur DurchtUhrung den Verfahrens nach Annprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dann in Laufrichtung den Drahtes (1) den die Zusatzstoffe enthaltenden Bad (7) ein die Reaktionazone (3) enthaltender Ofen (2) nachgenehaltet ist und dann in BeWegungsriohtung den Drahtes mehrere w solcher Bäder (7) und jeweils nachfolgender Ofen (2) hintereinandergeschaltet sind. A 5 Vorrichtung nach Anspruch d. dadurch geke»seichnet, dann in Bewegungerichtung de* Drehten mehrere Bäder (7a), (7b) und Reaktionszonen (3) hintereinandergeachaltet eindg wobei der Draht durch zugeordnete-Unlenkrollen (5a) »d (5b) und (10 a) und (10 b) hin- und hergeführt wäd dabei vor jeden Eintritt in die Reaktionszone zugleich durch die Bäder (7a) und (7b) gefUhrt tot.