WO1998028952A1 - Oberflächenbehandlung von metallischen bändern mittels magnetisch bewegten lichtbogen - Google Patents

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WO1998028952A1
WO1998028952A1 PCT/EP1997/007257 EP9707257W WO9828952A1 WO 1998028952 A1 WO1998028952 A1 WO 1998028952A1 EP 9707257 W EP9707257 W EP 9707257W WO 9828952 A1 WO9828952 A1 WO 9828952A1
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treatment
arc
counter electrode
strip
tape
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PCT/EP1997/007257
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Inventor
Volker Müller
Ulrich Finger
Original Assignee
C.M.T.M. Dr. Müller Verfahrenstechnik Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32055—Arc discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/3266—Magnetic control means
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/48—Generating plasma using an arc
    • H05H1/50—Generating plasma using an arc and using applied magnetic fields, e.g. for focusing or rotating the arc

Definitions

  • the principle of the magnetically moving arc has long been known in welding technology.
  • the magnetically driven cyclical movement of the arc along an arbitrarily designed closed path is briefly called "rotation".
  • the invention relates to a device for the continuous treatment of the surface of flat metal strips by means of a rotating arc for surface cleaning, for surface structuring and / or for heat treatment.
  • the heat treatment serves to change the structure and / or to produce special surface layers by subsequent exposure to reaction gases.
  • the device according to the invention is used, among other things, for fine surface cleaning and structuring of strips in composite wire production.
  • a metal tube is continuously welded around a core wire.
  • the sheath material is pressed onto the core by subsequent pulling together and a composite material is produced by joint shaping. This presupposes that the surfaces to be plated are metal are shiny and have a smooth, non-porous surface.
  • the surface is cleaned by mechanical processing with brushes immediately before plating.
  • the disadvantage of this method is that the brushes become loaded with foreign substances and wear mechanically with increasing use. As a result, the surfaces to be plated are contaminated with undesirable foreign substances and brush abrasion.
  • the patent DE 42 11 167 AI describes a method and a device for the continuous thermal surface treatment of long metal products (e.g. wires or pipes).
  • the aim of this process is to use a rotating arc to control the energy input evenly over the entire surface of the material.
  • This device is only suitable for rod-shaped materials.
  • a device for treating flat metal surfaces by means of a magnetically moved arc is described in the patent specification WO 95/25420.
  • the arc runs on a flat, closed electrode path, driven by a magnetic field perpendicular thereto.
  • the magnetic field is generated by electric or permanent magnets and guided into the vicinity of the arc running line by means of pole shoes. Due to the required proximity of the pole shoes to the arc and to Workpiece surface. a number of problems occur, in particular with regard to the cooling, the electrical insulation and the loading of the pole shoes with substances which are released by the arc from the surface and can lead to re-contamination of the surface.
  • the object of the invention is to provide a device which enables the surface treatment of metal strips by means of a magnetically moved arc in a manner which avoids the disadvantages associated with the prior art.
  • the features of the device according to the invention are described by claims 1 to 14.
  • a metal strip (3) which is poled as a cathode (-) is guided according to the invention through a device for the strip treatment, which essentially consists of a counter electrode (1), poled as anode (+), and there are pairs of electromagnets and / or permanent magnets (2) arranged symmetrically to the center between the counter electrode and the band.
  • the magnets are poled so that the poles of the same name face each other.
  • the arc path predetermined by the contour of the counterelectrode can be of almost any design, in the simplest Case as a circular path ..
  • the shape of the magnetic field is matched to the contour of the counter electrode by the shape, the strength and the position of the magnets so that the magnetic field lines perpendicular to the Tagente to the counter electrode or the arc path and parallel to that by the Arc traced area.
  • a DC voltage source which supplies a constant arc current, is connected to the metal strip and the counter electrode, and an arc is ignited by a suitable ignition device. The force acting on the arc due to the interaction of the driving magnetic field with the intrinsic magnetic field of the arc moves the arc along the path prescribed by the counter electrode.
  • the arc treatment is carried out under protective gas at atmospheric pressure in a space from the environment encapsulated (FIG. 2a, 6) is passed through the tape (3).
  • protective gas is continuously added through the inlet opening (6) during the treatment.
  • the effect caused by the rotating arc essentially depends on the arc current and the arc speed as well as the strip speed and the type and structure of the strip surface itself.
  • the speed of the rotating arc depends on the length of the arc, the arc current, the magnetic field and the composition and viscosity of the Protective gas.
  • the composition and the temperature of the protective gas atmosphere have a significant influence, the arc speed increasing as the viscosity of the protective gas decreases.
  • Various inert gases and their mixtures are used as the protective gas, preferably a mixture of helium and argon. The higher the proportion of helium, the faster the arc rotates and the more uniform the energy input. At the same time, however, the ignitability of the arc decreases.
  • the sheet rotation can be controlled according to the desired surface quality by specifically selecting the parameters of belt speed, electrode spacing, current strength, magnetic field strength, protective gas quantity and composition.
  • the stability of the rotating arc depends to a large extent on the type of power supply to the moving belt.
  • the "blowing effect" known from welding technology can result in the fact that not only a force component tangential to the arc running line acts on the arc, but also a perpendicular component. If this exceeds a critical value, the arc is forced to leave the counter electrode and is extinguished. The extinguishing and reignition of the arc reduces the quality of the treated surface. This is avoided by the fact that the current supply to the strip is located directly below the arc run length specified by the geometry of the counter electrode. never done, preferably by pressing spring-mounted carbon brushes (4).
  • the strip During the arc treatment, thermal energy is supplied to the metal strips. If only surface cleaning and / or modification is carried out by the arc treatment and a change in the strip properties is to be avoided by increasing the temperature, the strip must be guided during the treatment according to the invention on a cooled base (5) which supplies the strip with the arc Most of the heat energy is removed again during the treatment. At the same time, cooling is particularly necessary when treating thin strips at low strip speeds in order to prevent excessive heating and melting of the strip surface.
  • Arc cooling does not take place during but after the arc treatment.
  • a closed reaction space (FIGS. 3, 14) adjoins the arc treatment space, and inert gas is applied to it via the gas inlet opening (13).
  • the size of the reaction space is set according to the required reaction time depending on the belt speed.
  • the arc treatment creates a reactive surface and by adding reactive substances, for example preheated reaction gases, via the inlet opening (FIG. 3, 13) into the reaction space (14 " ) a chemical conversion or a coating of the treated surface can be achieved.
  • reactive substances for example preheated reaction gases
  • the arc running surface of the counter electrode (1) is also heated by the rotating arc. Since heating and melting of the counter electrode must be avoided in any case for reasons of wear, it is made of a material with good electrical and thermal conductivity, e.g. Copper or copper alloys made and cooled by a cooling device.
  • the lateral distance between the counter electrode and thus the arc from the strip edges must not be less than 0.1 times the distance between the counter electrode and the strip surface in order to avoid overheating and / or melting of the strip edges.
  • the holding device of the counter electrode is designed in such a way that the distance of the counter electrode from the strip and thus the arc length can be set in a defined manner before and / or during the treatment.
  • the walls of the treatment room (6) are cooled in order to prevent the protective gas atmosphere from heating up and thus to increase the viscosity of the protective gas and to accelerate the deposition of substances which are released from the strip surface during the treatment.
  • the counter electrode can be made much more compact.
  • the cooling can be implemented effectively and without great technical effort.
  • the substances deposited on the cooled walls can easily be completely removed. With the device according to the invention, it is possible for the first time to carry out both surface cleaning and heat treatment.
  • the counter electrode is designed as a cylindrical hollow electrode (1) which is closed on one side and is cooled with water from the inside.
  • a cylindrical permanent magnet (2) is located in the water-cooled interior.
  • the counterelectrode is arranged electrically insulated (7) in the middle of the band and has a lateral distance of 15% on both sides of the distance from the counterelectrode-band surface to the band edges.
  • the taut band (3) is slid over a water-cooled slide (5) made of a wear-resistant alloy with good electrical and " thermal conductivity, such as a copper-aluminum alloy. This sliding piece performs four functions. First, the band is set in height. Second, power is supplied to the belt via the slider.
  • the slider serves as a receptacle for the second magnet (2) below the band, which is adjusted symmetrically with respect to the area through the center between the counter electrode and the top edge of the band to the upper magnet in the counter electrode.
  • the walls surrounding the arch space are made of non-magnetic metal (6) and are provided with a cooling device.
  • the arch space which is closed except for the strip inlet and strip outlet, is sealed off from the outside atmosphere by an inlet and outlet seal (8).
  • an opening (9) provided with a connection for the addition of protective gas.
  • the arrangement shown in FIG. 3 was chosen as the second exemplary embodiment. This arrangement can be used in particular for the heat treatment of strips by means of a rotating arc.
  • the arrangement of the magnets (2) is analogous to the 1st embodiment. Power is supplied via carbon brushes (4), which are pressed onto the belt (3) from below by springs from below the arc running line. Contrary to that In the first exemplary embodiment, the strip is not cooled by the contact with a sliding piece during the arc treatment, thereby initially heated to the required temperature and cooled again after the surface and / or heat treatment by means of two partially wrapped, cooled deflection rollers L (10). The energy input increases with increasing arc current and decreasing belt speed.
  • an inert gas atmosphere e.g. argon
  • the belt (3) to be treated runs over a water-cooled roller (15).
  • Two permanent magnets (2) are adjusted symmetrically on the one hand above in the counter electrode (1) and on the other hand inside the roller (15).
  • the roll made of a wear-resistant alloy with good electrical and thermal conductivity is used to fix the belt in space, to transmit current to the belt and to cool the belt.
  • the arc running surface of the counter electrode is designed so that the distance between Electrode (1) and .strip surface (3) is the same at all points. - Due to the curved surface of the roller, the symmetry along the arc path between the magnets is not completely given.
  • the deviation has no significant influence on the arc rotation as long as the roller diameter is at least 5 times the diameter of the counter electrode.
  • the electrode is hung up in an electrically insulated manner (7).
  • the arc chamber is sealed off from the environment by cooled walls (6) and seals at the strip inlet and strip outlet (6).
  • Protective gas is added through the gas inlet opening (9) to maintain a protective gas atmosphere.

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung der Oberfläche von ebenen Metallbändern mittels rotierendem Lichtbogen zur Oberflächenfeinreinigung, zur Oberflächenstrukturierung und/oder zur Wärmebehandlung. Sie wird u.a. bei der Verbunddrahtherstellung eingesetzt. Dabei wird das als Katode gepolte Band (3 in Fig. 1a und 1b) durch eine Vorrichtung geführt, die im wesentlichen aus einer als Anode (+) gepolten Gegenelektrode (1) und paarweise symmetrisch zur Mitte zwischen der Gegenelektrode und dem Band angeordneten Elektromagneten und/oder Permanentmagneten (2) besteht. Die Magnete werden so gepolt, daß sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. Die durch die Kontur der Gegenelektrode vorgegebene Lichtbogenbahn kann nahezu beliebig gestaltet sein im einfachsten Fall als Kreisbahn. Durch gezielte Wahl der Parameter Bandgeschwindigkeit, Elektrodenabstand, Stromstärke, Magnetfeldstärke, Schutzgasmenge und -zusammensetzung kann die Bogenrotation entsprechend des angestrebten Behandlungseffektes gesteuert werden.

Description

Oberflächenbehandlung von metallischen Bändern mittels magnetisch bewegten Lichtbogen
Beschreibung
Das Prinzip des magnetisch bewegten Lichtbogens ist aus der Schweißtechnik bereits seit langem bekannt. Nachfolgend wird die magnetisch angetriebene zyklische Bewegung des Lichtbogens entlang einer beliebig gestalteten geschlossenen Bahn kurz "Rotation" genannt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung der Oberfläche von ebenen Metallbändern mittels rotierendem Lichtbogen zur Oberflächenfeinreini- gung, zur Oberflächenstrukturierung und/oder zur Wärmebehandlung. Die Wärmebehandlung dient der Gefügeveränderung und/oder der Erzeugung spezieller Oberflächenschichten durch nachfolgende Beaufschlagung mit Reaktionsgasen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird unter anderem zur Oberflächenfeinreinigung und -strukturierung von Band bei der Verbunddrahtherstellung eingesetzt. Bei der Erzeugung von Ver- bunddrähten wird kontinuierlich um einen Kerndraht ein Metallrohr geschweißt . Durch nachfolgendes gemeinsames Ziehen wird der Mantelwerkstoff auf den Kern gepreßt und durch gemeinsame Umformung ein Verbundwerkstoff hergestellt. Das setzt vor- aus, daß die zu plattierenden Oberflächen metal- lisch blank sind und eine glatte, porenfreie Oberfläche haben.
Entsprechend dem Stand der Technik wird die Ober- fläche durch mechanische Bearbeitung mit Bürsten unmittelbar vor der Plattierung gereinigt. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß sich die Bürsten mit zunehmender Einsatzdauer mit Fremdstoffen beladen und mechanisch verschleißen. Infolgedessen kommt es zu einer Kontamination der zu plattierenden Flächen mit unerwünschten Fremdstoffen und Bürstenabrieb.
In der Patentschrift DE 42 11 167 AI werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen thermischen Oberflächenbehandlung von metallischen Langprodukten (z.B. Drähten oder Rohren) beschrieben. Das Ziel dieses Verfahrens besteht darin, mittels rotierendem Lichtbogen feinfühlig steuerbar einen gleichmäßigen Energieeintrag über die gesamte Materialoberfläche zu erreichen. Diese Vorrichtung ist ausschließlich für stabförmige Materialien geeignet.
Eine Vorrichtung zur Behandlung von ebenen Metalloberflächen mittels magnetisch bewegtem Lichtbogen wird in der Patentschrift WO 95/25420 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung läuft der Lichtbogen auf einer ebenen geschlossenen Elektroden- bahn, angetrieben durch ein dazu senkrechtes Magnetfeld. Bei der beschriebenen Vorrichtung wird das Magnetfeld durch Elektro- oder Permanentmagnete erzeugt und mittels Polschuhen in die Nähe der Lichtbogenlauflinie geleitet. Durch die erforder- liehe Nähe der Polschuhe zum Lichtbogen und zur Werkstückoberflache . treten eine Reihe von Problemen auf, insbesondere hinsichtlich der Kühlung, der elektrischen Isolation und der Beladung der Polschuhe mit Stoffen, die durch den Lichtbogen von der Oberfläche freigesetzt werden und zu einer Wiederverunreinigung der Oberfläche führen können. Bei dieser Anordnung besteht die Gefahr, daß durch Bildung von elektrisch leitfähigen Ansätzen an den Polschuhen im Verlauf des Behandlungsprozesses der Lichtbogen zwischen Polschuhen und Elektrode oder zwischen Polschuhen und Werkstückoberfläche brennt, was zu einer Minderung der Qualität der Oberflächenbehandlung und zu einer Zerstörung der Elektrode bzw. Polschuhe führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die Oberflächenbehandlung von Metallbändern mittels magnetisch bewegtem Lichtbogen auf eine Weise ermöglicht, die die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile vermeidet. Die Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden durch die Ansprüche 1 bis 14 beschrieben.
Entsprechend Fig. la und lb wird ein Metallband (3), das als Katode (-) gepolt ist, gemäß der Erfindung durch eine Vorrichtung für die Bandbehandlung geführt, die im wesentlichen aus einer als Anode (+) gepolten Gegenelektrode (1) , und paarweise symmetrisch zur Mitte zwischen der Gegen- elektrode und dem Band angeordneten Elektromagneten und/oder Permanentmagneten (2) besteht. Die Magnete werden so gepolt, daß sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. Die durch die Kontur der Gegenelektrode vorgegebene Lichtbogenbahn kann nahezu beliebig gestaltet sein, im einfachsten Fall als Kreisbahn .. Die Gestalt des Magnetfeldes wird durch die Form, die Stärke und die Lage der Magnete so auf die Kontur der Gegenelektrode abgestimmt, daß die magnetischen Feldlinien senkrecht auf der Tagente an die Gegenelektrode bzw. die Lichtbogenbahn und parallel zu der durch die Lichtbogenbahn umschriebenen Fläche liegen. An das Metallband und die Gegenelektrode wird eine Gleichspannungsquelle, die einen konstanten Licht- bogenstrom liefert, angeschlossen, und durch eine geeignete Zündvorrichtung wird ein Lichtbogen gezündet. Die durch die Wechselwirkung des antreibenden Magnetfeldes mit dem Eigenmagnetfeld des Bogens entstehende Kraftwirkung auf den Bogen bewegt den Bogen entlang der durch die Gegenelektrode vorgeschriebene Bahn.
Die Lichtbogenbehandlung erfolgt unter Schutzgas bei Normaldruck in einem gegenüber der Umgebung abgekapselten Raum (Fig. 2a, 6) , durch den das Band (3) hindurchgeführt wird.
Zur Einstellung und Erhaltung der Schutzgasatmo - Sphäre im Behandlungsraum wird während der Behand- lung ständig durch die Einlaßöffnung (6) Schutzgas zugegeben.
Der durch den rotierenden Lichtbogen bewirkte Effekt hängt wesentlich von der Lichtbogenstrom- stärke und der Lichtbogengeschwindigkeit sowie der Bandgeschwindigkeit und der Art und Struktur der Bandoberfläche selbst ab. Die Geschwindigkeit des rotierenden Lichtbogens ist abhängig von der Lichtbogenlänge, dem Lichtbogenstrom, dem Magnet- feld sowie der Zusammensetzung und Viskosität des Schutzgases.
Die Zusammensetzung und die Temperatur der Schutz- gasatmosphäre haben einen wesentlichen Einfluß, wobei mit abnehmender Viskosität des Schutzgases die Lichtbogengeschwindigkeit ansteigt. Als Schutzgas kommen verschiedene Inertgase und deren Gemische zum Einsatz, vorzugsweise ein Gemisch aus Helium und Argon. Je höher der Anteil von Helium ist, um so schneller rotiert der Lichtbogen und um so gleichmäßiger ist der Energieeintrag. Gleichzeitig nimmt jedoch die Zündwilligkeit des Lichtbogens ab .
Durch gezielte Wahl der Parameter Bandgeschwindigkeit, Elektrodenabstand, Stromstärke, Magnetfeldstärke, Schutzgasmenge und -Zusammensetzung kann die Bogenrotation entsprechend der angestrebten Oberflächenqualität gesteuert werden.
Die Stabilität des rotierenden Lichtbogens hängt in großem Maße von der Art und Weise der Stromzuführung zum bewegten Band ab. Bei einseitiger Stromzuführung kann es durch den aus der Schweiß- technik bekannten "Blaseffekt" dazu führen, daß auf den Bogen nicht nur eine zur Lichtbogenlaufli- nie tangentiale Kraftkomponente wirkt, sondern zusätzlich auch eine dazu senkrechte. Überschreitet diese einen kritischen Wert, wird der Lichtbo- gen zum Verlassen der Gegenelektrode gezwungen und verlöscht . Das Verlöschen und Neuzünden des Bogens mindert die Qualität der behandelten Oberfläche. Das wird dadurch vermieden, daß die Stromzuführung zum Band direkt unterhalb der durch die Geometrie der Gegenelektrode vorgegebenen Lichtbogenlaufli- nie erfolgt, vorzugsweise durch Andrücken federnd gelagerter Kohlebürsten (4) .
Bei der Lichtbogenbehandlung wird den Metallbän- dem Wärmeenergie zugeführt. Falls durch die Lichtbogenbehandlung ausschließlich eine Oberflächenreinigung und/oder -modifizierung erfolgt und eine Veränderung der Bandeigenschaften durch eine Temperaturerhöhung vermieden werden soll, muß das Band während der Behandlung erfindungsgemäß auf einer gekühlten Unterlage (5) geführt werden, welche dem Band die durch den Lichtbogen zugeführte Wärmeenergie bereits während der Behandlung zum großen Teil wieder entzieht. Insbesondere bei der Behandlung von dünnen Bändern bei kleiner Bandgeschwindigkeit ist eine gleichzeitige Kühlung erforderlich, um eine starke Erwärmung bis hin zu AufSchmelzungen der Bandoberfläche auszuschließen.
Bei einer Wärmebehandlung mittels rotierendem
Lichtbogen erfolgt die Kühlung nicht während, sondern nach der Lichtbogenbehandlung. Dazu schließt sich an den Lichtbogenbehandlungsraum ein abgeschlossener Reaktionsraum (Fig. 3, 14) an, der über die Gaseinlaßöffnung (13) mit Inertgas beaufschlagt wird. Die Größe des Reaktionsraumes wird entsprechend der erforderlichen Reaktionszeit in Abhängigkeit von der Bandgeschwinigkeit eingestellt.
Zur Schaffung spezieller Oberflächenschichten auf dem Band wird durch die Lichtbogenbehandlung eine reaktionsfreudige Oberfläche geschaffen, und durch Zugabe von reaktiven Stoffen, z.B. vorgeheizten Reaktionsgasen, über die Einlaßöffnung (Fig. 3, 13) in den Reaktionsraum (14") kann eine chemische Umwandlung oder eine Beschichtung der behandelten Oberfläche erreicht werden.
Die Lichtbogenlauffläche der Gegenelektrode (1) wird durch den rotierenden Lichtbogen ebenfalls aufgeheizt. Da eine Erwärmung und Anschmelzung der Gegenelektrode aus Verschleißgründen auf jeden Fall vermieden werden muß, wird diese aus einem Material mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, z.B. Kupfer oder Kupferlegierungen, hergestellt und durch eine Kühlvorrichtung gekühlt.
Der seitliche Abstand der Gegenelektrode und damit des Lichtbogens von den Bandkanten darf einen minimalen Abstand in Höhe des 0,1-fachen Abstandes Gegenelektrode-Bandoberfläche nicht unterschreiten, um eine Überhitzung und/oder Anschmelzung der Bandkanten zu vermeiden.
Die Haltevorrichtung der Gegenelektrode wird so ausgeführt, daß der Abstand der Gegenelektrode vom Band und damit die Lichtbogenlänge vor und/oder während der Behandlung definiert eingestellt wer- den kann.
Die Wände des Behandlungsraumes (6) werden gekühlt, um das Aufheizen der Schutzgasatmosphäre und damit eine Erhöhung der Viskosität des Schutz- gases zu verhindern und um das Ablagern von Stoffen, die bei der Behandlung von der Bandoberfläche abgegeben werden, zu beschleunigen.
Durch die erfindungβgemäße Anordnung der Magneten und der Gegenelektrode werden die mit dem Stand der Technik verbundenen Nachteile beseitigt, da keine Polschuhe mehr erforderlich sind. Die Gegenelektrode kann wesentlich kompakter gebaut werden. Die Kühlung kann effektiv und ohne großen techni- sehen Aufwand realisiert werden. Die an den gekühlten Wänden sich ablagernden Stoffe können leicht vollständig entfernt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es erstmals möglich, sowohl eine Oberflächenreinigung als auch eine Wärmebehandlung durchzuführen.
Weiterhin verringert sich der Fertigungsaufwand für die gesamte Vorrichtung wesentlich gegenüber dem Stand der Technik.
Nachfolgend wird die Erfindung an drei Ausführungsbeispielen erläutert .
1. Ausführungsbeispiel:
Als 1. Ausführungsbeispiel wurde die in Fig. 2 gezeigte Anordnung gewählt . Die Gegenelektrode ist als zylindrische Hohlelektrode (1), die einseitig verschlossen ist und von innen mit Wasser gekühlt wird, ausgebildet. Ein zylinderförmiger Permanentmagnet (2) befindet sich in dem wassergekühlten Innenraum. Die Gegenelektrode wird mittig über dem Band elektrisch isoliert (7) angeordnet und hat an beiden Seiten einen seitlichen Abstand von 15 % des Abstandes Gegenelektrode-Bandoberfläche zu den Bandkanten. Das straff gezogene Band (3) wird gleitend über ein wassergekühltes Gleitstück (5) aus einer verschleißfesten Legierung mit guter elektrischer und "Wärmeleitfähigkeit , z.B. einer Kupfer-Aluminiumlegierung, geführt. Dieses Gleit- stück übernimmt vier Funktionen. Erstens wird das Band in der Höhe festgelegt. Zweitens erfolgt die Stromzufuhr über das Gleitstück zum Band. Zur Verbesserung der Stromübertragung werden in das Gleitstück mehrere Kohlebürsten (4) gegenüber der durch die Gegenelektrode vorgegebenen Lichtbogenlauflinie eingebracht, die federnd gelagert gegen das fest aufliegende Band drücken. Drittens wird die auf das Band übertragene Wärmeenergie gleich- zeitig über das Gleitstück abgeführt. Viertens dient das Gleitstück als Aufnahme für den zweiten Magneten (2) unterhalb des Bandes, der bezüglich der Fläche durch die Mitte zwischen Gegenelektrode und Bandoberkante zymmetrisch zu dem oberen Magne- ten in der Gegenelektrode justiert wird. Die den Bogenraum umschließenden Wände bestehen aus nicht - magnetischem Metall (6) und sind mit einer Kühlvorrichtung versehen. Der bis auf den Bandeintritt und Bandaustritt geschlossene Bogenraum wird ge- genüber der Außenatmosphäre durch eine Eintrittsund Austrittsdichtung (8) abgedichtet. In der den Bogenraum umgrenzenden Wand befindet sich eine mit einem Anschluß versehene Öffnung (9) für die Schutzgaszugabe .
2. Ausführungsbeispiel
Als zweites Ausführungsbeispiel wurde die in Fig. 3 dargestellte Anordnung gewählt. Diese Anordnung kann insbesondere für die Wärmebehandlung von Bändern mittels rotierendem Lichtbogen eingesetzt werden. Die Anordnung der Magnete (2) ist analog dem 1. Ausführungsbeispiel. Die Stromzuführung erfolgt über Kohlebürsten (4) , die unterhalb der Lichtbogenlauflinie durch Federn von unten auf das Band (3) aufgedrückt werden. Im Gegensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel wird das Band während der Lichtbogenbehandlung nicht durch den Kontakt mit einem Gleitstück gekühlt, dadurch zunächst auf die erforderliche Temperatur aufgeheizt und nach der Oberflächen- und/oder Wärmebehandlung mittels zweier teilweise umschlungener gekühlter Umlenkrollen L (10) wieder abgekühlt. Der Energieeintrag nimmt mit zunehmender Lichtbogenstromstärke und abnehmender Bandgeschwindigkeit zu. Der Kühlrol- lenraum (11) kann mit einer speziellen Gasatmo- sphare über die Gaseintrittsöffnung (12) beauf¬ schlagt werden.Der Kühlrollenraum und der Behandlungsraum (6) sind durch einen mit Gasdichtungen (8) abgeschotteten 'Reaktionsraum (14) miteinander verbunden.
Soll durch die Wärmebehandlung ausschließlich eine Gefügeveränderung bewirkt werden, wird im Reaktionsraum und im Kühlrollenraum eine Inertgasat- osphäre (z.B. Argon) aufrechterhalten.
3. Ausführungsbeispiel
Als drittes Ausführungsbeispiel wurde die in Fig. 4 dargestellte Anordnung gewählt. Anstelle des Gleitstückes bzw. der Kohlebürsten läuft das zu behandelnde Band (3) über eine wassergekühlte Rolle (15) . Zwei Permanentmagnete (2) werden symmetrisch zum einen oberhalb in der Gegenelektrode (1) und zum anderen innerhalb der Rolle (15) ju- stiert. Die Rolle aus einer verschleißfesten Legierung mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit dient zur räumlichen Fixierung des Bandes, zur Stromübertragung zum Band und zur Kühlung des Bandes. Die Lichtbogenlauffläche der Gegenelektro- de wird so gestaltet, daß der Abstand zwischen Elektrode (1) und .Bandoberfläche (3) an allen Punkten gleich ist.- Durch die gekrümmte Oberfläche der Rolle ist die Symmetrie entlang der Lichtbogenbahn zwischen den Magneten nicht vollständig gegeben. Die Abweichung hat jedoch keinen nennenswerten Einfluß auf die Lichtbogenrotation, solange der Rollendurchmesser mindestens 5 mal so groß ist wie der Durchmesser der Gegenelektrode. Die Elektrode wird elektrisch isoliert aufgehängt (7) . Der Lichtbogenraum wird durch gekühlte Wände (6) und Dichtungen am Bandeinlauf und Bandauslauf (6) gegenüber der Umgebung abgeschottet. Durch die Gaseintrittsöffnung (9) wird zur Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre Schutzgas zugegeben.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung der Oberfläche und/oder zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Metallbändern mittels eines zwischen dem als Katode gepolten Band (3) und einer als Anode gepolten Gegenelektrode (1) magnetisch zyklisch bewegten Lichtbogens , dadurch gekennzeichnet, daß das den Lichtbogen antreibende Magnetfeld durch paarweise sowohl symmetrisch zur Mittelachse der Gegenelektrode als auch zur Bandoberfläche angeordnete, mit gleichnamigen Polen sich gegenüberliegende Elektro- und/oder Permanentmagnete (2) erzeugt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gestalt der Gegenelektrode und die Gestalt der Magnete, die das Magnetfeld erzeugen, so aufeinander abgestimmt sind, daß die magnetischen Feldlinien entlang der durch die Gegenelektrode vorgegebenen Lichtbogenbahn senkrecht auf der Tangente an den Querschnitt der Gegenelektrode oder an die Lichtbogenbahn stehen und nahezu parallel zu der durch die Lichtbogenbahn umschriebenen Fläche liegen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß der Raum, in dem sich der Lichtbogen bewegt, durch gekühlte Wände (6) umschlossen und mit Schutzgasatmosphäre beaufschlagt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß der Raum als Behandlungsraum mit Banddurchführungen und einer oder mehreren Schutzgaseinlaßöffnungen (9) ausgebildet ist und Dichtungen (8) die Banddurchführungen abdichten.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode (1) aus einem Material mit guter elektrischer und Wärmeleitfähigkeit, insbesondere aus Kupfer oder Kupferlegierungen, hergestellt und durch eine Kühlvor- richtung gekühlt ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Gegenelektrode zum Band durch eine ver- stellbare Haltevorrichtung vor und/oder während der Behandlung definiert einstellbar ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode so ausgeführt ist, daß als seitlicher
Abstand der Gegenelektrode von den Bandkanten das 0,1-fache des Abstandes zwischen Gegenelektrode und Bandoberfläche nicht unterschritten wird.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zum Band und die Kühlung des Bandes während der Behandlung mittels eines gekühlten Bandgleitstückes (5) aus Metall mit hoher elektrischer und Wärmeleitfähigkeit erfolgt.
9 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 für die Feinreinigung und Oberflächenbehandlung von Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zum Band zusätzlich durch mindestens sechs in das Bandgleitstück integrierte, federnd gelagerte Kohlebürsten (4) erfolgt, die gegenüber der durch die Gegenelektrode vorgegebenen Lichtbogenbahn unterhalb des Bandes angebracht werden.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Feinreinigung und Oberflächenbehandlung von Bändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierung des Bandabstandes von der Gegenelektrode, die Stromzuführung zum Band und die Kühlung des Bandes während der Behandlung mittels einer vom Band teilweise umschlungenen gekühlten Rolle (15) aus Metall mit hoher elektrischer und Wärmeleitfähigkeit realisierbar sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für die Wärmebehandlung von Bändern, dadurch gekennzeichnet , daß die Stromzuführung ausschließlich über Kohlebürsten erfolgt, die unterhalb der Lichtbogenbahn durch Federn von unten an das Band drücken, und die Abkühlung des Bandes danach mittels einer Kühlvorrichtung, die z.B. aus teilweise umschlungenen gekühlten Rollen (10) besteht, erfolgt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich unmittelbar an den Behandlungsraum ein abgeschlossener Reaktionsraum (14) mit Inertgasatmosphäre anschließt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich für die Beeinflussung der Oberfläche von Bändern unmittelbar an den Behandlungsraum ein abgeschlossener Reaktionsraum (14) mit Reaktionsgasatmosphäre anschließt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 , dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsraum, der Reaktionsraum und der Abkühlraum gegeneinander und nach außen mittels Dichtungen (8) abgeschottet sind.
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