DE2345410B2 - Verfahren und vorrichtung zum kontinuierlichen giessen von faeden - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Fäden mit einem Durchmesser kleiner als 1500 μΐη aus einer Schmelze aus Metall oder einer solchen Metallegierung oder organi-

sehen Verbindung, deren Eigenschaften im Bereich ihrer Schmelzpunkte denen einer Metallschmelze entspre chen, unter Verwendung eines in dem Bereich des Badspiegels der Schmelze eintauchenden, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von größer als 0,9 m pro

Sekunde rotierenden Körpers.

Die Erfindung stellt eine Verbesserung und Weiterbil dung des Verfahrens zur Herstellung fadenförmigen Materials nach der DT-OS 22 25 684 dar. Danach geschieht die Herstellung der Fäden durch Rotation

eines scheibenförmigen, wärmeableitenden Körpers im Bereich der Oberfläche eines in einem Becken befindlichen schmelzflüssigen Materials. An der in das schmelzflüssige Material eintauchenden Oberfläche der Scheibe erfolgt eine Verfestigung von schmelzflüssigem

Material zu einem fadenförmigen Produkt sowie dessen spontane Ablösung nach der Fadenbildung. Nach diesem Stand der Technik wird außerdem in Erwägung gezogen, mehrere Vorsprünge der Scheibe mit der Oberfläche der Schmelze in Berührung zu bringen, um eine Vielzahl von Fäden auszubilden.

Bei dem bekannten Verfahren kann es zu Störungen des Produktionsbetriebes infolge der auf der Schmelzenoberfläche befindlichen Verunreinigungen kommen. die die Fadenherstellung beeinträchtigen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein von Oberflächenverunreinigungen der Schmelze weitgehend unbeeinflußter Produktionsablauf beim Gießen von Fäden erhalten wird.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Ort des Eintauchens des rotierenden Körpers standig geändert wird.

Infolge dieser ständigen Änderung des Ortes des Eintauchens des rotierenden Körpers wird die bei einem konstanten Eintauchort beobachtete Ausbildung einer Strömung an der Schmelzenoberfläche weitgehend unterdrückt, mit der Oberflächenverunreinigungen, z. B. Schlacken, bevorzugt zum Ort des Eintauchens des rotierenden Körpers in die Schmelze gezogen wurden; es wird vielmehr ein Abkehren oder eine Ableit- und Reinigungswirkung an der Schmelzenoberfläche bewirkt, wodurch die unerwünschten Oberflächenverunreinigungen aus dem Bereich der Fadenbildung und Fadenaustragung entfernt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es insbesondere möglich, Fäden mit einem effektiven Durchmesser von 15 bis 400 μΐη direkt aus der Schmelze in wirtschaftlich brauchbaren Mengen herzustellen. Ein derartiges Erzeugnis war bisher ohne Verwendung von aufwendigen Nachbearbeitungsvorgängen zur Verringerung der Abmessungen nicht erhältlich.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich sowohl Metalle als auch solche Nichtmetalle in fadenförmige Gebilde umwandeln, die sich nahe ihrem

Schmelzpunkt metallähnlich verhalten. Es sei darauf hingewiesen, daß die nach dem erfindur.gsgemäßen Verfahren hergestellten Fäden insbesondere als Verstiirkungsfasern in Verbundmaterialien verwendet wer-

den können. Die Erfindung macht die Verwendung von solchen Materialien als Fasern möglich, die bisher wirtschaftiich nicht in Fasern umgeformt werden konntea

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, daß der eintauchende Teil des rotierenden Körpers parallel zum Badspiegel der Schmelze eine Relativbewegung ausführt Auf diese Weise kann unter vergleichsweise geringem mechanischem Aufwand der Eintauchort des rotierenden Körpers geändert werden.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der rotierende Körper mit Gewindewindungen versehen ist.

Eine derartige Ausbildung des rotierenden Körpers ij erbringt den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung während des eigentlichen Produktionsvorganges ortsfest bezüglich der Schuelze angeordnet werden kann; durch den Umlauf des Körpers verändert lieh der Ort des Eintauchens der Gewindewindungen in der erfindungsgemäßen Weise hingegen ständig.

Mit der Erfindung können Fäden hergestellt werden, die nicht langer sind als die Gesamtlänge eines Cewindeganges, der sich von einem Ende des rotierenden Körpers bis zum gegenüberliegenden Ende erstreckt. Bei der Herstellung von Fäden relativ sehr kleinen Durchmessers (kleiner als 100 μίτι) ist die Fadenlänge kleiner als die gesamte Gewindeganglänge; es wurde festgestellt, daß sich die Länge ein^s Fadens zwischen etwa 1 cm und 30 cm ohne besondere Maßnahmen zur Einstellung der Fadenlänge ergibt.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung sowie anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 im Querschnitt und in perspektivischer Darstellung den wärmeableitenden Körper nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung an der Berührungsstelle mit dem Badspiegel der Schmelze und

F i g. 2 in Vorderansicht einen wärmeableitenden Körper nach einem weiterer. Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Steigung der schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprünge nach zwei Richtungen verläuft.

Gemäß Fig. 1 rotiert ein zylindrisches, wärmeableitendes Maschinenelement oder ein Körper 30. wobei er die Oberfläche 15 eines schmelzflüssigen, in einem Tiegel befindlichen Materials 10 berührt. Die Drehachse des Maschinenelements 30 verläuft parallel zu der Ruhe- bzw. Gleichgewichtsfläche 15 des schmelzflüssigen Materials 10 oder Bades. Das Maschinenelement 30 ist bei dieser Ausführungsart durch das Vorhandensein von vielen Vorsprüngen auf seiner Oberfläche in Form von Windungen oder Gewindegängen 31 eines Außengewindes gekennzeichnet. Die Windungen 31 sind keine konzentrischen Ringe, sondern sie weisen schrauben-, schnecken- oder spiralförmige Steigung auf.

Dies ermöglicht zum einen die Herstellung von dünnen Fäden in großen Mengen. Zum anderen führt aber die Steigung der Windungen zu einer Bewegung des Ortes der Fadenbildung bzw. der des Eintauchens des Körpers 30 quer über die Oberfläche des schmelzflüssigen Materials. Dadurch wird die Auswirkung von Temperaturunterschieden in der Schmelze auf die Größe des fertigen Fadens auf ein Minimum reduziert, weil kein Vorsprung oder keine Windung f>5 kontinuierlich Fäden von einer bestimmten Stelle der Schmelzenoberfläche ausbildet. Weiterhin bewirkt die Steigung der Vorsprünge ein Abkehren oder Austragen von Verunreinigungen quer über die Schmelzenoberfläche so daß die Gewindegänge 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 beseitigt werden sollten, liegt dort, wo die Drehrichtung und die Steigungsrichtung einen Materialfluß von der Seite zu der Mitte des Maschinenteils 30 herbeiführen. In F i g. 1 ist dies der mit 12 bezeichnete Bereich, unter der Voraussetzung, daß der Körper 30 in Richtung des Pfeiles rotiert und ein Rechtsgewinde aufweist. Schrauben-, schnecken- oder spiralförmige Gewinde aufwei sende Körper 30 sind relativ preiswert herzustellen. Mit ihnen können große Mengen von Fäden hergestellt werden. Solche Körper können auch preisgünstig überholt und nachbearbeitet werden.

Die Größe der Gewindesteigung scheint im Rahmen üblicher Werte für die Ausführbarkeit des Verfahrens nicht kritisch zu sein. Der Ertrag an Fäden steigt mit der Anzahl an Gewindewindungen pro Längeneinheit: wenn die Windungen 31 über ein gewisses Maß 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 Rotation herbeigeführte Seitenkraft sowohl die Bildung von Fäden stört als auch Turbulenzen an der Schmelzenoberfläche hervorruft. Hochwertige Fäden entstehen, wenn die Steigung etwa zwischen 1.6 und 8.2 Gewindegänge pro cm (4 bis 20 Windungen pro Zoll) liegt. Wenn von großer Steigung die Rede ist. sind wenige Windungen pro cm und bei geringer Steigung viele Windungen pro cm gemeint.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dann ausführbar, wenn die Vorsprünge 31 eine Eintauchtiefe unter die Oberfläche 15 der Schmelze aufweisen, die geringer als die Tiefe der schraubenförmigen Gewindegänge ist.

Beim Betrieb des Körpers 30 mit einer linearen Umfangsgeschwindigkeit von über 9 m/sec ergibt der mittlere Bereich 13 des Körpers eine höhere Produktionsrate an Fäden als die Seitenbereiche dieses Elementes.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsart der Erfindung beträgt die Breite des rotierenden Maschinenelementes 30 über etwa 2,5 cm.

Die Drehung des Elementes 30 mit hoher Geschwindigkeit führt zu einem Luftfluß parallel zu der Rotationsrichtung in der Nähe der Windungen 31. Dieser Luftfluß kann Störungen auf der Oberfläche des schmelzflüssigen Materials erzeugen, die zusammen mit der normalen Eintauchtiefe der Windungen 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 Windungen 31 bei der Rotation in Berührung mit der Schmelzenoberfläche gelangen, werden diese Schwierigkeit, wenn sie auftritt, verringern.

Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Durchmesser des Körpers 30 etwa 15 bis 30 cm.

Mit der Erfindung werden grundsätzlich diskontinuierliche Fäden hergestellt. Theoretisch könnte der herstellbare längste Faden eine Länge gleich der

Gesamtlänge des Gewindeganges 31 auf dem Maschinenelement 30 erreichen. Ein solcher Faden könnte im Normalfall mit verhältnismäßig geringen Umfangsgeschwindigkeiten des Körpers 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, fallen im allgemeinen Fäden in Längen zwischen etwa 1 cm und 30 cm an.

Wenn es erwünscht 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.

Das Profil der Windungen ist am einfachsten dreieckig, weil sich mit herkömmlichen maschinellen Verfahren eine solche Form leicht ausbilden läßt.

Es hat sich herausgestellt, daß die Geschwindigkeit, mit der das Maschinenelement rotiert 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 oder Windungen erforderlich. Ferner wurde gefunden, daß zur Herstellung von fadenförmigem Material mit einem effektiven Durchmesser von weniger als 100 μιη die lineare Umfangsgeschwindigkeit der Vorsprünge an der Schmelzenoberfläche größer als 9 m/sec sein muß.

Der maximale Durchmesser der nach der Erfindung hergestellten Fäden wird bei niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten erzeugt, wobei die obere Grenze praktisch bei einem Faden mit einem effektiven Durchmesser von 1500μπι liegt Mit effektivem Durchmesser ist gemeint, daß die im Querschnitt nicht kreisförmigen Fäden eine solche Querschnittsfläche besitzen, die der eines Drahtes mit kreisförmigem 4" Querschnitt des genannten Durchmessers unabhänig von der Breite und der Dicke des nicht kreisförmigen Fadens entspricht.

F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der das wärmeableitende Maschinenelement oder ein solcher Körper 30' auf der Mantelfläche getrennte Segmente 16 und 17 mit links- und rechtsgängigen Gewindegängen, Vorsprüngen oder Gewindewindungen 31 versehen ist Wenn ein solches Element 30' in die gleiche Lage relativ zu der Schmelze wie das Maschinenelement 30 gemäß F i g. 1 gebracht wird, wobei die Segmente 16 und 17 mit der Oberfläche 15 der Schmelze 10 in Kontakt kommen, und wenn es in gleicher Richtung wie das Element 30 in Rotation versetzt wird, dann überstreicht 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 30'. Dies verhindert den Transport von an einer Seite befindlichen Oberflächen-Verunreinigungen über den gesamten Bereich der Fadenbildung im Gegensatz zu dem Maschinenelement 30 nach Fig. 1, das nur eine Steigungsrichtung besitzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde zur Herstellung von fadenförmigen Materialien aus Zinn, Aluminium und Gußeisen eingesetzt. Die folgenden Beispiele geben genaue Parameter wieder.

Beispiel 1

Ein wärmeableitender Zylinder aus Aluminium mit einer Breite von 5,08 cm, einem Durchmesser von 17,8 cm und mit 7 Gewindewindungen pro cm auf der Mantelfläche wurde mit einer Geschwindigkeit von 2000UpM (18,6 m/sec) angetrieben. Der Zylinder wurde mit der Oberfläche von schmelzflüssigem, in einem Tiegel befindlichen Zinn mit einer Temperatur von 260" C in Berührung gebracht. Die Vorsprünge auf dem Zylinder standen in einem punktförmigen Kontakt mit der Schmelzoberfläche; die erzeugten Zinnfäden besaßen einen effektiven Durchmesser von 30 bis 100 μίτι, ihre Längen schwankten zwischen etwa 1,2 cm und 30 cm.

Beispiel 2

Es wurde nach Beispiel 1 vorgegangen, um die Auswirkung der Rotationsgeschwindigkeit bei Konstanthaltung aller anderen Parameter zu bestimmen. Bei einer Rotationsgeschwindigkeit von weniger als 500 Umdrehungen pro Minute (etwa 4,5 m/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. einem Durchmesser von 20,3 cm und mit 7 dreieckig profilierten Gewindewindungen pro cm wurde mit einer Geschwindigkeit von 1000 UpM (etwa 10,7 m/sec) mit der Oberfläche von in einem Tiegel befindlichen Gußeisen in Berührung gebracht, dessen Temperatur bei 1370 bis 1430° C lag- Wiederum wurde eine minimale Eintauchtiefe der Vorsprünge unter die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls (bezogen auf die ruhende Oberfläche) eingestellt Die hergestellten Eisenfäden besaßen effektive Durchmesser zwischen 75 und 150 μιη.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Fäden mit einem Durchmesser kleiner als 1500 um aus einer Schmelze aus Metall oder einer solchen Metallegierung oder anorganischen Verbindung deren Eigenschaften im Bereich ihrer Schmelzpunkte denen einer Metallschmelze entsprechen, unter Verwendung eines in den Bereich des Badspiegels der Schmelze eintauchenden, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von größer als 0,9 m pro Sekunde rotierenden Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß der Ort des Eintauchens des rotierenden Körpers ständig geändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der eintauchende Teil des rotierenden Körpers parallel zum Badspiegel der Schmelze eine Relativbewegung ausführt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (30, 30') mit teilweise in das schmelzflüssige Material eintauchenden Gewindewindungen (31) versehen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewindungen (31) dreieckigen Querschnitt haben und schrauben-, schnecken- oder spiralförmig ausgebildet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ränder oder Kanten des Körpers (30, 30') im wesentlichen aus Metall bestehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewindungen (31) auf dem Körper (30, 30') eine Steigung von etwa 1,6 bis 7,9 Windungen/ cm aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewindungen auf dem Körper (30, 30') eine Steigung von ungefähr 7 Windungen/cm aufweisen und daß die Oberfläche derart beschaffen ist. daß sie höchstens einen arithmetischen Mittenrauhwert von etwa 0,5 μΐπ aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Körpers (30,30') größer ist als 2,5 cm.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Körpers (30,30') 15 bis 30,5 cm ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindewindungen (31) des Körpers (30, 30') mit Ausnehmungen verseilen sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (30, 30') an verschiedenen Stellen seiner Mantelfläche mit Gewindewindungen entgegengesetzt gerichteter Steigungen derart versehen ist, daß bei seiner Rotation das schmelzflüssige Material von dem mittleren Bereich des Maschinenelement wegtreibbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung zur Ableitung der infolge der Rotation des Körpers (30, 30') in Strömung versetzt 211 Umgebungsluft vom Berührungsbereich des Körpers (30, 30') mit dem schmelzflüssigen Material versehen ist.

13. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1

oder 2 auf das kontinuierliche Gießen von Fäden aus Zinn, Aluminium oder Eisen.