DE1546949A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Loesungsmittelentzug beim Emaillieren von Draehten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Loesungsmittelentzug beim Emaillieren von Draehten

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DE1546949A1 DE1962G0036702 DEG0036702A DE1546949A1 DE 1546949 A1 DE1546949 A1 DE 1546949A1 DE 1962G0036702 DE1962G0036702 DE 1962G0036702 DE G0036702 A DEG0036702 A DE G0036702A DE 1546949 A1 DE1546949 A1 DE 1546949A1
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Description

beim Emaillieren von Drähten." (Ergänzimg zur Anmeldung 20D-620)
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wärmebehandlung von überzogenen Metallen und insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren für die Verdampfung von Lösungsmitteln und anderen flüchtigen Bestandteilen, die im Überzugsmaterial, das vor der endgültigen Härtung oder Polymerisation desselben aufgetragen, wurde, enthalten sind. In erster Linie bezieht sich die Erfindung auf die Härtung von überzogenem Emaildraht und macht sich zur Aufgabe, eine schnelle Verdampfung des Lösungsmittels herbeizuführen, d.h. ehe die Härtung der Oberflächenschicht ao weit fortgeschritten ist, dass diese verhältnismässig undurchdringlich für das Lösungsmittel ist.
Bei den bekannten Vorrichtungen und Verfahren, die zum Überziehen von rundem und rechteckigem Draht mit Email oder Kunstharzmassen verwendet werden, wird gewöhnlich das überziehende Material in einem Lösungs- oder Dispersionsmittel aufgehängt, so dass das Email gleichmässig auf den Draht oder die Folie auf-
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getragen wird. Ehe das Email polymerisiert oder "gebacken" werden kann, so dass die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften geliefert werden, muß das Bispersions- oder Lösungsmittel entfernt werden. Da selbstverständlich das Email eine gewisse Zeit lang auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden muß, damit diese Lösungsmittel entweichen, muß ein Teil der Gesamtlänge eines jeden Emaillierofens für Drähte diesem Zweck vorbehalten bleiben. Es ist also vorteilhaft, für eine solche Erwärmung des emaillierten Drahtes zu sorgen, dass das Lösungsmittel mit grösstmöglicher Geschwindigkeit unmittelbar nach Eintritt des emaillierten Drahtes in den Ofen entzogen wird, damit ein grösserer Teil der Gesamtlänge des Ofens für das abschliessende Härten des Emails zur Verfugung steht, oder der Draht den Ofen mit grösserer Geschwindigkeit passieren kann, wodurch eine grössere Leistung des Emaillierofens ermöglicht wird.
Bei dem schnellen Entzug des Lösungs- oder Dispersionsmittels aus der Lösungsmittel-Harz-Mischung treten verschiedene Schwierigkeiten auf. Werden die Lösungsmittel schnell auf eine Temperatur oberhalb ihres Siedepunktes gebracht, dann erzeugt die physikalische Bewegung, die durch das Kochen des Lösungsmittels hervorgerufen wird, eine rauhe Oberfläche auf dem emaillierten Draht und macht seine Verwendung unmöglich. Eine andere Schwierigkeit, meistens die grösste, ist das Entstehen eines sogenannten Blasendrahtes. Eine solche Blasenbildung entsteht, wenn die Oberflächenschicht des Email-Überzugs schnell auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der die Polymerisation des Harzes schneller als der Lösungsmittelentzug aus den inneren Schichten des Emails ftroranschreitet. So entsteht eine gehärtete "Haut" aus des Email
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auaeen auf dem Überzug, die die verbleibenden Lösungsmittel einschlieest, Sobald diese eingeschlossenen Lösungsmittel eine Temperatur oberhalb ihres Siedepunktes beim nachfolgenden Härten des Emails erreichen, verursacht die einsetzende Verdampfung des Lösungsmittels eines Blase im Emailüberzug, die aufbrechen kann, wodurch ebenfalls der Emailüberzug zu einem schlechten Nichtleiter wird und damit für elektrische Anwendungen unbrauchbar» Die Erfindung liefert eine Lösung für die genannten Schwierigkeiten, indem sie eine Vorrichtung und ein Verfahren bietet, " die eine merkmlich schnellere Lösungsmittelverdampfung, als bisher bei der Herstellung von emaillierten Erzeugnissen von grosser Güte möglich, gestatten.
Erfindungsgemäss werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Erwärmung des emaillierten Erzeugnisses, z.B. eines Drahtes, unmittelbar nach dem Eintritt in den Härteofen durch gleichzeitige Anwendung von Strahlungswärme und Konvektionswärme angegeben, die durch einen erwärmten Gas- oder Luftstrom geliefert wird, der parallel zur Achse des Drahtes fliesst. Die vereinigte Wärmewirkung dieser beiden Heizcp.eXlen führt zur schnelle Erwärmung des Dmails auf eine vorfaestimmte Temperatur, die durch die Polymer!satiORsgesehwindigkeifc des Emails und den Siedepunkt des Lösungsmittels gegeben ist. Durch eine Vereinigung von Strahlungs- und Konvektionswärme kann die Ofenleistung je Längeneinheit erfindungsgemäas auf ein Verhältnis von 2 J 1 über das bisher in der Industrier erreichte gesteigert werden.
Die neuartigen Kennzeichen der Erfindung werden in den beigefügten Patentansprüchen, die einen Teil der Beschreibiang bilden, näher angegeben. Zum besseren Verständnis der Erfindung und ihrer
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besonderen Vorteile und Ziele dienen die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, die eine bevorzugte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung darstellen» Die Zeichnungen stellen dart
Pig. 1 einen Schnitt durch einen Emaillierofen nach der Erfindung?
Fig. 2 eine graphische Darstellung der vergleichsweise dargestellten Vorteile der Erfindung.
Bei der Prüfung der Lösungsmittelverdampfung aus einer Email-Lösungsmittel-Mischung ergibt sich, dass für eine günstige Verdampfungsgeschwindigkeit wünschenswert ist, die Harz-Löaungsmittel-Mischung auf bL·'^ abglichst hohe Temperatur zu erwärmen, damit cLis Lösungsmittel in kürzester Zeit entzogen wird. Auseerdem ist erwünscht, dag« alle Luft, die den ungehärteten Draht Überstreicht, eine möglich*! grosse relative Geschwindigkeit besitzt, da die Verdampfxasigegeschwindigkeit auf der Oberfläche des Emails auf diese Weise einen Höehst-wert erreicht und die Dampfkonzentration der Lösungsmittel im Ofen gemindert wird, so dass die Gefahr einer Zündung weitgehend gebannt ist. Ist jedoch die Lufttemperatur so hoch, dass sie bei dem verwendeten Email eine schnelle Polymerisation der Oberflächenschicht herbeiführt, dann wird diese verhältnismäasig undurchlässig für das Lösungsmittel, und der verbleibende Teil des Lösungsmittels wird in den unteren Schichten eingeschlossen mit dem Ergebnis, daas das Email Elasen bilden wird. Ausserdem kann eine hohe Geschwindigkeit, obwohl sie für die Minderung der Dampfkonzentration im Ofen und für die Steigerung der Erwärmungsgeschwindigkeit des Emailüberzugs durch. Konvektion wünschenswert ist, eine Turbulenz der Luft bewirken, die den Überzugsfilm verzerrt und also eine uneinheitliche Pilmstärke gewirkt. 801631/116 7
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Pig. 1 zeigt eine Emaillierofen für Drähte, der erfindungsgernäas Verwendung finden kann, Sinblosser Knpferdraht 1 wird durch eine Eraailli ervorrichtung 2 geschickt, in der er einen Überzug aus einem Kunstharz und einem Lösungsmittel in flüssiger Form erhält« Nachfolgend passiert er eine Öffnung 3 im Boden des Ofens 4» wo er unmittelbar der Strahlungswärme ausgesetzt wird, die von Strahlpla.tten 5 gpLiefert wird, die, wie gezeigt, an beiden Seiten des Drahtes angebracht sind» Ein Lüfter 6 liefert einen Luftstrom in das Gebiet, in dem das Lösungsmittel entzogen wird. Sein Verlauf wird durch die Pfeile angegeben. Dieser Luftstrom kann durch einen katalytischen Brenner 7 geheizt werden, dir die während des Verfahrens frei werdenden Dämpfe verbrennt. Ein getrennter Brenner 8 ist ausserdem vorgesehen, um zusätzlich Wärme für den Luftstrom zu liefern, der vom Lüfter geliefert wird, falls eine solche Erwärmung erforderlrch wird. Die Temperatur, auf die die Luft vor dem Durchlaufen des Gebietes für den Lb'sungsmittelentzug vorgeheizt wird, kann in beliebiger 7/ei se geregelt werden, z.B. durch einen Thermostaten 9» der in Abwärtsrichtung von dem Punkt angebracht ist, an dem der Luftstrom der Strahlungswärme der Strahlplatfcen 5 ausgesetzt wird und benachbart dem Punkt, an dem der Draht 1 aus dem Gebiet für den Lösungsmittelentzug austritt. Dieser Thermostat kann ein Signal liefern, wenn zusätzlich //arme erforderlich ist, damit die Lufttemperatur stärker erhöht wird, oder damit kühle Luft durch einen Luftkanal 10 zur Abkühlung der Temperatur einzulassen wird, E3 leuchtet ein, dass eine Luftzufuhrleitung. 11 mit dem Gebiet des Ofens für den Lösungsmittelentzug in Nachbarschaft dor Einlaßöffnung 3 in Verbindung steht, so dass die Erwärmung des Emails des Drahtesi unmittelbar nach dessen Eintritt in 'den Ofen 4 unterstützt wird.
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Nachdem der Draht das Gebiet für den Lösungsmittelentzug durchlaufen hat, wird er aufwärts durch die Härtezone des Ofens geschickt, in der aas Email endgültig polymerisiert oder "gebacken" wird, ehe der Draht den Ofen verlässt und in eine Kühlvorrichtung 13 geführt wird. Es ist selbstverständlich, dass der Draht einmal oder mehrmals durch den Emaillierofen geschickt, werden kann oder diesen in Pfeilrichtung verlässt.
Erfindungsgemäss erfolgt eine Kombination von Wärmequellen, so dass jeder Teil des Drahtes und des laaails gleichzeitig und schnell auf die höchste zum Lösungsmittelentzug anwendbare Temperatur unmittelbar nach Eintritt des Drahtes in den Ofen erwärmt wird* Wie die Zeichnung darstellt, werden zu diesem Zweck Strahlplatten 5, welche Strahlungswärme mit einer Temperatur von etwa 593 - 6490C liefern (die annähernd vier mal so hoch wie die gewünschte Endtemperatur des Emails während des Lösungsmittelentzugs ist), ohne dass eine vorzeitige Härtung der Oberflächenschicht des Emails verursacht wird. Die Anwendung von Strahlungswärme bietet den Vorteil, dass das Email auch in der Tiefs erwärmt wird, wodurch das Teraperaturgefälle im Überzug auf höchstens 6.670C verringert wird. Da die flüssige Diffusionsfähigkeit des Lösungsmittels (d.h. dessen Fähigkeit an die Oberfläche des Emails zu wandern) mit dem Temperaturanstieg zunimmt, leuchtet ein, dass ein möglichst geringes Temperaturgefalle den Lösungsmittelentzug unterstützt.
Die Temperatur des vorgeheizten Gases oder der Luft im Gebiet des Lösungsmittelentzugs wird durch diejenige Höchsttemperatur bestimmt, die noch keine derartig schnelle Polymerisation des jeweils verwendeten Email herbeiführt, welches eine Haut bildet« die das Lösungsmittel in den unteren Schichten einschliesst.
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let die Lufttemperatur derartig abgestimmt, dann wird sie gemeinsam mit den Strahlplatten das Email auf eine Temperatur erwärmen, die unterhalb derjenigen liegt, welche eine Blasenbildung im Email bewirkt, während gleichzeitig eine Hochstmenge de« Lösungsmittels entzogen wird, da die gesamte auf den Draht angewendete Wärme in dem Gebiet für den Lösungsmittelentzug einen optimalen Höchstwert erreicht.
Eo leuchtet ein, dass die MBlasentemperatür" in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Email variiert und leicht für den Einzelfall bestimmt werden kann. Wird bespieisweise Polyvinylformaledehydharz, wie im US-Patent Nr. 2 307 588 (Jackson u.a») und im ÜS-P&tP.nt Fr· 20 430 (Morrison u* a.) beschrieben und beansprucht, »verwendet, welches häufig zum Überziehen eines Drahtes mit einem Film benutzt wird (la Handel unter dem Warenzeichen "Formex" bekannt), dann beträgt die Blasentemperatur des Emails /während des Lösungsmittelentzuges etwa 1540C. Wird ein Polyesterharz der Art des US-Patentes Nr. 2 936 296 (Precopio u.a.) verwendet, das im Handel unter dem Warenzeichen "Alkenes" bekannt ist, dann beträgt die Blasentemperatur des Harzes während des Lösungsmittelentauges etwa 1880C0
Die höchste Lufttemperatur9 die in dem Gebiet zum Lösungsmittelentzug für eine grösstmögliche Geschwindigkeit des Lösungsmittelentzuges angewendet werden kann, ohne dass die Blasentemperatur des Emails überschritten wird, -hängt auseräem ab von der Luftgeschwindigkeit, der Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes, der Drahtstärke, der Filmstärke, die während jeden Durchgangs durch den Ofen aufgetragen wird, und der Wärmemenge, die durch Strahlung auf den emaillierten Drahten angewendet wird. Wird bei-
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spielsweise Formex - Draht hergestellt, indem man einen Emailtiberzug von insgesamt 0.07 mm (d.h. Zuwachs im Gesamtdurchmesser von Draht und Überzug) in sechs Durchläufen (oder etwa 0«01 mm Je Durchgang), auf einen runden, 1 mm starken Kup'f erstrang (Ko. A.W.G») aufträgt, der sich mit einer Geschwindigkeit von 0,4 m/e durch einen Smaillierofen bewegt, während er oiner Konvektionswärme eines Luftstroms mit einer Geschwindigkeit von 2.5 m/3 ausgesetzt wird, wobei annähernd 55 i« der Gesamtwärme, die auf den Draht angewendet wird, durch Strahlplatten geliefert werden, dann kann die I·· r1r" ^; apsratur etwa 2880C betragen, ohne dass sich Blasen im Emailübersug des Drahtes bilden.
Bei Pormes-Draht, der hergestellt wurde, indem ein Emailüberzug von :ü: _ aiüt 0.08 mm in 6 Durchläufen auf einen runden Kupfer£»1 /n : mit einem Durchmesser von 0.6 mm aufgetragen wurde und der sich rait einer Geschwindigkeit von 0.5 m/s durch einen Emaillierofen bewegte, während er der Konvektionswärme eines Luftstroms mit einer Geschwindigkeit von.2.5 m/s ausgesetzt wurde, können annähernd 35 & der Gssamtwärme, die auf den emaillierten Draht im Gebist zum Lö3ungamittelentzug angewendet wird, durch Straiilungswärme geliefert werden. Di.e Lufttemperatur würde in diesem Fall etwa 260°ΰ betragen.
Aus den angeführten Beispielen geht hervor, dass das Verhältnis von Strahlungswärme au Xonvektionswärme, das im Goblet zum Lösungsmittelentzug angewendet wird, variiert werden kann, so dass ein grösserer Anteil an der· Gesaratv/ämrrj.ienj;^ durch otreiilung geliefert wird, wenn ein Kupfsrdraht von vorhältnisnässig grcssein Durchmesser emailliert wird. 3s ist ^ahor wichtig, dass
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der Anteil an der Gesamtwärme, der durch Strahlung und"derjenige, der durch Konvektion geliefert wird, unabhängig voneinander geregelt werden können. Die Erfindung sieht eine getrennte Regelung für die beiden Wärmequellen vor, die das Gebiet zum Lösungsmittelentzug speisen.
Die graphische Darstellung der Fig, 2 stellt die verbesserte Leistung dar, die durch die Erfindung geliefert wird. Obwohl die Kurven sich auf bestimmte Drahtstärken und Emailarten beziehen, die unter bestimmten Bedingungen aufgetragen wurden, liefern sie ein kennzeichnendes Beispiel für die Vorteile, welche die Erfindung bietet.
Die Kurven A, B und C der Fig. 2 zeigen je die errechnete Temperatur eine« Drahtteils bei Durchgang durch das Gebiet sum LS-sungsmittelentzug. Jede dieser Kurven verwendet die gleichen Parameter, wenn nicht nachstehend anders angegeben.
Die Kurven beziehen sieb, alle auf den Überzug eines Drahtes von 0.5 mm 3tärke (Nr. 24 A.W.G.) mit dem vorstehend beschriebenen Polyvinylformalöeliydharz. Die Dicke des in sechs Durchgängen durch den Emaillierοfen erzeugten Emailüberzugs (d.h. der Zuwachs des Durahmeaserο des Drahtes mit dem Überzug) wird mit 0.06 mm angenommen. Das Gebiet zum Löaungsmittelentzug im Ofen ist etwa 2,4 m lang, iiine Luftgeschwindigkeit von 2,5 m/s und eine Lufttemperatur von 1690O wurden angenommen.
Kurve A zeigt die errechnete Temperatur des Drahtes bei einer Drahtgeschwindigkeit von 0.5 m/s, wenn keine Strahlungswärme angewendet wird. Ls lässt sich ablesen, dass die Drahttemporatur etwa 690C am Ende der 2,4 m langen Zone zum Lösungsmittel beträgt.
Kurve B zeigt die errechnete Temperatur des Drahtes bei gleichen Bedingungen wie Kurve A mit Ausnahme der Drahtgeschwindigkeit, die BAD ORIGINAL 909831/11 $7
um 50 # geringer ist, d.h. Ό. 25 m/s beträgt.
Kurve C zeigt die errechnete Temperatur des Drahtes unter gleichen Bedingungen wie Kurve A mit der Ausnahme, dass Strahlplatten mit. einer Länge von 1.2 m und einer Betriebstemperatur von annähernd 5990C in der in Pig· 1 gezeigten Stellung angebracht sind, so dass gleichzeitig beim Sintritt des Drahtes in den Ofen Strahlungs- und Konvektionswärme auf diesen einwirken. Es lässt sich ablesen, dass Kurve A zeigt, dass die Temperatur des Drahtes, wenn er aus dem Wirkungsbereich der Strahlplatten austritt, etwa 1460C beträgt oder annähernd die Blasentemperatur des Emails (d.H. 1540C) erreicht hat. Die Vorteile der Erfindung, d»h, ein Anwachsen der Leistung bzw. eine Verringerung der Grosse der Vorrichtung ist einleuchtend.
TJm die entscheidende Rolle der Höchst tempera tür der Oberflächenschicht des Emailüberzugs aufzuzeigen, werden die abhängigen Härtezeiten des Emails, das zur Herstellung von Formex-Draht verwendet wird, nachstehdnd angegeben:
Temperatur
154 199 238
Es leuchtet also ein, dass die Blas en tempera tür für jedes gegebene Email leicht bestimmt werden kann und innerhalb des Gebiets zum Lösungsmittelentzug nicht überschritten werden sollte.
\7ie oben angegeben wurde, ist es wünschenswert, dass eine verhältnismässig hohe Luftgeschwindigkeit angewendet wird. Man hat festgestellt,- dass bei einem Luftstrom, der parallel zur Achse des Drahtes mit dem ungehärteten Emailüberzug fIiesst, die rela-
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Härtedauer
(in Min.)
60
2,
0.
,75
,10
■■ 11*·
live laufgeschwindigkeit, die in Bezug auf den Draht gemessen wird, bis zu annähernd 3»5 m/s betragen kann, ohne daS3 eine Turbulenz erzeugt wird, die den Drahtüberzug verformt» Obwohl eine derartige laufgeschwindigkeit im laboratorium ohne Auftreten von Turbulenz erreicht werden kann, hat sich in der Praxis gezeigt, dass man eine relative Luftgeschwindigkeit von etwa 2·5 Wa nicht überschreiten sollte, damit den unterschiedlichen Herstellungsanlagen und -verfahren Rechnung getragen werden kann. Eine solche Geschwindigkeit gewährleistet eine schnelle Erwärmung λ des Eaailüberzugs durch Konvektion,, ohne dass eine Turbulenz verursacht wird, die den Film verformt·
Obwohl vorstehend eine bevorzugte Ausführungsfoitm der Erfindung beschrieben wurde, soll betont werden, dass den Fachleuten Abwandlungen einfallen werden« Es soll daher angemerkt werden, dass in den beigefügten Patentansprüchen alle im Sinne und Rahmen der Erfindung möglichen Änderungen enthalten sein sollen.
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Claims (7)

Patentanmeldunff: "Verfahren und Vorrichtung zum Lösungsmittelentzug beim Emaillieren von Drähten«" PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Beseitigung von Lösungsmitteln von Emailbzw« Laekttberztigen eines fortlaufend bewegten Bandes, dadurch
>:ii füUBtf dass jeder Teil des Bandes gleichzeitig Strah- l&\i\-i\\e und Konvekti onswärme unterworfen wird, wobei die Konvektionswärme von einem Strom erhitzten Gases geliefert wird, der parallel zu der Bewegungsbahn des Bandes und in Richtung der Bandbewegung strömt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichzeitige Anwendung von Strahlungs- und Konvektionswärme auf jeden Teil des Drahtes unmittelbar nach der Einleitung der Beseitigung des Lösungsmittels und mn- für einen Teil dieses Tor ganges erfolgt, und dass während des letzten Teiles der Beseitigung des Lösungsmittels nur Konvektionswärrae angewendet wird.
3· Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolativgßaehwindigkeit des Gases gegenüber α em Ban-5 132,4 m je Minute angenähert wird, ohne diesen v/ert zu überschreiten.
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4· Verfahren, nach irgendwelchen der Ansprüche 1 - 3f dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des an dem Band nach hinten strömenden Gases die Bläschentemperatur des Lackes überschreitet, aber so bemessen ist, dass die Temperatur des Überauges am Ende der Beseitigung des Lösungsmittels die Bläschentemperatur des Lackes erreicht hat.
5. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach irgendwelchen der Ansprüche 1-4, gekennzeichnet durch eine längliche Behandlungskammer zur Aufnahme von Draht, der mit einem Lösungsmittel enthaltenden Lack überzogen ist, eine in der Behandlungskammer mündende Luftleitung, deren der Behandlungskammer heisse Luft zuführende Luftauslassöffnung neben der !Einlassöffnung des Drahtes in die Behandlungskaminer gelegen ist, wobei ein Erhitzer zum Erhitzen der Luft vor ihrem Austritt aus der Luftleitung und Strahlungsheizmittel vorgesehen sind, die in der Behandlungskammer neben der Einlassöffnung angeordnet sind, um den überzogenen Draht un— axi fctelbar nach seinem Eintritt in die Behandlungskammer zu erhitzen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Luftleitung ein Gebläse vorgesehen ist, um erhitzte Luft mit ho hör Geschwindigkeit durch die Beliandlungskammer zu pumpen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die 3trahlungsheizmittel aus einem Paar von 3trahlungsheizungsplatten bestehen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Bewegungsbahn den Lrahtos durch die Behandlungskamraer angeordnet sind und «ich. nur über einen Teil dor Länge der Behandlungskammer erstrecken«
ö. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass luifctel vorgesehen sind, um die Temperaturen der Strahlungsheizmittel und der erhitzten Luft unabhängig voneinander zu steuern.
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DE1962G0036702 1961-01-05 1962-12-21 Verfahren und Vorrichtung zum Loesungsmittelentzug beim Emaillieren von Draehten Pending DE1546949A1 (de)

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