Anlage zum Giessen von glasisoliertem Mikrodraht
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zum Giessen von glasisoliertem Mikrodraht mit einem Hoch frequenzinduktor und zumindest zwei spannungsstablli sierten Schwingkreisen.
Bekannt sind induktiv beheizte Anlagen zum Giessen des glasisolierten Mikrodrahtes mit einem Hochfrequenzgenerator, der ein in zwei selbständige Schwingkreise unterteiltes Schwingsystem besitzt. Die Schwingkreise speisen Hochfrequenzindhktoren, in denen sich der eigentliche Giessvorgang abspielt.
Das Ziehen von Mikro draht mit einem Querschnitt von 50 um und kleiner ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden, weil ein mehrfaches Ziehen eine bedeutende Verminderung der Festigkeit durch mechanische Einschlüsse und Fehler der Oberfläche verursacht. Der Draht kann eine ungleichmässige Form infolge des Verschleisses von Ziehdüsen aufweisen, Mikroeinheiten besitzen, die nach dem Emaillieren zur Beschädigung der Isolierung führen. Ausserdem ist die Herstellung des Drahtes durch Ziehen aus Metallen mit niedrigen Festigkeitswerten oder aus brüchigen Metallen überhaupt nicht möglich. Der Mikrodraht weist eine niedrige absolute Festigkeit auf, was das Auftragen der Isolierung auf den Draht und die Verwendung dieses Drahtes in den Erzeugnissen erschwert.
In der gegenwärtigen Etappe des Gerätebaues und der Radioelektro- nik ist der Bedarf nach überdünnen Drähten stark gestiegen.
Das Problem der Herstellung von gegossenen überdünnen und glasisolierten Drähten wurde in der Sowjetunion von Prof. A. W. Ulitowskij in den Jahren 1949 bis 1950 gelöst.
Als Ergebnis seiner Arbeit konnten Mikrodrähte gegossen und mit einem Durchmesser des Leiters von 1-2 bis 150-200 um und mit einer Dicke der Isolierung von einem bis zu Dutzenden von um hergestellt werden.
Die neue Methode gestattete es, Mikrodrähte aus einer Mehrheit von verschiedenen Metallen und Legierungen, darunter auch aus Germanium, Gusseisen, Zinn, Kupfer, Gold und anderen herzustellen.
Das Vorhandensein einer Giasisolierung bedingte eine hohe Wärmefestigkeit, Feuchtigkeitsbeständigkeit, mechanische und elektrische Festigkeit des Drahtes.
Der Prozess der Herstellung eines glasisolierten Drahtes beruht erstens auf der Plastizität von Glas in einem breiten Temperaturbereich, was gestattet, aus einem Glasrohr mit einem grösseren Durchmesser ein Mikrokapillarröhfchen herzustellen und zweitens auf der Eigenschaft des flüssigen Metalls, Kapillarröhrchen zu füllen und schnell zu kristallisieren und dabei die Innenform des Kapillarröhrchens janzunehmen und den Leiter des Mikro drahtes zu bilden.
Das grundsätzliche Schema des technologischen PfO- zesses zur Herstellung von Mikro drähten ist für alle Giessanlagen ähnlich, und es besteht in folgendem: Ein Giessringinduktor wird von einem Hochffequenzgenera- tor mit Strom versorgt, wobei in das elektromagnetische Feld dieses Induktors ein von unten zugelötetes Glasrohr mit einer kleinen Metallmenge eingesetzt ist. Unter der Einwirkung der Induktion-Hochtrequenzströme, die im Metall entstehen, wird das Metall geschmolzen, und dadurch wird der Boden des Glasrohres aufgeweicht.
Das Halten des aufgeschmolzenen Tropfens auf einem bestimmten Niveau gegenüber dem Induktor wird bei dem bekannten Verfahren durch die Kräfte des Feldes vom Induktor sowie auch durch die Schaffung eines bestimmten Vakuums im Rohr unter der Schmelze verwirklicht.
Der Glas stab wird dann am unteren Ende des Roh res angelötet und nach unten gezogen; dabei bildet sich infolge einer geringen Zähigkeit unter der Metallschmelze ein Milcrokapiilarröhrchen, das mit Schmelzmetall gefüllt wird. Durch kontinuierliches Ziehen des Kapillarröhfchens wird ein dünner glasisoliertef Draht hergestellt; dabei ist das Glas der Wände des Kapillarröhrchens, das ausserhalb des Feldes des Induktors liegt, noch im aufgeweichten Zustand, und es bewahrt die Fähigkeit, sich zu dehnen und seinen Durchmesser zu vermindern.
Zur Fixierung eines bestimmten Durchmessers des Kapillarröhrchens, das mit Metall gefüllt ist, wird im Wege seiner Bewegung nach unten ein Strahl der Kühlflüssigkeit (Wasser, Ö1) angeordnet; beim Durchschneiden dieses Strahlers erhärtet das Kapillarröhrchen schnell und das flüssige Metall innerhalb dieses Kapillarröhrchens kristallisiert, indem es einen Mikrodrahtleiter bildet, der auf eine rotierende Spule aufgewickelt und über die Länge der Spule verteilt wird.
Der Prozess der Herstellung des Drahtes kann ein Tropfenprozess oder ein kontinuierlicher Prozess sein.
Im letzteren Fall wird die Schmelze kontinuierlich mit Metall mittels eines Metallstabes gespeist, dessen Ende in die Schmelze eingebracht ist und nach unten je nach dem Verbrauch der Schmelze zugeführt wird.
Das Glasrohr wird dabei kontinuierlich der Schmelzzone je nach dem Glasverbrauch zugeführt.
Besonders verbreitet ist die Herstellung der Drähte aus resistenten Legierungen, beispielsweise Manganin und aus Kupfer. Der Durchmesser eines Drahtleiters aus resistenten Legierungen beträgt 1 bis 10 ,mm.
Die Dicke der Isolierung beträgt 2 bis 5 um. Der Kupfermikrodraht wird mit einem Durchmesser von 0,1 bis 200 ,zm gefertigt. Die Durchschlagspannung beträgt 3 bis 6 kV.
Die Drähte können in aggressiven Medien, Vakuum und Gasmediem verwendet werden. Sie können in einem Temperaturbereich von -60 bis + 5000 C verwendet werden.
Den Hauptanwendungsbereich des giasisolierten Mikro drahtes bildet die Herstellung von in Miniatufbau- weise anzufertigenden Wickelerzeugnissen - Transformatoren, Drosseln, Präzisions-Drahtwiderständen, Spulen für Valeuumrelals, Kondensatoren, Spannungsteilern und einer ganzen Reihe anderer Erzeugnisse.
Zu den kennzeichnenden Besonderheiten der Erzeugnisse aus glasisoliertem Mikrodlraht gehört neben den oben SangeiEührten auch deren hohe Zuverlässigkeit
Nachteilig bei den bekannten Anlagen ist zum ersten die gegenseitige Abhängigkeit der Energieaufnahme der beiden Schwingkreise und damit die gegenseitige Bb einflussung der Hochfrequenzinduktoren. Aus diesem Grunde lassen sich die geometrischen und elektrischphysikalischen Daten der hergestellten Mikrodrähte beim gleichzeitigen Betrieb der beiden Induktoren über Zeit nicht konstant halten.
Zum anderen ist auch die gleichzeitige Fertigung von Mikro drähten aus vefschie- denen Werkstoffen und mit verschiedenen geometrischen, elektrischen und physikalischen Daten mit verschiedenen Induktoren nicht möglich, da die unabhängige und weitgehende Änderung der Energieaufnahme an beiden Induktoren nicht möglich ist.
Es ist das Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden,
Der Erfindung wurde die Aufgabe zugrundegelegt, eine Anlage zum Giessen glas isolierten Mikro drahtes mit zumindest zwei Schwingkreisen zu entwickeln, die einander beim gleichzeitigen Betrieb nicht beeinflussen und in ihrer Energieaufriahme unabhängig voneinander regeln, lassen.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine Anlage zum Giessen von gianisoliertem Mikro draht mit einem Hochfrequenzinduktor und zumindest zwei spannungsstabili- sierten Schwingkreisen gelöst, bei der erfindungsgemäss in jedem Schwingkreis zwei synchron miteinander ver stellbare Stellelemente vorgesehen sind, von denen eines den Ersatzwiderstand ändert und das andere die Eigenfrequenz des betreffenden Schwingkreises konstant hält.
Es ist vorteilhaft, die Stellemente in Form einer Spule mit verstellbarer Induktivität und eines Kondenstators mit verstellbarer Kapazität auszubilden und die Verbindung der beiden durch mechanische Kupplung ihrer beweglichen Teile zu verwirklichen.
Ferner können die beiden Stellelemente in Form je einer Spule mit verstellbarer Induktivität und mit einem beweglichen Kontakt ausgebildet sein. Die Spulen werden zweckmässig in Reihe miteinander und mit den landeren Elementen des betreffenden Schwingkreises ein geschaltet Die Verbindung zwischen den Spulen erfolgt dabei wiederum durch mechanische Kupplung ihrer beweglichen Teile.
Die vorgeschlagene Anlage ist universal anwendbar, hat eine hohe Wirtschaftlichkeit und einen einfachen Aufbau. Sie unterscheidet sich günstig sowohl von den bestehenden Anlagen mit einem als auch von diesen mit zwei Schwingkreisen.
Die vorgeschlagene Anlage ermöglicht es, sowohl mehrere Mikrodrähte (in der Anzahl der Schwingkreise) gleichzeitig lals auch nur einen Mikro draht (wenn übrige Schwingkreise tausgef-allen oder abgeschaltet sind) zu giessen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, einzelne Schwingkreise in Reserve zu halten und die Betriebs & - cherheit der Anlage beträchtlich zu steigern.
Die Unabhängigkeit des energischen Betriebszustan des der einzelnen Schwingkreise ermöglicht die gleich zeitige Fertigung von mindestens zwei Mikro drähten mit gleichen und über Zeit konstanten Daten.
Anderseits ergibt sich die Möglichkeit, durch die unabhängige stufenlose Regelung des energetischen Be- triebszustandes von Schwingkreisen zwischen 50 und
100 % von der Nennleistung viele Mikrodrähte aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen geometrischen, elektrischen und physikalischen Daten gleichzeitig zu fertigen.
Die Anlage hat den Vorteil unempfindlich zu sein gegen Schwankungen der Netzspannung bis + 15 %. Die Abweichungen der Hochfrequenzspannung an Induk tofklemmen überschreiten dabei nicht 1 1%.
Bei der vorgeschlagenen Anlage kann die Leistung des Schwingsystems zwischen 0 und 100 % vom Nennwert stufenlos von Hand verstellt werden. Dies ermöglicht die Leistungseinstellung in Abhängigkeit von der Schmelztemperatur des Einsatzes, aus dem der Mikro drahtleiter gegossen wird.
Die Vorteile der vorgeschlagenen Anlage bestehen vor allem in einer beträchtlichen Steigerung des Ausbringens an den hochwertigen Mikrodraht, der Einsparung des Energieverbrauchs und in der Möglichkeit, ein reichhaltiges Sortiment an Mikro draht mit einer Anlage herzustellen.
Die Erfindung wird nachstehend aan einigen Ausfüh- rungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 die Wirkungsweise der Anlage,
Fig. 2 das Schaltbild eines Schwingkreises, bei dem das Stellelement zur Änderung des Ersatzwiderstandes eine als Tauchspule Eausgebildete Schwingkreisspuie ist, während das Stellelement zur Konstanthaltung der Eigenfrequenz die Form eines Verstellkondensators hat,
Fig. 3 den konstruktiven Aufbau des Schwingkreises mit dem Schaltbild nach Fig. 2,
Fig.
4 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des Schwingkreises, bei der die beiden Stiele mente in Form von je einer Spule mit verstellbarer Induktivität ausgebildet sind, die in Reihe miteinander und mit den anderen Elementen des Schwingkreises liegen,
Fig. 5 den Aufbau eines Schwingkreises mit dem Schaltbild nach Fig. 4.
Wie dies die Zeichnungen erkennen lassen, enthält die Anlage zum Giessen von glasisoliertem Mikrodraht zunächst ein elektrisches Schwingsystem 2 und ein mit diesem verbundenes nichtlineares Element 1 (Fig. 1) mit Rückkopplung. Das Schwingsystem 2 unterteilt sich in zwei selbständige Schwingkreise 3, 4. Ein Sta bilisater 5 sorgt für die Spannungskonstanthaltung der Spannung U am Schwingsystem durch Beeinflussung des steuerbaren Hochspannungsgleichrichters 6. Die Schwingkreise bilden eine Piarallelschaltung und sind am nichtlinearen Element 1 durch ein Koaxialkabel 7 angeschlossen.
Die Schwingkreise 3, 4 und das ganze Schwingsystem 2 haben die gleiche Eigenfrequenz, daher bleibt die Eigenfrequenz des Schwingsystems und folglich die erzeugte Hochfrequenz bei der Änderung der Zahl von gleichzeitig im Betrieb befindlichen Schwingkreisen unverändert.
Die Schwingkreise enthalten je zwei Stellelemente (8, 9). Das Element 9 ermöglicht die Änderung des Ersatzwiderstandes und damit des energetischen Betriebszustandes des Schwingkreises, während das Element 9 zur Konstanthaltung der Eigenfrequenz desselben und damit des ganzen Schwingsystems 2 dient. Die Stellelemeute 8, 9 werden synchron verstellt.
Die im Schwingsystem 2 erzeugten Hochfrequenzschwingungen werden auf Ausgangs stromkreise übertragen, die durch Spulen 10 mit einer Windung gebildet werden, welche in Reihe mit Schmelzinduktoren 12 liegen und induktiv mit den Schwingkreisspulen 11 gekoppelt sind. Die Änderung des Ersatzwiderstandes eines der Schwingkreise ruft bei konstant bleibender Spannung U am Schwingsystem 2 eine Stromänderung im betreffenden Schwingkreis hervor. Auf diese Weise lassen sich die Betriebsdaten des betreffenden Hochfrequenzinduktors 12 beeinflussen. Dabei ändert sich auch die Gesamtstromaufnahme des Schwingsystems.
Da aber die Spannung U konstant ist, bleiben die Betriebsdaten der übrigen Schwingkreise unverändert, soweit ihre Ersratzwidlarständle nicht gleichbleiben.
Der Ersatzwiderstand des Schwingkreises wird mit dem Element 8 verstellt. Um eine Eigenfrequenzänderung des Schwingkreises (und damit die Abweichung der erzeugten Hochfrequenz) zu vermeiden, wird im Gleichlauf mit dem Element 8 auch ein weiteres Stellelement 9 verstellt, derart, dass die Eigenfrequenz der Schwingkreise trotz Änderung des Ersatzwidefstandes konstant bleibt.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild und Fig. 3 den Aufbau einer Ausführungsform des Schwingkreises. Gezeigt ist nur ein einziger Schwingkreis, da alle Schwingkreise identisch sind. Als Stellelement 8 zur Regelung des Ersatzwiderstandes dient hier die Schwingkreisspule 13, die hierzu beweglich gegenüber der Spule 10 im Ausgangsstromkreis angeordnet ist.
Beim Herausfahren der Spule 13 aus der Spule 10 wird die magnetische Kopplung zwischen den beiden Spulen schwächer und die von der Spule 10 aufgenommene Energie geringer. Gleichzeitig nimmt auch der Ersatzwiderstand des Schwingkreises infolge der vom Ausgangsstromkreis bewirkten Änderung des aktiven Widerstandes ab.
Die Induktivität der Schwingkreisspule 13 nimmt infolge Verringerung der Entmagnetisierungswirkung der Ausgangsspule 10 dagegen ab. Die bewegliche Spule 13 ist starr mit den beweglichen Platten 14 eines parallel zum Schwingkreis liegenden Kondensgators verbunden, um die Konstanthaltung der Eigenfrequenz des Schwingkreises zu ermöglichen. Beim Herausfahren der Spule 13 aus der Spule 10 ändert sich synchron auch die Kapazität des Kondensators 14, und zwar so, dass die Eigenfrequenz des Schwingkreises unverändert bleibt. Der Kondensator 14 dient also als Stellelement zur Aufrechterhaltung der konstanten Eigenfrequenz des Schwingkreises (in Fig. 1 mit 9 bezeichnet).
Fig. 4 zeigt das Schaltbild und Fig. 5 den Aufbau einer weiteren Ausführungsform des Schwingkreises (die Schwingkreise 3, 4 sind identisch). Als Stellelemente dienen bei dieser Variante zwei zusätzliche Spulen 15, 16 mit verstellbarer Induktivität. Sie liegen in Reihe miteinader und mit der Schwingkreisspule 11.
Bei Verschiebung des Kontaktstiftes 17 an der Spule 15 ändern sich der Belastungsfaktor und der Erslatz- widerstand des Schwingkreises sowie der Zustand des Induktors 12. Da der Einfluss der Eigenkapazität des Verbindungskabels 7 vom Betriebszustand des Schwingkreises abhängig ist, ändert sich dabei auch die Eigen- frequenz des Schwingkreises. Diese Eigenfrequenzabweichung wird durch eine weitere Spule 16 vermieden, deren Kontaktstift mechanisch mit dem Kontaktstift 17 verbunden ist, und zwar so, dass die beiden Kontaktstifte im Gleichlauf jedoch in entgegengesetzten Richtungen auf den Windungen der Spulen 15, 16 bewegt werden. Bei Zunahme des Belastungsfaktors (was bei Verstellung des Kontaktstiftes nach unten der Fall ist) wird der Einfluss der Kapazität 18 stärker, und die Eigenfrequenz des Schwingkreises wird kleiner.
Die gleichzeitige Bewegung des Kontaktstiftes 19 nach oben verringert die Gesamtinduktivität des Schwingkreises, so dass seine Eigenfrequenz und damit die Eigenfrequenz des ganzen Schwingsystems 2 (Fig. 1) konstant bleibt.