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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Stranggiessen von Fäden aus einer Schmelze aus Metall, aus einer Metallegierung oder aus einer solchen anorganischen Verbindung, deren Eigenschaften im Schmelzzustand denen einer Metallschmelze ähnlich sind, wobei bei dem erfindungsgemässen Verfahren ein schmaler Rand einer rotierenden Scheibe in die Schmelze kontinuierlich oder diskontinuierlich eintaucht und Schmelze am Rand verfestigt wird.
Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung fadenförmigen Materials direkt aus geschmolzenem Material bekannt. Die meisten dieser Verfahren sind auf Metallprodukte beschränkt und verwenden formende Düsen, um den Querschnitt des Fadenmaterials zu steuern. Typisch hiefür ist die US-PS Nr. 2, 825, 108 (Pond), gemäss der die Schmelze (ein Metall) durch eine Düse gedrückt wird, um einen Strom geschmolzenen Materials zu bilden, der sich auf einem wärmeableitenden rotierenden Bauteil in Fadenform verfestigt.
Verfahren dieser Art haben den Nachteil, dass es schwierig ist, geschmolzenes Material durch kleine Düsen zu drücken. Die Düsen müssen aus aussergewöhnlich widerstandsfähigem Material hergestellt sein, wenn die Schmelze einen relativ hohen Schmelzpunkt hat, wie dies praktisch bei allen Metallen der Fall ist, und die Düsen haben dennoch eine Tendenz zum Erodieren oder Verstopfen.
Eine erfolgreiche Lösung des Problems der Düsen ist in der US-PS Nr. 3, 838, 185 (Maringer et al) beschrieben, gemäss der eine wärmeableitende Scheibe das Fadenmaterial bildet, indem Schmelzenmaterial am Aussenrand der Scheibe verfestigt wird, während diese in Berührung mit einer Schmelze rotiert. Auf diese Weise wird ein Faden ohne die Verwendung einer Düse gebildet. Dieses Verfahren erfordert jedoch die Verwendung einer in einem wannenartigen Behälter gelagerte Schmelze. Dabei ist es notwendig, erhebliche Mengen des Ausgangsmaterials zu schmelzen und schmelzflüssig zu halten. Dies beduetet einen erhöhten Energieaufwand, da die Schmelze auf ihrer hohen Temperatur gehalten werden muss.
Hinzu kommt noch die Wechselwirkung der Schmelze mit der Atmosphäre, wodurch es erschwert wird, eine konstante chemische Zusammensetzung der Schmelze aufrechtzuerhalten, da an der Schmelzenoberfläche Oxydation auftreten kann oder flüchtige Materialien entweichen können.
Schliesslich ist aus der DE-OS 1583577 (King) ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung kontinuierlicher Erzeugnisse bekannt, wobei eine sich in horizontaler Richtung erstreckende Düse mit einem Schmelzevorrat in Verbindung steht. Das aus der Düse austretende Metall wird auf eine im Bereich der Düsenöffnung umlaufende Trommel aufgebracht, so dass es auf der ebenen Mantelfläche der Trommel in Form eines Bandes erstarrt. Die Lehre dieser Erfindung geht dahin, dass zu Beginn des Herstellungsvorganges ein Meniskus an der Düsenöffnung aus dem zu verarbeitenden schmelzflüssigen Material gebildet werden muss, der sodann von der umlaufenden Trommel berührt wird. Ist dies erfolgt, so kann davon ausgegangen werden, dass die Schmelze auf die unmittelbar vor der Düsenöffnung angeordnete Trommel strömt.
Nach Aufnahme des Herstellungsvorganges kommt dem Meniskus praktisch keine Bedeutung mehr zu-er ist in der Tat nicht mehr existent. Nichtsdestoweniger ist die Meniskusbildung im Zuge der Aufnahme der Herstellung jedoch von entscheidender Wichtigkeit, und es hat sich gezeigt, dass die Bereitstellung eines Meniskus relativ schwierig und zeitaufwendig ist. Ein weiterer entscheidender Nachteil der vorbekannten Vorrichtung besteht aber darin, dass auch sie einer genau bemessenen Düse bedarf, da vom Düsenquerschnitt sowie von der Ausbildung der Düsenmündung die Abmessung des letztlich erzeugten Stranges abhängt. Naturgemäss treten bei dieser Düse ebenfalls die oben beschriebenen Probleme der Erosion, des Zufrierens und des Verstopfens auf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchen sowohl kontinuierliche, als auch diskontinuierliche Fäden direkt aus der Schmelze ohne Zuhilfenahme einer den Fadenquerschnitt bestimmenden Düse gegossen werden können.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der umrissenen Art gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass mit der Schmelze ein im wesentlichen vertikal nach unten hängendes, tropfenartiges Gebilde erzeugt wird, durch das der Rand geführt wird.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird der Fadenquerschnitt im wesentlichen allein von der Ausbildung und Eintauchtiefe der Kante der umlaufenden Scheibe in dem hängenden tropfenartigen Gebilde bestimmt ; Düsenöffnungen oder Düsenquerschnitte sind dabei ohne Belang. Da zur Tropfenbildung nur eine sehr geringe Oberfläche der Schmelze freigelegt werden muss, wird auch das Problem der Oxydation und Materialverflüchtigung praktisch ausgeschaltet.
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Das überraschende Moment der Erfindung liegt darin begründet, dass es möglich ist, trotz des Umlaufs des Randes der rotierenden Scheibe im Tropfen, diesen aufrechtzuerhalten und ihn in seiner Stabilität also nur unwesentlich zu stören, so dass es nicht zu einem ungehinderten Abfliessen der Schmelze an der Scheibe kommt.
Führt man den Rand der Scheibe diskontinuierlich durch das hängende tropfenartige Gebilde, so kann man auch mit dem erfindungsgemässen Verfahren Drahtabschnitte oder Stapelfasern an Stelle von langen und unendlichen Fäden oder Drähten herstellen, welch letztere bei einer kontinuierlichen Berührung entstehen.
Die Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gerichtet. Diese Vorrichtung geht von einem Schmelzenbehälter und einer um eine im wesentlichen horizontale Achse drehbaren, motorisch angetriebenen Scheibe aus, deren Umfang mit Schmelze kontinuierlich-gegebenenfalls auf Grund von Einkerbungen diskontinuierlich-in Berührung steht und zeichnet sich dadurch aus, dass der Schmelzenbehälter gegebenenfalls unmittelbar an eine Ausflussöffnung angeschlossen ist, die im Bereich des Umfangs oberhalb der Achse der Scheibe angeordnet ist. Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemässen Vorrichtung gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von Drähten oder Fäden aus Schmelzen hoher Temperatur liegt darin begründet, dass die gemäss der Erfindung verwendete Mündungsöffnung durchaus erodieren kann.
Wie erwähnt, ist die hiedurch gegebene Änderung der Mündung für die Erfindung ohne Belang, da der Querschnitt des gebildeten Stranges praktisch ausschliesslich von den Parametern der Scheibe abhängt.
Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemässe Verfahren sowie die erfindungsgemässe Vorrichtung einmal beim Stranggiessen von Fäden aus Eisen-, Aluminium-, Kupfer-oder Nickellegierungen als auch aus Chrom-, Titan-, Niob-, Tantal-, Zirkon-, Molybdän- oder Magnesiumlegierungen und auch zum Stranggiessen von Fäden aus Al20g verwendet werden.
Die Erfindung ist besonders nützlich bei der Bildung von fadenförmigen Endprodukten aus Materialien, die mechanisch schwer zu formen sind. Die Einführung faserverstärkter Verbundkörper hat einen Bedarf für fadenförmiges Material aus hochschmelzenden Metallen und Legierungen geschaffen, doch sind diese mechanisch extrem schwierig in Fadenform zu bringen. Die Erfindung hingegen kann solche Materialien sowohl zu kontinuierlichen als auch zu abgelängten Fäden in Grössen bis hinunter zu 15 pm effektivem Durchmesser liefern. Da die Erfindung also fadenförmige Materialien liefert, die bisher nur durch teure und schwierige mechanische Bildung erhältlich waren, wird durch die Erfindung der mögliche Anwendungsbereich von faserverstärkten Materialien stark erweitert.
Die Erfindung ist an Hand der folgenden Beschreibung sowie der Zeichnungen näher erläutert.
Hiebei zeigen : Fig. 1 eine in einem an einer Mündung hängenden Tropfen mit ihrem Rand umlaufende wärmeableitende Scheibe im Querschnitt und Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1.
Gemäss Fig. 1 befindet sich an einer Mündung--1-eines Schmelzenbehälters-2-ein Tropfen oder tropfenartiges Gebilde --3-- einer Schmelze --4--, die im Schmelzenbehälter angeordnet ist. Der hängende Tropfen --3-- muss keinen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sondern er kann auch länglich ausgebildet sein, u. zw. infolge seiner Bildung an einer länglichen Öffnung. Eine solche Ausbildung ermöglicht es, eine Vielzahl von fadenbildenden Rändern durch den hängenden Tropfen --3-- zu führen.
Erstreckt sich die in Fig. 1 gezeigte Ausbildung der Kante --5-- einer Scheibe --30-- in der gezeigten Weise um die gesamte Scheibe herum, so kommt es zur Bildung eines kontinuierlichen Fadens, der in Drehrichtung der Scheibe aus dem Bereich des Tropfens --3-- abgeführt wird, nachdem sich ein Anteil der Schmelze --4-- des Tropfens an der Kante verfestigt hat. Ein solcher verfestigter Faden ist in Fig.1 mit --6-- bezeichnet.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht zu Fig. 1, wobei jedoch die Kante --5-- der Scheibe --30-- mit Ausnehmungen oder Einkerbungen --7-- versehen ist, die den Kontakt mit dem Tropfen --3-- beim Umlauf der Scheibe jeweils unterbrechen. Auf diese Weise werden Drahtabschnitte --11-- oder Stapelfasern erzeugt. Überraschenderweise ist die Oberflächenspannung der Schmelze im Bereich des Tropfens --3-hinreichend gross, um seine Stabilität aufrechtzuerhalten, selbst wenn der Rand --5-- der Scheibe --30-- in den Tropfen eindringt und dort eine Scherströmung erzeugt.
Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung dringt der Rand --5-- weniger als Ò, 25 mm in den Tropfen ein. Bevorzugte Umfangsgeschwindigkeiten der Scheibe beim Stranggiessen liegen in der Grössenordnung von 1, 5 bis 18 m/s. Es wurden hiemit Fadenstücke mit einer Länge von 0, 45 bis 61 cm bei
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einem effektiven Durchmesser zwischen 0, 025 und 0, 25 mm erzeugt. Insgesamt gesehen kann die Erfindung zur Erzeugung von Strängen mit einem effektiven Durchmesser im Bereich von 0, 01 bis 0, 75 mm herangezogen werden, wobei mit effektivem Durchmesser der Durchmesser eines nicht kreisrunden Fadens bezeichnet wird, der dem Durchmesser eines Fadens kreisrunden Querschnitts gleicher Querschnittsfläche entspricht.
Die Erfindung ist anwendbar, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Randes --5-- der wärmeableitenden Scheibe --30-- im Bereich von 0, 9 bis 30 m/s liegt, wobei jedoch die obere Geschwindigkeitsgrenze keine Grenze der Erfindung an sich darstellt, sondern lediglich durch die dann eintretende hohe Beanspruchung der verwendeten Einrichtung im wesentlichen bedingt ist. Bei der Durchführung der Erfindung wurden insbesondere Scheiben aus Kupfer und Stahl mit einem Durchmesser von etwa 20 cm und einer Dicke von etwa 1, 25 cm eingesetzt.
Ist der Rand der Scheibe V-förmig ausgebildet, so beträgt der Krümmungsradius an der Spitze des V vorzugsweise 0, 0012 bis 0, 25 cm. Diese Abmessung ergibt im Verein mit der Seheibendrehzahl, der Eintauchtiefe des Randes der Scheibe in den Tropfen und der normalerweise vorliegenden Viskosität der Schmelze des Tropfens Stränge des gewünschten Querschnitts.
Falls die Ausbildung des Schmelzenbehälters-2-- so gewählt ist, dass sich seine Öffnung --1-- auf einer Temperatur befindet, die wesentlich geringer als die Temperatur der eigentlichen Schmelze-4ist, dann kann der Tropfen --3-- an der Öffnung --1-- zusätzlich erwärmt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Stranggiessen von Drähten oder Fäden aus einer Schmelze aus Metall, aus einer Metallegierung oder aus einer solchen anorganischen Verbindung, deren Eigenschaften im Schmelzzustand denen einer Metallschmelze ähnlich sind, bei dem ein schmaler Rand einer rotierenden Scheibe in die Schmelze kontinuierlich oder diskontinuierlich eintaucht und Schmelze am Rand verfestigt wird, da-
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hängendes, tropfenartiges Gebilde erzeugt wird, durch das der Rand geführt wird.