DE2347248A1

DE2347248A1 - Verfahren zum herstellen von zinnschichten auf draht aus kupfer- oder kupferlegierungen durch feuerverzinnen

Info

Publication number: DE2347248A1
Application number: DE19732347248
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Friedrich; Horst Prof Dr Techn Schreiner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1973-09-19
Filing date: 1973-09-19
Publication date: 1975-04-24
Also published as: GB1483293A; SE7411735L; AT330542B; FR2244009B1; IT1021428B; ATA695974A; FR2244009A1

Description

Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten auf Draht aus Kupfer- oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen

Die Erfindung "betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen mit einer über den Drahtumfang und die Drahtlänge gleichmäßigen Schichtdicke, "bei welchem der Draht durch eine Einlaßkammer in ein Zinnbad hineingeführt und durch eine Auslaßkammer wieder herausgeführt wird, wobei in die Einlaßkammer und die Auslaßkammer ein inertes Gas eingeleitet wird. Im folgenden sollen unter Zinnschichten bzw. Zinnbädern Schichten bzw. Bäder sowohl aus reinem Zinn als auch aus Zinnlegierungen verstanden werden. Brfindungsgegenstand ist ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei der Herstellung von Zinnschichten auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen wird der Draht im allgemeinen nach geeigneter Vorbehandlung durch ein Zinnbad geleitet und die Dicke der Zinnschicht anschließend in einer Wärmezone oder durch eine Abstreifdüse kalibriert, wie es beispielsweise aus der DT-PS 1 621 338 bekannt ist. Hierbei stellt das Kalibrieren der Zinnschicht dicke eine der Hauptschwierigkeiten dar. So ist bei Verwendung einer Wärmezone die Regelung der Dicke der Zinnschicht äußerst schwierig, da die Regelung der Temperatur in der Wärmezone nur mit, einer gewissen Trägheit erfolgen kann. Profilierte Abstreifdüsen, beispielsweise aus Hartmetall, sind andererseits teuer und besitzen nur eine geringe Lebensdauer. Bei Verwendung nichtprofilierter Abstreifdüsen aus Diamant, die eine hohe Lebensdauer besitzen, kann dagegen eine zum Draht-

509817/0908

— 2 —

VPA 73/7598 - 2 -

umfang konzen-trisclie Ausbildung der Zinnschicht nicht gewährleistet werden.

Ein weiteres Problem stellt die Sauberhaltung der Oberflächen des Zinnbades dar, da sich hier Oxidschichten bilden, die auch die Zinnschicht auf dem Draht verunreinigen. Es wurden bereits Versuche unternommen, die Bildung von Oxidschichten auf der Oberfläche von Zinnbädern durch Abdeckmittel wie Kolophonium, öl, Silikonöl oder Zinkchlorid zu verhindern. Diese Stoffe bilden bei den hohen Temperaturen des Zinnbades jedoch Zersetzungsprodukte, die ebenfalls in die Zinnschichten eingebaut werden und Rauhigkeiten oder Unterbrechungen der Zinnschicht auf dem Draht verursachen.

Aus der US-PS 1 930 601 ist eine Vorrichtung zur Beschichtung eines Metallbandes, beispielsweise mit Zinn, bekannt. Hierbei wird das Metallband durch eine Einlaßkammer in ein Zinnbad geleitet und durch eine Auslaßkammer aus dem Zinnbad wieder herausgeführt. Um eine Bildung von Oxiden auf der Zinnbadoberfläche zu verhindern, wird in die Einlaßkammer und in die Auslaßkammer ein inertes Gas eingeleitet. Die Auslaßkammer ist beheizt, wobei die Dicke der Zinnschicht durch eine Regulierung der Temperatur kontrolliert werden soll.

Andererseits ist es aus einem Aufsatz in "VDI Nachrichten" Nr. 28, H. Juli 1971, Seite 13 bekannt, die Dicke einer Zinkschicht auf einem Blechband durch das sogenannte Düsenabstreifverfahren zu regulieren. Hierbei wird ein Luft- oder Dampfstrahl über die gesamte Bandbreite auf beiden Seiten des aus einem flüssigen Zinkbad austretenden Blechbandes gerichtet. Durch den scharfen und sehr fein regulierbaren Luft- oder Dampfstrahl kann die Stärke und Gleichmäßigkeit der Zinksphicht relativ genau eingehalten werden.

0-9 8*7/0906

VPA 73/7598 - 3 -

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Feuerverzinnen von Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen zu schaffen, bei welchem eine von Verunreinigungen freie, über den Drahtumfang und die Drahtlänge gleichmäßige Zinnschicht gewährleistet wird und bei welchem die bei der Herstellung verzinkter Blechbänder gewonnenen Erkenntnisse angewandt werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß in der Auslaßkammer das inerte Gas über eine Ringdüse derart auf den Draht geleitet wird, daß die überschüssige Zinnmenge abgeblasen und die Dicke der Zinnschicht kalibriert wird. Der Draht wird hierbei berührungsfrei durch die Ringdüse hindurchgeführt, so daß die zum Drahtumfang konzentrische Verteilung der Zinnschicht nicht gestört werden kann. Die Dicke der Zinnschicht kann über den Druck, mit dem das inerte Gas in die Ringdüse geleitet wird, sehr fein reguliert werden. Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, daß durch die Verwendung des inerten Gases mit relativ geringem apparativem Aufwand die Zinnschicht einwandfrei kalibriert und gleichzeitig von Oberflächenverunreinigungen freigehalten wird.

Vorzugsweise wird in der Auslaßkammer das inerte Gas unter einem Winkel von 45-90 zur Drahtachse auf den Draht geleitet. Dadurch strömt ein Teil des Gases nach oben aus der Auslaßkammer und verhindert somit den Eintritt von Luft.

Vorteilhaft wird die Auslaßkammer auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Zinns beheizt. Mit dieser Maßnahme wird ein vorzeitiges Erstarren der Zinnschicht und ein Verstopfen der Ringdüse durch erstarrtes Zinn verhindert.

Vorzugsweise wird auch in der Einlaßkammer das inerte Gas über eine Ringdüse auf den Draht geleitet. Ein Teil des Gases

509817/0906 " ⁴ "

VPA 73/7598 _ 4 -

strömt dadurch nach oben aus der Einlaßkammer heraus und verhindert somit den Eintritt von Luft und von Verunreinigungen. Insbesondere wird im Falle der Verwendung von Beizen vor Einlauf des Drahtes in das Zinnbad die Beize weitgehend von der Drahtoberfläche abgeblasen.

Besonders vorteilhaft wird die Einlaßkammer bzw. die Auslaßkammer in geringem Abstand über der Oberfläche des Zinnbades angeordnet. Der Abstand wird so bemessen, daß ein Teil des inerten Gases mit hoher Geschwindigkeit auf der Oberfläche des Zinnbades nach allen Seiten radial vom Draht weg aus der Einlaßkammer bzw. der Auslaßkammer herausströmt und ein Eindringen von Oberflächenverunreinigungen sicher verhindert wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Draht senkrecht von unten nach oben durch die Einlaßkammer, das Zinnbad und die Auslaßkammer geführt und der Druck des inerten Gases in der Einlaßkammer so bemessen, daß er dem Druck des flüssigen Zinns über der Einlaßkammer das Gleichgewicht hält. Durch diese Maßnahme wird der Boden des Zinnbades wirksam abgedichtet und überdies eine Oxydation des Zinns durch eindringende luft verhindert.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand über der Oberfläche des Zinnbades eine zum Zinnbad hin offene Kammer vorgesehen ist, daß als oberer Abschluß der Kammer eine mit einem Gaszufuhrstutzen versehene Ringdüse vorgesehen ist und daß der Draht durch die Ringdüse berührungsfrei hindurchführbar ist. Bei dieser Vorrichtung bildet die sowohl als Einlaßkammer als auch als Auslaßkammer einsetzbare Kammer eine raum- und materialsparende Einheit mit der Ringdüs e.

- 5 509817/0906

YPA 73/7598

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens "bei senkrechter Drahtführung von unten nach oben ist dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Zinnbad eine am Boden des Zinnbades befestigte Einlaßkammer vorgesehen ist, daß an der Einlaßkammer ein Gaszufuhrstutzen angebracht ist und daß im Boden des Zinnbades und im Boden der Einlaßkammer Rohrstücke vorgesehen sind, durch welche der Draht berührungsfrei hindurchführbar ist. Über den Gaszufuhrstutzen wird ein inertes Gas unter Druck in die Einlaßkammer geleitet. Dadurch wird die Bildung von Oxiden im Zinnbad verhindert und gleichzeitig eine Abdichtung des Zinnbades an der Eintrittsstelle des Drahtes erreicht.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und von Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt jeweils in halbschematischer Darstellung

Pig. 1 eine Kammer, die sowohl als Einlaßkammer als auch als Auslaßkammer verwendbar ist,

Fig. 2 eine Einlaßkammer für senkrechte Drahtführung von unten nach oben,

Pig. 3 eine Anordnung von Ein- und Auslaßkammern bei Umlenkung des Drahtes im Zinnbad und

Pig. 4 eine Anordnung von Ein- und Auslaßkammern bei senkrechter Drahtführung von unten nach oben.

Pig. 1 zeigt eine Kammer 1, die in geringem Abstand über der Oberfläche 2 eines Zinnbades 3 angeordnet ist. Die Kamer 1 ist nach unten zum Zinnbad 3 hin geöffnet, während ihr oberer Abschluß von einer Ringdüse 4 gebildet wird. Der Ringkanal 5 dieser Ringdüse 4 mündet in einen Gaszufuhrstutzen 6. Der Durchmesser der Bohrung 7 der Ringdüse 4 ist so bemessen, daß ein Draht 8 berührungsfrei hindurchgeführt werden kann. Ein unter Druck in den Gaszufuhrstutzen 6 eingeleitetes inertes

509817/0908 " ⁶ "

VPA 73/7598 - 6 -

Qas 9 strömt -über den Ringkanal 5 auf die Oberfläche des Drahtes 8. Her teilt sich der Gasstrom in einen ersten Gasstrom 10, der nach oben aus der Kammer 1 austritt und in einen zweiten Gasstrom 11, der auf der Überfläche 2 des Zinnbades 3 aus der Kammer 1 herausströmt.

Bei Verwendung der Kammer 1 als Einlaßkammer wird der Draht 8 senkrecht von oben nach unten durch die Kammer 1 in das Zinnbad.3 geleitet. Der Gasstrom 10 hat die Aufgabe, den Eintritt von Luft und von Verunreinigungen in die Kammer zu verhindern. Insbesondere soll durch den Gasstrom 10 auf der Oberfläche des Drahtes ö verbliebene Beize abgeblasen werden. Der Gasstrom 11 hat die Aufgabe, Oberflächenverunreinigungen von der Eintrittsstelle des Drahtes 8 in das Zinnbad 3 fernzuhalten und die Bildung von Oxiden in diesem Bereich zu verhindern.

Bei Verwendung der Kammer 1 als Auslaßkammer wird der Draht 8 senkrecht, von unten nach oben aus dem Zinnbad 3 heraus durch die Kammer 1 hindurchgeführt. Das über den Ringkanal 5 auf die Oberfläche des Drahtes 8 geleitete inerte Gas 9 bläst die überschüssige Zinnmenge von der Drahtoberfläche ab und kalibriert die Dicke der Zinnschicht, wobei eine Regelung der Schichtdicke über den Gasdruck erfolgt. Der Gasstrom 10 verhindert den Eintritt von Luft, während der Gasstrom 11 Oberflächenverunreirigungen vom Draht 8 fernhält und eine Oxydation des Zinna verhindert.

Fig. 2 zeigt eine Einlaßkammer 12, die am Boden 13 eines Zinnbades 14 angebracht ist. Im Boden 15 der Einlaßkammer 12 ist ein Rohrstück 16 und im Boden 13 des Zinnbades 14 ein Rohrstück 17 befestigt. Die Innendurchmesser dieser Rohrstücke 16 und 17 sind so bemessen, daß ein Draht 18 berührungsfrei von unten nach oben durch das Rohrstück 16,

— 7 — 509817/0906

VPA 73/7598

die Einlaßkammer 12 und das'Rohrs tuck 17 in das Zinnbad 14 geführt werden kann. Im Mantel der Einlaßkammer 12 ist ein Gaszufuhrstutzen 19 vorgesehen, über welchem ein inertes Gas 20 unter Druck in die Einlaßkammer 12 geleitet wird. Das durch das Rohrstück 16 aus der Einlaßkammer 12 wieder austretende inerte Gas 20 verhindert den Eintritt von Luft und somit die Bildung von Oxiden im Zinnbad 14. Um ein Austreten flüssigen Zinns aus dem Rohrstück 17 zu verhindern, wird in der Einlaßkammer 12 stets ein Druck des inerten Gases 20 aufrechterhalten, der dem Druck des flüssigen Zinns im Zinnbad 14 das Gleichgewicht hält.

Fig. 3 zeigt eine Einlaßkammer 21 und eine Auslaßkammer 22, die nebeneinander in geringem Abstand über der Überfläche eines Zinnbades 24 angeordnet sind. Ein Draht 25 wird senkrecht von oben durch die Einlaßkammer 21 in das Zinnbad 24 eingeleitet. Beim Eintritt in die Einlaßkammer 21 werden Verunreinigungen, wie beispielsweise Beizrückstände, von der Oberfläche des Drahtes abgeblasen. Dies erfolgt in der bereits beschriebenen Weise durch ein·inertes Gas 26, welches über eine Ringdüse 27 auf den Draht 25 geleitet wird. Im Zinnbad 24 wird der Draht 25 über zwei Umlenkrollen 28 und 29 umgelenkt und senkrecht nach oben durch die Auslaßkammer 22 wieder herausgeführt. In der Auslaßkammer 22 wird die überschüssige Zinnmenge vom Draht 25 abgeblasen und die Zinnschichtdicke kalibriert. Dies erfolgt in der ebenfalls bereits beschriebenen Weise durch ein inertes Gas 30, welches über eine Ringdüse 31 auf den Draht 25 geleitet wird.

Pig. 4 zeigt eine Einlaßkammer 32, die am Boden 33 eines Zinnbades 34 angebracht ist. In geringem Abstand über der Oberfläche 35 des Zinnbades 34 ist eine Auslaßkammer 36 angeordnet. Ein Draht 37 wird senkrecht von unten nach oben durch die Einlaßkammer 32, das Zinnbad 34 und die Auslaßkammer 36 durchgeführt. Die Wirkungsweise der Einlaßkammer

509817/090 6 . ~ ^ö "

VPA 73/7598 - 8 -

und der Auslaßkammer 36 wurde bereits ausführlich "beschrieben.

Das erfindungsgemäße Verfahren beschränkt sich nicht auf die in den Beispielen angegebenen Drahtführungen und kann auch vorteilhaft bei der Zweibadverzinnung angewandt werden. Da der Draht berührungsfrei durch die Abdichtungen und die Kalibrierorgane hindurchgeführt wird, eignet sich das erfin— dungsgemäße Verfahren insbesondere für die Hochleistungsverzinnung bei Drahtgeschwindigkeiten oberhalb 1 m/sec bis 15 m/sec, vorzugsweise um 10 m/sec.

8 Patentansprüche
4 Figuren

- 9 509817/0906

Claims

YPA 73/7598

Patentansprüche

Iy Verfahren zum Herstellen von Zinnschichten auf Draht aus Kupfer oder Kupferlegierungen durch Feuerverzinnen mit einer über den Drahtumfang und die Drahtlänge gleichmäßigen Schichtdicke, bei welchem der Draht durch eine Einlaßkammer in ein Zinnbad hineingeführt und durch eine Auslaßkammer wieder herausgeführt wird, wobei in die Einlaßkammer und die Auslaßkammer ein inertes Gas eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßkammer das inerte Gas über eine Ringdüse derart auf den Draht geleitet wird, daß die überschüssige Zinnmenge abgeblasen und die Dicke der Zinnschicht kalibriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auslaßkammer das inerte Gas unter dem Winkel von 45-90° zur Drahtachse auf den Draht geleitet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßkammer auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Zinns beheizt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einlaßkammer das inerte Gas über eine Ringdüse auf den Draht geleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßkammer bzw. die Auslaßkammer in geringem Abstand über der Oberfläche des Zinnbades angeordnet wird.

- 10 -

509817/09QS

VPA 73/7598

- 10 -
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht senkrecht von unten nach oben durch die Einlaßkammer, das Zinnbad und die Auslaßkammer geführt wird und daß der Druck des inerten Gases in der Einlaßkammer so bemessen wird, daß er dem Druck des flüssigen Zinns über der Einlaßkammer das Gleichgewicht hält.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

5, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand über der Oberfläche (2) des Zinnbades (3) eine zum Zinnbad (3) hin offene Kammer (1) vorgesehen ist, daß als oberer Abschluß der Kammer (1) eine mit einem Gaszufuhrstutzen (6) versehene Ringdüse (4) vorgesehen ist, und daß der Draht (8) durch die Ringdüse (4) berührungsfrei hindurchführbar ist.
8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch

6, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Zinnbad (14) eine am Boden (13) des Zinnbades (14) befestigte Einlaßkammer (12) vorgesehen ist, daß an der Einlaßkammer (12) ein Gaszufuhrstutzen (19) angebracht ist und daß im Boden (13) des Zinnbades (14) und im Böden (15) der Einlaßkammer (12) Rohrstücke (17 und 16) vorgesehen sind, durch welche der Draht (18) berührungsfrei hindurchführbar ist.

509817/0906

Leerseite