DE2345410C3 - - Google Patents
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Description
den können. Die Erfindung macht die Verwendung von solchen Materialien als Fasern möglich, die bisher
wirtschaftlich nicht in Fasern umgeformt werden konnten.
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 erbringt den Vorteil, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung während des eigentlichen Produktionsvorganges ortsfest bezüglich der Schmelze angeordnet
werden kann; durch den Umlauf des Körpers verändert sich 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
Gewindeganges, 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 μπι) ist die
Fadenlänge kleiner als die gesamte Gewindeganglänge; es wurde festgestellt, daß sich die Länge eines 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 wärmeabieitenden Körper nach einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung an der Berührungsstelle mit dem Badspiegei der Schmelze und
Fig.2 in Vorderansicht einen wärmeableitenden Körper nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der
Erfindung, bei der die Steigung der schrauben-, schnecken- oder spiralförmigen Vorsprünge nach zwei
Richtungen verläuft.
Gemäß F i g. 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 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 Sieigungsrichtung 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 aufweisende
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 Gewindegäige 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 μΐη 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 1500 μηι liegt. Mit effektivem Durchmesser ist gemeint, daß die im Querschnitt nicht
kreisförmigen Fäden eine solche Querschnittsflsche besitzen, die der eines Drahtes mit kreisförmigem
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.
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
2000 UpM (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 μπι, ihre Längen schwankten zwischen etwa 1,2 cm
und 30 cm.
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.
Ein Kupferzylinder mit einer Breite von 2,54 cm, einem Durchmesser von 203 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 wu-de eine
minimale Eintauchtiefe der Vorsprünge unter die Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls (bezogen aul
die ruhende Oberfläche) eingestellt Die hergestellter Eisenfäden besaßen effektive Durchmesser zwischen 7i
υηά150μτή.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (13)
1. Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Fäden mit einem Durchmesser kleiner als 1500 μΐη
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 ausfuhrt
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 μηι
aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Körpers (30,30')
größer ist als 23 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 versehen sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (30, 30') an
verschiedenen Stellen seinor Mantelfläche mit Gewindewindungen entgegengesetzt gerichteter
Steigungen derart versehen ist, daß bei seiner Rotation das schmelzflüssige Material von dem
mittleren Bereich des Maschinenelements wegtreibbar ist
12. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß sie mit einer Einrichtung zur Ableitung der infolge der Flotation des Körpers (30,
30') in Strömung versetzten Umgebungsluft vom Berührungsbereich des Körpers (30, 30') mit dem
schmelzflüssigen Material versehen ist.
13. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Gießen von Fäden mit einem Durchmesser
kleiner als 1500 μπι aus einer Schmelze aus
Metall oder einer solchen Metallegierung oder organischen Verbindung, deren Eigenschaften im Bereich ihrer
Schmelzpunkte denen einer Metallschmelze entsprechen, unter Verwendung eines in dem Bereich des
Badspiegels der Schmelze eintauchenden, mit einer Umfangsgeschwindigkeit von größer als 03 m pro
Sekunde rotierenden Körpers.
Die Erfindung stellt eine Verbesserung und Weiterbildung 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 de; 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 Oberflächenverunremigungen 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 ständig 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 erfinduiiigsgemäßen Verfahren ist es
insbesondere möglich, Fäden mit einem effektiven Durchmesser von 15 bis 400 μπι 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 erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Fäden insbesondere als Verstärkungsfasern
in Verbundmaterialien verwendet wer-
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