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Vorrichtung zum kontinuierlichen Imprägnieren und Uberziehen von Metallbändern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Überziehen oder Imprägnieren
metallischen Bandmaterials mit Metall, z. B. zum kontinuierlichen Aufbringen eines
weichen bzw. bei niedrigerer Temperatur schmelzenden Metalls (Weißmetall, anderes
Lagermetall od. dgl.) als Überzug auf die Oberfläche eines Metallbands. Speziell
betrifft sie Vorrichtungen zum kontinuierlichen Belegen und gleichzeitigen Imprägnieren
porösen metallischen Bandmaterials mit niedrigerschmelzendem Metall.
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Imprägnieren bedeutet dabei soviel wie Füllen der Poren in porösem
Metall mit dem Weißmetall, während das Überziehen einen geschlossenen metallischen
Überzug ergibt. Insbesondere kann auch ein zuerst imprägniertes, vorher porös gewesenes
Metall hinterher noch überzogen werden.
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Ziel der Erfindung ist in Weiterbildung des Patents 825 031
die Entwicklung einer verbesserten Vorrichtung, mit der poröses metallisches Bandmaterial
oder ein zusammengesetztes Metallband, das auf einer Seite eine poröse Metallschicht
trägt, bei Unterdruck fortlaufend imprägniert oder überzogen werden kann.
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Die Vorrichtung des Hauptpatents besteht aus einem Paar Kammern, die
an beiden Seiten Maulstücke
besitzen, um ein Abfließen geschmolzenen
Metalls aus den Kammern um das hindurchlaufende Band herum zu verringern. Die Kammern
wenden aus einem Vorratsbehälter mit geschmolzenem Metall gefüllt; zwischen ihnen
liegt eine Vakuumkammer, die mit den ersten beiden Kammern in Verbindung steht.
Die Verbesserung des Ganzen liegt in der Hinzufügung einer Pumpe, die neben der
Evakuierung der Vakuumkammer die Aufgabe hat, das aus den Maulstücken aussickernde
geschmolzene Metall wieder in den Vorratsbehälter zurückzuleiten. .
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Bei der im Hauptpatent beschriebenen Erfindung trat unter gewissen
Umständen eine Schwierigkeit auf, die darin bestand, daß von der für die Belegung
mit Weißmetall nicht vorbereiteten Unterseite bei Widerstandserhitzung doch Schmelze
mitgenommen wurde. Wenn das auch nur. gelegentlich eintrat, so wunde dann doch eine
Entfernung des Metalls von der Bandunterseite notwendig; es war also zu beanstanden,
wenn es eintrat. Eine Erklärung für diese Erscheinung ist schwer zu geben; wahrscheinlich
beruht sie darauf, daß die Stromstärke beim Übertritt des !Stroms aus dem geschmolzenen
Weißmetall in das Band .groß genug ist, um das Band an seiner Unterseite zu überhitzen,
oder mit anderen Worten, daß zwischen Ober- und Unterseite des Bands eine Potentialdifferenz
auftritt.
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Es ist darum ein weiteres Ziel der Erfindung, den Strom aus der Schmelze
so in das Band eintreten zu lassen, daß dieses .gleichförmig erhitzt wind. Dadurch
tritt die Behandlung des Bands als Imprägnierung oder Überzug nur auf einer Seite
in Erscheinung.
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Bei der Verwirklichung dieses Gedankens tritt das geschmolzene Weißmetall
zunächst mit der Oberseite und erst hinterher mit der Unterseite des Bands in Berührung.
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Die praktische Durchführung des Erfindungsgedankens wird nachstehend
an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert.
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Fig. i ist eine Schnittzeichnung einer Vakuumimprägniervorrichtung,
in der die verschiedenen Pumpen und Leitungen und das durchlaufende Band dargestellt
sind; , Fig. 2 zeigt den Teilschnitt einer Vorrichtung, bei der das Band durch Widerstandsheizung
vorgewärmt wird; Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der in Fi.g. 2 gezeigten Maulanordnung
und Fig. 4 eine weitere Ausführungsform derselben. Fig. i zeigt eine Vakuumimprägniervorrichtung
2o, die einen langgestreckten, tunnelartigen Aufbau besitzt. Dieser ist in drei
Abteilungen unterteilt: die erste Abteilung 22, die Vakuumkammer 24 und eine dritte
Abteilung 26. Die Abteilungen 22, 24 und 26 sind hintereinander angeordnet und besitzen
Eintritts- und Austrittsöffnungen, so daß ein Band 3o durch diese im wesentlichen
gestreckt durchlaufen kann. Das Band 30 läuft durch ein Eingangsmaul 32 in die Kammer
22 ein und verläBt diese durch eine Öffnung 34, die zugleich das Eingangsmaul der
Vakuumkammer 24 ist. Dann durchläuft es die Vakuumkammer und verläßt sie durch das
Maul 36, das zugleich der Eintritt der Kammer 26 ist. Schließlich läuft es durch
das Austrittsmaul 38 aus der Kammer 26. Die Kammern 22 und 26 enthalten ein bestimmtes
Volumen geschmolzenen Metalls 4o, in diesem Fall Lagermetall, dessen Höhe durch
die Überläufe 42 1)7w.44 einhestellt wird. Wenn das Metallniveau über die Oberkante
der Überläufe steigen will, wird )die überschüssige Schmelze durch die Abläufe 48
@bzw. 5o zu einem Vorratstank 46 zunückgeleitet. Der Vorratstank 46 enthält ein
bestimmtes Volumen Lagermetall 40 und besitzt ferner eine nicht gezeichnete Heizvorrichtung,
um das Lagermetall im igeschmolzenen Zustand zu halten. Um die Metallschmelze den
Kammern 22 und 26 zuzuführen, befinden sich an dem Vorratstank 46 zwei Pumpen 52
und 54. Diese fördern das Metall aus dem Vorratstank 46 durch die Versorgungsleitungen
56 und 58 aufwärts in die Kammern 22 und 26. Die Förderleistung der Pumpen ist so
groß, daß dauernd mehr Metall, als benötigt, in die Kammern gefördert wind und demzufolge
ständig Schmelze .durch die Abläufe 48 und 5o zurückläuft. Die aus dem Eintrittsmaul
32 und dem Austrittsmaul 38 der Vorrichtung aussickernde tSchmelze wird auf ähnliche
Weise in den Vorratstank 46 zurückgeleitet.
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Die mittlere Kammer 24 wird durch eine Vakuumpumpe 6o in erfindungsgemäßer
Zusammenarbeit mit einer weiteren, in den Schmelzenvorrat eingetauchten Pumpe 62
evakuiert. Letztere dient gleichzeitig zur Rückförderung des durch die Öffnungen
34 und 36 in die Vakuumkammer 24 einsickernden Metalls. So erzeugt die Pumpe 62,
indem sie geschmolzenes Metall in den Vorratstank 46 pumpt, an ihrer Ansaugseite
ein Vakuum, das durch ;Zusammenarbeit mit der Pumpe 6o weiter verstärkt wird, so
daß in der Kammer 24 ein sehr hohes Vakuum herrscht.
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Vorzugsweise wird den Kammern 22 und 26 ein reduzierendes Gas zugeführt,
um auf der Oberfläche der Schmelze möglichst saubere Verhältnisse zu gewährleisten,
.d. h. um eine Oxydation zu verringern oder möglichst auszuschalten. Dadurch wird
weniger Schlacke gebildet und ein Verstopfen der Pumpen verhindert. In der Zeichnung
ist der Vorratstank 46 gegenüber der Außenluft abgeschlossen und kann entweder mit
einer reduzierenden Atmosphäre gefüllt wenden, oder die Oberfläche der Metallschmelze
kann durch Überschichtung mit einem hitzebeständigen Material, wie z. B. Bentonit,
geschützt werden.
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Die Pumpen 6o und 62 halten einen Druck von etwa :2 bis 3 Torr in
der Vakuumkammer. Durch den Einlaß 63 wird das reduzierende Gas in solcher Menge
in die Kammer eingelassen, daß der Druck auf etwa 7 Torr steigt. Die reduzierende
Atmosphäre verhindert jegliche Oxydation der Schmelze in dieser Kammer. Beim Betrieb
läuft das Band 30 durch das Eingangsmaul 32 in die Vorrichtung, nachdem seine Oberfläche
vorher von Oxyden, Schmutz oder Fett durch eine geeignete Vorbehandlung zur Erhöhung
der Fließeigenschaften gereinigt
wurde; vcrschieclene Ausführungsformen
einer derartigen Vorbehandlungs- oder Reinigungsapparatur sind im Hauptpatent dargestellt.
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Das Band 30 besteht mindestens teilweise aus porösem Material,
das eine Imprägnierung erfordert. Das Band läuft in der Kammer 22 unterhalb der
Oberfläche der 'Schmelze 40 und wird dadurch teilweise imprägniert. Dann läuft es
weiter in die Vakuumkammer, in der auf Grund des verminderten atmosphärischen Drucks
alle in den Poren verbliebenen Luftreste entweichen. Dadurch werden die Poren mit
Metall imprägniert, welches das daraus abgesaugte Gas ersetzt. Daraufhin läuft das
Band in Kammer 26 unter der Oberfläche der Metallschmelze, so daß weiteres Metall
aufgetragen und dadurch die Imprägnierung vervollständigt wird. Dann läuft das Band
aus dein Ausgangsmaul 38 in eine geeignete Gußvorrichtung, die hier nicht dargestellt
ist, jedoch im einzelnen in der Beschreibung des Patents 825 031 erläutert ist.
Diese Gußvorrichtung ermöglicht es, Lagermetall in jeder gewünuhten Stärke auf das
Band aufzutragen, ist jedoch nicht Gegenstand vorliegender Erfindung.
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Aus dem vorstehenden geht hervor, daß man in dieser Vorrichtung eine
vollständige Imprägnierung ohne jede Verbiegung des Bandmaterials erreichen kann.
Das ist insbesondere bei der Bearbeitung starker Bänder notwendig, bei denen die
Größe des Streifenquerschnitts eine Biegung schwierig oder unmöglich macht. Der
gesamte Vorgang wird kontinuierlich ausgeführt, während das Band flach bleibt und
sich in derselben Ebene fortbewegt.
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Es sei bemerkt, daß durch Verwendung der Pumpe 62 die in dem Patent
825 031 verwendete Wanne mit .Steigrohr überflüssig gemacht wird, indem die Pumpe
an der ,Ansaugseite in Zusammenarbeit in it Pumpe 6o das Vakuum in der Kammer 24
aufrechterhält. Darüber hinaus hat die Pumpe 62 die Aufgabe, aus den Kammern 22
und 26 ausgeflossene bzw. ausgesickerte Schmelze aus der Vakuumkammer zu entfernen
und in den Vorratstank 46 zurückzupumpen. (Selbstverständlich kann an Stelle von
Lagermetall auch jedes andere niedrigschmelzende Metall, wie Blei, Zinn, Antimon,
Aluminium oder Legierungen derselben, zur vollständigen linl)rilgtiierullg von porösen
Bändern mit höherem Schmelzpunkt verwendet werden.
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In Fig. 2 ist ein Stahlband 12o dargestellt, das nur auf seiner Oberseite
mit Lagermetall von bestimmter Dicke überzogen werden soll. Das Band 1'siuft durch
ciii Paar federnd zusammengedrückte Klemmrollen 122 und 124, die in dem Block 126
gelagert sind. Dieser Block ist von seinem Träger 128 durch die Isolierplatte
130 isoliert. Das Band läuft dann unter einer Haube 132 durch, die durch
das Rohr 134 mit reduzierendem Gas gefüllt wird. Dann gelangt es unter eine Erweiterung
136 eines Schmelzenbehälters 138, die geschmolzenes Lagermetall i4o enthält. Die
Schmelze 140 gelangt durch eine oder mehrere öffnungen 142 in der Wand des Behälters
138 in die Erweiterung 136. Das Band 120 läuft dann durch ein Maulstück 144 in den
Schmelzenbehälter 138. Vorzugsweise wird über der ,Schmelze 140 eine reduzierende
Atmosphäre gehalten, um eine Oxydation derselben zu verhindern; dieses Gas kann
durch eine Öffnung 146 der Erweiterung 136 zugeführt werden. Durch die Zuführungen
148 und i5o wird der Vorrichtung elektrischer Strom zugeführt. Leitung 148 ist an
den Block 126 angeschraubt, so (,aß der Strom über die Klemmrollen 122 und
124 bei Punkt B in das Band fließt. Leitung i5o ist an den,Schmelzenbehälter
138
angeschlossen, so daß der Strom bei Punkt A von dem 'Band 120 in die Schmelze
und durch diese zurückfließt. Dadurch heizt der Strom das Band entsprechend seinem
Widerstand zwischen den Punkten A und B auf. Auf diese Weise tritt
der ,Strom an der Oberseite des.Bands aus, so daß nur der zwischen den Klemmrollen
und der Erweiterung des Schmelzbehälters liegende Teil des Bands durch seinen elektrischen
Widerstand erhitzt wird. Da dieser erhitzte Teil des Bands sich unter der genannten
Haube 132 befindet, wird er dort durch das Gas auf geeignete Weise gereinigt, wie
in dem Patent 825 031 beschrieben ist.
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Man sieht, daß das Band 120 während seiner Vorwärtsbewegung laufend
erhitzt, gereinigt und in den Schmelztank geleitet wird, indem die Schmelze die
vorher gereinigte Oberseite des Bands benetzt; nach dem Verlassen des Schmelztanks
durchläuft das Band eine hier nicht gezeichnete geeignete Gußv orrichtung, in ,der
eine Schicht jeder gewünschten Dicke auf seine Oberfläche gegossen wird. Die Unterseite
des Bands nimmt keine Schmelze an, da sie während der Erhitzung durch die atmosphärische
Luft oxydiert wurde.
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Fig. 3 zeigt eine andere Ausführung der in Fig. 2 gezeigten Maulanordnung;
hier ist das Eingangsmaul 149 des ,Schmelztanks, wie bei 16o dargestellt, so abgeschrägt,
daß an der Unterseite des Mauls eine sehr dünne Kante entsteht. Dadurch wird der'
übergangswiderstand des Bands an seiner Unterseite genügend groß, so daß der Strom
beim Einlaufen des Bands in den Schmelztank im wesentlichen .durch dessen Oberseite
fließt. Diese Ausführungsform liefert in den meisten Fällen zufriedenstellende Ergebnisse
und vermeidet die obengenannten Störungen der zeitweiligen Benetzung der Unterseite
des Bands durch die Schmelze.
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Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, die konstruktiv und in
der Arbeitsweise sehr zufriedenstellend ist. Hier ist das Maul 149 auf beiden ,Seiten
.abgeschrägt; dadurch wird erreicht, daß die Unterseite des Mauls den Streifen erst
dann berührt, wenn er bereits mit der im Oberteil des Mauls gehaltenen Schmelze
140 in Berührung gekommen ist. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform ist also
in mancher Beziehung ganz ähnlich der in Fig. 2 gezeigten, aber gedrungener in der
Konstruktion; dadurch wird ein Auswechseln des Mauls, das bei Verwendung verschiedener
Bandbreiten erforderlich wird, vereinfacht.
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In all diesen Ausführungsformen der Erfindung fließt der Strom von
der Schmelze in das Band, wodurch eine gleichmäßige Erhitzung desselben erreicht
wird. Ein Teil der Schmelze wird oberhalb
des Bands gehalten, so
daß es mit diesem früher in Kontakt ist als die übrige Schmelze oder das Maul mit
der Unterseite des Bands. Das geschieht deshalb, damit der .Strom von der Schmelze
zunächst in die Obersaite des Bands fließt, wodurch jede Möglichkeit des Festhaltens
von ,Schmelzmetall an der Unterseite des Bands ausgeschaltet wird.
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Aus dem Vorhergehenden ist ersichtlich, daß die neue Maulanordnung
jede Möglichkeit des Festhafens von Schmelzmetall an der Unterseite des Bands bei
Erhitzung desselben durch Widerstandsheizung ausschaltet. Es versteht sich ferner,
daß, wenn die Beschreibung sich auch bisher immer auf die Verarbeitung von Lagermetall
bezogen hat, auch jedes andere Metall auf die Oberfläche eines Bands aus irgendeinem
geeigneten Material nach demselben Verfahren aufgebracht werden kann. Zum Beispiel
kann ein Stahlband verzinnt werden oder mit Bronze, Aluminium oder Messing belegt
werden; es kann aber auch ein Band aus Nickel, Kupfer, Bronze, Aluminium u. dgl.
mit irgendeinem geeigneten niedrigerschmelzendem Metall oder ,einer entsprechenden
Metallegierung überzogen werden; in a11 diesen Fällen ist das Verfahren 'ähnlich
dem vorstehend beschriebenen.