DE2134444A1

DE2134444A1 - Verfahren zum Beschichten der Ober flache eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall

Info

Publication number: DE2134444A1
Application number: DE19712134444
Authority: DE
Inventors: Tadashi Sagamihara Kana gawa Miyano (Japan) C23c 3 02
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1970-07-10
Filing date: 1971-07-09
Publication date: 1972-01-20
Also published as: NL7109427A; US3765930A; JPS4941021B1; DE2134444B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall.

Ein Metallmanteldraht wurde bisher nach dem folgenden Verfahren hergestellt. Die Oberfläche eines Drahtes aus einer Eisen-Mckel-Legierung wurde mit einem Messingband bedeckt, und dann wurde das vorbereitete, zusammengesetzte Stück dicht anliegend in ein Kupferrohr eingesetzt. Der so vorbereitete, zusammengesetzte Gegenstand wurde in einer Richtung kaltgezogen, und das gezogene Stück wurde dann in der entgegengesetzten Richtung warmgezogen. Wenn jedoch bei diesem Verfahren die Temperatur über 900⁰C ist, wenn der zusammengesetzte Gegenstand vor dem Warmziehen vorgeheizt wird, kann der Messingteil des Gegenstandes

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an bestimmten Stellen schmelzen. Wenn das Warmziehen in diesem Zustand ausgeführt wird, haftet das Messing an diesen Stellen an dem Kerndraht, was einen größeren Widerstand für das Ziehen erzeugt,und eine glatte und gleichmäßige Dehnung wird an die- sen Stellen verhindert, und daher ist oft eine Beschädigung der Zupferschicht die !Folge.

Um diese genannten Schwierigkeiten zu überwinden, wurde das folgende bekannte Terfahren verwendet. Dabei wird ein Draht aus -einer Eisen-Mckel-Legierung dicht in ein Kupferrohr direkt eingesetzt, ohne daß ein Mess-ingband verwendet wird, und der zusammengesetzte Gegenstand wird kaltgezogen, bis die Querschnitt-" Verengung 12 bis 165» erreicht. Der auf diese Weise kaltgezogene Gegenstand wird dann bei einer Temperatur von 850 bis 900⁰C in einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre warmgezogen, bis die gleiche Verengung erreicht wird. Der gezogene, zusammengesetzte Draht wird gekühlt und einem anderen Zyklus des KaIt- und Warmziehens unterworfen. Schließlich wird der Draht noch einmal demselben Zyklus in der entgegengesetzten Richtung unterworfen. Bei diesem Verfahren besteht keine Gefahr der Beschädigung der Kupferschicht. Aber dieses Terfahren ist darin nachteilig, daß die einzelnen Schritte äußerst kompliziert sind, und die Oberfläche des beschichteten Drahtes Plecken von dem Schmieröl und ähnlichem erhalten kann.

Ziel der Erfindung ist daher die Herstellung eines dünnen Drahtes, der mit einer Schicht aus einem anderen Metall beschichtet ist, wie z.B. ein Metallmanteldraht oder ein Gitterdraht, der in keiner Hinsicht schlechter als der nach dem Stand der Technik hergestellte ist, durch ein sehr einfaches Verfahren. Es soll dabei möglich sein, einen dünnen Draht mit einer Schicht aus einem anderen Metall zu beschichten, welches eine feinere und glattere Oberfläche hat.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß eine kleine Eapillarvorrichtung in ein Metallschmelzbad eingetaucht wird,

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wobei diese Vorrichtung einen kleinen Kapillarraum aufweist, der mit dem geschmolzenen Metall aufgrund der Kapillarwirkung gefüllt wird, und daß ein Metalldraht durch die kleine Menge an geschmolzenem Metall geführt wird, die in der Kapillarvorrichtung über dem Spiegel des Sohmelzbades gehalten wird.

Im folgenden soll die Erfindung in Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden.

1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht eines Längsschnittes einer Vorrichtung, wie sie für die Erfindung verwendet wird, in der eine kleine Kapillarvorrichtung gezeigt ist, die in ihrem Inneren eine kleine Menge geschmolzenes Metall oberhalb des Spiegels des Metallschmelzbades hält, durch welche ein dünner Draht geführt wird.

" Pig« 2 bis 5 zeigen verschieden geformte Beispiele der oben genannten kleinen Kapillarvorrichtung in der Perspektive.

6 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei

welcher der Draht senkrecht durch das geschmolzene Metall geführt wird.

Eine kleine Kapillarvorrichtung, die aus hochschmelzendem Metall, wie Molybdän oder Wolfram, hergestellt ist, umfaßt zv/ei Wandplatten, die einander mit einem Abstand von 2 bis 5 mm gegenüberliegen, so daß ein kleiner Raum oder Spalt zwischen ihnen gebildet wird. Wenn eine solche Kapillarvorrichtung in ein Schmelzbad von Kupfer oder Gold eingetaucht wird, wird das geschmolzene Metall sofort durch die Kapillarwirkung in den engen Raum oder Spalt hochgezogen. Dies wurde überraschenderweise durch die Erfindung festgestellt.

Wenn ein dünner Draht bei Zimmertemperatur kontinuierlich durch das geschmolzene Metall geführt wird, welches in dem kleinen Kapillarraum über dem Spiegel des Schmelzbades gehalten wird, wird der Draht nicht nur glatt und gleichmäßig mit dem Metall tiberzogen, sondern das Erzeugnis ist auch frei von Flecken von

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Verunreinigungen auf der Oberfläche. Dies wurde überraschend.erweise ebenfalls durch die Erfindung festgestellt.

•Die Stärke dieser Kapillarwirkung ist je nach der Beziehung zwischen den Arten und der Temperatur des geschmolzenen Metalls des Materials der Kapillarvorrichtung und deren Abmessungen verschieden. Es wurde folgendes festgestellt: die Höhe der Kapillarsäule ist am größten, wenn eine Kapillarvorrichtung aus metallischem Molybdän in geschmolzenes Gold eingetaucht wird, und diese Höhe kann 50 mm betragen, wenn der Abstand des Kapillarspaltes oder der Durchmesser eines Kapillarrohres 2 mm beträgt. Die zweitgrößte Höhe wird erreicht, wenn V/Olfram für die Vorrichtung verwendet wird. Auch andere Metall mit hohem Schmelz punkt können mit Erfolg verwendet werden. Selbstverständlich dürfen diese Metalle nicht mit den geschmolzenen Metallen Legierungen bilden, wenn sie mit ihnen in Berührung kommen.

Die oben genannte Kapillarerscheinung tritt auf, wenn die Temperatur des Bades höher als etwa 11JO⁰C für Kupfer und höher als etwa 1080⁰C für Gold ist.

Die Porm der Kapillarvorrichtung kann sehr verschieden sein. Anfangs wurde von dem Erfinder eine Kapillarvorrichtung vom Rinnentyp verwendet, wie sie in Pig. 1 als Teil 6 gezeigt ist. Der Abstand zwischen den zwei Wänden, die den Kapillarraum bilden, ist maximal 2 mm, und das geschmolzene Metall kommt in dem Spalt so hoch, daß es ein Metallschmelzbad 9 bildet, wenn der Boden der Vorrichtung unter die Oberfläche des geschmolzenen Metalls gebracht wird*

Wie oben erwähnt wurde, sind verschiedene Formen der Kapillarvorrichtung denkbar, einige Beispiele davon sind in den Pig. 2 bis 5 gezeigt. Pig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei welcher der Mittelteil der Wände ausgewölbt ist, so daß eine größere Menge

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von geschmolzenem Metall dazwischen gehalten werden kann. Diese Vorrichtung wird in vorteilhafter Weise so verwendet, daß der Boden der Vorrichtung nach oben weist, und das offene Ende in das Bad eingetaucht wird. Der Abstand zwischen den Wänden ist maximal 2 mm, und der Durchmesser des ausgewölbten Teils beträgt maximal 5 πιπί.

Pig. 3 zeigt eine Vorrichtung, deren Wände nicht parallel sind, sondern gegen das offene Ende zu weiter voneinander entfernt sind. Diese Vorrichtung wird ebenfalls mit dem Boden nach oben verwendet. Der Abstand zwischen den Wänden ist maximal 2 mm am Boden und maximal 5. tnm am offenen Ende.

Pig. 4 zeigt eine Vorrichtung, die im wesentlichen denselben Aufbau hat wie die Vorrichtung der Pig. 1, außer daß die Wände und der Boden viel dicker sind. Diese Vorrichtung wird mit dem Boden seitlich verv/endet. Es hat keine besondere Bedeutung, daß die Wände dick gemacht sind, sondern dies zeigt nur, daß auch eine solche Ausgestaltung möglich ist.

Pig. 5 stellt eine Röhrenvorrichtung dar. Eine einfache Kapillarrohre, deren Innendurchmesser bis zu 2 mm beträgt, ergibt keinen Raum für das Metallschmelzbad, der für das Beschichten ausreicht, und daher ist der Mittelteil der Kapillarröhre auf einen Durchmesser von 5 mm ausgewölbt.

In allen Kapillarvorrichtungen, die in diesen Piguren gezeigt sind, sind löcher 8 in den Seitenwänden vorgesehen, durch welcher ein dünner, zu beschichtender Draht läuft. Wenn ein Draht waagerecht durch die Löcher einer Kapillarvorrichtung geführt wird, deren eines Ende in ein Metallschmelzbad eingetaucht ist, wird die Oberfläche des Drahtes gleichförmig mit dem geschmolzenen Metall beschichtet, da der Draht durch die Menge von geschmolzenem Metall läuft, die in dieser Vorrichtung gehalten

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wird. Wenn eine Vorrichtung vom Rinnentyp verwendet wird, wie in den Pig. 1,2 und 3 gezeigt ist, kann der Draht durch den Kapillarspalt zwischen den Wänden parallel dazu geführt werden. .Im Extremfall können allein zwei Metallplatten parallel mit einem Abstand bis zu 2 mm angeordnet werden, welche im wesentlichen senkrecht angebracht sind, so daß ihre unteren Enden in ein Metallschmelzbad eintauchen, und diese wirken ebenfalls als Kapillarvorrichtung, auch wenn dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist.

Die in Pig. 5 dargestellte Vorrichtung ist im Raum für das Metallschmelzbad begrenzt, so daß die Behandlung für einen dickeren Draht schwierig wird. Wenn diese Art von Vorrichtung verwendet wird, um einen solchen dickeren Draht zu behandeln, sollte die Auswölbung ihres Mittelteils beträchtlich groß sein. Dies macht jedoch das Hochsteigen des geschmolzenen Metalls infolge der Abnahme der Kapillarwirkung schwierig. Diese Schwierigkeit kann dadurch überwunden werden, daß das obere Ende der Vorrichtung an ein Vakuumsystem angeschlossen wird, und auf diese Weise der Raum über dem Metallschmelzbad auf einem verringerten Druck gehalten wird, was zur PoIge hat, daß dieser verringerte Druck das Hochziehen des geschmolzenen Metalls unterstützt.

In den oben erläuterten Ausführungsformen der Erfindung läuft der Draht waagerecht. Der Draht kann jedoch auch in einer im wesentlichen senkrechten Richtung geführt werden, wenn dies günstig oder wünschenswert ist. Dies kann erreicht werden, indem eine etwas kompliziertere Vorrichtung verwendet wird, wie sie in Pig. 6 gezeigt ist, die eine spezielle Kapillarvorrichtung und ein spezielles Gefäß' für das geschmolzene Metall 4 aufweist. Das Gefäß 4 ist mit einem zylindrischen Durchgang 14 für den Draht.ausgebildet, der von seinem Boden vorsteht, durch welchen der Draht 10 ohne Berührung mit dem geschmolzenen Metall

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in dem Gefäß läuft. Die Kapillarvorrichtung 6 ist ähnlich einer doppelwandigen Kappe aufgebaut, welche mit Löchern 8 in der Mitte des Oberteils für den durchlaufenden Faden versehen ist, und befindet sich über dem vorragenden zylindrischen Durchgang 14 des Gefäßes, so daß die löcher und der Durchgang fluchten, und die offenen unteren Ränder der Kappe sind in das geschmolzene Metall eingetaucht. Der Abstand zwischen den doppelten Wänden ist maximal 2 mm. Dann wird der Raum zwischen den Wänden oder dem Mantel 9 durch die Kapillarwirkung mit dem geschmolzenen Metall gefüllt. Wenn daher ein Draht 10 durch den Durchgang 14 und die Löcher 8,8 geführt wird, wird der Draht mit dem Metall beschichtet.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird durch ein geschmolzenes Metall, welches auf einer beträchtlich hohen Temperatur gehalten wird, ein Draht mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur geführt. Daher erstarrt das Metall nahezu sofort an der Oberfläche des Drahtes, und auf diese Weise wird der durchlaufende Draht kontinuierlich mit der Metallschicht überzogen. Wenn in diesem Fall die Dauer der Berührung des Drahtes und der Schmelze verlängert wird, wird die Dicke der Überzugsschicht dünner, da die Temperatur des Drahtes ansteigt. Im Gegensatz dazu wird die Schicht umso dicker, je kürzer die Berührungsdauer ist. Weiter ist eine kürzere Berührungsdauer deshalb vorteilhaft, weil kein exzentrisches Beschichten auftritt.

Es besteht eine eindeutige Beziehung zwischen der Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes und der Temperatur des geschmolzenen Metalls. Wenn z.B. die Temperatur einer Schmelze höher als 1300⁰C für Kupfer oder 1280⁰G für Gold ist, beträgt die Dicke der entstehenden Überzugsschicht nicht mehr als 1 bis 2μ, welches ejyae unbrauchbare Dicke ist, auch wenn die Durchlauf geschwindigkeit eines Drahtes auf 15 m/min, oder höher gesteigert wird.

Die Beziehung zwischen der Temperatur eines Metallschmelzbadee,

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der Durchlaufgeschwindigkeit eines Drahtes und der Dicke der entstehenden Überzugsschicht, die beobachtet wurde, wenn ein Molybdändraht mit einem Durchmesser -von 20 μ mit Gold beschichtet wurde, ist in Tabelle I gezeigt. In diesem Pail war der Abstand des Kapillarspaltes bei allen Durchläufen 2 mm.

	Tabelle I	Dicke der metall. Überzugsschicht (μ)
Temp.des Metall schmelzbades	Durchlaufgeschwin digkeit des dünnen Drahtes (m/min)	20 bis 30
etwa 1080	5,5	20 bis 30
1110	7	20 bis 30
1130	9	20 bis 30
1150	11	10 bis 20
1200	12	5 bis 10
1280	15

Alle Überzugsschichten, die unter den in Tabelle I gezeigten Bedingungen erhalten wurden, hatten ein glattes und schönes Aussehen. Wenn jedoch die Durchlaufgeschwindigkeit eines Drahtes über den in der Tabelle für jede Temperatur angegebenen Wert hinaus gesteigert wurde, wurde die Oberfläche der entstehenden Beschichtung rauh. Wenn dagegen die Durchlauf geschwindigkeit unter den angegebenen Wert verringert wurde, wurde die trberzugssehicht dünner, und wenn die Geschwindigkeit extrem verringert wurde, nahm die Überzugsschicht ein unregelmäßiges, tropfenartiges Aussehen an.

Als Überzugsmetall werden Kupfer und Gold am häufigsten verwendet, aber Silber, Silberlot, Aluminium usw. können ebenfalls

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verwendet werden. Als zu beschichtender,dünner Draht können für die Erfindung Drähte aus Molybdän, Wolfram, Eisen-Nickellegierungen, Eisen-Mckel-Kobalt-Legierungen usw. verwendet werden.

Die Erfindung soll nun mit Hilfe von Diirchführungsbeispielen erläutert werden.

Beispiel 1

Ein Gitterjäraht, der mit einer Goldschicht bedeckt ist, wurde unter Verwendung einer Vorrichtung hergestellt, wie sie in Fig. gezeigt ist.

Ein Gefäß 4 aus hochreiner Zirkonerde, welches ein Goldschmelzbad 5 enthielt, befand sich in einem röhrenförmigen Ofen 3, der mit einem elektrischen Heizelement 2 ausgerüstet war, das in die Ofenwand 1 eingebettet war. Eine rinnenförmige Kapillarvorrichtung 6 wurde in das Goldschmelzbad so eingebracht, daß ihr Boden in das Bad eintauchte. Die Kapillarvorrichtung war in einer vorbestimmten Lage durch Mittel befestigt, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind. Der Abstand der zwei parallelen Wände 7 der Kapillarvorrichtung war 2 mm, und die Höhe der Wände war etwa 20 mm. Die Wände waren jeweils mit einem Loch 8 an eine für den Durchgang eines zu überziehenden Drahtes günstigen Stelle versehen. Auf diese V/eise wurde das geschmolzene Gold in den Kapillarspalt auf eine Höhe oberhalb der Stelle der Löcher hochgehoben.

Eine reduzierende Atmosphäre wurde in dem Ofen 3 hergestellt, indem Wasserstoffgas durch diesen geleitet wurde, und ein Molybdändraht mit einem Durchmesser von 20μ wurde durch die Löcher 8 mit einer Geschwindigkeit von 12 m/min geführt. Auf diese V/eise wurde ein dünner Gitterdraht, der mit einer 10 μ Goldschicht überzogen war, erhalten.

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Ein herkömmlicher, goldüberzogener Gitterdraht wird durch das galvanische Verfahren hergestellt. Der erfindungsgemäß hergestellte Gitterdraht ist ziemlich frei von Einflüssen von Verunreinigungen, wie Oyanaten und Oxyden, und hat keine Gasporen, wie sie ungünstigerweise beim Galvanisieren auftreten. Der erfindungsgemäß hergestellte Gitterdraht verbessert bemerkenswert die Eigenschaften einer Elektronenröhre, wenn er als Steuereinrichtung für die Sekundäremission eines Gitters irgendeiner Art verwendet wird.

Selbstverständlich muß das Metallschmelzbad durch eine geeignete Einrichtung wieder mit Metall aufgefüllt werden, wenn der Beschichtungsvorgang fortgesetzt wird und das geschmolzene Metall verbraucht wird.

Beispiel 2

Unter Verwendung einer gleichen Vorrichtung, wie in Beispiel 1 wird ein Metallmanteldraht kontinuierlich hergestellt. Ein Kerndraht aus Bisen-Nickel (Fe 58^, ITi 42^) mit einem Durchmesser von 0,45 mm wird verwendet, und eine Kapillarvorrichtung wird benutzt, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist. Der Abstand des Kapillarspaltes war 2 mm und der Innendurchmesser des ausgewölbjien Teils 5 mm. Diese Vorrichtung wurde teilweise in ein Kupferschmelzbad von 1130⁰C in derselben Yfeise eingetaucht, wie in Pig. 1 gezeigt ist, und der Kerndraht mit Zimmertemperatur wurde kontinuierlich durch die löcher in den V/änden mit einer Geschwindigkeit von 15 m/min geführt. Der erhaltene Metallmanteldraht hat eine Beschichtung mit einer Dicke von 25 μ, und die Oberfläche war sehr homogen und rein und frei von Flecken, wie sie nachteiligerweise bei einem Erzeugnis des Ziehverfahrens auftreten, bei welchem ein Schmieröl verwendet wird. Der Querschnitt zeigte, daß kein Absatz im Haften der Überzugsschicht vorhanden war.

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Überziehen der Oberfläche eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Kapillarvorrichtung, welche über dem Spiegel eines Metallschmelzbades einen kleinen Kapillarraum bildet,der durch die Kapillarwirkung mit dem geschmolzenen Metall gefüllt wird, in ein Metallschmelzbad getaucht wird, und daß kontinuierlich ein Metalldraht mit einer konstanten Geschwindigkeit durch ein kleines Metallschmelzbad geführt wird, welches in diesem kleinen Kapillarraum gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Kapillarvorrichtung zwei einander gegenüberstehende Wände und einen Boden umfaßt, der die Enden der zwei Wände verbindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Kapillarvorrichtung ein kurzes Stück einer Kapillarröhre ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die kleine Kapillarvorrichtung Löcher in den Wänden aufweist, durch welche ein zu beschichtender Draht geführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarröhre Löcher in der Röhrenwand hat, durch welche ein zu beschichtender Draht geführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall in einem Gefäß enthalten ist, welches

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einen zylindrischen Durchgang für den Draht auf v/eist, der senkrecht von dem Boden des Gefäßes vorsteht, durch welchen der Draht läuft, ohne das geschmolzene Metall in dem Gefäß zu berühren, und daß die Kapillarvorrichtung eine doppelwandige Kappe ist, die auf diesen zylindrischen Durchgang gesetzt ist, wobei ihre offenen unteren Ränder in das geschmolzene Metall eintauchen, so daß die Schmelze den durch die doppelten Wände gebildeten Spalt infolge der Kapillarwirkung füllt, und daß die doppelten V/ände löcher in dem oberen Teil der Kappe aufweisen,die denen des vorstehenden zylindrischen Durchgangs entsprechen, so daß der Draht durch den Durchgang und die löcher läuft.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand des Kapillarspaltes von 2 bis 5 mm ist.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draht aus Molybdän, Wolfram, Eisen-NIckel-Legierungen oder Eisen-Hickel-Kobalt-Iiegierungen verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Metall Gold, Kupfer, Silber, Silberlot oder Aluminium ist.
10. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche eines dünnen Metalldrahtes mit einer Schicht aus einem anderen Metall, dadurch gekennzeichnet, daß eine kleine Kapillarvorrichtung, welche oberhalb des Spiegels eines Metallschmelzbades einen kleinen Kapillarrraum bildet, der durch die Kapillarwirkung mit dem geschmolzenen Metall gefüllt wird, in das Metallschmelzbad eingetaucht wird, daß die obere Öffnung der Kapillarvorrichtung an ein Vakuumsystem angeschlossen wird, so daß ein leichter Unterdruck das Hochziehen des geschmolzenen Metalls in den Kapillarspalt unterstützt, und daß kontinuierlich ein Metalldraht durch ein kleines Metallschmelzbad geführt wird, welches in diesem Kapillarraum gebildet wird.

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