DE2345410A1

DE2345410A1 - Verfahren zur herstellung von duennen faeden direkt aus schmelzfluessigem material

Info

Publication number: DE2345410A1
Application number: DE19732345410
Authority: DE
Inventors: Robert Edward Maringer; Carroll Edward Mobley
Original assignee: Battelle Development Corp
Current assignee: Battelle Development Corp
Priority date: 1972-09-26
Filing date: 1973-09-08
Publication date: 1974-04-11
Also published as: IT1045396B; AU5980473A; GB1448494A; DE2345410B2; IE38316L; DK147755B; JPS5046546A; NL175703B; NL175703C; BE805226R; IL43094A; JPS534496B2; SE393034B; DK147755C; FR2200378B1; IL43094A0; IE38316B1; CA1012728A; ATA829773A; FR2200378A2

Description

4491 28. August 1973

KDB/xlST

BATTELLE DEVELOPMENT COiiPOjRATION
COLUMBUS/OIilO (V. St. A. )

Verfahren zur Herstellung von dünnen Fäden

direkt aus schmelzflüssigem Material
nach Patent (Patentanmeldung P 22 25 684.4)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Fäden oder fadenförmigen Gebilden mit Hilfe eines wärmeableitenden Maschinenelements, das mit der freien Oberfläche von schmelzflüssigem Material in Berührung gebracht und bewegt wird; die Schmelze befindet sich dabei in einer becken- oder wannenförmigen Zuführung.

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Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbesserung und Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung fadenförmigen Materials nach der deutschen Patentanmeldung P 22 25 684.4 dar. Nach der vorgenannten Anmeldung erfolgt die Herstellung der Fäden durch Rotation eines scheibenförmigen, wärmeableitenden Körpers über der Oberfläche eines Beckens mit schmelzflüssigem Material. Der scheibenförmige Körper hat dabei die Aufgabe, auf seiner das schmelzflüssige Material berührenden Oberfläche die Befestigung und Ausbildung eines fadenförmigen Produktes sowie die spontane Ablösung dieses Produktes nach der Fadenbildung herbeizuführen. Nach diesem Stand der Technik wird außerdem in Erwägung gezogen, mehrere Vorsprünge mit der Oberfläche der Schmelze in Berührung zu bringen, um eine Vielzahl von Fäden auszubilden.

Der Stand der Technik enthält jedoch keinen Hinweis darauf, daß der scheibenförmige Vorsprung die Außenseite eines schrauben-, schnecken- oder spiralförmig ausgebildeten, mit Gewindewindungen versehenen Maschinenelements sein könnte. Mit der vorliegenden, im folgenden beschriebenen Erfindung wird die Auswirkung von auf der Oberfläche befindlichen Verunreinigungen durch ständige Bewegung des Material-Austragungsortes verringert; außerdem wird ein Abkehren oder eine Ableit- und Reinigungswirkung auf der Oberfläche

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der Schmelze herbeigeführt, wodurch unerwünschte Oberflächenverunreinigungen aus dem Bereich der Fadenbildung und Fadenaustragung entfernt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere für die Herstellung von fadenförmigem Material mit kleinem Querschnitt geeignet, wobei das Maschinenelement mit den schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprüngen mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Bei den höheren Geschwindigkeiten wird fadenförmiges Material in -willkürlichen Längen zwischen etwa 1 und 30 cm (0,5 und 12 Zoll) erzeugt.

Zs ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem direkt aus der Schmelze fadenförmiges Material hergestellt werden kann, das bisher nur durch Schmieden oder Warmverformung erzeugt werden konnte.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein nicht aufwendiges Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen Material mit sehr kleinem Querschnitt zu entwickeln.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, die Herstellung von Fäden mit vorgegebener Länge zu ermöglichen, ohne daß die

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Fadenlänge von dem Durchmesser des rotierenden, wärmeableitenden Maschinenteils abhängig sein sollte.

Obwohl Fäden mit einem kleinen Querschnitt (beispielsweise
mit einem effektiven Durchmesser zwischen 50 und 1500 /um)
für zahlreiche kommerzielle Verfahren und Verwendungszwecke in Frage kommen, besteht eine Ausführungsart der vorliegenden Erfindung in der Herstellung von Fäden mit einem effektiven Durchmesser zwischen 15 und 400 yum direkt aus der Schmelze in wirtschaftlich brauchbaren Mengen pro Zeiteinheit. Ein
solches Erzeugnis was bisher ohne Verwendung von aufwendigen Nachbearbeitungsvorgängen zur Verringerung der Abmessungen oder ohne Verformen des Erzeugnisses mittels sehr kleiner Matrizenöffnungen - beide Verfahren sind kompliziert und teuer - nicht erhältlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich nun mit geringen Kosten sowohl Metalle als auch solche Nichtmetalle,die sich nahe ihrem Schmelzpunkt metallähnlich verhalten, in fadenförmige Gebilde umwandeln. Derartige Erzeugnisse besitzen
aufgrund des großen Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen viele Verwendungsmöglichkeiten, z.B. als Getter, gashaltende Füllkörper. Solche Fäden konnten in mancher Beziehung wie
Metallpulver in metallurgischen Verformungsverfahren behandelt werden. Das Erzeugnis in der erforderlichen Länge konnte

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außerdem als Verstärkungsfasern in Verbundmaterialien verwendet werden.

Die vorliegende Erfindung macht die Verwendung von solchen Materialien als Fasern möglich, die bisher wegen der Schwierigkeiten die mit den bekannten Verfahren zur Bildung und Herstellung von Fasern verbunden sind, nicht eingesetzt werden konnten.

In Zusammenfassung ist also festzuhalten, daß der Gegenstand der Erfindung in einem Verfahren zur Herstellung von fadenförmigen Materialien durch Einführung von schrauben-, schnecken- oder spiralförmig angeordneten, wärmeableitenden Vorsprüngen in die freie Oberfläche von in einem Becken befindlichen, schraelzflüssigen Material gesehen wird. Bei einem solchen schmelzflüssigen Material wird es sich in den meisten Fällen um ein Metall handeln, jedoch ist die Erfindung auch auf andere Materialien anwendbar, die in Nähe ihres Schmelzpunktes ähnliche Eigenschaften wie schmelzflüssige Metalle aufweisen. Solche Eigenschaften sind im einzelnen in dem zuvor zitierten Stand der Technik angegeben. Die Form oder Gestaltung des Vorsprungs des wärmeableitenden, mit der Schmelzenoberfläche in Berührung stehenden Maschinenelements stellt den Kern der vorliegenden Erfindung dar. Das

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zylinderförmige, wärmeableitende Maschinenelement besitzt an seiner Außenfläche schrauben-, schnecken- oder spiralförmige Gewindewindungen, die, wenn sie in die Oberfläche der Schmelze mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit eingeführt werden, qualitativ hochwertige Fäjcten mit einem kleinen effektiven Durchmesser erzeugen. Die Erfindung beschränkt sich auf die Herstellung von Fäden, die nicht langer sind als die Gesamtlänge eines Gewindeganges, der sich von einem Ende des rotierenden Maschinenelementes bis zu dem gegenüberliegenden Ende erstreckt. Bei der Herstellung von sehr kleinen Fasern (kleiner als 100 /um) ist die Faserlänge kleiner als die gesamte Gewindeganglänge; es wurde festgestellt, daß sich eine Faserlänge zwischen etwa 1 cm und 30 cm ohne besondere Maßnahmen zur Einstellung der Faserlänge ergibt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung sowie aus den beigefügten Abbildungen hervor.

Es zeigt

Figur 1 im Querschnitt und in perspektivischer Darstellung das wärmeableitende Maschinenelement nach einer Ausführungsart der Erfindung an der Berührungsstelle mit der Schmelzenobefläche, und

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Figur 2 in Vorderansicht ein wärmeableitendes Maschinenelement nach einer weiteren Ausführungsart der Erfindung, bei der die Steigung der schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprünge nach zwei Richtungen verläuft.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsart der Erfindung, bei der ein zylindrisches, wärmeableitendes Maschinenelement 30 rotiert, während es mit der Oberfläche 15 eines schmelzflüssigen, in einem Becken befindlichen Materials 10 in Berührung steht. Die Drehachse des Maschinenelementes 30 verläuft parallel zu der Ruhe - bzw. Gleichgewichtsfläche 15 des schmelzflüssigen Materials 10 oder Bades. Das Maschinenelement 30 ist in dieser Ausführungsart durch das Vorhandensein von vielen Vorsprüngen auf seiner Oberfläche in Form von Windungen 31 eines Außengewindes gekennzeichnet. Diese Gewindewindungen 31 sind an der gekrümmten Oberfläche des zylinderförmigen Maschinenelements 30 in einem konstanten Abstand von der Rotationsachse oder, genauer ausgedrückt, im Bereich der Mantelfläche des zylinderförmigen Elementes 30 ausgebildet.

Die Tatsache, daß die Vorsprünge 31, die mit der Oberfläche der Schmelze 10 in Berührung sind, keine bloßen konzentrischen Ringe darstellen, sondern eine schrauben-, schnecken- oder spiralförmige Steigung besitzen, führt zu verschiedenen Vorteilen

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und erlaubt die Herstellung von dünnen Fäden in großen Mengen. Der erste Vorteil liegt darin, daß die Steigung des Vorsprungs zu einer Bewegung des Ortes der Fadenbildung quer über die Oberfläche des schmelzflüssigen Materials führt. Dadurch wird die Auswirkung von Temperaturunterschieden in der Schmelze auf die Größe des fertigen Fadens auf ein Minimum reduziert, weil kein Vorsprung kontinuierlich Fäden von einer bestimmten Stelle der Schmelzenoberfläche ausbildet. Der zweite Vorteil beruht darauf, daß die Steigung der Vorsprünge zu einem Abkehren oder Austragen von Verunreinigungen quer über die Schmelzenoberfläche führt und daß daher die Vorsprünge 31, wenn die Verunreinigungen von einer Seite 12 des Maschinenelementes auf der Schmelzenoberfläche entfernt werden, Fäden von einer ständig sauberen Schmelzenoberfläche erzeugen. Die Kante, an der die Verunreinigungen beseitig werden sollten, liegt dort, wo die Drehrichtung und die Steigungsrichtung einen Materialfluß von der Seite zu der Mitte des Maschinenteils 30 herbeiführen. In Figur 1 würde dies der mit 12 bezeichnete Bereich sein, unter der Voraussetzung, daß das Maschinenelement 30 in Richtung des Pfeiles rotieren würde und es sich bei den Vorsprüngen 31 um herkömmliche, rechtsgängige Gewindewindungen handeln würde. Der dritte Vorteil liegt darin, daß ein schrauben-, schnecken- oder spiralförmiges, mit Gewindewindungen

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versehenes Maschinenelement, wenn große Mengen von Fäden mit zahlreichen in die Schmelze eintauchenden Vorsprüngen hergestellt werden sollen,ein in der Herstellung besonders billiges Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt.

Des weiteren kann eine Reparatur oder eine Nachbearbeitung der schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprünge im Gegensatz zu der Nachbearbeitung einer Vielzahl von einzelnen, konzentrischen Vorsprünge in einem wenig kostspieligen, kontinuierlichen Verfahren durchgeführt werden.

Die Größe der Gewindesteigung scheint im Rahmen üblicher Werte für die Ausführbarkeit des Verfahrens nicht kritisch zu sein. Der Ertrag an Fäden steigt zwar mit der Anzahl an Gewindewindungen pro Längeneinheit, wenn jedoch die Vorsprünge 31 über einen gewissen Punkt hinaus zu dicht nebeneinander liegen, wirkt sich die Bildung des Fadens an der Schmelzenoberfläche störend auf die Bildung des benachbarten Fadens aus. Dieser Fall tritt ein, wenn der Abstand zwischen den Vorsprüngen geringer als die doppelte Breite des erzeugten Fadens wird. Bei dem anderen Extremfall, wenn die Steigung äußerst groß wird, ist zu erwarten, daß die durch die Hotation herbeigeführte Seitenkraft sowohl die Bildung von Fäden stören als auch Turbulenzen an der Schmelzenoberfläche hervorrufen würde. Obgleich der folgende Bereich der Steigung nicht die Grenzen darstellt,

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innerhalb deren die Erfindung ausführbar ist, hat es sich jedoch nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung gezeigt, daß hochwertige Fäden entstehen, wenn die Steigungsgröße etwa zwischen 1,6 und 8,2 Gewindewindungen pro cm (4 bis 20 Windungen pro Zoll) liegt.

Obwohl die Erfindung bisher nur mit Begriffen und Angaben für die Steigung definiert und beschrieben wurde, gibt es auch andere, von einer schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Form abweichende Ausbildungen der Vorsprünge, die zu einer Neigung der Vorsprünge 31 relativ zu der Drehrichtung des Maschinenelementes 30 führen. Solche Konfigurationen werden zwar in dem nachfolgenden Teil der Beschreibung im einzelnen erläutert, doch werden sie in jedem Fall als funktionell gleichwertig mit dem schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen, mit Gewindewindungen versehenen Maschinenelement angesehen. Es ist außerdem darauf hinzuweisen, daß bei der Erörterung der Verfahrens-Parameter mit Bezeichnungen für die Steigung der Abstand zwischen zwei nebenexnanderlxegenden Gewinderillen (oder nebenexnanderlxegenden Gewinde-Vorsprüngen) gemeint ist, die auf verschiedenen Teilen des gleichen schraubenförmigen Gewindelaufs liegen, der durch die Gewinderillen (oder Vorsprünge) gebildet wird. Die Steigung wird am einfachsten durch die Anzahl an Gewindewindungen pro cm

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quantitativ angegeben. Wenn daher in der Beschreibung von großer Steigung die Rede ist, sind wenige Windungen pro cm und bei geringer Steigung viele Windungen pro cm gemeint.

Da die Erzeugung von Vorsprüngen auf der Mantelfläche eines Zylinders, wobei die Vorsprünge von einer Ebene senkrecht zu der Symmetrieachse gerechnet werden, am ,billigsten mit Hilfe herkömmlicher maschineller Gewindeschneider erfolgt, wird diese Ausführungsart der Erfindung bevorzugt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ntrdann ausführbar, wenn die Vorsprünge 31 eine Eintauchtiefe unter die Oberfläche der Schmelze aufweisen, die geringer ist als die Rillentiefe der schraubenförmigen Gewindewindungen. Die genaue Eintauchtiefe ist sehr schwer zu ermitteln; aus sehr sorgfältigen Beobachtungen des Verfahrens geht jedoch hervor, daß die Vorsprünge die Oberfläche der Schmelze lediglich mit einer Eintauchtiefe berühren, die wahrscheinlich nicht über 250 /um hinausgeht. Es ist zu beachten, daß unter bestimmten Bedingungen die Bewegung des Mäschinenelementes 30 oder Vibration des Systems zu Turbulenzen an der Oberfläche führen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit Vorsprüngen 31 oberhalb der Schmelzenoberfläche 15 in Gang kommen, wobei dann

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Oberflächenturbulenzen zu kurzzeitiger Matemlberührung mit den Vorsprüngen 31 führen und daher kurze Fäden hervorrufen.

In der Betriebsweise der Erfindung nach der Ausführungsart, bei der die Rotationsgeschwindigkeitaides mit Gewindewindungen versehenen Maschinenelementes so hoch sind, daß sich die Gewinde-Vorsprünge mit einer linearen Geschwindigkeit von über 9 m/sec relativ zu der Schmelze bewegen, ergibt der mittlere Bereich 13 des Maschinenelementes 30 eine höhere Produktinsrate an Fäden als die Seitenbereiche dieses Elementes.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der Erfindung beträgt die Breite des rotierenden Maschinenelementes über etwa 2,5 cm.

Die Drehung des Elementes 30 mit hohen Geschwindigkeiten führt zu einem Luftfluß parallel zu der Rotationsrichtung in der Nähe der Vorsprünge 31. Dieser Luftfluß kann Störungen auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Materials erzeugen, die zusammen mit der normalen Eintauchtiefe der

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Vorsprünge 31 die Rillentiefe der Gewindegänge überschreitet und dadurch augenblicklich zu einer Unterbrechung der Fadenbildung führt. Einrichtungen zum Ableiten dieses Luftflusses an der Stelle, an der die Vorsprünge 31 bei der Rotation in Berührung mit der Schmelzenoberfläche gelangen, werden diese Schwierigkeit , wenn sie auftritt, verringern.

Der Durchmesser des Maschinenelementes 30 ist nicht kritisch für das erfindungsgemäße Verfahren und kann zwischen etwa 12 und 76 cm variieren, ohne Anzeichen, daß dies Grenzen für die Ausführung des Verfahrens sein könnten. Ganz allgemein ist jedoch zu sagen, daß das Maschinenelement 30, wenn hohe Lineargeschwindigkeiten für die Vorsprünge 31 auf der Schmelzenoberfläche erwünscht sind, nicht klein sein sollte, weil sonst zu hohe Rotationsgeschwindigkeiten angewendet werden müßten. Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung sollte der Durchmesser zwischen etwa 15 und 30 cm liegen.

Die Erfindung ist grundsätzlich auf die Herstellung von diskontinuierlichen Fäden beschränkt. Theoretisch könnte der herstellbare längste Faden eine Länge gleich der Gesamtlänge des schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprunges 31 auf dem Maschinenelement 30 erreichen.

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Ein solcher Faden könnte im Normalfall mit verhältnismäßig geringen Geschwindigkeiten von z.B. 0,9 bis 9 m/sec erzeugt werden. Bei der Betriebsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens mit höheren Geschwindigkeiten, z.B. über 9 m/sec, wird ein Faden im allgemeinen in willkürlichen Längen zwischen etwa 1 cm und 30 cm anfallen.

Venn es erwünasht ist, Fäden mit vorgegebener Länge herzustellen, dann kann mit Einkerbungen auf den Außenseiten der Vorsprünge die Fadenbildung unterbrochen werden, was zu Fäden mit einer Länge führt, die dem Abstand bzw. der Entfernung zwischen den Einschnitten entspricht. Die genaue Gestaltung der Einkerbungen dürfte nicht kritisch sein; Einkerbungen in der Form eines Halbkreises mit Tiefen über der Eintauchtiefe wurden mit Erfolg verwendet.

Das Profil der Vorsprünge ist am einfachsten dreieckig, weil sich mit herkömmlichen maschinellen Verfahren eine solche Form leicht ausbilden läßt. Die einzige Anforderung an die Form des Vorsprungs ist jedoch die, daß sie mit einer Neigung auf der Mantelfläche des Maschinenelementes 30 und mit diskretem Abstand voneinander ausgebildet sind; sie müssen außerdem eine schmale, langgestreckte Form auf der

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Schmelzenoberfläche darstellen. Die spezielle Krümmung dieser Form kann derjenigen entsprechen, die mit herkömmlichen maschinellen Gewindeschneidverfahren erreichbar ist. Es sollte jedoch anerkannt werden, daß Einrichtungen zur maschinellen Herstellung von gewindeähnlichen Vor-. Sprüngen existieren, bei denen die Steigung der Gewinde die Anzahl von Gewindegängen pro Längeneinheit nicht bestimmt. Eine Ausführungsart dieses Typs würde eine Anzahl von parallelen Vorsprüngen ergeben, die zu der jctotationsrichtung des Maschinenteils geneigt wären. Es wäre außerdem möglich, die schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen und parallelen Konfigurationen zu kombinieren, indem man eine Vielzahl von parallelen Vorsprüngen in einem schraubenförmigen Muster auf der Oberfläche des rotierenden Maschinenelementes ausbildet.

Figur 2 zeigt eine zusätzliche Ausführungsart der Erfindung, bei der ein wärmeableitendes Maschinenelement 30' auf seiner Mantelfläche in getrennte Segmente 16 und 17 mit linksgängigen und rechtsgängigen Gewindewindungen 31 versehen ist. Wenn ein solches Element 3p¹ in die gleiche Lage relativ zu der Schmelze wie das Maschinenelement 30 gemäß Figur 1 gebracht würde, wobei die Bereiche 16 und 17 mit der Ober-

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fläche 15 der Schmelze 10 in Kontakt kämen, und wenn dieses Element 30' dann in gleicher Dichtung wie das Element 30 in Rotation versetzt würde, dann würde der zur Seite hin gerichtete, durch die Steigung der Vorsprünge 31 hervorgerufene Fluß die Schmelzenoberfläche 15 von dem mittleren Bereich 18 in Richtung zu den Seiten des Maschinenelementes überstreichen. Dies würde den Transport von an einer Seite befindlichen Oberflächen-Verunreinigungen über den gesamten Bereich der Fadenbildung verhindern, im Gegensatz zu dem

nur eine

Maschinenelement 30 nach Figur 1, das/Steigungsrichtung besitzt.

Es hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeit, mit der das Maschinenelement rotiert und die daher die Lineargeschwindigkeit der Vorsprünge bei ihrer Berührung der Schmelzenoberfläche bestimmt, mit den Abmessungen des hergestellten Fadens und mit der Steigung der VorSprünge im Bereich ihrer Berührung der Schmelze unmittelbar zusammenhängt. Im allgemeinen gilt, daß die hergestellten Fäden um so größer werden, je geringer die Rotationsgeschwindigkeit ist; mit wachsender Eintauchtiefe wird eine stärkere Trennung zwischen den mit der Schmelzenoberfläche in Berührung befindlichen Vorsprüngen erforderlich.

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Ferner wurde herausgefunden, daß zur Herstellung von fadenförmigen Material mit einem effektiven Durchmesser von weniger als 100 /um die Rotationsgeschwindigkeit so hoch sein muß, daß sich eine lineare Geschwindigkeit der Vorsprünge an der Schmelzenoberfläche von über 9 m/sec ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bezüglich der Größe der herstellbaren fadenförmigen Erzeugnisse begrenzt. Die Steigung der Vorsprünge erfordert ein minimales Eintauchen unter die Schmelzenoberfläche (bezogen auf die ruhende Schmelzenoberfläche), um heftige Turbulenzen und Materialfluß senkrecht zu der Rotationsachse zu vermeiden. Die minimale Eintauchtiefe beschränkt somit die Kontaktfläche der Vorsprünge mit der Schmelze, und als Ergebnis hieraus folgt, daß nur kleine fadenförmige Erzeugnisse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können. Die maximale Größe wird, wie zuvor bereits beschrieben wurde, bei geringen Rotationsgeschwindigkeiten erzeugt, wobei die obere Grenze praktisch bei einem Faden mit einem effektiven Durchmesser von 1500 yum liegt. Die Erfindung ist insbesondere anwendbar auf die Herstellung von Fäden mit einem effektiven Durchmesser, der unter 100 /um liegt. Mit effektivem Durchmesser ist gemeint, daß die im Querschnitt

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nicht kreisförmigen Fäden eine Querschnittsfläche besitzen, die einem Draht mit kreisförmigen Querschnitt des genannten Durchmessers unabhängig von der Breite und der Dicke des nicht kreisförmigen Fadens entspricht.

Die Erfindung ist durchführbar, wenn die Oberflächenbeschaffenheit des VorSprungs im Bereich der Berührung mit der Schmelze einen kleineren arithmetischen Mittenrauhwert als etwa 1,3 ,um (50 Mikrozoll-CLA) besitzt. Die Konzistenz bzw. die Beschaffenheit des fadenförmigen Produktes wird verbessert, wenn die Oberfläche glatter wird; eine Oberflächenbeschaffenheit entsprechend einem arithmetischen Mittenrauhwert von etwa 0,5 >um ( 20 Mikro-

oder besser zoll-CLA) als Mindestwert/wird erfindungsgemäß bevorzugt.

Die letztgenannte Oberflächenbeschaffenheit kann bei einem aus Kupfer bestehenden Maschinenelement mit Hilfe eines 600 grit-Schleifpapieres (US-Norm) erreicht werden.

Es hat sich erwiesen, daß die Erfindung, wie in den folgenden Beispielen beschrieben wird, zur Ausbildung von Metallfäden geeignet ist; jedoch ist die Erfindung nicht allein auf Metalle beschränkt. Das Verfahren nach der Erfindung könnte auch mit anderen Materialien ausgeführt werden, die im schmelzflüssigen Zustand bei Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt Eigenschaften besitzen, die denen schmelzflüssigen Metalls ähnlich sind. In der deutschen Patentanmeldung P 22 25 684.4 sind spezielle Eigenschaften angegeben, die geeignet sind, die Verwendbarkeit eines solchen Materials

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zu bestimmen; diese Kriterien sind im vollen Umfang auch für vorliegende Erfindung anwendbar..

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde zur Herstellung von fadenförmigen Materialien aus Zinn, Aluminium und Gußeisen eingesetzt. Drei spezielle Beispiele in Verbindung mit den Lehren nach dem angegebenen Stand der Technik genügen, um den Fachmann in die Lage zu versetzen, daß erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Beispiel 1;

Ein wärmeableitender Zylinder aus Aluminium mit einer Breite von 5,08 cm (2 Zoll), einem Durchmesser von 17,8 cm (7 Zoll) und mit 7,2 Gewindewindungen pro cm auf der Mantelfläche (18 Windungen pro Zoll) wurde mit einer Geschwindigkeit von 2000 UpM (18,6 m/sec oder 61 Fuß/sec) angetrieben. Der Zylinder wurde mit der freien Oberfläche von schmelzflüssigem, in einem Becken befindlichen Zinn mit einer Temperatur von 260°C (500⁰F) in Berührung gebracht. Die Vorsprünge auf dem Zylinder standen in einem vertikal-punktförmigen Kontakt mit der Schmelzenoberfläche; die von den Vorsprüngen des Zylinders erzeugten Zinnfäden besaßen einen effektiven Durchmesser von 50 bis 100 /um. Die Längen der hergestellten Fäden lagen zwischen etwa 1,2 cm und 30 cm.

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Beispiel 2:

Die gleiche Ausführungsart wie in Beispiel 1 wurde verwendet, um die Auswirkung der itotationsgeschwindigkeit bei Konstanthaltung aller anderen Parameter auf identische Werte wie in Beispiel 1 zu bestimmen. Bei einer Rotationsgeschwindigkeit von weniger als 500 Umdrehungen pro Minute (etwa 4,5m/sec oder 15 Fuß/sec) bildete das schmelzflüssige Zinn keine einzelnen Fäden, weil das schmelzflüssige Metall zwischen den Fäden Brücken bildete, so daß ein plattenähnliches Erzeugnis entstand.

Beispiel 3;

Ein Kupferzylinder mit einer Breite von 2,54 cm (l Zoll), einem Durchmesser von 20,3 cm (8 Zoll) und mit 7,2 dreieckig profilierten Gewindewindungen pro cm (18 Windungen pro Zoll) wurde mit einer Geschwindigkeit von 1000 UpM (etwa 10,7 m/sec oder 35 Fuß/sec) mit der freien Oberfläche von in einem Becken befindlichen Gußeisen in Berührung gebracht, dessen Temperatur bei 1370 bis 1430 C (2500 bis 2600°F) lag. Wiederum wurde eine minimale Eintauchtiefe der Vorsprünge unter die Oberfläche des schmelz-

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flüssigen Metalls (bezogen auf die ruhende Oberfläche) eingestellt. Die hergestellten Eisenfäden besaßen effektive Durchmesser zwischen 75 und 150 /um.

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Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Fäden oder fadenförmigen Gebilden mit einem effektiven Durchmesser kleiner als 1500 ,um direkt

aus einem schmelzflüssigen Material, nach Patent

Patentanmeldung P 22 25 684.4), dadurch gekennzeichnet, daß die freie Oberfläche (l5) eines Bades des schmelzflüssigen, Materials (10) mit den äußeren liändern oder Kanten einer Anzahl von auf der Mantelfläche eines zylinderförmigen, Wärme ableitenden Maschinenelements (30, 30') angeordneten Gewindewindungen (31 in Berührung gebracht wird und daß das Maschinenelement (30, 30') mit einer derartigen Geschwindigkeit rotiert, daß sich eine Lineargeschwindigkeit an den Rändern oder Kanten von über 0,9 m/sec ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zurHerstellung von Fäden mit einem effektiven Durchmesser unter 100 /um, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der freien Oberfläche (15) in Berührung gebrachte Maschinenelement (30,3O¹) an seiner Mantelfläche mit einer Anzahl von in Querschnitt dreieckigen, schrauben-, schnecken- oder spiralförmig ausgebildeten Gewindewindungen (31) versehen

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wird und daß es mit einer derartigen Geschwindigkeit rotiert, daß sich eine Lineargeschwindigkeit an den Rändern oder Kanten von über 9 m/sec ergibt.

3. Verfahren nach Anspuch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Händer oder Kanten des Maschinenelements (30, 30') im wesentlichen aus Metall bestehen und daß als schmelzflüssiges Material Zinn, Aluminium oder Eisen verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,- daß die Gewinde oder Gewindewindungen auf dem Maschinenelement (30, 30') eine Steigung von ungefähr 7 Windungen/cm (18 Windungen pro Zoll) aufweisen und daß die Oberfläche derart beschaffen ist, daß sie höchstens einen arithmetischen Mittenrauhwert von etwa 0,5 ,um (20 Mikrozoll-CLA) aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des zylindrischen Maschinenelements (30,3O¹) größer ist als 2,5 cm (l Zoll).

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde auf dem Maschinenelement (30, 30') eine Steigung von etwa 1,6 bis 7,9 Windungen/cm (4 bis 20 Windungen pro Zoll) aufweisen.

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7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ränder oder Kanten auf dem Maschinenelement (30,3O¹) mit Ausnehmungen versehen sind, die die Länge der erzeugten Fäden auf die Entfernung zwischen diesen Ausnehmungen begrenzen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömung der Umgebungsluft infolge der Rotation des Maschinenelements (30, 30') von dem schmelzflüssigen Material (10) an der Stelle abgeleitet wird, an der das Maschinenelement mit dem Material in Berührung gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Maschinenelement (30, 30') einen Durchmesser von etwa 15,2 bis 30,5 cm (6 bis 12 Zoll) aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenelement (30') an verschiedenen Stellen seiner Mantelfläche Gewindewindungen mit Steigungen in entgegengesetzten Richtungen besitzt, wobei die Rotation des Maschinenelements (30!) derart gerichtet wird, daß das schmelzflussige Material von dem mittleren Bereich der Mantelfläche des Maschinenelements wegfließt.

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