DE3043555A1

DE3043555A1 - Verfahren und vorrichtung zur kontinuirlichen herstellung von metalldraht aus geschmolzenem material

Info

Publication number: DE3043555A1
Application number: DE19803043555
Authority: DE
Inventors: Giovanni Vinovo Turin Manfre; Vittorio Novara Pellegrini
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 1979-11-26
Filing date: 1980-11-19
Publication date: 1981-05-27
Also published as: GB2063724B; IT7969273A0; FR2469967A1; GB2063724A; IT1119519B; US4311506A

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Metalldraht sehr geringen Durchmessers aus geschmolzenem Material, wobei der Draht dadurch erhalten wird, daß Zug auf das Ende eines Glasrohres ausgeübt wird, welches eine so niedrige Viskosität aufweist, daß dieses Glasrohr zusammen mit dem Metall ausgezogen werden kann, das sich im Inneren des Rohres in geschmolzenem Zustand befindet.

Verfahren dieser Art sind bekannt, und sie umfassen mindestens eine Erwärmungsstufe, in welche in einer vorbestimmten ersten Position ein Glasrohr erhitzt wird, in dem ein; Draht aus Metall angeordnet ist. Diese beiden Elemente werden in Richtung ihrer Längsachse voranbewegt, wobei ein Erweichen des Glases auf die erforderliche Viskosität und ein Schmelzen des metallischen Materials unter Bildung eines Drahts stattfinden, sowie eine Abkühlungsstufe, in welcher dieser Draht, auf den eine geeignete Zugkraft ausgeübt wird, in einer vorgegebenen zweiten Position abgekühlt wird.

Bei diesem Verfahren wird infolge der Erweichung des Glases auf die erforderliche Viskosität und des Schmelzens des metallischen Materials der Querschnitt des hieraus sich bildenden Drahtes unter dem gemeinsamen Einfluß der Temperatur und dieser Zugkraft allmählich verringert, bis ein Draht erhalten wird, der einen Durchmesser in der Größenordnung von einem Tausendstel eines Millimeters oder sogar weniger hat, und der mit einer dünnen Glasschicht bedeckt ist.

Das Erwärmen wird normalerweise mittels Elektroinduktion und das Abkühlen durch Verwendung einer geeigneten Kühlflüssigkeit durchgeführt, welche mit dem sich bildenden Draht in Berührung gebracht wird.

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Diese bekannten Verfahren haben einige schwere Nachteile: Sie können nicht kontinuierlich durchgeführt werden, weil in dem entstehenden Draht häufig Unregelmäßigkeiten auftreten und oft ein Brechen des Drahtes eintritt. Außerdem ist die Kühlgeschwindigkeit des Drahtes ziemlich niedrig und jedenfalls kleiner als die, die erforderlich ist, um Drähte im sogenannten "glasigen" Zustand zu erhalten, d.h. Drähte mit einer im wesentlichen amorphen Struktur, die bekanntlich für besonders günstige Drahteigenschaften verantwortlich ist. Hinzu kommt, daß die Temperaturverteilung entlang der Achse des Glasrohres und des darin angeordneten Metalldrahtes bei Anwendung der Elektroinduktionsheizung nicht zur gleichmäßigen, kontinuierlichen Drahtherstellung geeignet ist. Schließlich ist auch die Bildungsgeschwindigkeit des Drahtes zeimlich niedrig, und unter Berücksichtigung der hohen Anlage- und Betriebskosten, die zur Durchführung der oben erwähnten Verfahren notwendig sind, sind diese Verfahren von geringem wirtschaftlichem Interesse.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Draht sehr geringen Durchmessers, welches die oben genannten Nachteile nicht aufweist.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt mindestens eine Erwärmungsstufe, in welcher in einer ersten vorbestimmten Position ein Glasrohr erhitzt wird, in dem ein Metalldraht angeordnet ist; diese beiden Elemente werden in Richtung ihrer Längsachse in einer solchen Weise voranbewegt, daß ein Erweichen dieses Glases auf die erforderliche Viskosität und ein Schmelzen dieses Materials unter Bildung eines Drahtes bewirkt werden, sowie eine Kühlstufe in einer zweiten vorbestimmten Position zum Abkühlen dieses Drahtes, auf den ein ausreichender Zug ausgeübt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß diese zweite vorbe-

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stimmte Position, in welcher das Abkühlen des Drahtes durchgeführt wird, mit Bezug auf diese erste Position eine solche Lage längs der Drahtachse hat, daß die Erstarrung dieses Materials an einer Stelle stattfindet, die nicht vor der Stelle liegt, an welcher die Verringerung des Querschnitts dieses Drahtes aufgehört hat. Das neue Verfahren ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmemenge, die in dieser Kühlstufe abgeführt wird, groß genug ist, um ein Erweichen des Glases dieses Rohres unterhalb dieser genannten Grenzstelle zu verhindern.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens.

Dieses Verfahren und die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert, in welcher:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist,

Figur 2 ein Längsschnitt durch einen oberen Teil dieser Vorrichtung ist,

Figur 3 eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht des Teils der Vorrichtung ist, welcher die Erwärmungsund Abkühlungsvorrichtungen für das Glasrohr und den darin angeordneten Metalldraht umfaßt,

Figur 4 ein Längsschnitt durch die in Figur 3 dargestellten Erwärmungs- und Abkühlungsvorrichtungen ist,

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Figur 5 eine Draufsicht auf den Widerstand ist, der einen Teil der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Erwärmungsvorrichtung darstellt,

Figur 6 ein Schnitt entlang der Linie VI-VI von Figur 5 ist und

Figur 7 einige Diagramme zeigt, welche die Temperaturverteilung entlang der Achse des sich bildenden Drahtes wiedergeben, wobei es sich um die Temperaturen handelt, die durch diese Erwärmungsvorrichtung erzeugt werden, und um die Temperaturveränderungen an dem Drahte selbst, solange dieser unter unterschiedlichen Betriebsbedingungen durch diese Erwärmungs- und Abkühlungsvorrichtungen wandert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dazu geeignet, einen Metalldraht mit sehr kleinem Durchmesser kontinuierlich zu erzeugen, der in Figur 1 mit der Bezugsziffer 1 an der Stelle bezeichnet ist, an der er die Vorrichtung am Ende des Verfahrens verläßt. Das Verfahren ist von der Art, die sich mindestens einer Erwärmungsstufe bedient, in welcher in einer ersten vorbestimmten Position ein Glasrohr 2 und ein darin angeordneter Metalldraht 3 erhitzt werden, die so in Richtung ihrer Längsachse voranbewegt werden, daß ein Erweichen des Glases auf die erforderliche Viskosität und ein Schmelzen des metallischen Materials bewirkt werden; hieran schließt sich eine Kühlstufe an, in welcher in einer zweiten vorbestimmten Position der erhaltene Draht abgekühlt wird, während auf ihn ein Zug in vorbestimmter Stärke ausgeübt wird.

Bevor das erfindungsgemäße Verfahren im einzelnen erläutert werden soll, wird nachstehend eine beispielhafte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

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Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus ersten Vorschubmitteln 4 für das Glasrohr 2, die so angeordnet sind, daß sie das Glas kontinuierlich mit einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit in beispielsweise vertikaler Richtung voranbewegen. Diese Mittel bestehen zweckmäßigerweise aus einem Stützbalken 5, welcher vertikal an einem mit dem Gestell 7 fest verbundenen Ständer 6 unter der Wirkung einer Einheit bewegt werden kann, die aus einer Spindel 8 und einer Schraubenmitter 9 besteht, wobei die letztere drehbar angeordnet und von einem geeigneten Getriebemotor 10 gedreht wird. Diese ersten Vorschubmittel 4 umfassen auch ein rohrförmiges Teil 11 (Figur 2), das mit dem Stützbalken 5 verbunden ist und dessen Innenbohrung 12 das Glasrohr 2 aufnimmt, das in diesem rohrförmigen Teil 11 in beliebiger geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer Stellschraube 13 gehaltert sein kann.

Die Vorrichtung umfaßt weiterhin zweite Vorschubmittel 16 (Figuren 1 und 2) zum Voranbewegen des Metalldrahtes 3 innerhalb des Rohres 2 und koaxial zu diesem. Diese zweiten Mittel bestehen zweckmäßigerweise aus einem Paar von MitnehmerwaIzen 17, die drehbar an einer Platte 18 angeordnet sind, welche von dem Stützbalken 5 getragen wird. Diese Walzen drehen sich in entgegengesetzten Richtungen auf eine beliebige, geeignete Art und Weise, und sie stehen mit dem Draht unter einem vorbestimmten Druck in Berührung, um ihn in axialer Richtung durch das Innere des Rohres 2 mit einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit zu transportieren.

In das Innere des rohrförmigen Teils 11 ist eine Hülse 19 eingesetzt (Figur 2), die in weitgehend dichter Weise durch einen Stopfen 20 verschlossen ist, welcher eine axiale Bohrung aufweist, durch die der Draht 3 hindurchgeführt ist. Diese Hülse ist mit einem Anschlußstück 21 ausgerüstet, das mit einem geeigneten Rohr entweder an eine Quelle für Inertgas zur

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Spühlung der Innenbohrung des Glasrohres 2, oder an einem Exhauster angeschlossen werden kann, um auf das Innere der Bohrung eine vorbestimmte Saugwirkung auszuüben.

Die Vorrichtung weist auch eine Heizvorrichtung und eine Kühlvorrichtung auf, die mit den Bezugsziffern 22 und 23 bezeichnet sind (Figuren 1, 3 und 4). Die Heizvorrichtung besteht im wesentlichen aus einem elektrischen Widerstand 24 (Figuren 3, 5 und 6), der mit einem zentralen, hülsenförmigen Teil 25 ausgerüstet ist, durch dessen Innenbohrung 26 das Glasrohr 2 geführt ist, sowie mit einem Paar Arme 27, die im wesentlichen rechtwinklig zu diesem Teil verlaufen und sich nach entgegengesetzten Seiten erstrecken. Jeder dieser Arme ist so gestaltet, daß er an den Enden 28 mit einem entsprechenden wassergekühlten Widerstandhalter 29 verbunden werden kann, der von elektrischem Strom versorgt wird.

Der Querschnitt jedes der Arme 27 verjüngt sich allmählich von dem Ende 28 in Richtung zu dem zentralen, hülsenförmigen Teil 25, damit in dem Arm eine Stromdichte erzielt wird, die in einer weiter unten beschriebenen Weise in Richtung zu diesem zentralen Teil zunimmt. Zweckmäßigerweise hat jeder dieser Arme einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, und die Größe dieses Querschnitts ist innerhalb eines ersten Armstücks, das nahe des Endes 28 liegt, konstant und verjüngt sich linear innerhalb des restlichen Stückes. Bei der hierldargestellten Ausführungsform führt diese Querschnittsverjüngung zu einem Paar von im wesentlichen konvergierenden, ebenen Oberflächen 30 (Figur 5). Wie in Figur 6 deutlich dargestellt ist, nimmt der Durchmesser der Bohrung 26 in dem zentralen, hülsen. förmigen Teil 25 nach außen zu mit entsprechenden, konisch aufgeweiteten Enden 31. Eine ringförmige Nut 31* ist in die Außenoberfläche des zentralen, hülsenförmigen Teils 25 eingeschnitten.

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Das Material, aus dem der Widerstand 24 besteht, kann jedes beliebige Material sein, welches sich bei Hindurchleiten von elektrischem Strom erhitzt (Joule-Effekt). Es wurde jedoch gefunden, daß besonders günstige Ergebnisse erzielt werden, wenn der Widerstand aus Graphit besteht, weshalb dieses Material bevorzugt wird.

Die Heizvorrichtung 22 weist außerdem ein vorzugsweise zylindrisches Gehäuse 34 (Figur 3) mit einem Paar von Endplatten 35 auf, die eine im wesentlichen abgeschlossene Kammer 36 umschließen, in welcher der Widerstand 24 in zentraler Lage angeordnet ist. Dieses Gehäuse besteht zweckmäßigerweise aus einer Vielzahl von Schichten aus unterschiedlichem Material, wobei die zentrale Schicht 37 im wesentlichen für mechanische Festigkeit, die innere Schicht 38 für Temperaturbeständigkeit und die äußere Schicht 39 für Wärmeisolierung sorgt.

Die Kammer 36 kann, beispielsweise über eine Leitung 40, mit einer beliebigen, außerhalb der Kammer liegenden Atmosphäre verbunden werden, damit in dieser Kammer eine geregelte Atmosphäre aufrechterhalten wird. Das Gehäuse 34 ist auch mit einer oberen Borhung 41 versehen, durch die das Glasrohr 2 geht (Figur 3), sowie mit einem Schauloch 42 (Figur 1), das von einer durchsichtigen Scheibe abgeschlossen ist und das Innere des Gehäuses direkt zu betrachten gestattet.

Die Kühlvorrichtung 23, die in Figur 4 im Schnitt gezeigt ist, besteht im wesentlichen aus einer Kammer 45 mit ringförmigem Querschnitt, die koaxial zu der Achse der Bohrung 26 in dem Widerstand 24 liegt und im wesentlichen aus einem inneren rohrförmigen Element 46 und einem äußeren rohrförmigen Element 47 gebildet ist,die über ein Paar von ringförmigen Abschlußwänden 48 miteinander verbunden sind. Das innere rohrförmige Element 46, durch das in Längsrichtung der sich bildende Draht 49 hindurchgeht, weist Bohrungen 50 auf, die mit

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der Kammer 45 in Verbindung stehen und im wesentlichen in radialer Formation angeordnet sind. Zweckmäßigerweise sind mindestens 2 Reihen von Bohrungen vorhanden, und die Achse jeder dieser Bohrungen bildet einen Winkel von weniger als 90° mit der Längsachse der rohrförmigen Elemente 46 und 47, wie deutlich aus Figur 4 ersichtlich ist. Die Kammer 45 ist auch über ein Anschlußstück 51 mit einer Quelle für eine geeignete Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser verbunden, die

unter einem vorbestimmten Druck in die Kammer eingespeist wird,

, so daß sie aus den Bohrungen 50 mit einer solchen Geschwindigkeit austritt, daß sie Strahlen bildet, von denen jeder im wesentlichen gegen den sich bildenden Draht 49 und in die Drahtvorschubrichtung gerichtet ist. Die innere Bohrung des rohrförmigen Teils 46 ist unten durch eine Scheibe 52 verschlossen, in welcher eine weitere Bohrung 53 koaxial zu der ersteren angeordnet ist, die einen Durchmesser aufweist, welcher sich von dem der erstgenannten Bohrung bis auf einen Durchmesser von 1-2 mm allmählich verjüngt. In dieser Scheibe sind auch (nicht dargestellte) Austrittslöcher angeordnet, welche es ermöglichen, daß die Flüssigkeit die Bohrung des rohrförmigen Elements 46 unter Saugwirkung verlassen kann. Auf den die Kühlvorrichtung verlassenden Drahtabschnitt wird durch Zugvorrichtungen, von denen nur eine Spule 54 in Figur 1 gezeigt ist,- auf v/elche der Draht aufgewickelt wird, sine ausreichende Zugkraft ausgeübt. Die Ziehgeschwindigkeit des Drahtes kann in geeigneter Weise so eingestellt werden, daß die gewünschte Kühlgeschwindigkeit für den Draht erzielt wird.

Aus weiter unten erläuterten Gründen besteht die Scheibe 52 zweckmäßigerweise aus zwei Teilen, die im wesentlichen entlang einer vertikalen Ebene geteilt sind, in welcher die Achse des sich bildenden Drahtes 49 liegt; beide Teile sind zueinander in einer Richtung beweglich, die rechtwinklig zu dieser Achse liegt. Diese beiden Teile werden durch ein Paar

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Stangen 55 (Figur 3) eines Rahmens 56 gehaltert und werden in die in Figur 4 dargestellte, geschlossene Position durch Spiralfedern 57 gedrängt.

Die Vorrichtung weist auch Mittel auf, um die axiale Lage der Kühlvorrichtung 23 mit Bezug auf die Heizvorrichtung 22 rigoros einzustellen. Diese bestehen im wesentlichen aus einer Gleitkupplung zwischen den Außenoberflächen des rohrförmigen Elements 47 (Figur 4) und einer unteren Bohrung 62 in dem Gehäuse 34, die im wesentlichen koaxial zu der anderen, in der Oberseite des Gehäuses liegenden Bohrung 41 verläuft. Diese Kupplung ermöglicht es, daß die Kühlvorrichtung 23 relativ zu der Heizvorrichtung 22 in Richtung des sich bildenden Drahtes 49 bewegt werden kann, so daß der axiale Abstand (bezeichnet mit A in Figur 4) zwischen den Bohrungen 50 (und damit den austretenden Flüssigkeitsstrahlen) und dem Widerstand 26 eingestellt werden kann. Andere Teile und Mittel können vorgesehen sein, um diese relative Lage genau einzustellen.

Unterhalb der Kühlvorrichtung 23 ist zweckmäßigerweise eine Ablaufrinne 63 angeordnet, deren im wesentlichen V-förmige Endkante 64 in Berührung mit dem die Kühlvorrichtung 23 verlassenden Draht 49 gehalten wird, wie in den Figuren 3 und 1 gezeigt ist. Diese Ablaufrinne bildet einen Kanal zum Auffangen der Flüssigkeit, die noch den Draht benetzt, und zum Abführen derselben zu einer geeigneten Auffangvorrichtung 65 (Figur 1).

Das erfindungsgemäße Verfahren wird unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung folgendermaßen durchgeführt:

Ein Glasrohr 2 wird an den ersten Vorschubmitteln 4 in einer Weise anmontiert, wie es in Figur 1 dargestellt ist, und wird in dem rohrförmigen Teil 11 (Figur 2) befestigt, und ein Metalldraht 3 von geeigneter Dimension wird innerhalb dieses

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Rohres und zwischen dem Paar von Mitnehmerwalzen 17 der zweiten Vorschubmittel 16 angeordnet. Diese Mittel können so angetrieben werden, daß sich das Rohr 2 und der Draht 3 mit Geschwindigkeiten in einem vorbestimmten Verhältnis voranbewegen, damit sie die Heizvorrichtung 22 und die Kühlvorrichtung 23 mit vorbestimmten Geschwindigkeiten durchlaufen. Ein Inertgas wird durch das Anschlußstück 21 in den ringförmigen Zwischenraum zwischen dem Rohr 2 und dem Draht 3 eingeleitet, um diesen Zwischenraum zu spülen.

Elektrischer Strom wird durch den Widerstandhalter 29 (Figur 3) und damit durch den Widerstand 24 geleitet, um diesen zu erhitzen. Dadurch ist es möglich, im Inneren der Bohrung 26 sehr hohe Temperaturen zu erzeugen, die ausreichend sind, um sowohl das Glasrohr 2 auf die erforderliche Viskosität zu erweichen, als auch um den darin angeordneten Metalldraht 3 zum Schmelzen zu bringen, wenn dieser durch diese Bohrung hindurchgeht. Dieses Erhitzen kann in einer geregelten Atmosphäre durchgeführt werden, indem ein Gas oder Gasgemisch in die Kammer 36 eingeleitet wird.

Zur gleichen Zeit wird das Glasrohr mittels des Getriebemotors 10 voranbewegt, welcher die Spindel 8 dreht, die ihrerseits wiederum di_e Axialbewegung der Schraubenmutter 9 und damit des mit dieser starr verbundenai Stützbalkens 5 bewirkt. Im Gegensatz hierzu wird der Draht 3 durch die Wirkung der Mitnehmerwalzen 17 voranbewegt, welche einen vorbestimmten Druck auf ihn ausüben, so daß durch Tangentialkräfte der Draht voranbewegt wird.

Während das Rohr 2 und der Draht 3 vorgeschoben werden, kann zweckmäßigerweise auf den ringförmigen Zwischenraum zwischen ihnen eine schwache Saugwirkung ausgeübt werden, um das Gas zu entfernen, welches sich im Verlaufe des Verfahrens bildet.

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In der Erwärmungsstufe werden die Querschnitte des Rohres und des Drahtes reduziert, wie im mittleren Teil von Figur 4 zu erkennen ist, und wenn ein vorbestimmter Zug auf das freie Ende des entstehenden Drahtes ausgeübt wird, wird dank der Erweichung des Rohres und des Schmelzens des Metalldrahtes ein Metalldraht 49 mit äußerst geringem Durchmesser kontinuierlich erzeugt, der mit einer dünnen Glasschicht überzogen ist. Untersucht man den Vorgang der Entstehung des Drahtes.49 unter ordentlichen Betriebsbedingungen, dann beobachtet man, daß unter der Wirkung der Axialkräfte, die auf den sich bildenden Draht durch die vorgesehenen Zugvorrichtungen ausgeübt werden, die Querschnitte von Rohr und Draht sich allmählich entsprechend einem Profil verjüngen, wie es in Figur 4 gezeigt ist. Der Draht 49, der sich in der Bohrung in dem inneren rohrförmigen Teil 40 der Kühlvorrichtung 23 bildet, verläßt die Bohrung 53 in der Scheibe 52 dieser Vorrichtung, um sich danach auf der Spule 54 aufzuwickeln, die einen Teil dieser Zugvorrichtungen darstellt. Strahlen von Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, die aus den Bohrungen 50 in das innere rohrförmige Element 46 fließen, werden auf den diese Kühlvorrichtung durchquerenden Draht 49 gerichtet. Eine kontinuierliche Zirkulation dieser Flüssigkeit wird dadurch erreicht, daß sie zunächst durch das Anschlußstück 51 und in die ringförmige Kammer 45 geführt und, nachdem sie mit dem sich bildenden Draht 49 in Berührung gebracht worden ist, aus den in der Scheibe 52 vorgesehenen (nicht dargestellten) Austrittslöchern abgezogen wird.

Wie bereits erwähnt wurde, kann die axiale Lage der Kühlvorrichtung 23 relativ zu der Heizvorrichtung 22 eingestellt werden, indem das äußere rohrförmige Element 47 relativ zu der in dem Gehäuse 34 angeordneten Bohrung 62 für die nachstehend angegebenen Zwecke axial eingestellt wird.

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Die Temperatur, die der Widerstand 24 innerhalb seiner Bohrung 26 und entlang der Achse der letzteren zu erzeugen in der Lage ist, hat eine Verteilung, wie sie durch die Kurve a in Figur 7 wiedergegeben wird, wobei χ die Achse dieser Bohrung und y eine zu dieser Achse rechtwinklig gelegene Ebene darstellen. Die Kurve a, auf welcher die entlang der x-Achse gemessenen Temperaturen gegen die y-Achse aufgetragen sind, zeigt, daß die Temperatur T zunächst zunimmt und dann mit einem sehr großen Gradienten abnimmt, der durch den Differentialquotienten dT/dx definiert ist. Diese günstige Eigenschaft, die den beschriebenen Widerstand besonders für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeiegnet macht, ist im wesentlichen bedingt durch dessen Gestalt und das Material, aus dem es besteht. Die Querschnittsverjüngung jedes Armes 27 (Figur 5) des Widerstandes in Richtung zu dem zentralen, hülsenförmigen Teil 25 führt zu einer beträchtlichen Zunahme der Stromdichte in Richtung zu diesem Teil und damit zum Aufbau hoher Temperaturgradienten .

Man kann davon ausgehen, daß die Temperatur des den Widerstand 24 und die anschließende Kühlvorrichtung 23 durchquerenden Metalldrahts 3, entlang der x-Achse gemessen, der Kurve b folgt. Im ersten Abschnitt b.. dieser Kurve bleibt die Temperatur des Drahtes 3 offensichtlich stehts unterhalb der Temperatur des Widerstandes, die durch die Kurve a wiedergegeben wird. Wenn die Drahttemperatur den Wert T^ erreicht, die dem Schmelzpunkt des Drahtmetalles entspricht, entsteht ein kurzer Kurvenabschnitt b~, im wesentlichen parallel zur x-Achse, in welchem das Metall schmilzt. Danach verändert sich die Temperatur des Drahtes (oder des geschmolzenen Metalles) gemäß dem Abschnitt b₃, ohne jedoch die Maximaltemperatur. T_m zu erreichen, die der Widerstand in Abwesenheit des Drahtes entlang der x-Achse zu erzeugen in der Lage wäre.

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Würde der sich bildende Draht 49 in Luft und damit ohne Betrieb der Kühlvorrichtung 23 abgekühlt, könnte davon ausgegangen werden, daß dieses Abkühlen weitgehend den Kurvenabschnitten b^, bj- folgen würde, wobei die Temperatur T_f wiederum am Ende des ersteren der beiden erreicht würde (mit entsprechender Erstarrung des Drahtes), und wobei die Temperatur während des zweiten Abschnitts stets größer wäre als die Temperatur, die der Widerstand 24 an den gleichen Punkten entlang der x-Achse (Kurve a) zu erzeugen in der Lage wäre.

Wenn jedoch die Kühlvorrichtung 23 in Betrieb ist, führen die aus Bohrungen 50 austretenden Strahlen einen beträchtlichen Teil der Wärme von dem sich bildenden Draht 49 ab und bewirken eine rasche Abkühlung des Drahtmaterials mit dem Ergebnis, daß unter diesen Bedingungen die Abkühlung einer Kurve folgt, die dem Kurvenabschnitt b_ß entspricht. Die Erstarrungstemperatur T- wird in diesem Falle j unmittelbar im ersten Teil dieses Abschnitts erreicht.

Offensichtlich können daher zwei wohldefinierte Abschnitte, die von beträchtlicher Bedeutung bei der Untersuchung der während des erfindungsgemäßen Verfahrens ablaufenden Vorgänge sind, entlang der x-Achse des entstehenden Drahtes 49 identifiziert werden. Der erste Abschnitt S₁ (Figuren 4 und 7) entspricht dem Grenzabschnitt, unterhalb dessen die Verjüngung des Querschnitts des Glasrohres 2 beginnt, und dieser liegt etwa im Schlußstück des Abschnittes b.. von Kurve b (Figur 7) . Unterhalb dieses Abschnittes verjüngen sich die sich verändernden Durchmesser des Drahtes allmählich entsprechend einem Profil, wie es in Figur 4 gezeigt ist, was offenbar von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Rohres und.(Ses Drahtmaterials abhängt. Der zweite Grenzabschnitt S₂ entspricht dem Abschnitt, unterhalb welchem keine weitere Reduktion des Querschnitts des entstehenden Drahtes mehr stattfindet.

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Somit tritt die Erscheinung der allmählichen Reduktion des Querschnitts des entstehenden Drahtes, auch als "Verdünnung" bezeichnet, nur auf zwischen den Grenzabschnitten S₁ und S₃. Bekanntlich tritt diese Erscheinung in jedem Strahl eines Materials mit einer vorbestimmten Viskosität auf und insbesondere in einer Flüssigkeitssäule mit der hier untersuchten, auf welche eine Zugwirkung von vorbestimmter Größe ausgeübt wird. Dieser Teil des sich bildenden Drahtes, der zwischen den Abschnitten S₁ und S- liegt, weist daher entlang seiner Achse variable Querschnitte auf, während die oberhalb und unterhalb dieser Abschnitte gelegenen Abschnitte konstanten Querschnitt haben.

Erfindungsgemäß ist die Kühlvorrichtung 23 (Figur 4) mit Bezug auf die Heizvorrichtung 22 an einer solchen Stelle entlang der x-Achse des entstehenden Drahtes gelegen, daß das Material des Drahtes in einem Bereich erstarrt, der nicht vor dem Grenzabschnitt S₂ liegt, an welchem die Querschnittsverjüngung des Drahtes beendet ist. Es wurde gefunden, daß dann, wenn diese Bedingung eingehalten wird, der auf diese Weise erhaltene Draht besonders gute mechanische Eigenschaften aufweist und kontinuierlich und praktisch ohne jeden Fehler produziert werden kann. Außerdem muß erfindungsgemäß die durch diese Kühlvorrichtung abgeführte Wärmemenge hinreichend groß sein, um ein Erweichen des den entstehenden Draht bedeckenden Glases unterhalb des Abschnitts S₂ zu verhindern. Diese zweite Bedingung ist von besonderer Bedeutung, da bekanntlich dann, wenn die Erstarrungstemperaturen des Metalles und des Glases während des Abkühlens des entstehenden Drahtes 49 erreicht werden, die wegen der Zustandsänderung freigesetzte Erstarrungswärme dazu neigt, die Glasbeschichtung des Drahtes zu erweichen, was zu Fehlern in dem sich bildenden Draht und sogar zu dessen Bruch führen kann.

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Diese beiden Bedingungen,die sowohl für das erfindungsgemäße Verfahren als auch für die Eigenschaften des auf diese Weise produzierten Drahtes von entscheidender Bedeutung sind, können mit der beschriebenen Vorrichtung in einer sehr einfachen Weise erfüllt werden. Die erste Bedingung kann dadurch erfüllt werden, daß das rohrförmige Element 47 der Kühlvorrichtung 23 im Inneren der entsprechenden Bohrung 62 des Gehäuses 34 axial bewegt und damit die Lage der Bohrungen 50 (und somit der erzeugten Kühlstrahlen) relativ zu dem entstehenden Draht eingestellt wird, bis der Abschnitt, in welchem das Metallmaterial des Drahtes erstarrt, mit dem Grenzabschnitt S₂ am Ende der Verdünnung zusammenfällt oder unmittelbar darunter liegt. Dank dieser Relativbewegung variiert die Gestalt des Abschnittes bg (Figur 7) der Kurve b, und damit variiert die Lage des Bereichs, in demjdie Erstarrung des metallischen Materials des Drahtes beginnt, entlang der X-Achse des entstehenden Drahtes.

Die zweite der beiden erfindungsgemäßen Bedingungen wird erfüllt durch die starke Kühlwirkung der Flüssigkeit, die mit der Außenoberfläche des Drahtes innerhalb der Zone am Ende der Verdünnung in Berührung gebracht wird, und diese starke Kühlwirkung wird bestimmt durch den Flüssigkeitsdurchsatz und die sehr kleinen Dimensionen der Kühlzone. Diese günstigen Ergebnisse werden erzielt dank der Bildung von Strahlen, die direkt gegen den sich bildenden Draht gerichtet sind, und insbesondere dank ihrer Neigung gegenüber der Achse des Drahtes, welche es ermöglicht, daß die Kühlvorrichtung 23 sehr nahe am Widerstand 24 angeordnet ist. Durch geeignete Wahl der Zahl der Strahlen ist es möglich, eine Kühlung zu erreichen, die hinreichend wirksam ist, um jedes Erweichen der Glasbeschichtung des Drahtes unterhalb des Abschnittes S₂ zu verhindern.

Der Draht, der die Bohrung 53 in der Scheibe 52 der Kühlvorrichtung 23 verläßt, ist noch naß. Das Wasser kann von seiner Oberfläche mittels der Kante 64 der Ablaufrinne 63 entfernt werden, die über diese Oberfläche gleitet.

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Die beiden Teile der Scheibe 52 können relativ zueinander bewegt werden, indem sie entlang der jeweiligen Stangen 55 (Figur 3) gleiten, und indem die Wirkung der Federn 57 überwunden wird. Auf diese Weise ist es möglich, einen unbeschränkten Zugang zu der Bohrung in dem inneren rohrförmigen Element 46 zu erhalten, beispielsweise dann, wenn zu Beginn des Verfahrens das freie Ende des sich bildenden Drahtes mit einem Werkzeug gezogen werden muß, bevor es mit den Zugvorrichtungen verbunden werden kann.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, kontinuierlich Metalldrähte, beispielsweise aus nicht-rostendem Stahl zu erzeugen, die einen äußerst kleinen Durchmesser in der Größenordnung von einem Tausendstel eines Milimeters haben und sehr günstige Eigenschaften aufweisen, insbesondere ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, gute elektrische und thermische Leitfähigkeit, sowie hohe Korrosionsbeständigkeit. Außerdem haben die nach dem beschriebenen Verfahren aus bestimmten Legierungen hergestellten Metalldrähte eine "glasige", d.h. eine im wesentlichen nicht-kristalline Struktur, die sich sehr deutlich von der kirstallinen Struktur unterscheidet, welche Metalle normalerweise aufweisen. Dieser glasige Zustand wird erhalten dank der hohen Kühlgeschwindigkeit, mit der der entstehende Draht gekühlt wird. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung liegen die Kühlgeschwindigkeiten in der Größenordnung von 10 °C/sek., was sehr viel höher ist als bei

4 herkömmlichen Verfahren, deren Kühlgeschwindigkeiten 10 ⁰C/ sek. im allgemeinen nicht überschreiten.

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Claims

Dr J---"--r'ti R-^ V ■■ · r-r -ie π CENTRO RICERCHE FIAT S.p.Ά. I - 10043 ORBASSANO (TORINO) Italien Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Metalldraht aus geschmolzenem Material Patentansprüche;

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Metalldraht mit sehr geringem Durchmesser aus geschmolzenem Material, bei welchem in mindestens einer ersten Erwärmungsstufe in einer vorbestimmten Position ein Glasrohr erhitzt wird, in dem ein Draht aus metallischem Material angeordnet ist, wobei diese beiden Elemente in Richtung ihrer Längsachse in einer solchen Weise voranbewegt werden, daß dies.es Glas zum Erweichen und dieses Material zum Schmelzen kommt, um einen Draht zu bilden, und bei welchem in einer Kühlstufe in einer zweiten vorbestimmten Position dieser Draht, auf welchen ein Zug ausgeübt wird, abgekühlt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß dieser Kühlvorgang in dieser zweiten Position an einer solchen Stelle mit Bezug auf diese erste Position entlang der Drahtachse durchgeführt wird, daß das Erstarren dieses Materials innerhalb eines Bereiches stattfindet, der nicht vor dem Grenzbereich liegt, in welchem die Querschnittsverjüngung dieses Drahtes beendet wird,

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und daß die während dieses Kühlvorganges abgeführte Wärmemenge ausreichend groß ist, damit ein Erweichen des Glases dieses Rohres unterhalb dieses Grenzbereiches verhindert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während dieses Kühlvorganges soviel Wärme abgeführt wird, daß die Abkühlui
sek. liegt.

die Abkühlungsgeschwindigkeit in der Größenordnung von 10 °C/

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmungs- und/oder die Abkühlungsstufe in einer geregelten Atmosphäre durchgeführt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen mittels elektrischer Widerstandsheizung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Abkühlen mittels einer Vielzahl von Kühlflüssigkeitsstrahlen durchgeführt wird, die innerhalb dieser Kühlstufe gegen den entstehenden Draht und auch in Drahtvorschubrichtung gerichtet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kühlflüssigkeitsstrahlen mit der Drahtvorschubrichtung einen Winkel von etwa 45° bilden und auf den diesen entstehenden Draht umgebenden Raum eine Saugwirkung ausüben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenraum zwischen diesem Draht und diesem Glasrohr an einer Stelle oberhalb der Erwärmungsstufe ein Inertgas geleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Glasrohr und dieser Metalldraht in Richtung ihrer Längsachse mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten vorgeschoben werden.

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9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, bestehend aus in bestimmten Positionen angeordneten Heizvorrichtungen, Kühlvorrichtungen und Zugvorrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel zur Einstellung der relativen Lage dieser Heizvorrichtungen mit Bezug auf diese Kühlvorrichtungen entlang der Achse des sich bildenden Drahtes aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine elektrische Widerstandsheizung für diese Erwärmung, bestehend aus einer zentral gelegenen Hülse, durch deren Bohrung dieser Draht läuft,-und aus einem Paar von Armen, die sich im wesentlichen rechtwinklig zu dieser Hülse und nach entgegengesetzten Richtungen erstrecken, wobei jeder Arm so angeordnet ist, daß sein freies Ende mit einer entsprechenden Elektrode verbunden werden kann,und wobei sich die Querschnittsfläche jedes dieser Arme allmählich von diesem freien Ende in Richtung zu dieser zentralen Hülse verringert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder dieser Arme eine im wesentlichen rechteckigen Querschnittsfläche aufweist, deren Größe in einem ersten, gegen dieses freie Ende zu gelegenen Abschnitt konstant ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Widerstand aus Graphit besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kühlvorrichtung aus einer Anordnung zur Erzeugung von Kühlflüssigkeitsstrahlen besteht, wobei die Austrittsöffnungen für diese Strahlen radial um den entstehenden Draht angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kühlvorrichtung eine Kammer mit ringförmigem Querschnitt umschließt, die zwischen einem Paar von rohrförmigen Elementen

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gebildet ist, wobei der sich bildende Draht die Innenbohrung des inneren dieser beiden rohrförmigen Elemente axial durchläuft, und wobei diese Austrittsöffnungen für die Kühlflüssigkeitsstrahlen in diesem innen gelegenen der beiden rohrförmigen Elemente angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß diese Kammer unten durch eine Wand verschlossen ist, die eine Bohrung aufweist, welche koaxial zu der Innenbohrung dieses inneren rohrförmigen Elements liegt und einen Durchmesser aufweist, welcher sich allmählich von dem dieser Innenbohrung zu dem des Drahtes verringert, und wobei diese Bohrung in Verbindung steht mit einer Austrittsöffnung für den Abfluß der Kühlflüssigkeit.

16. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß diese Wand aus zwei Teilen besteht, von denen mindestens ein Teil relativ zu dem anderen beweglich ist, wobei die Trennlinie zwischen diesen beiden Teilen in einer Ebene verläuft, in der auch die Achse des entstehenden Drahtes verläuft.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch ein unterhalb dieser Wand angeordnetes Teil, das den die Bohrung dieser Wand verlassenden Draht berührt .,und von diesem die noch daran befindliche Flüssigkeit ableitet.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet durch einen Exhauster, durch welchen aus dem Zwischenraum zwischen diesem Draht und diesem Glasrohr oberhalb der Erwärmungsstufe Luft abgezogen werden kann, und der aus einem ersten rohrförmigen Element besteht, in dessen Innenbohrung das Ende dieses Glasrohres eingesetzt wird, und das mit einem Anschlußstück versehen istP, durch welches Inertgas in dieses rohrförmige Element geleitet werden kann.

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19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 18, gekennzeichnet durch erste Mittel, mittels welchen dieses Glasrohr axial in einer ersten vorbestimmten Geschwindigkeit voranbe-^ wegt werden kann, und durch zweite Mittel, mittels welchen dieser Draht axial innerhalb dieses Glasrohres in einer zweiten vorbestimmten Geschwindigkeit voranbewegt werden kann.

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