DE2511524B2

DE2511524B2 - Vorrichtung zur kontinuierlichen, direkten widerstandserhitzung eines gezogenen metalldrahtes

Info

Publication number: DE2511524B2
Application number: DE19752511524
Authority: DE
Inventors: Francois C Rambouillet Yvelines; Reinmann Jean-Pierre Courbevoie Hauts-de-Seine; Mouton Jean-Francois Fresnes Val-de-Marne; Billard Jean-Pierre Villeneuve-la-Guyard Yonne; Baillieu (Frankreich)
Original assignee: Office Technique des Trefiles S.A., Chelles, Seine et Marne (Frankreich)
Priority date: 1974-03-18
Filing date: 1975-03-15
Publication date: 1976-11-11
Also published as: GB1495575A; FR2265242B1; FR2265242A1; IT1034299B; DE2511524A1

Description

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator (HF) eine fallende Strom-Spannungscharakteristik und hohe Leerlaufspannung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine eine Stoßionisation erzeugende, über einen Kontakt (22') oder ein Relais (22) schaltbare Hilfsvorrichtung als Starter vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochfrequenzgenerator (HF) mit einer zweiten, der Gleichstromquelle (U\) parallel geschalteten weiteren Gleichstromquelle (Ui) gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung aus einer eine Vorionisation erzeugenden Hochfrequenzstromquelle (HF)und einer Zündspule (21) besteht.

9. Vorrichtung nach einem der Anspiüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Haupt elektroden Lichtbogenbrenner (7, 7', 38, 38', 8) verwendet werden.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenbrenner (38,38', 8) als Plasmaübertragungsbrenner ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 5 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogenbrenner (7, 7') als Plasmablasbrenner ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung r.ur kontinuierlichen, direkten Widerstandserhitzung eines gezogenen Metalldrahtes, bei der die Übertragung des Ä&tgdflde^Ptaerfolet bekannten solchen Verfahren wird zum Weihen, Anlassen oddgL von Metalldrähten

durch den Draht ein Heizstrom in Form von Gleich- oder Wechselstrom mit Hilfe von zwei KontaktroUen rcführt Für viele Metalle entstehen durch oberfläche ehe Oxydschichten Kontaktschwiengkeiten, so daß insbesondere bei den angestrebten hohen Durchiaufge-

_|0 schwindigkeiten, insbesondere bei Verwendung von Wechselstrom als Heizstrom, Inhomogenitäten beim Glühen auftreten. Aus diesem Grund hat man nach Verfahren zur kontaküosen Stromübertragung auf den Draht gesucht. Eine kapazitive oder induktive Ubertra-

gung bedingt sehr hohe Frequnezen mit schlechtem

Wi rkun ßsßräd-

In der FR-PS 13 20 298 wird die Verwendung der elektrischen Leitfähigkeit eines Gases im Plasmazustand vorgeschlagen, um eine Stromübertragung zwisehen dem Draht und den Polen der mit den Elektroden des Plasmabrenners verbundenen Stromquelle zu erreichen Aber dieses Verfahren hat den Nachteil, daß eine Stromabnehmerrolle erforderlich ist. wodurch eine Regelung des Heizstroms sehr erschwert wird und ieicht _2S Störungen auftreten, so daß dort beschriebene Verfah ren im praktischen Betrieb nicht einsetzbar ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, durch die bei geringem, etwa nur dem erforderlichen Heizstrom ,o entsprechenden Energieaufwand ein stabiler Heizstromdurchgang und damit eine homogene störungsfreie Wärmebehandlung, auch besonders dünnen Drahtes möglich ist, wobei nur geringe Schutzgasmengen erforderlich sein sollen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung eine geschlossene Kammer vor, durch die der Draht hindurchgeführt wird und in der zwei an eine gemeinsame Gleichstromquelle angeschlossene Hauptelektroden angeordnet sind, welche jeweils an verschie-„o dene Pole der Gleichstromquelle angeschlossen sind.

Die Wärmebehandlung des Drahtes erfolgt besonders schonend, wenn die Haupteiektroden in besonderen Gehäuse der abgeschlossenen Kammer angeordnet sind, so daß nur eine örtlich begrenzte Einwirkung auf .c den Draht möglich ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Kammer besteht darin, daß diese als vertikal aufgerichtetes Rohr ausgebildet ist, in dem die Elektroden am Ein- und Ausgangsende des Rohres so angeordnet sind, eine Gaszuführung zur Zuführung des ionisierbaren neutralen Schutzgases vorgesehen ist und eine kalibrierte Eingangsöffnung für den Draht und eine unten liegende in einem Behälter für Kühlflüssigkeit mündende öffnung für den Draht vorgesehen ist. Der «5 Durchmesser der kalibrierten Eingangsöffnung entspricht dabei nahezu dem Drahtdurchimesser, um so möglichst wenig Schutzgas austreten zu lassen. Insbesondere durch die Eintrittsgeschwindigkeit des eintretenden Drahtes wird das Austreten des Schutzgases weitgehend unterbunden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, anhand der Zeichnungen sowie aus weiteren Unteransprüchen. Es zeigt:

F i g. 1 die schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und die
Fig.2-4 verschiedene Schaltungsanordnungen von

Hilfsvorrichtungen zum Zünden des erforderlichen Lichtbogens.

Mit der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung können Drähte 1 aus Metall, beispielsweise aus Kupfer, mit einem Durchmesser von 0,2 bis 1 mm einer Wärmebe-Handlung unterzogen werden. Eine solche Wärmebehandlung ist insbesondere bei mittels Ziehdüsen gezogenen Metalldrähten zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften erdorderlich. Der aus einer nicht dargesttüten Ziehdüse kommende Draht wird über zwei Rollen 2 und 3, die gegeneinander elektrisch isoliert sind, geführt und zwischen denen zur Wärmebehandlung der bekanrte jouUe-Effekt durchgeführt wird. Dazu wird der Draht 1 durch einen abgeschlossenen rohrartigen, vertikal gerichtete Kammer 4 geführt, der beispielsweise durch eine Hartglaskonstruktion gebildet wird. Die abgeschlossene Kammer 4 ist mit einem bezüglich des Drahtmaterials neutralen Gas gefüllt, das leicht ionisierbar ist, beispielsweise mit Argon. Dieses Gas kann über eine Gaszuführung 9 zugeführt und der im Betrieb laufende Verlust durch weitere Gaszuführung ersetzt werden, !n den Endbereichen der abgeschlossenen Kammer 4 sind zwei Gehäuse 5 und 6 angeordnet (Fig. 1). Sie bestehen aus Kupfer und sind durch nicht dargestellte Wasserzuführungen gekühlt. Das Gehäuse 5 bildet gleichzeitig das obere Ende der Kammer 4, es enthält eine Hauptelektrode 7 als Kathode aus Wolfram, die selbst ebenfalls durch Wasser gekühlt ist. Diese Elektrode 7 ist mit einem Pol ei..er Gleichstromquelle U\ verbunden und ihre Spitze endet etwa 5-6 mm vom über die Rollen 2 und 3 zugeführten Draht 1.

Eine massive Hauptelektrode 8, die ebenfalls wassergekühlt ist, ist als Anode im Gehäuse 6 angeordnet, wobei ihr Spitzenabstand vom Draht 1 ebenfalls 5-6 mm beträgt. Die Kathode 7 und die Anode 8 werden im folgenden kurz auch als Hauptelektroden bezeichnet. Der Abstand der Hauptelektroden 7 und 8 voneinander beträgt etwa einen Meter, während die Gesamtlänge der Kammer 4 etwa 1,50 m beträgt.

Die Gleichstromquelle Ui ist beispielsweise bei der Wärmebehandlung eines Kupferdrahts von 0,6 mm Durchmesser bei einer Durchlaufgeschwindigkeit von 50 m/sec als Gleichstromgenerator mit 60 bis 100 V Spannung bei 500 A Stromabgabe ausgelegt. Die Stromspannungscharakteristik ist dabei fallend ausgebildet, so daß eine Leerlaufspannung von etwa 600 V vorhanden ist. Als weitere Variante kann zur Gleichstromquelle U\ eine weitere Gleichstromquelle U2 parallel geschaltet werden, die bei 600 V etwa 2 A abgibt. Bei beiden Ausführungsformen ergibt sich etwa die gleiche Wirkungsweise.

Durch die Verwendung einer Gleichstromquelle mit fallender Charakteristik mit einer Leerlaufspannung von 600 V entstehen zwischen den Hauptelektroden 7 und 8 unter Zwischenschaltung des Drahtes 1 zwei Funken zur Ionisation des Schutzgases und zur Zündung der Lichtbogen, damit der Aufheizstrom durch den Draht 1 fließen kann. Durch die abfallende Charakteristik kann sich dann bei etwa einer Minimalspannung von 15 V ein zur Aufheizung des Drahtes 1 ausreichender Dauerstrom einstellen, der sich selbst halten kann.

Besonders vorteilhaft ist die Parallelschaltung einer Hochfrequenzstromquelle HF zur Gleichstromquelle Uu beispielsweise von 1800 V bei 1200 Hz, wie sie beispielsweise beim Lichtbogenschweißen verwendet wird. Durch diese Hochfrequenzstromquelle WF werden ununterbrochen zwei Ionisationszcnen zwischen dem Draht 1 und den Hauptelektroden 7 und 8 erzeugt, so daß die Lichtbogenzündung durch die Gleichstromquelle Ui oder die Gleichstromquelle U₁ mit fallender Charakteristik möglich ist Durch die Hochfrequenzquelle HF wird der Lichtbogen zwischen dem Draht 1 und den Hauptelektroden 7 und 8 durch die permanente Ionisation des Schutzgases wesentlich stabilisiert so daß ein störungsfreier Betrieb möglich ist

Obwohl durch die beschriebene einfache Anordnung die Heizstromübertragung auf den Draht 1, die Ionisation des Gases in der Kammer 4 durch elektrische Felder und die Zündung des Lichtbogens in einfacher Weise möglich ist kann es für verschiedene Anwendungsfälle zweckmäßig sein, andere Hilfsvorrichtungen zum Zünden des Lichtbogens vorzusehen, wie dies in den Fig.2 bis 4 unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen beschrieben ist

Beim in Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Einleitung der Zündung des Lichtbogens durch zwei überspringende Funken zwischen der Kathode 7 und dem Draht 1 und dem Draht 1 und der Anode 8. Zur Zündung wird nach der Vorionisation durch die Hochfrequenzstromquelle HF die Zündung durch eine Zündspule 21 aufrecht erhalten, die durch ein Relais 26 vom öffentlichen Stromnetz speisbar ist. Dabei kann der Mittelanschluß der Zündspule 21 vorübergehend mit dem Draht 1, beispielsweise über die Rolle 2, über einen weiteren Kontakt des Relais 26 verbunden werden. Während des Zündvorgangs schützt, man die Stromquelle U\ gegenüber dem Netz durch ein Filter 25, das über zwei Kontakte 23 unter öffnung von zwei Kontakten 24 kurzzeitig in den Schaltkreis zwischengeschaltet werden kann. Bei dieser Vorrichtung wird allerdings ein Kontakt zum Draht 1 benötigt, was aber nicht nachteilig ist, da man beim Anfahren die Vorrichtung nur mit geringer Drahtdurchlaufgeschwindigkeit betreibt.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß F i g. 3 wird die Zündung durch einen als Plasmaübertragungsbrenner ausgebildeten Lichtbogenbrenner gebildet, der aus einer Kathode 38 mit Blasdüse 38' und einer Anode 8 besteht, die beispielsweise einander gegenüberliegen angeordnet sind und zwischen denen der Lichtbogen erzeugt wird. Der Brenner wird durch eine außenliegende Stromquelle mit Strom versorgt, beispielsweise durch einen Kondensator C, der durch eine Stromquelle 5 aufgeladen wird. Durch Schließen des Kontakts 22' wird der Brenner mit Strom versorgt. Es entsteht dabei zwischen der Kathode 38 und der Anode 8 ein kurzer starker Lichtbogen, der ausreicht, den Hauptlichtbogen zu zünden. Der Bereich zwischen der Hauptelektrode 7 als Kathode und dem Draht 1 wird dabei durch die Hochfrequenzstromquelle HF ionisiert und damit ebenfalls stromleitend gemacht.

Bei einer weiteren Ausführungsform gemäß Fig.4 erfolgt die Zündung über zwei Plasma-Blasbrenner. Dieser Brenner besteht aus einer Kathode 38, um die konzentrisch eine Blasdüse 38' angeordnet ist und durch die beim Starten die erforderliche Anode gebildet wird. Durch den sich zwischen der Kathode 38 und der Blasdüse 38' bildenden Lichtbogen wird das Gas ionisiert und gleichzeitig weggeblasen. Zur Stromversorgung verwendet man für den im Prinzip gleich ausgebildeten Brenner 7 die Gleichstromquelle U\ und die Hochfrequenzstromquelle HF und zum Brennerbetrieb eine außerhalb angeordnete Stromquelle, beispielsweise einen Kondensator C mit einer Stromquelle

5, oder auch nur einer alleinigen Stromquelle, beispielsweise in Form eines Lichtbogenschweißgenerators. Durch Schließen des Kontakts 22 wird durch die Gleichstromquelle U\ und die Hochfrequenzstromquelle //Fein Lichtbogen schwacher Intensität zwischen der Kathode 7 und der Blasdüse T erzeugt, durch den eine ionisierte, bis zum benachbarten Draht 1 reichende Zone entsteht.

Durch anschließendes Schließen des Kontaktes 22' wird der Brenner 8,38 und 38' zur Bildung eines kurzen Lichtbogens mit Energie aus dem Kondensator C versorgt, der zur Zündung des Hauptlichtbogens für den Erwärmungsstrom ausreicht, denn es sind dann durch Ionisation beide Zündzonen im Bereich der Hauptelektroden 7 und 8 ionisiert und für den Durchgang des Heizstroms elektrisch leitend.

Bei der Auswahl und bei der Anordnung der Hilfsmittel zur Lichtbogenzündung ist darauf zu achten, daß der Draht 1 auf ein negatives Potential gebracht wird, so daß zwischen ihm und der als Anode wirkenden Hauptelektrode 8 ein genügend starkes Feld zur Elektronenbeschleunigung aufgebaut wird.

Nun ist in F i g. 1 ersichtlich, daß die Gleichstromquelle LJi eine hohe Spannung und geringen Stromdurchgang und bei gleicher Funktion die Gleichstromquelle U\ mit steller Kennlinie ersetzt werden kann durch eine der beschriebenen Hilfsvorrichtungen der Fig. 2 bis 4 zur Zündung des Lichtbogens.

Die Kammer 4 weist eine obere öffnung 11 auf, deren Durchmesser gleich oder geringfügig größer ist als der Durchmesser des Drahtes 1. Dieser öffnung 11 gegenüberliegend ist eine freie untenliegende öffnung 10 vorgesehen, die in einen Behälter 12 mit einer Kühlflüssigkeit 13 eintaucht, durch die der Draht 1 über

ίο die Rolle 3 zur Abkühlung geführt wird.

Der Druck des verwendeten leicht ionisierbaren neutralen Gases, beispielsweise Argon, das über die Gaszuführung 9 in die Kammer 4 geführt wird, ist etwas größer als der umgebende atmosphärische Druck, beispielsweise einige Millimeter bis Zentimeter Wassersäule, so daß ein Eindringen von Luft, durch das der erhitzte Draht 1 oxydieren würde, verhindert wird. Der Gasdruck ist aber so niedrig gehalten, daß die Ausströme erluste durch die obere öffnung 11 gering sind. Die Ausströmverluste werden noch dadurch reduziert, daß der Draht 1 mit hoher Geschwindigkeii durch die öffnung 11 eintritt. Um ein Mitreißen von Luft zu verhindern, kann an der öffnung 11 eine Bürste oder auch eine andere faserige Abdichtung vorgesehen sein, durch die der Draiht 1 hindurchgeführt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

2δ 11 524

Draht durch ein zwischen einer f

Patentansprüche:

'-■ 1. Vorrichtung zur kontinuierlichen, direkten Widerstandserhitzung eines gezogenen Metalldrahtes, bei der die Übertragung des Gleichstromes auf den Draht durch ein zwischen einer Elektrode und dem Draht gebildeten Plasma erfolgt, gekennzeichnet durch eine geschlossene Kammer (4), durch die der Draht (1) hindurchgeführt wird und in der zwei an eine gemeinsame Gleichstromquelle (Ui) angeschlossene Hauptelektroden (7, 8) eingeordnet sind, weiche an verschiedene Pole der Gleichstromquelle (U\) angeschlossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch *.wei besondere, die Hauptelektroden (7, 8) aufnehmende, innerhalb der Kammer (4) angeordnete Gehäuse (5,6).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (4) als vertikal aufgerichtetes Rohr ausgebildet ist, in dem die Elektroden (7, 8) am Ein- und Ausgangsende des Rohres angeordnet sind, daß die Kammer (4) eine Gaszuführung (9), eine an den Drahtquerschnitt angepaßte Eingangsöffnung (11) und eine in einem unterhalb des Rohres angeordneten Behälter (12) für eine Kühlflüssigkeit (13) einmündende öffnung (10) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen mit Hilfe der Gleichstromquelle (U\) und einem Hochfrequenzgenerator (HF) gezündet und gespeist wird.