DE2164273A1

DE2164273A1 - Verfahren zum Tauchbeschichten von Draht

Info

Publication number: DE2164273A1
Application number: DE19712164273
Authority: DE
Inventors: Mahlon Aubrey Stricker Charles Donald Monroeville Pa Harvey (V St A)
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3707400A; AU3720971A; FR2119996B1; BE777076A; IT950517B; FR2119996A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tauchbeschichten von Draht.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren gerichtet, bei welchem zum Erzielen einer gleichmäßigen Überzugsdicke an einem aus einem Überzugsflüssigkeitsbad austretenden Draht ein Gasstrahl verwendet wird, welcher aus dem Spalt einer den Draht umschließenden Umfangsöffnung austritt, im wesentlichen senkrecht auf den Draht auftrifft im Bereich seiner Auftreffstelle am Draht eine den Draht umgebende Begrenzerzone bildet und sich

in zwei Haupt-Teilntrahlen unterteilt, von denen der eine zum Bad hin, der andere vom Bad weg ,gerichtet ist.

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Beim Tauchbeschichten von metallischem Faser- bzv/. Strangmaterial, von Band- bzw. Streifenmaterial, Blattmaterial, Draht etc. wird seit langem zum Abblasen überschüssigen Überzugsmetalls von der Oberfläche des Trägers die Wischoder Abstreifwirkung eines Gasstrahles ausgenutzt. Dieses Gasabstreifen wurde allgemein dazu verwendet, das Steuerelement für den ersten Wischgang zu unterstützen, welches bei der Behandlung von Draht die Form einer aus Asbest oder Holzkohle hergestellten, gesenkähnlichen Vorrichtung hatte. Neuerdings werden jedoch bei der Herstellung von Heißtauch-Metallüberzügen an Blatt- und Band- bzw. Streifenmaterial . nur geradlinig begrenzte Gasschaber bzw. Stärkenbegrenzer verwendet. Wenngleich diese Systemejin einigen Fällen zum Erzielen gleichmäßiger Uberzugdicken und glatter Überzüge leistungsfähig waren und im Vergleich zu mechanischen Abstreifverfahren merklich höhere Durchlaufgescliwindigkeiten ermöglichten, so hat doch das Gasschaben, bei Drahtmaterial bisher noch keine zufriedenstellendaiErgebnisse gebracht.

Die Leistungsfähigkeit des Gasabstreifverfahrens beim Behandeln von flachem Band- bzw. Streifenmaterial als auch

von Drahtmaterial ist nicht allein von mechanischen Faktoren, wie z.B. Strömungsmitteldruck an der Schaberauftreffstelle, ) Viskosität des flüssigen Überzugsmittels, Durchlaufgeschwindigkeit des Trägers etc. abhängig, sondern auch vom geometrischen Verhältnis zwischen dem Träger und'*der Abstreiferdüse. Die geometrischen Abweichungen zwischen einer Abstreiferöffnung und dem von ihr vollständig umschlossenen Träger (wie es bei der Behandlung von Draht erforderlich ist) führen bei der Drahtbearbeitung zu Schwierigkeiten, die beim Schlitzgasschaben flachen Bandbzw. Streifenmaterials gewöhnlich nicht auftreten und die sich in Form von in geringem Abstand aufeinanderfolgenden, ringförmigen Abschnitten größerer und geringerer Überzugsdicken äußern.

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Es ist ein wichtiges Ziel der Erfindung, diesen und andere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren zu schaffen, mittels dessen an Draht glatte und gleichmäßige Überzüge herstellbar sind.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der zum Bad hin gerichtete Teilstrahl in eine geschlossene Zone eingeschlossen wird, welche von der Begrenzerzone bis zum Bad reicht und in welcher das Gas im zum Bad hin gerichteten Teilstrahl zur Umkehrung seiner Strömungsrichtung und zum Austritt hauptsächlich durch die Begrenzerzone hindurch gezwungen wird, so daß Schwankungen in der Überzugsdicke \rerringert werden, und der Druck des Abstreifgases und die Spaltweite der JJmfangsöffnung zum Erzielen einer vorbestimmten Überzugsdicke einstellbar sind.

Mithin schafft die Erfindung ein Verfahren, mittels dessen eine größere Gleichmäßigkeit der Überzugsdicke an aus dem Tauchbad austretendem Draht, insbesondere ein glatter, gleichmäßiger Überzug an Draht oder rohrförmigen Körpern unter Verwendung eines Gasschabers ersielbar ist.

Es wurde festgestellt, daß die hauptsächlich in Schwankungen der Überzugsdicke bestehenden Nachteile eines kreisförmigen Gasschabers dadurch ausgeschlossen werden können, daß man für den zum Bad hin gerichteten Teilstrahl des Gasabstreifstrahles ein Schwingungssystem schafft, dessen Schwingungsgrundfrequenz deutlich unter der eines freien Teilstrahles liegt und welches die in geringem Abstand aufeinanderfolgenden Unregelmäßigkeiten abschwächt.

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Daraus■ergibt sich für das Tauchbeschichtungsverfahreη gegenüber den bisher üblichen Betriebsbedingungen eine Erweiterung des Überzugsdickenbereiches und eine Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeiten.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, welche eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt.

Die Erfindung wird in ihrer Anwendung beim Heißtauch-Metallbeschichten beschrieben, obgleich es eirfleuchtet, daß die angewandten Grundsätze gleichermaßen auch auf andere Verfahren zum Tauchbeschichten Anwendung finden, bei welchen beispielsweise der zu beschichtende Draht (1) zum Herstellen eines KunststoffÜberzuges durch eine Harzschmelze, (2) zum Aufbringen einer Schmiermittel-Schutzschicht durch öl oder (3) durch Farbe geführt wird, usw.

Es ist heute möglich, "die Gleichmäßigkeit und/oder die Dicke an flachem Band- bzw. Streifenmaterial aufgebrachter metallischer Heißtauchüberzüge dadurch zu steuern, daß man den streifenförmigen Träger zwischen zwei !entgegengesetzt gerichteten,geradlinig begrenzten Gasstrahlen hindurchführt, die eine Gasbegrenzerzone zum Abstreifen des Überzugsmittels bilden. Während diese Systeme zum Beeinflussen sowohl der Überzugsdicke als auch der Überzugsglätte geeignet sind und gegenüber Rollen- bzw. V/alzenabstreifverfahren bedeutend höhere Trägerdurchlaufgeschwindigkeiten ermöglichen, so hat doch das Gasschaben von an Drahtmaterial hergestellten Überzügen keine vollbefriedigenden Ergebnisse gebracht. Da Gas ein kompressibles Strömungsmittel ist und die Seitwärtsbewegung des durchlaufenden Drahtes nicht vollständig unterdrückt werden kann, ist die genaue Lage der Begrenzerzone, d.h. die Zone mit stärkster Abstreifwirkung, gewissen

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Veränderungen unterworfen. Bei herkömmlichan Vorrichtungen dieses Typs änderte sich die Lage der Begrenzerzone schnell und leicht in geringem Umfange, da die Gasstrahlen gewöhnlich um das Trägermaterial herum und so angeordnet waren, daß sie sowohl gegen den Eintrittsbereich als auch gegen den Austrittsbereich des Trägermaterials hin offen waren. (Vgl. hierzu beispielsweise die US-Patentschriften 3 499 und. 3 459 587.) Die an einem schnell bewegten Draht im Bereich zwischen diesen wechselnden Begrenzerzonen hervorgerufene Bewegungsunruhe in Form von Schwankungen (Schwingungen) reicht aus, um in der Zone der stärksten Wischwirkung Abschnitte unterschiedlicher Überaugsdicke zu erzeugen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die im Abstand voneinander auftretenden ringförmigen Bereiche größerer und geringerer Überzugsdicke im wesentlichen ausgeschlossen. Trifft der Gasstrahl an einem mittig geführten Draht unter einem Winkel von etwa 90 auf (wobei Abweichungen von der Senkrechten bis zu + 30° in Erwägung gezogen werden), wird der Gasstrahl in zwei Teilstrahlen aufgeteilt, welche im wesentlichen längs der Längenausdehnung des Drahtes und entgegengesetzt gerichtet sind. Wird dabei die Strömung eines der Gasteilstrahlen durch eine geschlossene Kammer zwangläufig hindurchgeführt, so erhöht sich die Effektivmasae des Abstreifschwingungsrsystems in bedeutendem Maße.

Der Abstreifring wird daher Teil eines Schwingungssystems, dessen Schwingungsfrequenz niedriger liegt als die eines "freien" Strahls, so daß an den in geringem Abstand voneinander liegenden Unregelmäßigkeiten eine einebnende Wirkung eintritt.

Die Zeichnung zeigt im Schnitt eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung weist einen Einsatz 1 auf, der

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in ein Gehäuse 2 eingesetzt ist. Durch Verändern der Eindringtiefe des in das Gehäuse (schraubend) eingeführten Einsatzes ist die Spaltweite einer Urafarigsöffnung 5 ebenfalls veränderbar. Der Außendurchmesser eines unteren Endes des Einsatzes ist etwas kleiner als der des Einsatzgrundkörpers und begrenzt eine Ausgleichskammer 5· Ein Siebzylinder 6 begünstigt die Gasverteilung. Gas tritt durch die Zuleitungsrohre 7 ein, füllt die Kammer 5 unter Ausgleich de3 Druckes des längs des Umfanges eines Drahtes V/ auftreffenden Gases und bildet zum Abwischen der Überzugsflüssigkeit am Draht einen Gas-Stärkenbegrenzer. An den Gehäuseboden ist ein Rohr 8 angeschlossen, welches durch Eintauchen unter den Spiegel des Bades 10 oder durch Verbindung mit dem (nicht gezeigten) Badbehälter eine geschlossene Kammer 9 bildet. Bei der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist das Rohr zum Ausbilden 'einer Kammer 9 mit größerem Rauminhalt an eine Glocke 11 größeren Durchmessers angeschlossen. Dadurch wird die Masse des Resonator-Systems vergrößert.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde mit zufriedenstellendem Erfolg beim Heißtauch-Galvanisieren von Stahldraht angewandt. Die größte jetzt herstellbare Dicke im Heiß- . tauchverfahren erzeugter galvanisierter Drahtüberzüge beträgt etwa 305 g/m · Überzugsdicken nach Klasse B

ρ ρ

(mit etwa 610 g/m ) und nach Klasse C (mit etwa 915 g/m ) werden heute industriell nur mit elektrolytischen Verfahren hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht nicht nur Durchlaufgeschwindigkeiten bis zu etwa 117 m/min, sondern erlaubt auch die Herstellung gleichmäßiger, einheitlich dicker galvanisierter Heißtauchüberzüge innerhalb des gesamten Bereichs industriell herstellbarer Überzüge, d.h. mit Dicken zwischen etwa JO,5 und 915 g/m .

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Bei der praktische! \nwendung der Erfindung sollte darauf geachtet werden, di. die Kammer nicht mit einem zu großen Rauminhalt ausgefüb t wird, da sonst Schwingungen mit extrem großer Ampliiude auftreten, die die Wischwirkung in hohem Maße beein.· lussen und Überzugsdickenschwankungen über die gesamte Länge des Drahtes hervorrufen. In der Praxis wird die Wahl des Abstandes zwischen Bad und Wischzone ebenfalls teilweise durch Faktoren, v/ie z.B. Badtemperatur und zulässiger Wärmeverlust in der Überzugsflüssigkeit, bestimmt wie auch durch mechanische Paktoren, wie beispielsweise der erforderliche Abstand zwischen den Durchlauf-Glättwalzen bzw. Durchlauf-Glättrollen.

Als Abstreif-Strömungsmittel ist eine Varietät von Gasen verwendbar, beispielsweise Luft, Wasserdampf, inerte Gase und Verbrennungsabgase. Bei stark reaktionsfähigen Überzügen, wie z.B. Zink oder Aluminium, wird zweckmäßigerweise ein nichtoxydierendes Gas verwendet. Zink, zum Beispiel, oxydiert in Gegenwart von Luft oder Wasserdampf. Die oxydierten Teilchen erhöhen die Viskosität der Zinkschmelze und verhindern damit ein Fließen unter der Einwirkung des Gasschabera. Das führt dazu, daß hochviskoses Material eben unterhalb der Zone stärkster Wischwirkung dicke Ringe um den Draht bildet. Während schädliche Auswirkungen dieser Art im einen oder anderen Falle durch Erhöhung der Temperatur der Überzugsflüssigkeit abgeschwächt werden können, wird doch zweckmäßigerweise ein nichtoxydierendes Gas verwendet, da Temperaturerhöhungen auch zu einer Verstärkung der Oxydation führen können.

Wird zum Heißtauch-Galvanisieren ein inertes Gas, beispielsweise Stickstoff, verwendet, so ist es aus Gründen sowohl der Überzugsqualität als auch eines wirtschaftlichen Gasverbrauchs zweckmäßig, wenn zum Herstellen unterschiedlicher Überzugsdicken sowohl Druck als auch Spaltweite verändert

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werden. Da die günstigste Spaltweite der Umfangsöffnung direkt proportional und der Abstreifdruck umgekehrt proportional zur gewünschten Überzugsdicke ist, muß zum Herstellen eines Überzugs im unteren Dickenbereich (also

zwischen etwa 30,5 und 91,5 g/ni ) ein Abstreif- bzw. Wisch-

druck zwischen etwa 0,70 und 2,1 kp/cm und eine Spaltweite zwischen etv/a 0,13 und 0,20 mm gewählt werden. Im gleichen Sinne haben sich zur Herstellung von Überzugsdicken von etwa 610 g/m Spaltweiten zwischen etwa 0,51 und 0,64 mm und V/ischdrücke zwischen etwa 0,01 und

2
0,03 kp/cm als vorteilhaft herausgestellt.

Während die Zeichnung eine Umfangsöffnung zeigt, v/elche den Gasstrahl in zum Draht senkrechter Richtung führt, kann dieser Winkel in einem Bereich von je 30 Grad in beiden Richtungen von der Senkrechten abweichen. Beim dargestellten System mit aus dem Bad in senkrechter Richtung herausgeführten Draht wurden ausgezeichnete Ergebnisse mit einer unter 15 Grad gegen die Waagerechte in Richtung auf das Bad zu geneigten Umfangsöffnung erzielt. Solche Grundsätze lassen s.ich auch in analoger Weise anwenden, wenn der Draht in waagerechter Richtung aus dem Bad herausbewegt wird. Im Sinne .der Erfindung ist daher unter dem Ausdruck "im wesentlichen senkrecht zu" ein Auftreffwinkel zu verstehen, der beidseitig bis zu 30° von der Senkrechten abweichen kann, d.h. innerhalb eines Kreisbogens von liegen kann.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

BAD ORIGINAL 209829/0676

Claims

PATE" ΓΑ Ν SPRÜCHE

rl .) Verfahren ζ Tauchbeschichten von Draht, bei welchem zum Er; .elen einer gleichmäßigen Überzugsdicke an einem aus einem Überzugsflüssigkeitsbad austretenden Draht ein Gasstrahl verwendet wird, v/elcher aus dem Spalt einer den Draht umschließenden Umfangsöffnung austritt, im wesentlichen senkrecht auf den Draht auftrifft, im Bereich seiner Auftreffstelle am Draht eine den Draht umgebende Begrenzerzone bildet und sich in zwei Haupt-Teilstrahlen unterteilt, von denen der eine sum Bad hin, der andere vom Bad weg gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zum Bad hin gerichtete Teilstrahl in eine geschlossene Zone eingeschlossen wird, welche von der Begrenzerzone bis zum Bad reicht und in welcher das Gas im zum Bad hin gerichteten Teilstrahl zur Umkehrung seiner Strömungsrichtung und zum Austritt hauptsächlich durch die Begrenzerzone hindurch gezwungen wird, so daß Schwankungen in der ÜJberzugsdicke verringert werden, und daß der Druck des Abstreifgases und die Spaltweite der Umfangsöffnung zum Erzielen einer vorbestimmten Überzugsdicke einstellbar sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrecht nach oben geführte Draht eine geschlossene Zone in einer Kammer durchläuft, die eine Einrichtung zum·Ausstoßen des Gasstrahles aufweist und am Boden durch den Spiegel der Überzugsflüssigkeit abgeschlossen wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die geschlossene Zone mit einer Kammer ausbildet, die eine Einrichtung zum Aufnehmen des Bades aufweist.
4. Verfahren nach-Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugsflüssigkeit ein oxydierbares Metall und das Gas ein nichtoxydierendes Gas ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch g .e k e η η zeichnet, daß das oxydierbare Metall aus der Gruppe mit Al und Zn gewählt ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Abstreifgases und die Spaltweite so gewählt sind, daß sich am galvanisierten Draht eine Überzugsdicke im Bereich zwischen etwa 30,5

und 91,5 g/m ergibt.
7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzielen einer Überzugsdicke im

Bereich zwischen etwa 30,5 und 9I₁5 g/m ein Abstreifgas-

druck zwischen etwa 0,70 und 2,1 kp/cm und eine Spaltweite zwischen etwa 0,13 und 0,20 mm verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sum Erzielen einer Überzugsdicke von etwa 610 g/m ein Abstreifgasdruck zwischen etwa 0,01 und 0,03 kp/cm und eine Spaltweite zwischen etwa 0,51 und 0,64 mm verwendet wird.

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