DE2225684A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fäden direkt aus schmelzflüssigem Material - Google Patents

Description

4491 l6. Mai

BATTELLE DEVELOPMENT CORPORATION COLUMBUS/OHIO (V.St.A,)

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Fäden direkt aus schmelzflüssigem Material»

Pie Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung xur kontinuierlichen Herstellung von Fäden, Fadenstücken, Drähten, Fasern oder dergl. direkt aus einer becken- oder wannenförmigen Zuführung von scheelzflüssige« Material alt Hilfe einer rotierenden Scheibe, die Mit de« schmelzflüssige« Material in Verbindung steht, jedoch ohne Ver-

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einer die Form des Produktes bestimmenden oder beeinflußenden Öffnung·

Bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Metallerzeugnissen mit kleinem Querschnitt, -wie Drähten, werden Barren gegossen und diese anschließend durch mechanische Bearbeitung, wie Extrudieren, Ziehen, Walzen und durch andere übliche mechanisch verformende Techniken, in die Form des endgültigen Produktes gebracht. Zusätzlich zu diesen zahlreichen mechanischen Bearbeitungeschritten nach dem Gießen können intermittierende, zeitweilige Wärmebehandlungen notwendig sein, bevor das jeweilige Zwischenprodukt weiter mechanisch verarbeitet werden kann. Die Kosten dieser nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge haben eine langdauernde Suche nach einem Verfahren zur Folge gehabt, mit dem zusammenhängende Gegenstände mit geringem Querschnitt direkt aus schmelzflüssigem Metall ausgebildet werden können.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Produkten wie Fäden oder Drähte au· anorganischen Verbindungen sind grundsätzlich andersartig, da anorganische Verbindungen nicht die mechanischen Eigenschaften zeigen, die notwendig sind, ua formgebenden Verfahren standzuhalten, wie si« für metallische Materialien gebräuchlich sind. Die Formgebung von Verbindungen in ihre endgültige Gestalt wird üblicherweise vorgenommen, solange das Material schmelzflüssig ist,

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beispielsweise durch direktes Gießen in eine Gußform.. Mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung werden die Produkte direkt aus dem schmelzflüssigen Zustand geformt, weshalb anorganische Verbindungen, deren Eigenschaften im schmelzflüssigen Zustand denen von geschmolzenen Metallen und Metallegierungen ähnlidi sind, im wesentlichen in der gleichen Weise wie Metalle gestaltet werden können. Die mit schmelzflüssigem Metall vergleichbaren Eigenschaften sind die Viskosität und die Oberflächenspannung in dem geschmolzenen Zustand, ebenso wie die Forderung, daß die Verbindung im wesentlichen einen ausgeprägten Schmelzpunkt besitzen muß, im Gegensatz zu dem breiten kontinuierlichen Viskositätsbereich von geschmolzenem Glas.

Materialien, die die Gruppe mit den geforderten Eigenschaften bilden, besitzen im geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur unterhalb 125 % ihrer Schmelztemperatur in °K eine Viskosität von 10 bis 1 Poise und haben eine Oberflächenspannung in dem gleichen Temperaturbereich in der Größenordnung von 10 bis 2500 dyn/cm. " ·

Ältere Patente und Veröffentlichungen zeigen viele Verfahren zur Herstellung von metallischem Draht unter Verwendung einer rotierenden scheibenförmigen Oberfläche^ Die%e~Vers-¹ fahren besitzen in der Regel zum Ausfluß des ■'s^fmierL'zf'iiisSigen Metalles eine Öffnung, die die Größe des Endpröo^Kit'es* - ^ - ' bestimmt. Bei der Vorrichtung nach der US-PS 7^5 786 (CoIe),

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die für den Stand der Technik typisch ist, wurde die scheibenförmige Oberfläche in Form eines rotierenden metallischen Rades ausgebildet, auf das das schmelzflüssige, aus einer Öffnung austretende Metall auftrifft. Nach bekannten Verfahren zur Herstellung von drahtförmigen Erzeugnissen werden Fließbedingungen angewendet, die von der Entfernung des Metalles von einem feststehenden Miniskus gemäß der US-PS 3 522 836 (King) bis zum zwangsweisen Führen des geschmolzenen Metalles durch eine Öffnung hindurch direkt auf eine rotierende, wärmeentziehende Oberfläche variieren, wie dies in der US-PS 2 825 108 (Pond) beschrieben ist. Die bekannten Einrichtungen zur direkten Bildung eines Fadens oder drahtähnlichen Erzeugnisses haben alle ein Merkmal gemeinsam, nämlich die Verwendung einer Öffnung, die die Größe und den Fluß des schmeleflüssigen Metalles beeinflußt oder steuert.

Die Verwendung einer Austrittsöffnung ist deswegen mit verschiedenen Schwierigkeiten verbunden, weil sie in unmittelbarer Umgebung des fließenden schmelzflüssigen Metalles auf die Schmelze einwirken muß. Besteht das gewünschte metallische Erzeugnis aus Metallen oder Legierungen mit niedrigem Schmelzpunkt, beispielsweise aus Blei, Zinn, Zink usw., sind die mit der Austrittsöffnung verbundenen Schwierigkeiten nicht unüberwindlich. Wegen der wirtschaftlichen Forderung nach kontinuierlichen Produkten aus Materialien mit relativ hohen Schmelzpunkton leiden jedoch die Verfahren, bei denen Austrittsöffnungen verwendet werden, unter verschiedenen schwierigen Problemen. ^

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BAD ORIGINAL

Bei höheren Temperaturen beginnen die Materialien, aus

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denen die Austrittsöffnung oder Düsen bestehen, mit dem schmelzflüssigen Metall zu reagieren, oder die umgebende Atmosphäre beeinträchtigt die Eigenschaften des Materials sowie die Abmessungen dieser Düsen. Als Folge davon neigt die Austrittsöffnung zum Erodieren und "Auswaschen", wird größer und die Maßgenauigkeit der Produkte läßt nach. Ferner zeigen unlösliche Materialien, wie Silikate oder schwerschmelzbare Teilchen von dem feuerfesten Behälter die Neigung, die Austrxttsoffnungen zu verstopfen, insbesondere dann, wenn Produkte mit feinen. Abmessungen hergestellt werden sollen. Dies hat zur Folge, daß die üblichen Materialien für solche Düsen oder Austrxttsoffnungen, die der Erosion widerstehen, teuer sind und nur schwierig in die benötigte Form gebracht werden können. Außerdem erschwert die Erosion infolge des fließenden Metallflusses die Beeinflussung und Steuerung des endgültigen Produktes.

Der Gebrauch einer Düse erfordert üblicherweise eine zusätzliche Erhitzung, um sicherzustellen, daß sich das Metall in der Öffnung nicht verfestigt und dadurch die Form des Endproduktes verändert. Die Verwendung von kleinen Austrxttsoffnungen führt zu dem Zwang nach extrem sauberen Schmelzen, um selbst ein zeitweiliges Verstopfen oder Einschnüren der Öffnung zu verhindern.

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Nach vorliegender Erfindung wird ein fadenförmiges Erzeugnis ohne Verwendung irgendeiner Art von Austrittsöffnungen gebildet und dadurch alle Schwierigkeiten überwunden, die mit dem Fließen von schmelzflüssigem Material durch eine Düse verbunden sind. Die Größe des Endproduktes ist beeinflußbar und hauptsächlich abhängig von der Form und den Eigenschaften der rotierenden Scheibe, die zu der Oberfläche der Schmelze hingeführt wird, von den wärmeentziehenden Eigenschaften dieser Scheibe, von der Eintrittstiefe in die Schmelze, von der Geschwindigkeit beim Berühren der Schmelze, von der Temperatur der Schmelze und von dem schmelzflüssigen Material.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist des weiteren eine Vorrichtung zur Herstellung von kontinuierlichen oder mit vorgegebener Länge diskontinuierlichen Fäden, wobei die Herstellung direkt aus der Schmelze bzw. aus einer beckenförmigen Zuführung des schmelzflüssigen Materials erfolgt. Die Erfindung beinhaltet außerdem ein rotierendes scheibenförmiges Teil mit einer Rotationsachse, die im wesentlichen parallel zu der Oberfläche der Schmelze verläuft.

Die Erfindung bezieht sich, genauer gesagt, auf ein Verfahren zur Herstellung eines festen Fadens, ausgehend von einem schmelzflüssigen, bei Raumtemperatur normalerweise festen Material, dessen Eigenschaften im geschmolzenen Zustand bei üblichen Gießtemperaturen im wesentlichen geschmolzenem Metall gleichen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt

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die Herstellung durch Einführen oder Hinführen der Außenkante einer rotierenden Scheibe zu der Oberfläche eines Beckens oder einer Wanne mit schmelzflüssigem Material, durch derartiges Beeinflussen und Regulieren der Berührungsfläche und Berührungszeit dieser Kante mit der Schmelze in dem Becken, daß der maximale Querschnitt des Fadens größer wird als der Querschnitt dieser Kante, die parallel zu der Rotationsachse verläuft, und zwar bei der durchschnittlichen Eintauchtiefe dieser Kante, ferner durch Wärmeentzug über den äußeren Umfang der genannten Scheibe zwecks Verfestigung des Materials in Fadenform auf dieser Scheibe und schließlich durch spontanes Ablösen des endgültigen fadenförmigen Produktes von dieser Scheibe.

Im Rahmen dieser Erfindung ist als becken- oder wannenförmige Quelle des schmelzflüssigen Materials eine Zuführung zu verstehen,.die nicht durch eine einengende Austrittsöffnung oder Düse begrenzt ist und eine freie Oberfläche besitzt, die von Turbulenzen relativ frei ig^. Eine Turbulenz verhindert nictt die Durchführung des Verfahrens, doch wird durch sie das Erzeugnis etwas unregelmäßig. Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Prozeß durch eine Strömung nicht nachteilig beeinflußt, die durch die Induktionserwärmung der Schmelze herbeigeführt wird. Tatsächlich kann die Produktivität des Vor fahr ons durcli Fließen des geschmolzenen Materials

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in paralleler Richtung zu der Drehung der Scheibe und Vergrößerung der Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe erhöht werden. Ein quer zu der Scheibe gerichteter Fluß wird im allgemeinen die Fadenbildung stören, wenn der Fluß ausreichend groß ist.

Wenn der äußere Rand der rotierenden Scheibe zu der Oberfläche der Schmelze hingeführt wird, verfestigt sich ein Teil der Schmelze auf dieser Scheibe und wird durch die Schmelze hindurch infolge der Rotation gefördert. Diese Rotation bewirkt außerdem eine Aufhäufung von schmelzflüssigem Material über der Oberfläche bzw. dem Spiegel der Schmelze unmittelbar neben der Stelle, an der die Scheibe aus der Schmelze tritt. Das schmelzflüssige Material dieser Anhäufung besitzt eine geringfügig geringere Temperatur als die Schmelze, haftet an dem zuvor gebildeten Material an der Kante der rotierenden Scheibe an und verläßt die Schmelze durch diese Anhäufung hindurch. Die Form des Endproduktes wird durch den Anteil des Materiales bestimmt, der sich anfänglich auf der Scheibe verfestigt, ebenso wie durch den flüssigen Anteil, der auf dem verfestigten Anteil niedergeschlagen wird, wenn dieser beim Austritt aus der Schmelze durch die Materialanhäufung hindurch-geht.

Wird die rotierende Scheibe nach Beginn des Verfahrens angehoben, kann dennoch ein kontinuierliches oder zusammenhängendes Erzeugnis entstehen, wenn die Scheibe durch diese Anhäufung von schmelzflüssigem Material hindurch

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geführt wird, ohne daß ein anfänglich verfestigtes Produkt auf der Oberfläche der Scheibe vor dem Eintritt in die A.nhäufung entstanden ist. Tatsächlich kann der äußere Umfang der Scheibe oberhalb der Oberfläche der Schmelze rotieren und nur durch die vorgenannte Anhäufung aus geschmolzenem Material geführt werden.

Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung beruht auf dem Herausziehen von schmelzflüssigem Material aus der Oberfläche der Schmelze durch Berühren dieser Oberfläche mit der Kante einer rotierenden Scheibe. Obgleich diese Scheibe zumindest zum Teil als ein wärmeentzxehendes Element oder als ein Abkühlblock dienen kann, liegt doch ihre wesentliche Funktion in dem kontinuierlichen oder halbkontinuierlichen Herausziehen des schmelzflüssigen Materials aus der Schmelze und Einführen in die umgebende Atmosphäre oder in eine vorgegebene, beeinflußte gasenthaltende Umgebung, in der dann die Abkühlung erfolgt. Es ist anzunehmen, daß ein Film von schmelzflüssigem Material anfangs die Oberfläche der rotierenden Scheibe benetzt und dadurch an dieser Fläche nach deren Berührung mit dem schmelzflüssigem Material anhaftet. Wenn die Abkühlung fortschreitet, zieht sich der dünne Faden oder Film zusammen, trennt sich von der Schexbenoberfläche und wird in die gashaltige Umgebung durch die ungehinderte Zentrifugalkraft der rotierenden Scheibe geschleudert, wo dann die Verfestigung eines flüssigen Anteils mit dem Film vervoll-

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ständigt wird. Da die Scheibe eine begrenzte Berührungsfläche darbietet und mit relativ hoher Geschwindigkeit rotiert, entsteht als Produkt leichter ein·dünner Faden oder Draht als ein Gegenstand mit größeren Abmessungen, wie es in früheren Verfahren erreicht wurde.

Die Form des Endproduktes hängt teilweise von der Form der rotierenden Scheibe ab, die in die Oberfläche der Schmelze eingeführt wird. Bei der Herstellung von Fäden oder drahtähnlichen Materialien ist der Außenkörper V-förmig ausgebildet oder abgerundet, wobei nur die Spitze des Teiles in die Oberfläche der Schmelze eingeführt wird.

Zur Durchführung der Erfindung soll ein Draht oder ein Faden als ein langgestrecktes Teil mit einer Querschnitts-

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fläche kleiner als etwa 13 mm (0,020 in ) und einer Breite von weniger als ungefähr 5*0 mm (0,20 in) definiert werden.

Weitere Merkmale, Vorteile oder Anwendungsmöglxchkexten der Erfindung gehen aus der folgenden Darstellung anhand der beigefügten Abbildungen hervor.

Fig. 1 zeigt eine längentreue Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von fadenförmigen Gegenständen nach einer Ausführungsart der Erfindung,

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Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt durch den Behälter für die Schmelze gemäß Figur 1 und zeigt die sich drehende Scheibe während der Herstellung einer Faser oder eines Fadens aus der Anhäufung von schmelzflüssxgem Material über der Oberfläche der Schmelze,

Fig. 3 ist ein vertikaler Querschnitt durch die Vorrichtung nach den Figuren 1 und 2 und zeigt die Gestalt der Scheibe, die zur Herstellung der Faser oder des Fadens mit Hilfe des in die Schmelze eingeführten Abschnittes verwendet wird,

Fig. 4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der Kante einer Scheibe in einer Schmelze und dient zur Erläuterung der Abmessungen, die die Eigenschaften von fadenförmigen Erzeugnissen hervorrufen,

Fig. 5 zeigt den Querschnitt einer Scheibe, die mit Hilfe innerer Zirkulation eines flüssigen Kühlmittels auf eine im wesentlichen konstante Temperatur gehalten wird,

Fig. 6 zeigt zwei Ansichten einer Scheibe zur Herstellung von Fäden mit vorgegebener Länge, und

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Fig. 7 zeigt den Querschnitt durch eine Scheibe mit abgerundeter Kante in einer Schmelze bei der Herstellung von Fäden.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von fadenförmigen Erzeugnissen ist in einer Ausführungsart in Fig. 1 wiedergegeben. Zur Herstellung der fadenförmigen Gegenstände wird eine Scheibe 30 mit Hilfe einer Welle 35 und eines Motors, hier ein Elektromotor 40, in Drehung versetzt. Dieser Motor 40 ist auf eine Plattform 4l montiert, die mit einer Hebevorrichtung 45 vertikal verstellt werden kann. Diese vertikale Einstellung sollte nicht durch eine erhebliche Drehung um die Achse der Hebevorrichtung durchgeführt werden, weil dies die Richtung des Ausstosses des Fadens 20 beeinflussen würde. Die Anordnung der Basis dieser Hebevorrichtung ist nicht kritisch; das Verfahren wird durch geringfügige Fehlanordnung oder Abweichungen von der genauen vertikalen nicht nachteilig beeinflußt. Während kleinere natürliche Vibrationen in Folge der Rotation der Vorrichtung anscheinend das Verfahren nicht ungünstig beeinflussen, weshalb das Verfahren ohne Verwendung von Dämpfungsmaterialien unter der Basis 47 erfolgreich durchgeführt werden konnte, wird dennoch die Qualität des Fadens durch Ausschaltung solcher Vibrationen verbessert. Der Elektromotor 40 sollte in der Drehgeschwindigkeit überwacht werden; gemäß Darstellung in Fig. 1 ist die Vorrichtung mit einer Überwachung 42 nach Art eines Rheostaten ausgerüstet.

2OfUU 9/090 4 -¹^-

Die Motorhalterungsplatte 4l kann in Richtung auf die Scheibe 30 ausgedehnt werden, um eine Halterung für ein (nicht gezeigtes) Achslager für den Fall zu schaffen, daß die Länge der Welle 35 und die Größe der Scheibe 30 zu Schwierigkeiten hinsichtlich der Ausrichtung und der Vibration führt. Es wäre auch möglich, die Welle 35 durch die Scheibe 30 hindurch zu verlängern und auf dieser Seite ein (nicht gezeigtes) Achslager vorzusehen. In den meisten Anwendungsfällen verläuft die Welle 35 im wesentlichen parallel zu der Oberfläche 15 der Schmelze 10; dieser Winkel kann jedoch auch spitzwinklig sein, ohne daß sich eine erhebliche Beeinträchtigung des Verfahrens ergibt. In einigen Anwendungsfällen, beispielsweise bei der Herstellung von unterbrochenen Fasern, kann es vorteilhaft sein, weil die Zentrifugalkraft dann die Fasern von der Schmelze weg und nicht nur gerade über die Schmelze schleudern würde, wobei in dem letztgenannten Fall die Fasern zurückfallen und möglicherweise das Verfahren stören könnten.

Die Scheibe 30 muß eine verhältnismäßig schmale Fläche zur Schmelze 10 hin aufweisen, damit ein fadenfärmiges Produkt 20 entsteht. Die genaue Form der Oberfläche im Zusammenhang mit anderen Parametern des Verfahrens wird hier später erörtert werden. Im allgemeinen wird ein sich nicht umbiegender Faden 20 mit einer Scheibe 30 hergestellt werden können, die bei ihrer Drehung eine schmale Fläche ihres Umfangs in die Schmelze einführt, wobei ein im wesentlichen linienförmiger Kontakt mit der Oberfläche

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der Schmelze 10 oder mit einer Anhäufung von schmelzflüssigem Material über der Oberfläche der Schmelze stattfindet. Wenn die Scheibe nur mit einer kleinen Fläche ihres Umfangs eintaucht, entsteht eine schmale und lang- · gestreckte Berührungsfläche in Richtung des Fadens} diese Berührung ist am besten als linienförmig zu bezeichnen,

Diese linienförmige Berührung unterstützt eine Verfestigung in einem schmalen Bereich 32 auf der Scheibe 30 und die Richtung der WärmeentZiehung führt zu einer Verfestigung in fadenförmiger Gestalt, die nicht einfach einem Abbild der in die Schmelze 10 eingeführten Kante der Scheibe entspricht .

Das Verfahren ist nicht mehr stabil, wenn die Schmelze 10 die Temperatur des Bereiches 32 derartig erhöht, daß sich die Verfestigung bedeutend verzögert und dadurch die Kante 32 von der Schmelze 10 getrennt wird, bevor eine merkliche Verfestigung zur Ausbildung eines Fadens 20 auf der Kante 32» vie dies die Figuren 2, 3 und k zeigen, eingetreten ist. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß die rotierende Scheibe mit Geschwindigkeiten bis zu ca. £0 m pro Sekunde (200 ft/sec) durch die Schmelze geführt werden kann, und dabei dennoch Verfestigung erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß der bevorzugte Bereich hinsichtlich der Arbeitsgeschwindigkeiten bei ca. 1,5 bis 30 m pro see. liegt, wobei die vollständige Realisierung dieser Werte mehr noch durch die Vorrichtung als durch Verfahrensmerkmale bestimmt ist.

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Normalerweise wird ein Faden in der Schmelze durch Vorgabe der Berührungsfläche der rotierenden Scheibe sowie der Berührungszeit mit dem schmelzflüssigen Material derartig eingestellt, daß die Abmessungen im Querschnitt des fadenförmigen Produktes geringer als 1,5 mm (o,060 inch), jedoch größer als die Breite des Querschnitts der in das schmelzflüssige Material eingetauchten Kante sind, wobei eine Messung parallel zu der Drehachse der Scheibe bei einer durchschnittlicheri Eintauchtiefe der Kante der Scheibe zugrunde liegt. Gemäß Fig. k ist die Breite von 20' und infolgedessen von 20 großer als die Breite des abgerundeten Bereiches des Teiles 30 an der Stelle r. .

Die Zuführung von schmelzflüssigem Material, das als Schmelze 10 bezeichnet wird, kann in Form von elmentarem Metall, als Metallegierung oder in .Form einer anorganischen Verbindung erfolgen, die sich in einem Kessel 11 befindet und in diesem mit Hilfe der Heizelemente 12 über den Schmelzpunkt erhitzt wird . Während der Betrag der Überhitzung (das ist die Anzahl der Temperaturgrade über dem Schmelzpunkt des Materials) die Größe oder die Abmessungen des Fadens 20 beeinflußt, hat

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es sich doch herausgestellt, daß ein im wesentlichen konstanter Durchmesser des Fadens 20 mit einer Schmelze erzeugt werden kann, deren Temperatur weniger als 125% der Schmelztemperatur (in K) des verwendeten Materials beträgt, wobei keine genaue Kontrolle der Schmelztemperatur während der Herstellungsvorgänge notwendig ist. Obgleich diese quantitative Definition der bevorzugten Temperatur normalerweise die gewünschte Schmelztemperatur darstellt, ist festzuhalten, daß das Verfahren keine ungewöhnlichen Schmelztemperaturen erfordert. Infolgedessen kann das Verfahren mit Metallen und Metallegierungen bei herkömmlichen Gießtemperaturen verwendet werden, die einen Kompromiß zwischen den Erwärmungskosten und der Fließfähigkeit des schmelzflü&sigen Materials darstellen. Die Schmelze 10 kann einen dünnen schützenden Flüssigkeitsfilm besitzen, um eine übermäßige Reaktion mit der umgebenden Atmosphäre zu verhindern, ohne daß eine erhebliche Störung bei der Ausbildung des Fadens 20 erfolgt. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird der Faden anfänglich unterhalb der Oberfläche der Schmelze 10 ausgebildet und wird dann durch die meisten oberflächlichen Schmelzflüsse ohne irgendwelche nachteilige Auswirkungen hindurchgehen. Wegen der Einfachheit

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der Vorrichtung ist es selbstverständlich, daß, sobald dies gewünscht oder notwendig ist, ein einfacher (nicht gezeigter) Behälter für das Verfahren verwendet wird, in dem die die Schmelze 10 und den Faden 20 umgebende Atmosphäre selbst bei hohen Temperaturen inert gehalten werden kann.

Fadenförmige Gegenstände wurden mit Erfolg aus verschiedenen Metallen und Metallegierungen, einschließlich Zinn, Zink, Kupfer, Nickel, Aluminium, Aluminiumlegierungen, Aluminiumbronze, Gußeisen, duktilem Eisen, hohem und niedrigem Kohlenstoffstahl, 18-8 rostfreiem Stahl und "Hadfield-Stahl", hergestellt, Diese Materalien wurden bereits mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Fäden verformt, Es ist offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch für einen breiteren Bereich von schmelzflüssigen Materialien geeignet ist. Das vorliegende Verfahren kann mit irgendeinem Material durchgeführt werden, das verschiedene spezielle Eigenschaften ähnlich denen von schmelzflüssigem Metall besitzt; d.h. das Material muß eine niedrige Viskosität in dem Bereich von 10 bis 1 Poise, eine hohe Oberflächenspannung zwischen 10 und 2500 dyn/cm und einen einigermaßen ausgeprägten Schmelzpunkt besitzen; außerdem muß

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es zumindest kurzzeitig mit einem festen Material verträglich sein, welches eine ausreichende Wärmekapazität oder Wärmeleitfähigkeit besitzt, um die Verfestigung an der äußeren Kante 32 einer Scheibe 30, die aus diesem festen

Material besteht, einzuleiten. Zur Durchführung dieser Erfindung soll ein einigermaßen ausgeprägter Schmelzpunkt als ein solcher definiert werden, wie ihn die Materialien zeigen, die ihren Zustand von flüssig bis fest ändern oder bei denen sich der Zustand eines Legierungsbestandteils beim Durchgang durch eine Plüssigkeitsphase in einem Temperatur-Verbindungsphasen-Diagramm ändert; des weiteren liegt ein solcher Schmelzpunkt vor, wenn eine Zustandsänderung eintritt, bei der sich eine diskontinuierliche Viskositätsvergrößerung bei Verringerung der Schmelztemperatur zeigt. Fadenförmige Erzeugnisse wurden beispielsweise aus einem schmelzflüssigem wärmebehandelten Alkalinitrat-Salz hergestellt, das als "Houghton's Draw Temp ^30" handelsüblich ist und von der Firma E.F. Houghton Se Comp., Philadelphia, Pennsylvania, USA, geliefert wird; diese Verbindung ist typisch für eine anorganische Verbindung mit den vorgenannten Eigenschaften im schmelzflüssigen Zustand.

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l)ie in den Fig. 1 bis k dargestellte Scheibe 30 ist derartig ausgebildet, daß mit ihr kontinuierliche metallische Fäden 20 aus der Schmelze 10 hergestellt werden können. Die Fig. 2 und 3 zeigen zwei verschiedene Ansichten der Scheibe in der Schmelze 10, während Fig.k die Abmessungen des äußeren Bereiches 31 der Scheibe 30 veranschaulicht. Gemäß den Fig. 1 und 3 rotiert die Scheibe 30 innerhalb der Schmelze 10 unmittelbar unterhalb deren Oberfläche 15« Nach ihrem Eintritt j η die jchmolze 10 an der Stelle 13 dient die Scheibe 30 als Keim fi"ir die Aiihaftung von festem Metall an der Kante 32 der Scheibe 30, allerdings nicht unbedingt an der Stelle 13» durch Ternppraturrainderung und Entzug der Schmelzwärme aus der Schmelze 10. Wahrend der Drehung der Scheibe 30 schreitet die Verfestigung der Schmelze 10 an der Scheibenkante 32 fort, wobei eich der Faden 20' bildet. Die Größe des endgültigen Faden 20' wird durch die. Größe und Gestalt der Scheibenfläche 32 und den Betrag des Wärmeentzuges mittels der Scheibe 30 bestimmt. Die entzogene Wärmemenge hängt daher von verschiedenen beeinflußbaren Veränderlichen ab, unter anderem von der Verweilzcit einer Fläche der Scheibenknnte 32 in der schmelze 10; die Verweilzeit ist wiederum eine Funktion von dem Abstand auf der Scheibe 32 zwischen den Stellen 13 und ik

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, , _{Λ Λ} η , ^BAD

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und der Drehgeschwindigkeit der Scheibe 30. Die Größe des endgültigen Fadens 20 wird durch den Betrag von schmelzflüssigem Material 10 bestimmt, das an 20' abgelagert wird, wenn die Scheibe durch die Anhäufung von schmelzflüssigem Material l6 hindurchgeht.

Eine andere Variable, die den Wärmebezug bewirkt, 1st die Gestalt der Scheibenkante 32. Diese muß eine Keimbildung und ein Anwachsen eines fadenförmigen Produktes bewirken, jedoch auch genug Hitze aufnehmen oder verteilen, damit sie auf einer Temperatur unter der Temperatur der Schmelze 10 bleibt. Der Betrag dieser Temperaturdifferenz wird hier später näher erläutert. Die Form der Scheibe 30, wie sie in Fig. h wiedergegeben ist, besitzt Abmessungen, die einen Wärmeentzug in erforderlichem Maß bewirken. Die Scheibe 30 wird in die Schmelze 10 mit einer Tiefe eingeführt, die in dieser Figur mit "d" bezeichnet ist. Obwohl mit dem Verfahren umgebogene streifenförmige Gegenstände mit hohen Werten von d hergestellt werden können, lassen sich am besten fadenförmige Produkte dann erzeugen, wenn der Wert von d unter 1,5 mm (0,06 inch) liegt und ein fadenförmiges Produkt mit einem Querschnitt

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unter 6,5 mm (0,01 inch ) ergibt.

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In einigen Anwendungsfällen bleibt dieser Wert von d im wesentlichen während des ganzen Verfahrens konstant; jedoch ist dieses Verfahren für einige Materialien auch dann durchführbar, wenn die Kante der Scheibe 30 auf oder über dem Niveau 15 durch eine infolge der Rotation der Scheibe 30 entstehende Anhäufung von schmelzflüssigem Matarial l6 hindurchgeführt wird. Wird das Verfahren in dieser Weise ausgeführt, entsteht die Anhäufung l6 durch die anfängliche Rotation der Scheibe 30 unter der Oberfläche 15 der in Fig. 3 gezeigten Schmelze 10. Die Scheibe 30 wird dann langsam angehoben, bis sie die Schmelze nur noch an der Anhäufung von schmelzflüssigem Material l6 an der Austrittsseite der rotierenden Scheibe berührt.

Der Krümmungsradius r an der Scheibenkante 32 beeinflußt die endgültige Form des Fadens 20, da diese Kante für eine Seite des Fadens 20' wie eine Gußform wirkt, ebenso wie sie den Ort für die anfängliche Keimbildung an 20' darstellt. Es wurden bereits mit Erfolg Fäden mit einem Radius von 0,30 mm (0,015 inch) bis unendlich(mit Hilfe einer schmalen, flachen Kante in der Schmelze IO) erzeugt. In einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung liegt der Radius r

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innerhalb eines Bereiches von 0,025 bis 2,5 mm (0,001 bis 0,1 inch). Zusätzlich zu der V-förmigen Gestaltung kann auch eine Scheibe 30 mit einer abgerundeten Seite verwendet werden. Ein fadenförmiges Produkt erhält man mit einer solchen Scheibe 30i wenn die Eintauchtiefe weniger als 0,5 mm (0,02 inch) beträgt und der Krümmungsradius unter 12,5 mm (0,5 inch) liegt. Allen Kanten 32 der Scheiben ist gemeinsam, daß sie abgerundet oder in irgend einer Weise abgedreht sind und eine Änderung in Querschnittsrichtung aufweisen, so daß sich ein auf den Kanten verfestigtes Produkt frei ablösen kann. Die Variablen Θ, T und D, wie sie in Fig. k angegegeb.en sind, beeinflußen die Wärmeleitfähigkeit bzw. die Wärmeleitung von der Kante 32 zu den kühleren Bereichen der Scheibe 30. Diese Veränderlichen sind abhängig von dem Kühlmaterial und werden durch jede Form "von äußerer Kühlung der Scheibe 30 beeinflußt. Die Handhabung dieser Variablen ist nicht kritisch; ein Fachmann auf diesem Gebiet kann ohne übermäßige Versuche und Fehler zu einer betriebsfähigen Konfiguration gelangen. Der Wert von R beeinflußt das Verfahren auf zwei Wegen, weil die Masse der Scheibe 30 und außerdem deren thermische Kapazität von R abhängen. Die thermische Kapazität der Scheibe 30 kann durch

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Materialwahl, äußere Kühlung und durch die Handhabung der Veränderlichen Θ, T und D, gesteuert werden; daher wird nicht in erster Linie eine Änderung von R vorgenommen, um die gesamte thermische Kapazität der Scheibe 30 zu beeinflußen. Der Radius R wirkt jedoch direkt auf verschiedene wichtige Verfahrensgrößen ein, nämlich auf die vorerwähnte Verweilzeit eines Punktes der Scheibenkante 32 innerhalb der Schmelze 10 und auf die Erzeugung von Zenirifugalkräf ten, die die spontane Entfernung des Fadens 20 von der Scheibe an der Stelle 25 hervorrufen. Verschiedene Scheiben 30 mit einem Radius von nur 6,k mm (Endfläche einer rotierenden Stange, die mit einem Winkel in die Schmelze eingeführt wurde) bis zu Radien von 38Ο mm wurden bereits mit Erfolg zur Herstellung von Fäden verwendet, ohne daß Anzeichen auftraten, daß diese Radien den minimal oder maximal möglichen Wert für den Radius darstellen.

Es ist anzunehmen, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die maximale Größe der verwendbaren Scheiben theoretisch nicht begrenzt ist, jedoch scheint in der Praxis eine Grenze für den Scheibenradius bei etwa 500 mm (20 inches) zu liegen. Mit Scheiben, deren Radius diesen Wert übertrifft, ergibt

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sich eine übermäßige Verweilzeit in der Schmelze ebenso wie eine Verringerung der Zentrifugalkraft, die für eine spontane Ablösung des Erzeugnisses erforderlich ist. Verschiedene Scheiben 30, einschließlich solchen mit den in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Gestaltungen, wurden erfolgreich zur Herstellung von Fäden verwendet. Außerdem wurde mit einer dünnen runden Scheibe 30 mit einer flachen äußeren Kante 32 und einer Dicke von 1,6 mm (O,O625 inch) eine zusammenhängende metallische Faser einige wenige Sekunden lang erzeugt, bis die Wärme der Schmelze 10 die Temperatur der Scheibe 30 bis zu einem Wert erhöht hatte, bei dem keine Bildung eines Fadens 20' mehr eintrat.

Die Temperaturdifferenz zwischen der Scheibenkante 32 und der Schmelze 10 beeinflußt das Verfahren; jedoch können erhebliche Änderungen in dieser Temperaturdifferenz toleriert werden, bevor die Auswirkung merklich wird. Während des Verfahrens kann die Scheibe 30 anfänglich Raumtemperatur aufweisen. Nach einigen Betriebsminuten eingetaucht im schmelzflüssigen Eisen kann sie noch zusammenhängende Fäden mit im wesentlichen gleichem Durchmesser erzeugen.

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Möglicherweise gestattet die begrenzte thermische Kapazität der Scheibe 30 der Temperatur an der Scheibenkante 32 ein Ansteigen bis zu einem solchen Wert, daß das Verfahren nicht langer zur Bildung von zusammenhängenden Fasern führt. Fig. 5 zeigt eine Scheibe 30 mit einer Einrichtung zur Zirkulation eines Kühlmittels innerhalb der Scheibe 30, wodurch die Scheibe 30 und die Scheibenkante 32 auf eine konstante Temperatur gehalten wird, sobald das thermische Gleichgewicht sich eingestellt hat. Die Möglichkeiten zur Bestimmung und Begrenzung des Kühlmittelflusses sind für einen Fachmann leicht auffindbar, da dieses Verfahren innerhalb eines breiten Bereiches von Scheibentemperaturen durchführbar ist.

Beim Ablösen von den Scheiben 30 ist das Erzeugnis in einigen Fällen noch nicht vollständig fest, sondern besteht aus einem festen Film, der vorher an der Scheibe 30 anlag und aus einem flüssigen Anteil, der aus dem Becken mit flüssigen Material durch diesen festen Teil herausgetragen wird. In Abhängigkeit von der thermischen Kapazität der Scheibe 30 und des Punktes 25 ι an dem sich der Faden von der Berührung mit der Scheibe löst, kann das Erzeugnis seine Verfestigung

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fortsetzen oder, wenn der flüssige Anteil genug Masse und Hitze besitzt, kann der ganze Faden zurückschmelzen, nach-, dem der thermische Einfluß der Scheibe 30 aufgehört hat. Eine geeignete Einstellung dieser Parameter kann dazu führen, daß"der vollständig geschmolzene Zustand lange genug anhält, um dfem Faden unter dem Einfluß der hohen Oberflächenspannung des Materials einen runden Querschnitt zu geben. Die gashaltige Umgebung des Fadens 20 ist bei diesem Verfahrenstyp wichtig, weil der Faden nicht für eine entscheidende Zeitspanne vollständig schmelzflüssig sein kann, ohne daß ein Aufbrechen in Kügelchen stattfindet. Gasförmige Kühlmittel, wie Luft oder nichtoxxdierende Gase, beispielsweise Stickstoff oder Argon, können allein oder in Verbindung mit dem Dampf- oder Nebel eines flüssigen Kühlmittels verwendet werden.

Das Verfahren zur Herstellung eines zusammenhängenden fadenförmigen Erzeugnisses ist auch für die Erzeugung von Fäden mit vorgegebenen Längen verwendbar. Fig. 6 zeigt eine Scheibe 30 mit einer Vielzahl von Vertiefungen oder Einkerbungen "}k entlang der Scheibenkante 32. Die Aufgabe dieser Vertiefungen

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liegt darin, die Ausbildung des Fadens 20' auf der Sche.ibenkante 32 in ausreichendem Maße zu stören, damit ein diskontinuierliches Produkt mit einer Länge entsteht, die dem
Abstand auf der Scheibenkante 32 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Vertiefungen 3k entspricht. Die Form der Vertiefungen 34, mit der erfolgreich unterbrochene Fäden erzeugt wurden, entspricht im wesentlichen der Form eines abgeschrägten V, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Ohne Zweifel können andere Formgebungen für die Vertiefungen ebenso
dienlich sein. Die abgeschrägte V-Form hat sich zur wirksamen Begrenzung der Fadenlänge bewährt, wobei in der Vertiefung 3k keine Ansammlungen von festem Metall auftraten,
die eventuell die Wirkungsweise der Vertiefungen 34 beeinträchtigt hätten. Da der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Vertiefungen 3k auf der Scheibenkante 32 die Länge der hergestellten Fäden beeinflußt, kann der Abstand dieser Vertiefungen verändert werden, um kurze Fäden von gleicher Länge, eine bestimmte Verteilung von Fadenlängen oder eine Reihe
von längeren Fäden mit einer von dem Umfang der Scheiben 30 begrenizteni Länge bei Verwendung einer einzigen Vertiefung 3^ hervorzurufen. Das Vorhandensein von Vertiefungen 3k ermöglicht eine Rotation der Scheibe mit höheren Geschwindigkeiten und mit einer geringeren Eintauchtiefe in die Schmelze, wobei der einzige Unterschied in dem diskontinuierlichen
Endprodukt 20 und in den Vertiefungen 3^ auf dem Scheibenrand 32 besteht.

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Die hier beschriebenen Parameter zur Beeinflußung des Verfahrens benötigen keine genaue Überwachung. Die Herstellung eines fadenförmigen Metallproduktes 20 erfolgt bei Einführen bzw. Eintauchen einer verhältnismäßig kleinen Fläche 32 auf dem Umfang einer rotierenden Scheibe 30 in ein Becken mit schmelzflüssigem Metall 10, wenn die Scheibe 30 eine Umfangsgeschwindigkeit von 0,9 m/sec bis 60 m/sec besitzt und wenn eine ausreichende Temperaturdifferenz zur Verfestigung von zumindest eines Fadenansatzes 20* auf der Scheibenkante J2 vorhanden ist. Zur Einleitung des Verfahrens wird die Scheibe 30 oberhalb der Schmelze 10 mit der gewünschten Geschwindigkeit in Drehung versetzt, um ihr eine Umfangsgeschwindigkeit der gewünschten Größe zu geben. Die Hebevorrichtung 45 wird verstellt, um die Scheibe 30 in die Schmelze 10 zu senken, wobei anfangs ein Fadenbruchstück bei der Berührung mit der Oberfläche 15 gebildet wird. Die Scheibe 30 wird sodann in die Schmelze 10 gesenkt und, sobald die Scheibe 30 eine ausreichende Tiefe innerhalb der Schmelze 10 erreicht hat, entsteht ein kontinuierliches Produkt 20, das aus der Schmelze 10 in der in den Fig. 1 und 3

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prinzipiell dargestellten Weise herausgefördert wird. Wie zuvor beschrieben, ist es auch möglich, die Scheibe 30 bis zur oder über das Niveau der Oberfläche 15 anzuheben, nach dem die Erzeugung eines Faden 20 eingesetzt hat. Danach bewegt sich die Peripherie der Scheibe 30 durch eine Anhäufung von schmelzflüssigem Material hindurch, so daß ein Faden 20 entsteht.

Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsart der vorliegenden Erfindung, bei der die Scheibenkante 32 abgerundet ist und in das schmelzflüssige Material mit einer geringeren Tiefe als 0,5 mm (0,02 inch) eintaucht,· um ein fadenförmiges Erzeugnis zu bilden. Wenn das durch diese Ausführungsart gestaltete Produkt fadenförmig sein soll, dann sollte der Radius der Krümmung an der Kante 32 geringer sein als 12,7 nun (0,5 inch).

Die vorliegende Erfindung wurde in mehreren Ausbildungen verwendet, um fadenförmige Erzeugnisse aus verschiedenen Materialien herzustellen. In den folgenden Beispielen besitzt die Oberfläche der Scheibe, welche die Schmelze beständig berührt,

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eine Rauhigkeit von 0,4 bis 0,^ jam (nach amerikanischen Normen gemessen sind es 16 bis 20 micro-inch "center line average"), das ist eine Oberflächenbeschaffenheit die mit einem "600 grit paper "(USA-Norm) erzeugt wurde; die Eintauchtiefe der Scheibe in die Schmelze betrug abgesehen von den angegebenen Ausnahmen - ungefähr 0,25 mm (10 mils).

Beispiel 1

Ein zusammenhängendes fadenförmiges Erzeugnis wurde unter Verwendung einer Kupferscheibe mit V-förmiger Kante am Umfang und mit folgenden Abmessungen hergestellt:

Durchmesser der Scheibe = 203,2 mm (8 inches) Dicke = 25,4 mm ( 1 inch)

Radius an der Spitze

des ¹¹V" = 0,635 mm (0,025 inch)

Winkel des V, ©. = 90°

Die Scheibe besaß eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 375 Upm (Umdrehungen pro Minute) über der Oberfläche eines Beckens, in dem sich als Schmelze Manganstahl (10 Mn, 1 C, Rest Fe) befand. Die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe bei ihrem

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Kontakt mit der Schmelze betrug 387 cm/sec Die Schmelztemperatur lag bei IA80 bis 15^0 G und die Temperatur der Scheibe variierte von 54 bis 182 C. Man erhielt ungefähr 450 gr Fasern mit Abmessungen von etwa 0,23 mm mal 0,8l mm.

Beispiel 2

Die gleiche Scheibe wurde zur Herstellung eines Flußstahls (Typ 1020) bei einer Scheiben-Rotationsgeschwindigkeit von 375 Umdrehungen pro Minute verwendet; der schmelzflüssige Stahl in dem Becken besaß eine Temperatur von 1515 bis I57O C. Die Temperatur der Scheibe änderte sich von Raumtemperatur auf 182 C; es wurde ein zusammenhängendes fadenförmiges Produkt mit den Abmessungen von 0,10 mm mal 0,46 mm hergestellt.

Beispiel 3

Die gleiche Scheibe wurde zur Herstellung eines Fadens aus einer Legierung auf Nickelbasis eingesetzt. Die Rotations·

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geschwindigkeit der Scheibe betrug 4öO Umdrehungen pro Minute, wodurch die Scheibe eine Umfangsgeschwindigkeit von etwa 4,3 m/sec erhielt. Die Nickellegierung (3 Al, Rest Nickel) befand sich während der Durchführung des Verfahrens auf einer Temperatur von l480 C; es entstand ein zusammenhängender Faden von 0,15 mm mal 0,89 nun.

Beispiel 4

Ein zusammenhängender Faden aus Zink wurde hergestellt. Verwendet wurde eine Aluminiumscheibe, deren V-förmiger Rand im wesentlichen dem Rand der Kupferscheibe entsprach, jedoch mit folgenden Abmessungen:

Durchmesser der Scheibe = 148 mm Dicke . =12,7 mm

Radius an der Spitze

des "V" = 0,635 mm

Winkel des V, θ = 90°

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Die Scheibe erhielt eine Umdrehungsgeschwindigkeit von 290 Umdrehungen pro Minute und damit eine Umfangsgeschwindigkeit von 2,26 m/sec. Als Schmelze diente handelsübliches reines Zink mit einer Temperatur von nahezu 455 C. Die Betriebstemperatur der Scheibe lag im Bereich von 60 C bis I50 C. Durch die Rotation wurde ein zusammenhängender Faden von 0,l8 mm mal 0,43 mm im Querschnitt hergestellt.

Beispiel 5

Die gleiche Scheibe und das gleiche schmelzflüssige Material wurden zur Herstellung eines kontinuierlichen, d.h. zusammenhängenden Fadens bei einer Scheiben-Rotationsgeschwindigkeit von 700 Upm verwendet. Bei der Umfangsgeschwindigkeit von 5>46 m/sec wurde die Scheibe in die Schmelze mit ungefähr 455 C eingeführt. Die Betriebstemperatur der Scheibe lag bei 93 C bis 210°C; es entstand ein Faden mit einem Querschnitt von 0,25 mm mal 0,75 mm.

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Beispiel 6

Die gleiche Scheibe wurde zur Herstellung von Fäden aus einer schmelzflüssigen anorganischen Verbindung verwendet. Diese Verbindung war ein Alkalimetallnitratsalz, das zur Verwendung im schmelzflüssigen Zustand als Wärmebehandlungs-Bad handelsüblich ist. Sein Handelsname lautet "Houghton's Draw Temp 430"; hergestellt wird es von der Firma E. F. Houghton & Company in Philadelphia, Pennsylvania, USA. Diese Verbindung wurde auf nahezu 232 ⁰C erhitzt; die Scheibe wurde mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 240 Upm (Umfangsgeschwindigkeit 1,86 m/sec.) zur Schmelze hingeführt. Die Betriebstemperatur der Scheibe lag während der Durchführung dieses Verfahrens im Bereich von 27 ⁰C bis 93 ⁰C; es entstanden Fäden von 0,29 mm mal 0,75 mm im Querschnitt.

Beispiel 7 und 8

Fortlaufende Fasern aus Aluminium 1100 und aus der Aluminiumlegierung 2024 wurden unter Verwendung einer Kupferscheibe hergestellt, die eine V-förmige Kante und folgende Abmessungen besaß:

Durchmesser der Scheibe = 122 mm

Dicke = 12,2 mm

Winkel des V, θ = 109 ° Radius an der Spitze

des "V" = 0,254 mm

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Beide Erzeugnisse wurden bei einer Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe von 1000 Upm und damit einer Oberflächenge-¹ schwindigkeit von 6,3 m/sec. hergestellt, wobei das Aluminium 1100 bei 677 ⁰C und die Legierung 2024 bei 760 ⁰C schmelzflüssig war. In beiden Fällen betrug die Betriebstemperatur der Scheibe etwa 93 ⁰C; es entstand
Querschnitt von 0,15 mm mal 0,38 mm.

der Scheibe etwa 93 C; es entstand ein Faden mit einem

Beispiel 9

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wurde zur Herstellung von diskontinuierlichen, d.h. unterbrochenen nicht zusammenhängenden Fäden mit vorgegebener Länge unter Verwendung einer Kupferscheibe eingesetzt, die Vertiefungen auf ihrer V-förmigen Kante besaß. Die Scheibe hatte folgende Abmessungen:

Durchmesser der Scheibe = 103 mm Dicke der Scheibe = 11,9 mm Radius an der Spitze

des "V" - = 0,38 mm

Winkel des V, θ = 90 °

Die Scheibe hatte außerdem Vertiefungen an ihrer Peripherie, die im wesentlichen die in Figur 6 gezeigte Form besaßen und etwa 0,75 mm tief waren bei einer Länge auf dem Umfang der Scheibe von 3,8 mm. Die Scheibe rotierte mit 700 Upm, wodurch eine Umfangsgeschwindigkeit von 3,69 m/sec. entstand. Als Material diente geschmolzenes Zink bei einer Temperatur

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von 477 C; die Betriebstemperatur der Scheibe lag zwischen 50 ° und 93 C. Ein fadenförmiges Produkt mit einem Querschnitt von etwa 0,20 mm mal 0,40 mm und eine Länge von ungefähr 25,4 mm wurde gebildet.

Beispiel 10

Die gleiche Scheibe und das gleiche schmelzflüssige Material wurden bei ebenfalls im wesentlichen gleicher Schmelz- und Arbeitstemperatur der Scheibe wie in Beispiel 9 verwendet. Die Rotationsgeschwindigkeit der Scheibe wurde auf 1190 Upm entsprechend einer Umfangsgeschwindigkeit von 6,3 m/sec. erhöht. Die Eintauchtiefe in die Schmelze wurde auf ungefähr 0,051 mm reduziert. Es entstanden Fäden mit einem Querschnitt von ungefähr 0,051 mm mal 0,29 mm und mit einer Länge von 22,9 mm.

Beispiel 11

Die gleiche Scheibe wie in den Beispielen 9 und 10 wurde zur Herstellung von Fäden aus Sphäroguß eingesetzt. Die Scheibe rotierte mit 3200 Upm entsprechend einer Umfangsgeschwindigkeit von 16,9 m/sec ; die Eintauchtiefe betrug 0,051 mm, die Temperatur der Schmelze 1480 C. Die Betriebstemperatur der Scheibe lag anfangs bei 24 ⁰C, und es entstanden noch Fäden bei einer Temperatur von 315 ⁰C. Der erzeugte Faden hatte Abmessungen von 0,254 mm mal 0,89 mm im Querschnitt und war etwa 25,4 mm lang.

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Beispiel 12

Nicht zusammenhängende Fasern wurden außerdem unter Verwendung einer Scheibe mit abweichenden Abmessungen hergestellt. Eine Kupferscheibe mit folgenden Abmessungen wurde zur Erzeugung der diskontinuierlichen Fasern aus Manganstahl (12,4 Mn; 1,3 C; Rest Eisen) eingesetzt:

Durchmesser der Scheibe = 203 mm Dicke = 25,4 mm

Radius an der Spitze

des "V" = 0,827 mm

Winkel des V = 90 °

An der V-förmigen Kante besaß die Scheibe gleichartige Vertiefungen wie die Scheibe in den Beispielen 9, 10 und 11, und zwar in einem Abstand auf dem Umfang der Scheibe von 25,4 mm. Die Scheibe rotierte mit 550 Upm, was einer Umfangsgeschwindigkeit von 5,85 m/sec entspricht. Die Betriebstemperatur der Scheibe lag zwischen 66 ⁰C und 227 ⁰C. Die Manganstahl-Schmelze hatte eine Temperatur von etwa 1590 ⁰C. Die erzeugten Fäden hatten einen V-förmigen Querschnitt mit einer Höhe von 0,254 mm und einer Breite von 1,24 mm bei einer Länge von 25,4 mm.

Aus den vorstehenden Erläuterungen der Erfindung geht hervor, daß auch erhebliche Abweichungen von den in den beschriebenen Ausführungsbeispielen angegebenen Parametern im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich sind und zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen.

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Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von festen Fäden oder fadenförmigen Gebilden direkt aus einem schmelzflüssigen Material, das normalerweise bei Raumtemperatur fest ist und im schmelzflüssigen Zustand bei üblichen Gießtemperaturen ähnliche Eigenschaften wie ein schmelzflüssiges Metall besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand, d.h. die äußere Kante (32) einer rotierenden Scheibe (30) zu der Oberfläche (15) des schmelzflüssigen,in einem Becken (ll) befindlichen Materials (10) hingeführt und die Berührungsfläche sowie die Berührungszeit dieser Kante mit dem schmelzflüssigen Material (10) beeinflußt und reguliert wird, sowie daß der an der Scheibe (30) anhaftenden Schmelze (10) Wärme über den äußeren Umfang der Scheibe entzogen wird, um eine Verfestigung des Materials in Fadenform auf dieser Scheibe zu erreichen,und daß schließlich eine spontane Ablösung des fadenförmigen Endproduktes (20) von der Scheibe (30) ermöglicht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das fadenförmige Endprodukt (20) durch die Anlagerung

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oder Abscheidung eines zusätzlichen flüssigen Anteils der Schmelze an bzw. auf dem festen fadenförmigen Gebilde erzeugt wird, das an der Scheibe (30) bereits anhaftet, wenn diese aus der Oberfläche (15) der Schmelze (lo), die sich in dem Becken befindet, austritt.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Kante (32) der Scheibe (30) eine lineare Geschwindigkeit zwischen etwa 1 m/sec und 6o m/sec aufweist.

k. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kante (32) der rotierenden Scheibe (30) durch eine Anhäufung von schmelzflüssigem Material (10) hindurch geht, wobei sich diese Kante (32) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (Oberfläche 15) der Schmelze befindet.

5· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Geschwindigkeit der äußeren Kante (32) der Scheibe (30) zwischen 1,5 m/sec und 30 m/sec liegt.

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6. Verfahren nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet,

daß die äußere Kante (32) des scheibenförmigen Bauteils sich maximal 1,5 nun unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (Oberfläche 15) der Schmelze (IO) befindet, wobei

2 Fäden mit einem Querschnitt von höchstens 6,45 nun entstehen.

7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzei chnet, daß die thermische Kapazität der Scheibe (30) derart bemessen ist, daß eine vollständige Verfestigung des Fadens auf dieser Scheibe (30) vor Ablösung des Fadens (20) eintritt.

8. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

daß die thermische Kapazität der Scheibe derart bemessen ist, daß eine vollständige Verfestigung des Fadens (20) vor dessen Ablösung von der Scheibe (30) noch nicht eintritt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadennach seiner Ablösung von der Scheibe (30) unter Einwirkung der Wärme, die sich in dem flüssigen Anteil dieses Fadens befindet, zumindest teilweise wieder geschmolzen wird.

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10. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet,

daß die Temperatur der Schmelze (1O) in dem Becken (11) über dem Schmelzpunkt diesem Materials, jedoch unterhalb eines Wertes von 125% der Schmelztemperatur gemessen in K liegt, daß als Schmelze (10) ein Metall, eine Metallegierung oder eine anorganische Verbindung verwendet wird, sowie daß die Schmelze (1O) eine Viskosität zwischen 10 und 1 Poise und eine Oberflächenbespannung zwischen 10 und 2500 dyn/cm besitzt, und daß schließlich das Material der Schmelze einen ausgeprägten Schmelzpunkt aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als schmelzflüssiges Material eine Metallegierung auf der Basis von Eisen, Nickel, Aluminium, Kupfer oder Zink verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der rotierenden Scheibe (30), der die Oberfläche (15) der Schmelze (10) berührt, bei jeder Richtungsänderung relativ zu dieser Oberfläche (15) abgelöst wird.

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13· Verfahren nach Anspruch 1 oder 51 dadurch gekennzeichnet, daß die Verfestigung des Materials an der Peripherie der Scheibe (30) durch eine V-förmige Vorwölbung (31) auf dem Umfang unterstützt oder beschleunigt wird, wobei

sich der Faden (20) an der Spitze dieser V-förmigen Vorwölbung ausbildet.

Ik. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Schenkeln dieser V-förmigen Vorwölbung (31) zwischen 60 und 120 beträgt und daß der Krümmungsradius an der Spitze dieser Vorwölbung zwischen 0,025 mm und 2,5 mm liegt.

15· Verfahren nach Anspruch l4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Rand dieser Kante (32) eine oder mehrere Einkerbungen oder Vertiefungen (3*0 besitzt und daß die Eintauchtiefe der Scheibe (30) in die Schmelze (1O)

(34) geringer als die Tiefe dieser Einkerbungen/ist, wodurch eine Vielzahl von Fäden entsteht, deren Länge dem Abstand der Einkerbungen über dem Rand der Scheibe (30) entspricht.

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16. Verfahren nach einem der Ansprüche I3 bis 151 dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmige Vorwölbung (31) auf dem Umfang der Scheibe (3.0) an der Außenseite eine Abrundung mit einem Krümmungsradius kleiner als 12,7 nun besitzt.

17. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze (10) im wesentlichen aus flüssigem Eisen und die Kante (32) hauptsächlich aus einem Metall, wie Eisen, Kupfer oder Aluminium besteht, und daß die Scheibe (30) mit einer Geschwindigkeit rotiert, die eine lineare Umfangsgeschwindigkeit zwischen etwa 0,9 m/sec und 3.0 m/sec ergibt, sowie daß schließlich die Eintauchtiefe der Scheibe (30) in die Schmelze (lO) zwischen einem sehr geringen, d.h. gerade noch Berühren der Oberfläche (I5) bis zu einer Tiefe von maximal 1,5 variiert, so daß sich fadenförmiges Material an der Kante (32) der Scheibe (30) ausbildet und in einer zumindest halbkontinuierlichen Weise aus dem Becken (11) und von der rotierenden Scheibe (30) geschleudert wird.

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l8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenkanten (32) die Oberfläche (I5) der Schmelze (10) nahezu linienförmig berühren.

19· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis I7, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Herstellung von mehreren Fäden die Scheibe (30) auf ihrem Umfang mehrere nebeneinander oder nahe beieinander liegende Kanten (32) besitzt, die das schmelzflüssige Material im wesentlichen gleichzeitig berühren. .

20. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Becken (11) zur Zuführung von schmelzflüssigem Material (10) besitzt und ein in Form einer Scheibe (30) ausgebildetes, der anhaftenden Schmelze (lO) Wärme entziehendes Bauteil mit zumindest einer am Umkreis angeordneten Vorwölbung (31) aufweist, an deren Peripherie sich eine im Querschnitt im wesentlichen V-förmige Kante (32) befindet, wobei der spitze Winkel dieser

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V-förmigen Kante (32) den äußeren Umfang der Scheibe (30) darstellt und diese Scheibe (30) um eine in etwa parallel zu der Oberfläche (I5) der Schmelze (10) angeordnete Achse (35) drehbar ist, und daß außerdem ein Motor (40) zum Antrieb dieser Achse (35) sowie eine Vorrichtung (k5) zum Heben und Senken der Scheibe (30) relativ zu dem die Schmelze (10) enthaltenden Becken (ll) vorhanden sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen den Schenkeln der V-förmigen Kante (32) zwischen 60 und 120 beträgt und daß der Krümmungsradius an der Spitze der V-förmigen Kante (32) zwischen 0,025 mm und 2,5 mm liegt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (30) auf ihrem Umfang Vertiefungen (3'i) aufweist, wobei der Abstand der Vertiefungen auf dem Umfang der Länge des Fadens (20) entspricht .

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23» Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch .gekennzeichnet, daß die Kante (32) der Scheibe (30) außen abgerundet' ist.

2k, Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsradius der Abrundung geringer als
12,7 mm ist.

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