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Verfahren zur Herstellung von Gussfeinstdraht aus Metallegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Gussfeinstdraht aus Metalllegierungen, z. B. aus Manganin, mit voller Glasisolierung.
Es sind Verfahren zur Herstellung von Gussfeinstdraht bekannt, die mit willkürlich gewählten Ausgangsstoffen, d. h. Metallegierungen und Glassorten für die Glasisolierung durchgeführt werden.
Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines solchen Gussfeinstdrahtes wird eine vorgegebene, in einem Glasröhrchen befindliche Metallmenge durch Schwebeschmelzung mittels Hoch- frequenzströmen in einen sich am unteren Ende des Röhrchens bildenden, mit einer zähflüssigen Gashülle umgebenen Tropfen umgewandelt, der zu einem Kapillarröhrchen mit einer aus Feinstdraht bestehenden Metallfüllung ausgezogen wird.
Die bekannten Verfahren besitzen verschiedene Nachteile ; insbesondere war es bisher kaum möglich, Feinstdraht mit vorherbestimmten Eigenschaften in reproduzierbarer Weise herzustellen. Die in den verwendeten Metallen bzw. Metallegierungen vorhandenen Gaseinschlüsse führten häufig zu Unterbrechungen der Metallader in der Glaskapillare, zu einem Abtrennen der Glashülle von der Metallader sowie zu verschiedenen Änderungen der elektrischen Eigenschaften des Feinstdrahtes. Überdies zeigte es sich, dass der kontinuierliche Vorschub des Rohdrahtes in die Schmelzzone, wie er bei dem bekannten Verfahren vorgesehen ist, für manche Legierungen, z. B. Widerstandslegierungen vom Typ des Manganins, aus verschiedenen Gründen unanwendbar ist.
Die Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren der eingangs erwähnten Art, durch das die Qualität des erzeugten Feinstdrahtes erhöht und allfälliger Ausschuss auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Metallegierung vor der Einführung in die Schmelzzone einer Wärmebehandlung im Vakuum unterzogen wird und die Bildung eines Metalltropfen bestimmter Form und Grösse im Anfangsstadium des Giessverfahrens mit Hilfe eines vorher durch Abschmelzen mit einem Boden versehenen, aus Glas bestimmter Zähigkeit hergestellten Glasröhrchens, auf dessen Kennwerte der Öffnungswinkel des Schmelzinduktors eingestellt ist, vorge- nommen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird durch die Zeichnung näher veranschaulicht, worin die Bezugsziffern bezeichnen :-l-einen Schmelzinduktor,-2-- das Glasröhrchen,-3-- den zugeführten Metalldraht, --4-- den schwebenden Metalltropfen,-5-eine Erstarrungsflüssigkeit,-6-den fertigen Feinstdraht mit Glasisolierung und --7-- eine Aufnahmespule.
Vor der Einführung des Glasröhrchens-2-in die Schmelzzone wird es in einem gesonderten Arbeitsgang an seinem unteren Ende durch Abschmelzen mit einem Boden versehen und dann mit einer Entfettungslösung behandelt.
Die Metallegierung, d. h. der Rohdraht --3--, wird vor dem Schmelzen einer Wärmebehandlung im Vakuum unterzogen, so dass er an seiner Oberfläche entgast und dadurch das bei den bekannten
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EMI2.2
<tb>
<tb> wird.Oxydgehalt <SEP> % <SEP>
<tb> Glassorte <SEP> : <SEP> SiO2 <SEP> Ba2O3 <SEP> PbO <SEP> Na2O3 <SEP> K2O3 <SEP> Al2O3:Fe2O3:CaO
<tb> höchstens
<tb> niederohmig <SEP> 75j <SEP> : <SEP> l, <SEP> 0 <SEP> 16+0, <SEP> 5 <SEP> 5 <SEP> +0, <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> : <SEP> f <SEP> :
<SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 2 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> - <SEP> 1, <SEP> 0-0, <SEP> 6 <SEP>
<tb> mittelohmig <SEP> 72-74 <SEP> 16-17 <SEP> 5, <SEP> 5-6, <SEP> 5 <SEP> 2, <SEP> 7-3, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 2-18 <SEP> 2, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 15 <SEP> 1, <SEP> 0 <SEP>
<tb> hochohmig <SEP> 72 ' <SEP> 181, <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> +0,2 <SEP> 3,0¯0,3 <SEP> 2 <SEP> ¯ <SEP> 0,3 <SEP> 2,0 <SEP> 0,2 <SEP> 1,0
<tb> - <SEP> 1,0 <SEP> -0, <SEP> 6
<tb>
Die beim Giessen verwendeten Glasröhrchen werden entsprechend den Glassorten in Gruppen unterteilt (s. Tabelle 2).
Tabelle 2
EMI2.3
<tb>
<tb> Gewicht/100 <SEP> mm <SEP> Öffnungswinkel <SEP> des
<tb> Aussen-Dm <SEP> Länge <SEP> Kennzeichen <SEP> der <SEP> Induktorkegels
<tb> mm <SEP> g <SEP> Röhrchengruppe <SEP> grd.
<tb> niederohmig <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 9,9 <SEP> 5,1 <SEP> - <SEP> 6,4 <SEP> A <SEP> - <SEP> VII <SEP> - <SEP> IX <SEP> 70
<tb> 10-10, <SEP> 9 <SEP> 6, <SEP> 45-7, <SEP> 72 <SEP> A-VIII <SEP> -X <SEP> 80
<tb> 11 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 7,89 <SEP> - <SEP> 9,26 <SEP> A <SEP> - <SEP> IX <SEP> - <SEP> XI <SEP> 90
<tb> mittelohmig <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 9,9 <SEP> 5,2 <SEP> - <SEP> 6,5 <SEP> B <SEP> - <SEP> VII <SEP> - <SEP> IX <SEP> 70
<tb> 10 <SEP> - <SEP> 10,9 <SEP> 6,96 <SEP> - <SEP> 7,86 <SEP> B <SEP> - <SEP> VIII <SEP> - <SEP> X <SEP> 80
<tb> 11 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 8,04 <SEP> - <SEP> 9,
43 <SEP> B <SEP> - <SEP> IX <SEP> - <SEP> XI <SEP> 90
<tb>
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Tabelle 2 (Fortsetzung)
EMI3.1
<tb>
<tb> Gewicht/100 <SEP> mm <SEP> Öffnungswinkel <SEP> des
<tb> Aussen-Dm <SEP> Länge <SEP> Kennzeichen <SEP> der <SEP> Induktorkegels
<tb> mm <SEP> g <SEP> Röhrchengruppe <SEP> grd.
<tb> hochohmig <SEP> 9 <SEP> - <SEP> 9,9 <SEP> 5,26-6,62 <SEP> C <SEP> - <SEP> VII <SEP> - <SEP> IX <SEP> 70
<tb> 10-10, <SEP> 9 <SEP> 6, <SEP> 65-7, <SEP> 97 <SEP> C-VIII-X <SEP> 80
<tb> 11 <SEP> - <SEP> 12 <SEP> 8,15 <SEP> - <SEP> 9,55 <SEP> C <SEP> - <SEP> 1X <SEP> - <SEP> XI <SEP> 90
<tb>
Laut Tabelle 2 entspricht das Gewicht jeder Glasröhrchengruppe einer gegebenen Glassorte und einem bestimmten Öffnungswinkel des Induktorkegels, der die Hubkraft des Induktors bestimmt.
Beispiel : Bei der Röhr chengruppe B-VIII-X für mittelohmiges Glas entspricht das Gewicht
EMI3.2
Beim Giessen von Feinstdraht werden Glasröhrchen mit einem Gewicht von 0, 5 bis 1, 0 g/cm und ein Induktor mit einem Öffnungswinkel des Kegels von 60 bis 100 verwendet. Eine Gewichtsänderung des Röhrchens um 50% entspricht einer Öffnungswinkeländerung des Kegels von 10 .
Jedes Röhrchen wird am unteren Ende so zugeschmolzen, dass ein Boden entsteht, der in der Schmelzzone die Form eines Tropfens der vorgegebenen Metallmenge annimmt.
Weiterhin werden alle Glasröhrchen mit einer Entfettungslösung behandelt. Diese zwei Arbeitsgänge helfen, die zum Einregeln des Giessvorganges erforderliche Zeit zu vermindern.
Die ausgewogene und in das Glasröhrchen eingefüllte Metallmenge besteht aus einem Rohdraht, der zuvor entfettet und bei einer Temperatur von 5000 C im Vakuum von 10-4 - 5. 10-5 Torr im Laufe von 2 h einer Wärmebehandlung unterzogen wurde. Die Wärmebehandlung der Metallegierung im Vakuum gewährleistet einen stabilen Giessvorgang bei der Feinstdrahtfertigung und verhindert das sonst so häufige, durch Gaseinschlüsse bedingte Abreissen des Fadens des sich im Kapillarröhrchen bildenden Feinstdrahtes.
Zur Erzielung eines Feinstdrahtes mit vorgegebenem Widerstandstemperaturkoeffizienten wird der Längeneinheitswiderstand des Feinstdrahtes während des Giessvorganges laufend korrigiert. Diese Korrektur erfolgt durch selbsttätiges Ändern der Betriebsparameter beim Giessen, beispielsweise der Geschwindigkeiten der Feinstdrahtaufnahme und der Glasröhrchenzuffihrung, der Lage des Tropfens aus ausgewogener Metallmenge in bezug auf den Induktor, durch Erzeugung eines Überdruckes über dem Tropfen, des Spaltes zwischen Tropfen und Induktor, der Temperatur u. a.
Jede Glassorte besitzt, damit ein Feinstdraht mit vorgegebenem Längeneinheitswiderstand erhalten werden kann, eine bestimmte Zähigkeit, die es gestattet, Feinstdraht mit innerhalb eines bestimmten Bereiches liegenden Längeneinheitswiderständen zu erzeugen (s. Tabelle 3).
Tabelle 3
EMI3.3
<tb>
<tb> Glaszähigkeit <SEP> bei <SEP> Längeneinheitswiderstand
<tb> Glassorte <SEP> 1300 <SEP> C, <SEP> Poise <SEP> Qjm
<tb> niederohmig <SEP> 1800 <SEP> 200 <SEP> bis <SEP> 10000
<tb> mittelohmig <SEP> 1500 <SEP> 200 <SEP> 10000-20000
<tb> hochohmig <SEP> 1110¯200 <SEP> über <SEP> 20000
<tb>
Beispiel : laut Tabelle 3 wird bei niederohmigem Glas mit einer Zähigkeit von 1800200 Poise bei einer Temperatur von 13000 C Feinstdraht mit einem Längeneinheitswiderstand bis 10000 Olm erhalten.
Um den Widerstandstemperaturkoeffizienten des erzeugten Feinstdrahtfadens über seine ganze Länge konstant zu halten, wird der vorbestimmte Verbrauch an aus der ausgewogenen Menge zur periodischen Ergänzung des Tropfens entnommenem Metall überwacht.
Diese Überprüfung erfolgt entlang der Länge des aus dem Metalltropfen ausgezogenen Feinstdrahtes bei einem vorgegebenen Längeneinheitswiderstand, der selbsttätig überwacht und korrigiert wird (s. Tabelle 4).
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Tabelle 4
EMI4.1
<tb>
<tb> Längeneinheitswiderstand <SEP> des <SEP> Feinstdrahtes <SEP> Q/m
<tb> Feinstdrahtmaterial <SEP> 5000 <SEP> 10000 <SEP> 20000 <SEP> 30000 <SEP> 40000 <SEP> 80000 <SEP> 150000 <SEP>
<tb> Zulässige <SEP> Feinstdrahtlänge, <SEP> m
<tb> Manganin <SEP> 700 <SEP> 1000 <SEP> 2000 <SEP> 3000 <SEP> 4000 <SEP> 8000 <SEP> 15000 <SEP>
<tb>
Beispiel :
laut Tabelle 4 werden 700 m Feinstdraht hoher Qualität mit einem Längeneinheits- widerstand von 5000 Q/m aus einem Tropfen der ausgewogenen Metallmenge unter Berücksichtigung des
Metallverbrauches erzeugt.
Um die Zeit zum Einregeln des Vorganges nach Verbrauch jeder ausgewogenen Metallmenge zu vermindern, erfolgt der Nachschub an Metallegierung in der früher beschriebenen Weise, solange der
Tropfen noch nicht völlig verbraucht ist.
Die Schmelzzeit einer Tropfendosis muss der zulässigen Länge des erzeugten Feinstdrahtes bei einem vorgegebenen Wert des Längeneinheitswiderstandes entsprechen (s. Tabelle 5).
Tabelle 5
EMI4.2
<tb>
<tb> Längeneinheitswiderstand <SEP> des <SEP> Feinstdrahtes <SEP> ss/m
<tb> Zulässige <SEP> Länge <SEP> des <SEP> aus <SEP> einem
<tb> Tropfen <SEP> erzeugten <SEP> Feinstdrahtes
<tb> m <SEP> 5000 <SEP> 10000 <SEP> 20000 <SEP> 30000
<tb> Schmelzzeit <SEP> der <SEP> Tropfendosis, <SEP> sec
<tb> 400 <SEP> 41 <SEP> 26 <SEP> 18 <SEP> 15
<tb> 1000-50 <SEP> 33 <SEP> 22
<tb> 2000--54 <SEP> 34
<tb> 3000 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 49 <SEP>
<tb> 4000 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 64 <SEP>
<tb>
Tabelle 5 ist für Manganin mit 1, 2 mm Durchmesser ausgearbeitet, das mit einer Geschwindigkeit von 80 mm/min in den Tropfen eingeführt wird.
Beispiel : laut Tabelle 5 ist bei der Erzeugung von Feinstdraht mit einem Längeneinheitswiderstand von 5000 Q/m und einer Länge von 400 m eine Schmelzzeit der Tropfendosis von 41 sec erforderlich.
Erzeugter Gussfeinstdraht, dessen Kennwerte des Widerstandstemperaturkoeffizienten nicht den gewünschten entsprechen, braucht nicht, wie bisher üblich, ausgemustert und verworfen zu werden ; er kann vielmehr einer Weiterbearbeitung unterzogen werden, bis er bestimmte Kennwerte erreicht. Zu diesem Zweck wird der ausgemusterte Feinstdraht bei einer Temperatur von 250 5 C und einem Druck 10 Torr im Laufe von 4 h einer Wärmebehandlung unterzogen. Als Ergebnis dieser Wärmebehandlung erhält man statt eines Feinstdrahtes mit dem Widerstandstemperaturkoeffizienten von 5. 10-5/0 C einen Feinstdraht mit dem Widerstandstemperaturkoeffizienten von 3. 10-5/0 C und statt eines Koeffizienten von 3. 10-5/0 C einen Koeffizienten von 1. 5. 10-5/0 C.
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