DE69417367T2

DE69417367T2 - Wärmeleitende Rolle

Info

Publication number: DE69417367T2
Application number: DE1994617367
Authority: DE
Inventors: Gerhard Grasset; Christian Leconte
Original assignee: Praxair ST Technology Inc
Current assignee: Praxair ST Technology Inc
Priority date: 1993-11-10
Filing date: 1994-11-09
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JPH07197133A; CA2135510A1; DE69417367D1; ES2129098T3; JP3065219B2; SG49600A1; EP0658635A1; CA2135510C; EP0658635B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine eine Leiterrolle verwendende Glühvorrichtung beim Glühen von Draht wie z. B. Kupferdraht, welche ein Substrat mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit und eine oberste Beschichtung aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung mit einer Oberflächenrauheit von mindestens 2 um Ra aufweist.

Hinterrund der Erfindung

Beim Glühen von Kupferdraht werden Kupferrollen oder Ringe verwendet, um den Draht durch den Joule-Effekt zu erwärmen. Für die Leiterrolle ist Kupfer wegen seiner guten Leitfähigkeit der bevorzugte Werkstoff. In einer typischen oder konventionellen Glühvorrichtung wird der Kupferdraht über zwei voneinander getrennt angeordnete leitende Rollen in Kontakt gebracht, welche mit einer Stromquelle verbunden sind. Eine Rolle ist positiv und die andere Rolle ist negativ. Sind die Rollen mit einer Stromquelle verbunden, wird Wärme erzeugt, da der Kupferdraht den Stromkreis zwischen den leitenden Rollen schließt. Beim Glühen von Kupferdraht wird der Draht kontinuierlich über die Leiterrollen bei einer erwünschten Geschwindigkeit zugeführt, wobei der Draht erwärmt und anschließend auf übliche Weise abgekühlt wird. Der Kupferdraht tritt mit den Leiterrollen in Kontakt, und die Reibung dazwischen verursacht einen Verschleiß an der Oberfläche der Leiterrollen. Erweist sich der Verschleiß der Rollen für einen effizienten Betrieb des Glühvorgangs als unerwünscht, werden die Rollen ausgetauscht. Dies führt zu einem Unterbrechen des Glühbetriebs und damit zu Produktivitätsverlusten. Es ist vorgeschlagen worden, das Kupfer für die Rolle durch Nickel aufgrund dessen besserer Verschleißbeständigkeitsmerkmale zu ersetzen. Allerdings sind Nickelrollen wesentlich teurer als Kupferrollen und unterliegen immer noch einem Verschleiß.
In EP-A-0 266 509 ist eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Glühen von Metallstreifen und eine darin verwendete Herdrolle offenbart worden. Es wurde vorgeschlagen, die Herdrolle mit einer vorbestimmten Rauhigkeit bereitzustellen, bevor die Herdrolle mit einer verschleißbeständigen Oberflächenbeschichtung beschichtet wird, welche als ein aufgesprühter Keramikwerkstoff oder ein Chromüberzug festgelegt ist. Die Dicke der Beschichtung ist derart gewählt, daß die beschichtete Herdrolle eine Oberflächenrauhheit Ra zwischen 4,5 um und 20 um aufweist.
JP-A-4 120 297 offenbart eine Leiterrolle zur Verwendung für galvanische Beschichtungsanlagen für kaltgewalzte Stahlplatten. Die Oberfläche der Rolle ist mit einem harten Chromüberzug oder einer Ni-W- Legierung beschichtet, die etwa 20 bis 24 Gew.-% Wolfram enthält.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Glühvorrichtung, die eine Leiterrolle mit ausgezeichneten Verschleißbeständigkeitsmerkmalen beim Glühen von Draht, beispielsweise Kupferdraht, verwendet.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer kosteneffizienten Beschichtung mit guter Verschleißbeständigkeit für Leiterrollen beim Glühen von Draht, z. B. Kupferdraht.
Die vorliegende Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen, welche beispielhaft Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen, den Rahmen der Erfindung jedoch nicht begrenzen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine leitende Rolle zur Verwendung beim Glühen von Draht, die ein leitendes Substrat mit einer Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung aufweist, und wobei die Oberfläche der Beschichtung über eine Oberflächenrauhheit von mindestens 2 um Ra verfügt. Das Substrat der leitenden Rolle muß eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen der Hitze eines Glühvorgangs widerstehen. Obgleich der bevorzugte Werkstoff für das Substrat Kupfer ist, kann er auch aus Bronze, Nickel oder Stahl bestehen. Die Beschichtung für die leitende Rolle ist eine Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung. Jedoch erweist es sich nicht als ausreichend, daß eine Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung vorliegt, sondern darüber hinaus muß die Beschichtung eine Oberflächenrauhheit von mindestens 2 um Ra und vorzugsweise von 5 um Ra oder mehr aufweisen. Die Beschichtungsdicke kann von 50 bis 150 um variieren. Zur Erzeugung der notwendigen Rauhigkeit der Oberflächenbeschichtung könnte die Beschichtung unter Verwendung von Werkstoffen wie z. B. keramischen oder metallischen Kügelchen oder ähnlichem sandgestrahlt werden; sie könnte unter Verwendung von konventionellen Laservorrichtungen lasergraviert werden; es könnte eine Elektroerosion der Beschichtungsoberfläche, ein Bearbeiten der Oberfläche oder ein jegliches anderes konventionelles Verfahren verwendet werden, um die erforderliche Rauhigkeit zu bewerkstelligen. Das Substrat könnte beispielsweise durch Sandstrahlen behandelt werden, um die erforderliche Rauhigkeit vor oder nach dem Abscheiden der Beschichtung auf dessen Oberfläche zu erzeugen. Wahlweise könnte eine Unterschicht wie z. B. eine Legierung aus Nickel oder einer Nickelbasis abgeschieden werden, welche die erwünschte Rauhigkeit aufweisen oder für die erwünschte Oberflächenrauhheit entsprechend behandelt werden könnte, so daß sich die oberste Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung an die Oberflächenkontur der Unterschicht anpaßt. Es wurde beobachtet, daß eine Unterschicht aus Nickel mit 5 Gew.-% Aluminium die natürliche Rauhigkeit aufweist, die für diese Erfindung geeignet wäre. Eine Nickel-Aluminium-Unterbeschichtung stellt eine gute Korrosionswiderstandsschicht für viele Substrate dar und würde daher eine gute Doppelbeschichtung mit der obersten Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung darstellen. In der Praxis dieser Erfindung könnte jede gute Korrosionswiderstandsunterschicht wie beispielsweise Nickel- oder nickelhaltige Schichten und ähnliches verwendet werden. Die oberste Schicht könnte weiterhin mit einem geeigneten Dichtmittel wie z. B. einem Dichtmittel aus Epoxidharz abgedichtet werden. Dieses könnte einen Schutz für das Substrat ermöglichen, indem eine Barriere zur Verhinderung des Eindringens jeglicher schädlicher Elemente in der Umgebung des Glühvorgangs bereitgestellt wird.
Bei der Überprüfung der Beschichtung dieser Erfindung wurde angenommen, daß eine glatte Oberfläche eine bessere Oberfläche zur Reduzierung des Reibungsverschleisses auf der leitenden Rolle bereitstellen könnte, weil der Draht mit weniger Reibung über die Rolle gleiten könnte. Allerdings wurde ermittelt, daß es für ein Erhöhen des Reibungsverschleisses der beschichteten Rolle notwendig war, die Oberfläche auf 2 um Ra oder mehr aufzurauhen.

Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Glühvorgangs für Kupferdraht.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Bogenabschnitts einer in Fig. 1 dargestellten leitenden Rolle.
Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht eines Bogenabschnitts einer leitenden Rolle, wobei die Beschichtung dieser Erfindung und die gezeigten Kupferdrähte über eine derartige Beschichtung zugeführt werden.
Fig. 4 ist ein Querschnitt der Leiterrolle der Fig. 3 entlang der Linie 4-4.
Bezugnehmend auf die Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Glühvorgangs 2 für Kupferdraht 4 dargestellt, wobei der Kupferdraht 4 über konventionelle Rollen 6 zu negativen Leiterrollen 8, einer positiven Rolle 10 und einer negativen Rolle 9 geleitet wird. Die negativen Leiterrollen 8-9 und die positive Leiterrolle 10 sind über eine (nicht dargestellte) Spannungszufuhr von z. B. 30 Volt verbunden, und anschließend wird der Kupferdraht 4 über diese Leiterrollen 8-9 und 10 zugeführt, um einen Stromkreis auszubilden, der einen Strom in einer Höhe von beispielsweise 125 Ampere entwickeln kann. Der Widerstandserhitzen des Kupferdrahts 4 kann die Temperatur des Drahts erhöhen, z. B. auf 200ºC oder mehr. Bei der Zuführung des Leiterdrahts 4 von der Leiterrolle 8 zu der Leiterrolle 10 fließt ein Strom durch den Kupferdraht und aufgrund der IR-Verluste wird der Kupferdraht erwärmt. Der Kupferdraht 4 wird anschließend von der Leiterrolle 10 zu der Leiterrolle 9 geführt, wo er in einen geeigneten Behälter 15 eingespeist wird, in welchem Inertgasstickstoff 12 über einem Gemisch aus Wasser und Öl 14 enthalten ist. Der erwärmte Draht 4 wird dann durch das Gemisch aus Wasser und Öl 14 abgekühlt und über eine Rolle 7 geführt, wo er zur Lagerung und/oder Versendung zu einem erwünschten Ort aufgewickelt wird. Die Geschwindigkeit, bei welcher der Kupferdraht 4 über die Rollen 8-9-10 geführt wird, liegt im allgemeinen bei etwa 15 m/s. Für verschiedene Glühvorgänge kann diese Geschwindigkeit jedoch auch niedriger oder höher ausfallen.
Fig. 2 stellt einen Bogenabschnitt einer Leiterrolle 16 dar, nachdem sie in einem Glühvorgang für zwei parallel voneinander getrennt angeordnete Kupferdrähte verwendet worden ist. Der Kontakt des Kupferdrahts mit der Leiterrolle 16 bewirkte eine Reibung, durch die halbkreisförmige Vertiefungen 18 in der Leiterrolle erzeugt worden sind. Nachdem sich die Vertiefungen 18 bis zu einer bestimmten Tiefe und Breite ausgebildet haben, muß die Leiterrolle entfernt und durch eine neue Leiterrolle ersetzt werden. Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Bogenabschnitt einer Leiterrolle 20 mit einer Beschichtung 22 und zwei parallel ausgerichteten, voneinander getrennt angeordneten Kupferdrähten 24, die über die Beschichtung 22 geführt werden. Wie in der Fig. 4, die eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Bogenabschnitts der Fig. 3 entlang den Linien 4-4 ist, dargestellt ist, kommt der Kupferdraht 24 mit den Spitzen 26 der Beschichtung 22 in Kontakt, so daß nur eine minimale Kontaktberührung zwischen der Beschichtung 22 und den Kupferdrähten 24 erfolgt. Weil die aus einer Schicht aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehende Beschichtung 22 gute Verschleißbeständigkeitsmerkmale aufweist, verfügt die beschichtete Leiterrolle 20 über eine größere Lebensdauer als eine nichtbeschichtete Leiterrolle.

Beispiel

Ein 0,5 mm dicker Kupferdraht wurde in einer in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung geglüht. Während eines Glühvorgangs wurden nichtbeschichtete Leiterrollen verwendet und in einem anderen Glühvorgang wurden die Leiterrollen mit Wolfram beschichtet und wiesen eine Oberflächenrauhheit mit verschiedenen Werten auf. Die beschichteten Leiterrollen wurden zuerst mit Aluminiumoxidpartikeln mit einer Größe von 20 mesh bei einem Druck von etwa 159 kPa (23 psi) sandgestrahlt. Die Wolframschicht wurde anschließend mit einer Dicke von 100 mm abgeschieden. Der Glühvorgang verwendete eine 30 Volt- Stromquelle, die einen Strom von 125 Ampere erzeugte. Die Temperatur des Drahts zwischen der negativen Leiterrolle und der positiven Leiterrolle betrug etwa 200ºC, und die Temperatur des Gemisches aus Wasser und Öl lag bei etwa 40ºC. Der Kupferdraht wurde über die Leiterrollen bei einer Geschwindigkeit von etwa 15 m/s zugeführt. In dem Glühvorgang, der die nichtbeschichteten Leiterrollen verwendete, mußten die Rollen nach 60-stündiger Verwendung ersetzt werden. Die auf 0,05 um Ra oberflächenbehandelten beschichteten Leiterrollen hielten 175 Stunden; die auf 5,5 um Ra oberflächenbehandelten beschichteten Leiterrollen überdauerten 325 Stunden; und die auf 10 um Ra oberflächenbehandelten Leiterrollen hielten etwa 900 Stunden. Wie aus diesen Daten ersichtlich, stellen diejenigen Leiterrollen, die gemäß dieser Erfindung mit Wolfram beschichtet und auf mehrere Mikrometer Ra oberflächenbehandelt sind, eine längere Betriebsdauer beim Glühen von Kupferdraht als die nichtbeschichteten Leiterrollen oder diejenigen Leiterrollen bereit, die zwar beschichtet sind, jedoch über ein Oberflächenfinish von weniger als 2 um Ra verfügen.
Es versteht sich für den Fachmann, daß verschiedene Abänderungen hinsichtlich der Einzelheiten, der Werkstoffe oder der Anordnung von Bauteilen erfolgen können, ohne das Prinzip und den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise eine Unterschicht, wie z. B. aus Nickel-Aluminium vor der obersten Schicht aus Wolfram oder einer Wolframlegierung aufgetragen werden, um einen Korrosionsschutz für das Substrat bereitzustellen. Weiterhin kann ein Dichtmittel, beispielsweise ein Epoxidharz, auf der obersten Schicht aufgetragen werden, um ebenfalls einen Korrosionsschutz für das Substrat bereitzustellen. Außerdem kann ein jeglicher Werkstoff als das Substrat verwendet werden, sofern er leitend genug ist, um einen erwünschten Strom durch den Kupferdraht zu führen.

Claims

1. Glühvorrichtung (2), bei der eine Leiterrolle (8, 9, 10, 20) vorgesehen ist, die ein leitendes Substrat aufweist, auf das eine Schicht (22) aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung aufgebracht ist, wobei die Oberfläche der aufgebrachten Schicht eine Rauhigkeit von mindestens 2 um Ra hat.

2. Glühvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Oberfläche der aufgebrachten Schicht (22) der Leiterrolle (8, 9, 10, 20) eine Rauhigkeit von mindestens 5 um Ra hat.

3. Glühvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher das Substrat der Leiterrolle (8, 9, 10, 20) aus einem leitenden Werkstoff gefertigt ist, der aus der aus Kupfer, Bronze, Nickel und Stahl bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Glühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Dicke der aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehenden Schicht (22) der Leiterrolle (8, 9, 10, 20) 50 bis 150 um beträgt.

5. Glühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zwischen dem Substrat und der aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehenden Schicht (22) der Leiterrolle (8, 9, 10, 20) eine Unterschicht angeordnet ist.

6. Glühvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die Unterschicht aus der aus Nickel-Aluminium und Nickel bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

7. Glühvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein Dichtmittel über der aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehenden Schicht (22) der Leiterrolle (8, 9, 10, 20) angeordnet ist.

8. Glühvorrichtung nach Anspruch 7, bei welcher das Dichtmittel aus Epoxidharz besteht.

9. Glühvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher das Substrat aus Bronze besteht, die Unterschicht aus Nickel-Aluminium besteht und die Oberflächenrauhheit der aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehenden Schicht (22) mindestens 5 um Ra beträgt.

10. Glühvorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher das Substrat aus Kupfer besteht, das Dichtmittel ein Epoxidharz ist und die Oberflächenrauhheit der aus Wolfram oder einer Wolframbasislegierung bestehenden Schicht (22) mindestens 5 um Ra beträgt.