DE2442464A1

DE2442464A1 - Dichtung fuer den eintritt eines stangen-, draht- oder bandmaterials mit gleichmaessigem querschnitt in einen vakuumraum bzw. fuer den austritt aus demselben, sowie vorrichtung zur behandlung eines derartigen materials im vakuum unter verwendung einer solchen dichtung

Info

Publication number: DE2442464A1
Application number: DE19742442464
Authority: DE
Inventors: Herbert Hall; Joseph Brian Wareing
Original assignee: Electricity Council; BICC Wire Ltd
Current assignee: Electricity Council; BICC Wire Ltd
Priority date: 1973-09-06
Filing date: 1974-09-05
Publication date: 1975-03-20
Also published as: BE819577A; FR2243378A1; DE2442464C2; FR2243378B1; GB1432824A; JPS5847247B2; JPS5073859A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Wi-:ickmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

SaKo 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

THE ELECTRICITY COUNCIL, 30 Millbank, London, SW 1P 4ED /England JOHNSON+NEPHEW (NON-Ferrous) LIMITED, Forge Lane, Manchester,

M11 3EH England

Dichtung für den Eintritt eines Stangen-, Draht- oder Bandmaterials mit gleichmäßigem Querschnitt in einen Vakuumraum bzw. für den Austritt aus demselben, sowie Vorrichtung zur Behandlung eines derartigen Materials im Vakuum unter Verwendung einer solchen Dichtung

Die Erfindung betrifft Dichtungen, die es möglich machen, Längen eines Werkstoffes mit gleichmäßigem Querschnitt, beispielsweise eine Stange oder einen Draht, kontinuierlich durch eine Trennwand zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes vorzuschieben, sowie eine Vorrichtung, die solche Dichtungen verwendet.

Derartige Dichtungen werden z.B. in einer Vorrichtung benötigt, in der die Stange oder der Draht bearbeitet wird, beispielsweise mit Wärme behandelt oder mit einem Überzug versehen wird, und die Behandlung in einem Vakuum auf kontinuierlicher Basis durchgeführt werden soll. Die Erfindung will daher eine Dichtung schaffen, die es möglich macht, daß Stangen- oder Drahtmaterial kontinuierlich durch einen Vakuumeinschluß geführt wird, so daß ein kontinuierlicher Betrieb stattfinden kann.

Gemäß der Erfindung weist eine Dichtung für das Vorschieben von Stangen- oder Drahtmaterial mit gleichmäßigem Querschnitt durch eine Trennwand zwischen zwei unterschiedlichen Druckbereichen ein Paar von Formelementen auf, die in beabstandeten Formhaltern angebracht sind, sowie ein zwischen den Formhaltern dichtend befestigtes Rohr und einen herausnehmbaren Einsatz in dem Rohr, der mit seiner Außenseite in engem Paßsitz in dem Rohr aufgenommen ist,

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Me Größe der Formelemente ist derart, daß rund um das durch die Dichtung vorgeschobene Material ein Spielraum in der Größenordnung von 0,1 mm bis 0,2 mm vorhanden ist. Aufgrund dieser Anordnung hat die Dichtung zwei Formelemente, die so gestaltet sein können, daß sie mit dem Profil des in den Vakuumabschluß einzuführenden Materials konform sind; im typischen Fall können die Formelemente für ein kreisrundes Stangen- oder Drahtmaterial Drahtziehformen mit einem Übermaß von 0,12 mm für den Durchmesser sein. Der Einsatz oder die Einsätze in dem Rohr sind vorzugsweise Zylinder. Sie müssen aus einem Material sein, das für die speziellen Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, geeignet ist; das Material muß also die entsprechende Temperatur aushalten, wenn das Draht- oder Stangenmaterial erwärmt wird; das Material der Einsätze darf das durchlaufende Stangen- oder Drahtmaterial nicht abschleifen und muß eine angemessene Verschleißfestigkeit haben. Die Einsätze können aus einem Kunststoff, wie beispielsweise Nylon, bestehen, wenn das durchlaufende Stangen-oder Drahtmaterial auf einer entsprechend niedrigen Temperatur bleibt, beispielsweise zwischen O⁰C und 120⁰C. Sie können auch aus einem Keramikmaterial sein, beispielsweise aus ungebranntem oder halbgebranntem Pyrophyllit oder einem gebundenen Asbestmaterial, wie Syndanio, wenn sich das durch die Dichtung laufende Stangen- oder Drahtmaterial auf einer hohen Temperatur befindet. Der Einsatz wird mit einer Bohrung versehen, die das durch die Dichtung laufende Material eng umschließt, aber einen größeren Spielraum hat als die Formelemente; in einem typischen Fall für kreisrundes Stangen- oder Drahtmaterial kann der Durchmesser der Einsatzbohrung um 1 mm größer sein als der Stangen- oder Drahtdurchmesser. Dadurch, daß man einen solchen Einsatz sehr lang macht und in engem Paßsitz in dem äußeren Rohr anbringt, kann der Luftverlust durch das System sehr gering gehalten werden. Eine solche Dichtung wird in Verbindung mit einem kontinuierlich evakuierten Vakuumraum verwendet, wobei die Dichtung die Leckage in den Grenzen der Absaugleistung der Vakuumpumpe hält. Wie sich erwiesen hat, ist es durch die Verwendung zweier solcher Dichtungen hintereinander leicht möglich, den

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Durchtritt von Luft durch die Dichtungen so weit zu begrenzen, daß der Druck in der Vakuumkammer durch Pumpen ohne weiteres unter 1 Nm (0,1 kp . m~ ) gegenüber dem vollen Atmosphärendruck am Einlaß der Dichtungen gehalten werden kann. Durch Zufügen einer weiteren, gleichen Stufe in einer solchen Anordnung wäre es möglich, einai

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Unterdruck in der Größenordnung von 10 Nm~ (1O~ kp.m" ) zu erzielen.

Um eine ^ateriallänge durch eine Vakuumkammer zu führen, können gleiche Dichtungsanordnungen am Einlaß zu und am Auslaß von der Vakuumkammer verwendet werden. Zwei oder mehr Dichtungen können hintereinander verwendet werden, wobei zwischen den aufeinanderfolgenden Dichtungen Zwischenvakuumstufen möglich sind.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Vakuumbehandlung von Stangen-, Draht- oder Bandmaterial mit gleichmäßigem Querschnitt, die eine Vakuumkammer, zwei gefluchtete Dichtungssysteme, die jeweils wenigstens eine Dichtung der oben beschriebenen Art enthalten und am Einlaß der Kammer für das Stangen-, Draht- oder . Bandmaterial, bzw. am Auslaß der Kammer angeordnet sind, sowie eine Einrichtung zum Befördern des Materials durch die Kammer und die Dichtungssysteme aufweist.

Im Rahmen der beschriebenen Anordnung kann das durch die Dichtung bewegte Material jeden beliebigen Querschnitt haben; es ist lediglich notwendig, Formen zu haben', die konform mit" dem Profil des Materials gestaltet sind. Das Material kann beispielsweise Stangen-, Draht- oder Bandmetall sein, beispielsweise ein Band für üfransformatorwicklungen; Bandmaterial mit Querschnitten bis zu etwa 50 χ 10 mm kann durch eine Dichtung der oben beschriebenen Art geleitet werden. Vorzugsweise sind die Formhalter derart angeordnet, daß die Formelemente bequem ausgewechselt werden können, wenn sich die Form des durch die Dichtung laufenden Materials ändert. Der Einsatz in dem erwähnten Rohr kann gleichfalls bequem austauschbar sein. Um den Einsatz gut reinigen zu können, wird er zweckmäßiger-

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weise in der Form eines Zylinders ausgebildet, der auf seiner Länge in axialer Richtung gespalten ist. Der Einsatz muß genügend Abstand von dem durch die Dichtung laufenden Material haben, so daß er die Bewegung des Materials nicht behindert und das Material nicht abnützt oder abschleift, auch wenn das Material mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit durch das System bewegt wird. Die Formelemente sorgen nicht nur für eine starke Drosselung der Luftströmung durch das System, sondern dienen auch dazu, das durch die Dichtung bewegte Material in einer zentralen Lage in dem Einsatz oder den Einsätzen zu halten. Sie dämpfen außerdem etwaige Schwingungen, die beispielsweise durch die Einrichtung zum Fortbewegen des Materials durch die Dichtung verursacht werden können.

Die erwähnten Ibrmhalter sind zweckmäßigerweise mit Flanschen versehen, um sie an Flanschen des Rohres befestigen zu können. Einer der Formhalter kann noch einen weiteren Flansch zur Befestigung in einer Öffnung zur Vakuumkammer haben.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Skizze, die schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Behandlung eines runden oder sonstwie geformten Draht- oder Stangenmaterials mit gleichmäßigem Querschnitt im Vakuum veranschaulicht,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Dichtung zwischen Atmosphärendruck und Vakuum in der Vorrichtung der Fig. 1.

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung eines Draht-, Stangen- oder sonstigen Materials mit gleichmäßigem Querschnitt in einer Vakuumkammer dargestellt. Die Behandlung kann z.B. eine Wärmebehandlung unter Verwendung eines

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ElektronenStrahlbombardements oder das Aufdampfen eines Überzugs sein. In der Vakuumkammer können zwei oder mehr Behandlungsstufen durchgeführt werden, wozu die Vakuumkammer in einem solchen Fall unterteilt wird, so daß sie mehrere Abteile enthält, in denen verschiedene Atmosphären oder unterschiedliche Drücke unterhalten werden. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Behandlungskammer mit gefluchteten Einlaß- und Auslaßdichtungen 5 bzw. 6, durch die das zu behandelnde Material 7 von einem Drahtwickler 8 gezogen wird. Die Kammer 4 ist über eine Leitung 10 an eine Vakuumpumpe 9 angeschlossen. Wenn die Kammer 4 unterteilt ist, kann für jedes Abteil eine gesonderte Pumpe vorgesehen sein.

Einlaß- und Auslaßdichtung sind einander gleich. Fig. 2 veranschaulicht eine zweistufige Einlaßdichtung 5 mit dem Ende A, an dem der Draht eintritt und das zur Atmosphäre offen ist, und mit dem Ende C, das in eine Hochvakuumkammer führt, die die erwähnte Kammer 4 darstellt und an die Pumpe 9 angeschlossen ist. Zwischen den zwei Stufen der Dichtung gemäß Fig. 2 ist bei B eine kleine Vakuumkammer vorgesehen, die über ein Rohr 13 an eine Pumpe 14 angeschlossen ist.

Am Einlaßende A ist ein Formelement 20 in einem Formhalter 21 aufgenommen, der eine Öffnung 22 für den Eintritt des Drahtes am einen Ende und einen Flansch 23 am anderen Ende hat. Letzterer ist an einem dazu passenden Flansch 24 eines Rohres 25 befestigt, das im Ende des Formhalters 21 befestigt ist. Das Formelement 20 hat eine Querschnittsform, die mit dem Profil des Drahtes, der Stange oder des sonstigen durch die Vakuumkammer geleiteten Materials übereinstimmt. Es ist in seiner Konstruktion einer herkömmlichen Drahtziehform ähnlich, hat aber ein Übermaß von 0,1 bis 0,2 mm. In dem speziellen Beispiel für einen runden Draht beträgt das Übermaß am Durchmesser 0,12 mm. Das Formelement 20 ist im axialen Schnitt parabolisch, so daß es von seinem engsten Bereich einen glatten Übergang zu den beiden Seiten bietet. Das Rohr 25 enthält einen zylindrischen Einsatz 26 aus Nylon mit einer axialen Bohrung, die im Durchmesser 1 mm weiter ist als der Draht.

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Dieser zylindrische Einsatz 26 ist entlang seiner Länge gespalten, um seine Reinigung zu erleichtern. Er sitzt eng in dem Rohr 251 läßt sich aber herausnehmen.· Der Einsatz 26 reicht über die gesamte Länge des Rohres 25, das an seinem entfernten Ende in einen Halter 30 für ein zweites Formelement 31 hineinragt und darin befestigt ist. Dieser zweite Formhalter 30 hat einen Flansch 32, der mit dem Flansch 33 an dem Rohr 25 zusammenpaßt. Das Formelement 31 ist eine parabolische Form, gleich dem Formelement 20 und mit einem Übermaß von 0,12 mm zum Draht. Der Formhalter 30 ist an der Vakuumkammer 12 befestigt.

Die zweite Dichtung entspricht der ersten Dichtung und hat zwei Formelemente 40 und 41 in Formhaltern 42 bzw. 43 mit einem Rohr zwischen diesen Formhaltern, das einen gespaltenen zylindrischen Einsatz 45 enthält. Der zweite Formhalter ist an einem Einlaß 46 zu der Hochvakuumkammer 11 dichtend befestigt.

Alle Formelemente sind aus ihren Haltern herausnehmbar und austauschbar. Sie umschließen den Draht in enger Passung und lassen daher nur sehr wenig Luft durch die Dichtung treten. Die verhältnismäßig langen Einsätze, die in engem Paßsitz in ihren Rohren aufgenommen sind, sehen einen stark beschränkten Luftdurchlaß vor. Für einen Draht mit einem Durchmesser von 6 mm kann beispielsweise diese Dichtungsanordnung mit zwei Dichtungen etwa 1 m lang sein. Bei dieser speziellen Anordnung ist die Kammer 12 zwischen den beiden

—? —P Dichtungsstufen auf einen Druck von rund 500 Nm~ (50 kp.m" ) durch kontinuierliches Absaugen mit einer Pumpe ausgepumpt. Die

—2 —2 Hochvakuumkammer 11 wird auf einem Druck unter 1 Nm (0,1 kp.m ) gehalten. Die Zwischenkammer 12 hat vorzugsweise eine nicht gezeigte konische Drahtführung, um das Einfädeln des Drahtes durch das System zu Beginn des Betriebs zu erleichtern.

Wenn der Draht eine erhöhte Temperatur hat, können die Formhalter und die Rohre wassergekühlt sein.

Zu beachten ist, daß diese Konstruktion für Draht jedes Quer-

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Schnitts verwendbar ist, beispielsweise runden, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt; die Formelemente und Einsätze sind dann der allgemeinen Form des Drahtquerschnitts anzupassen. Für rechteckige Profile, wie sie Metallbänder zum Wickeln von Transformatorkernen haben, können als Formelemente verstellbare Formen verwendet werden. Die Einsätze 26,4-5 haben einen genügenden Spielraum am Draht, so daß sie die Bewegung des Drahtes nicht behindern und ihn auch nicht abschleifen oder hemmen; auch wenn der Draht mit einer ziemlich hohen Geschwindigkeit durch das System gezogen wird. Die Formelemente 20, 31» 4-0, 4-1 sehen nicht nur eine starke Drosselung der Luftströmung in die Vakuumkammer 10 vor, sondern dienen auch dazu, den Draht in einer Mittellage in dem Einsatz oder den Einsätzen zu halten. Sie dämpfen außerdem Vibrationen, wie sie durch den Drahtwickler 8 verursacht werden können.

Die Formelemente, etwa die Elemente 20,31 in einer Dichtung können aus Wolframkarbid und in wassergekühlten Haltern aus Messing montiert sein. Wo Wasserdampf vorhanden ist, z.B. in der Auslaßdichtung für einen Kupferdraht-Ausglühofen, können Diamantformen verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Dichtung für das Vorschieben eines Stangen- oder Drahtmaterials mit gleichmäßigem Querschnitt durch eine Trennwand zwischen Bereichen unterschiedlichen Druckes, gekennzeichnet durch zwei Formelemente (20), die in beabstandeten Formhaltern

(21) angebracht sind, ein zwischen den Formhaltern dichtend befestigtes Rohr (25) und einen herausnehmbaren Einsatz (26) in dem Rohr (25) ■> der mit seiner Außenfläche in enger Passung in dem Rohr (25) aufgenommen ist.

2. Dichtung nach Anspruch 1 , dadurch gek ennzei chn e t, daß die Formelemente (20) in einem Axialschnitt sanft gekrümmt sind, so daß sie einen konvergenten Einlaßteil haben, der zu der engsten Stelle führt, und einen divergenten Auslaßteil.

5. Dichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente (20) im Axialschnitt eine parabolische Form haben.

4. Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Verwendung mit einer Stange oder einem Draht mit Kreisprofil, dadurch gekennzeichnet , daß die Formelemente(20) einen kreisförmigen Querschnitt haben.

5· Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3* zur Verwendung mit einem Material mit Rechteckprofil, dadurch gekennzeichnet, daß die Formelemente einen rechteckigen Querschnitt haben und in ihrer Breite und/oder Höhe verstellbar sind, um die Größe der öffnung einstellen zu können-

6. Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g ekennzeichnet , daß der bzw. jeder Einsatz (26) ein Zylinder ist.

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7. Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß der herausnehmbare Einsatz ein Zylinder ist, der längs seiner Achse in zwei Teile geteilt ist.

8. Dichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Formhalter mit Flanschen (28) versehen sind, mit denen sie an Flanschen' (24) des Rohres (25) befestigbar sind.

9· Vorrichtung zur Behandlung von Stangen-, Draht- oder Bandmaterial mit gleichmäßigem Querschnitt im Vakuum, gekennzeichnet durch eine Vakuumkammer (4), zwei gefluchtete Dichtungssysteme, von denen jedes wenigstens eine Dichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, und die am Eintritt in die bzw. am Austritt aus der Kammer für das Stangen-,Draht- oder Bandmaterial angeordnet sind, und durch eine Einrichtung, um das Material durch die Kammer und die Dichtungssysteme vorzuschieben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 für die Behandlung von Stangen-, Draht- oder Bandmaterial mit vorgegebenem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet , daß die Formelemente (20,40,31,41) solche Abmessungen haben, daß sich ein Spielraum zwischen 0,1 und 0,2 mm rund um das Stangen-, Draht- oder Bandmaterial ergibt.

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