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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Drähten, Rohren und Stangen in einem Makroschall ausgesetzten flüssigen Medium.
Es sind bereits Verfahren bekanntgeworden mit denen Zieh- und Walzgut vor einer weiteren Behandlung, wie einem weiteren Ziehvorgang, einem Glüh- oder Härtevorgang oder aber einer Lackierung, einem Reinigungsprozess in einer Flüssigkeit unterworfen werden, wobei die Flüssigkeit einem Ultraschallfeld ausgesetzt wird. Die Flüssigkeit befindet sich dabei in einem offenen Behälter und das zu behandelnde Material wird in den Behälter eingebracht. Die Flüssigkeit in dem Behälter wird dann durch meist unterhalb des Behälters angebrachte Einrichtungen mit Ultraschall beaufschlagt.
Mit dem bekannten Verfahren wurden jedoch nur bescheidene Erfolge erzielt, so dass die Reinigung mittels Makroschall ausgesetzter flüssiger Medien keine bedeutende Verwendung erfahren hat.
Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, einen hervorragenden Reinigungseffekt zu erzielen, ohne dass ein erhöhter Kostenaufwand bei der Anschaffung und beim Betrieb erforderlich ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das zu behandelnde Gut durch eine Bohrung eines in der Längsachse der Bohrung schwingenden Hornes geführt wird, durch welche gleichzeitig mit dem Gut in gleicher oder entgegengesetzter Richtung ein das Gut umschliessendes flüssiges Medium geleitet wird.
Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse unterscheiden sich grundsätzlich von den Verhältnissen, die bei den bekannten Verfahren auftreten. Dadurch, dass die Drähte, Rohre oder Stangen durch eine, vorzugsweise mit Wasser, gefüllte Bohrung hindurchgeführt werden, wird das Wasser heftigen Ultraschallschwingungen ausgesetzt, so dass der Effekt der Kavitation zum Reinigen des durchlaufenden Gutes verwendet werden kann. Der Makroschall erzeugt dabei im Wasser kleine Bläschen, vergleichbar etwa mit dem ansonst mechanisch andersgearteten Vorgang des Siedens von Wasser in einem Gefäss, wo ebenfalls kleine Bläschen entstehen. Zum Unterschied vom Sieden des Wassers sind die Bläschen, die durch Druckschwankungen in der vom Ultraschallfeld aktivierten Flüssigkeit entstehen, im allgemeinen sehr kurzlebig.
In der Phase des lokalen Unterdruckes wird das Anwachsen der Bläschen begünstigt, während im Zustand des hohen Druckes die Bläschen zumeist spontan kollabieren. Das Anwachsen der Bläschen erfolgt in dem Zeitraum einer viertel Ultraschallperiode, das Kollabieren hingegen erfolgt praktisch augenblicklich. Wegen dieses äusserst kurzen Zeitraumes entstehen am Ort der"Mini-Kata-
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Ultraschallwelle nicht die eigentliche Ursache des Reinigungseffektes, sondern sie erzeugt unmittelbar kleine Bläschen mit den resultierenden hohen Druckanstiegen. Daneben kann auch noch ein zweiter, wohl aber nicht so bedeutender Effekt mitspielen : Ein Teil der Bläschen mag langlebiger als ein Viertel der Ultraschallperiode sein und erst nach einigen Ultraschallperioden spontan zusammenbrechen.
Während dieser Zeit können diese Bläschen im Takt der Ultraschallschwingungen hin und her bewegt werden und somit den schon nicht mehr intakten Schmierfilm "umpflügen". Bläschen können zum Teil auch unter die teilweise abgelösten Schmierfilmfetzen gelangen und durch ihre Bewegung diese abheben und dazu beitragen, dass der Schmierfilm vom umspülenden Wasser mitgenommen wird.
Zufolge des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich sowohl in technologischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht bedeutende Vorteile. Die Reinigung erfolgt in wesentlich kürzerer Zeit als bei den bisher gebräuchlichen Verfahren. Dadurch entfallen das Umspulen bei Drähten, eine Zwischenlagerung bei Stangenmaterial wodurch Platz eingespart wird und ohne Unterbrechung der nächste Arbeitsgang angeschlossen werden kann. Die Einrichtung nimmt viel weniger Raum in Anspruch als die bisher bekannten Vorrichtungen. Ausserdem erfolgt die Reinigung zwangsläufig viel gründlicher, wie nach der vorstehend beschriebenen physikalischen und technischen Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens leicht einzusehen ist.
Um für einen Arbeitsgang eine saubere Oberfläche des Gutes zu erzielen, wird die Behandlung des Gutes vor einer Lackierung, einem Zieh-, Walz-, Glüh- oder Härtevorgang vorgenommen.
Die reinigende Wirkung des Verfahrens kann dadurch noch erhöht werden, dass das flüssige Medium mit einer Temperatur höher als die des Gutes in die Bohrung geleitet wird. Mit Vorteil wird die Behandlung des Gutes nach einem Zieh-, Walz-, Glüh- oder Härtevorgang durchgeführt, wenn keine weitere Verarbeitung des Gutes mehr erfolgt, d. h., wenn das Gut nach einer letzten Verarbeitungsstufe bereits das End- oder Halbfabrikat darstellt.
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und übersichtlicher aufgebaut werden. Wird die Reinigungsstufe unmittelbar in-line an eine Verformung- stufe (Ziehstufe) angeschlossen, so weist der Draht bzw. das Rohr oder die Stange eine erhöhte
Temperatur durch die Verformung gegenüber der Raumtemperatur auf.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Medium mit einer unter der Temperatur des Gutes liegenden Temperatur zugeführt wird, da dann einerseits ein Kühleffekt auftritt und anderseits auch eine für den Reinigungseffekt günstige
Erhöhung der Mediumtemperatur eintritt.
Es ist zweckmässig, Schmiermittel zu verwenden, die auf Wasserbasis, also wasserlöslich sind. Das ist keine grundsätzliche Voraussetzung, erleichtert aber den Reinigungsprozess und gestattet damit höhere
Geschwindigkeiten des Drahtes in der Bohrung. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann daher als flüssiges Medium Wasser, gegebenenfalls mit einem Entspannungsmittel und bzw. oder einem fettlösenden
Mittel versetzt verwendet werden. Nur in hartnäckigen Fällen sind Zusatzmittel zur Verminderung der
Oberflächenspannung einzusetzen, während bei Verwendung von Ölen und Fetten als Schmiermittel bei der
Verformung fettlösende Mittel allein oder in Verbindung mit Entspannungsmitteln zugesetzt werden.
Es ist für die einwandfreie Funktion nicht notwendig, einen statischen Druck über dem Atmosphären- druck aufzubringen, denn es stellt sich ein hydrodynamischer Druck im Wasser in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit mit der der Draht durch die Bohrung bewegt wird und in Abhängigkeit von der
Dimensionierung der Bohrung ein. Je enger die Bohrung und je länger die Strecke der Bohrung ist, durch die der Draht läuft, umso grösser wird der hydrodynamische Druck sein.
Da aber die Konzentration der gelösten Schmutzpartikel steigt, wenn nicht dafür Vorsorge getroffen wird, dass die Schmutzpartikel mit dem abfliessenden Wasser mitgenommen werden, ist es zweckmässig, wenn das flüssige Medium mit Überdruck in die Bohrung geleitet wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist analog zu den Vorrichtungen zum Ziehen unter Makroschall aufgebaut und weist mindestens ein Ultraschallsystem für Makroschall auf, das aus einem Konverter und einem dazu senkrecht angeordneten, der Länge nach durchbohrten Horn von der Länge eines ganzzahligen Vielfachen der halben Makrowellenlänge oder annähernd der halben Wellenlänge des Makroschalls besteht, wobei zusätzlich in einem Bewegungsknoten des Horns oder eines in Richtung der Längsbohrung vorgeschalteten, mit dem Horn fest verbundenen Anschlussstückes eine Zuleitung für das flüssige Behandlungsmedium zur Längsbohrung vorgesehen ist.
Für eine "in line"-Anordnung kann das Anschlussstück ein an seinem vorderen Ende einen Ziehstein tragender Resonator mit einer Länge von einem Vielfachen der halben Makrowellenlänge sein.
Für eine verstärkte Wirkung des Makroschalls auf das Gut, ist es vorteilhaft, wenn zwecks Vergrösserung der Amplitude am hinteren Ende des Horns, gleichachsig zur Längsbohrung, weitere Resonatoren mit stufenweiser Querschnittsverminderung und gegebenenfalls ein Exponentialhornstück, jeweils in einem Bewegungsbauch, angesetzt sind.
Bei der Anordnung gemäss der Erfindung wird in Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit, mit der der Draht durch die Bohrung bewegt wird, die Bohrung so dimensioniert, dass jeweils ein optimaler Reinigungseffekt eintritt.
Dies wird gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch unterstützt, dass die Längsbohrung im Horn, in den Resonatoren und im Exponentialhorn durch in Bewegungsbäuchen angeordnete Verengungen, Kammern bildet.
Die Aufstellung der gesamten Anordnung erfolgt am besten durch Unterstützung der Resonatoren, wobei die Lagerung der Resonatoren durch an ihnen angebrachte Flanschen erfolgt und diese Flanschen in Bewegungsknoten angebracht sind.
Die wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung besteht darin, dass das Beseitigen von Schmiermittel, die als molekularer Film nach dem Ziehen am Ziehgut haften bleiben, gegenüber den konventionellen Verfahren, also ohne Ultraschalleinwirkung, in einem einzigen Arbeitsgang bewerkstelligt werden kann.
Demgegenüber, also im konventionellen Verfahren ohne Ultraschalleinwirkung, werden je nach dem angewendeten Schmiermittel verschiedenartige Chemikalien verwendet, die nach dem Gebrauch neutralisiert werden müssen. Seit den verschärften Anforderungen, die die erhöhte Aufmerksamkeit auf den Umweltschutz mit sich gebracht haben, ist es nicht mehr zulässig, nicht völlig neutrale Abfälle dem Fluss-
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bzw. Grundwasser zuzuleiten. Dadurch werden kostspielige Anlagen notwendig. Darüber hinaus können auch gesundheitliche Beeinträchtigungen der mit den Chemikalien arbeitenden Personen eintreten. Um solche Schäden hintanzuhalten, sind mitunter besondere Schutzvorkehrungen notwendig.
Der Vorgang des chemischen, also konventionellen Reinigens des Ziehgutes ist überdies zeitaufwendig und erfolgt auch mitunter in gesonderten Räumen mit dementsprechenden "Bädern".
Demgegenüber stellt die Anwendung der hier beschriebenen Ultraschalleinrichtung die Einsparung des gesamten chemischen Arbeitsvorganges und aller hiefür aufgezählten und sonstigen Nachteile in Aussicht.
Es werden damit die Kosten der Anlagen zur Wahrung des Umweltschutzes eingespart, die Kosten der
Räumlichkeiten (d. h. in die bisher für diese Zwecke notwendigen Hallen könnten andere, nutzbringende Maschinen und Anlagen installiert werden u. a. m.), das Ziehgut verweilt um den ganzen chemischen
Arbeitsprozess kürzer im Werk (rascherer Umsatz des damit verbundenen Kapitals) und man erspart sich auch die Kosten der Chemikalien. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel vereinfacht im Schnitt dargestellt. Soll in einem Zug mit dem Ziehvorgang gereinigt werden, ist der Ziehstein-l-solcherart in einem Ultraschallsystem anzuordnen, dass der Draht --2-- mit der Längsachse das gesamte Ultraschall- system durchläuft, in der Zeichnung von links nach rechts.
Die Anregung zu Ultraschallschwingungen rührt von dem Konverter --3-- her, der an ein Hornelement --4-- angeschraubt ist, welches die longitudinalen Schwingungen des Konverters --3-- in transversale Schwingungen solcherart um 90 umformt, dass die Bewegungsamplituden des Stückes --4-- in und gegen die Ziehrichtung des Drahtes erfolgen. An dieses Hornstück --4-- wird ein Hornstück --5-- angeschraubt, welches den Ziehstein-laufnimmt, der in das Hornstück --5-- mittels einer Schraube --6-- fest eingeschraubt wird.
In der Ebene des Bewegungsknotens kann das Horn --5-- am Flansch --7-- mechanisch festgehalten und mit einer Drahtziehmaschine starr verbunden werden.
Durch die Öffnung --8-- kann Leitungswasser in den durch die Längsachse des Hornsystems führenden Kanal --9a, 9b und 9c sowie 9d-- eingeleitet werden. Die Verbindung des Hornteiles --4-- mit dem Horn --5-- kann mittels einer in der Längsachse durchbohrten Schraube --10a-- erfolgen, wie auch die Schraube-lOb-zum Anschluss eines Hornstückes --11-- dient, an welcher schliesslich mit Schraube --lOc-- ein weiteres Hornstück-12-- angeschraubt werden kann. Das Hornstück --11-- kann ebenso wie das Hornstück --5-- an einem Flanschring --13-- etwa an demselben Maschinenchassis einer Drahtziehmaschine befestigt werden.
Durch die Hohlschrauben-lOa bis 10c-- werden Kammern geschaffen und der Begriff "Bohrung" in der Beschreibung und in den Ansprüchen soll auch einen solchen Kanal mit veränderlichen Querschnitten umfassen.
Die Hornstücke bzw. Resonatoren können infolge ihrer Querschnittsabnahme die Dämpfung der Schwingung weitgehend kompensieren, so dass weitgehend über die gesamte Länge des Kanals --9-- das Medium einen wirksamen "Bürsteneffekt" bezüglich des zu reinigenden Gutes ausübt.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Reinigen von Drähten, Rohren und Stangen in einem Makroschall ausgesetzten
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Bohrung eines in der Längsachse der Bohrung schwingenden Horns geführt wird, durch welche gleichzeitig mit dem Gut in gleicher oder entgegengesetzter Richtung ein das Gut umschliessendes flüssiges Medium geleitet wird.
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The invention relates to a method and a device for cleaning wires, pipes and rods in a liquid medium exposed to macro-sound.
Processes have already become known with which drawn and rolled stock are subjected to a cleaning process in a liquid before further treatment, such as a further drawing process, an annealing or hardening process or painting, the liquid being exposed to an ultrasonic field. The liquid is in an open container and the material to be treated is placed in the container. The liquid in the container is then subjected to ultrasound by means mostly attached below the container.
With the known method, however, only modest success has been achieved, so that cleaning by means of liquid media exposed to macro sound has not found any significant use.
The invention makes it possible, however, to achieve an excellent cleaning effect without the need for increased costs for acquisition and operation.
According to the invention, this is achieved in that the item to be treated is passed through a bore in a horn that vibrates in the longitudinal axis of the bore, through which a liquid medium surrounding the item is passed simultaneously with the item in the same or opposite direction.
The conditions created by the invention differ fundamentally from the conditions that occur in the known methods. Because the wires, pipes or rods are passed through a bore, preferably filled with water, the water is exposed to violent ultrasonic vibrations, so that the effect of cavitation can be used to clean the material passing through. The macro sound creates small bubbles in the water, comparable to the otherwise mechanically different process of boiling water in a vessel, where small bubbles also arise. In contrast to the boiling of water, the bubbles that arise as a result of pressure fluctuations in the liquid activated by the ultrasonic field are generally very short-lived.
In the phase of local negative pressure, the growth of the vesicles is favored, while in the state of high pressure the vesicles mostly collapse spontaneously. The growth of the bubbles takes place in the period of a quarter of the ultrasound period, while the collapse takes place almost instantaneously. Because of this extremely short period of time, the "Mini-Kata-
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Ultrasonic wave is not the actual cause of the cleaning effect, but it directly creates small bubbles with the resulting high pressure increases. In addition, a second, but not so important effect can also play a role: Some of the vesicles may be longer than a quarter of the ultrasound period and only collapse spontaneously after a few ultrasound periods.
During this time, these bubbles can be moved back and forth in time with the ultrasonic vibrations and thus "plow up" the no longer intact lubricating film. In some cases, bubbles can also get under the partially detached scraps of lubricating film and, through their movement, lift them off and contribute to the lubricating film being carried away by the water around them.
As a result of the process according to the invention, there are significant advantages both in terms of technology and in terms of economy. The cleaning takes place in a much shorter time than with the previously common methods. This eliminates the need for rewinding wires and intermediate storage of bar material, which saves space and allows the next work step to be carried out without interruption. The device takes up much less space than the previously known devices. In addition, the cleaning is inevitably carried out much more thoroughly, as can easily be seen from the physical and technical mode of operation of the method according to the invention described above.
In order to achieve a clean surface of the goods for one operation, the treatment of the goods is carried out before painting, drawing, rolling, annealing or hardening.
The cleaning effect of the process can be increased by passing the liquid medium into the bore at a temperature higher than that of the material. The treatment of the goods is advantageously carried out after a drawing, rolling, annealing or hardening process when the goods are no longer processed, ie. That is, if the goods already represent the finished or semi-finished product after a final processing stage.
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and be structured more clearly. If the cleaning stage is connected directly in-line to a deformation stage (drawing stage), the wire or the tube or the rod has an elevated one
Temperature due to the deformation compared to room temperature.
In this case it is advantageous if the medium is fed in at a temperature below the temperature of the material, since then on the one hand a cooling effect occurs and on the other hand also a favorable one for the cleaning effect
Increase in the medium temperature occurs.
It is advisable to use lubricants that are water-based, i.e. water-soluble. This is not a fundamental requirement, but it makes the cleaning process easier and thus allows higher levels
Speeds of the wire in the hole. In the process according to the invention, water can therefore be used as the liquid medium, optionally with a relaxation agent and / or a fat-dissolving agent
Funds are used staggered. Only in stubborn cases are additives to reduce the
Use surface tension while using oils and fats as lubricants in the
Deformation degreasing agents can be added alone or in conjunction with relaxation agents.
It is not necessary for proper function to apply a static pressure above atmospheric pressure, because a hydrodynamic pressure arises in the water as a function of the
Speed with which the wire is moved through the hole and depending on the
Dimensioning the hole. The narrower the bore and the longer the length of the bore through which the wire runs, the greater the hydrodynamic pressure will be.
However, since the concentration of the loosened dirt particles increases, if care is not taken that the dirt particles are carried along with the draining water, it is useful if the liquid medium is fed into the bore with excess pressure.
The device for carrying out the method is constructed analogously to the devices for pulling under macro sound and has at least one ultrasound system for macro sound, which consists of a converter and a horn arranged perpendicular to it and pierced lengthwise with the length of an integral multiple of half the macro wavelength or consists of approximately half the wavelength of the macro-sound, a feed line for the liquid treatment medium to the longitudinal bore being additionally provided in a movement node of the horn or a connection piece connected upstream in the direction of the longitudinal bore and firmly connected to the horn.
For an "in line" arrangement, the connection piece can be a resonator carrying a drawing die at its front end and having a length of a multiple of half the macro wavelength.
To increase the effect of the macro sound on the material, it is advantageous if, in order to increase the amplitude at the rear end of the horn, equiaxed to the longitudinal bore, further resonators with a gradual reduction in cross section and, if necessary, an exponential horn piece, each in an abdomen, are attached.
In the arrangement according to the invention, depending on the desired speed at which the wire is moved through the bore, the bore is dimensioned so that an optimal cleaning effect occurs in each case.
According to one embodiment of the invention, this is supported by the fact that the longitudinal bore in the horn, in the resonators and in the exponential horn forms chambers by means of constrictions arranged in movement antinodes.
The installation of the entire arrangement is best done with the support of the resonators, with the resonators being supported by flanges attached to them and these flanges being attached in movement nodes.
The economic importance of the invention is that the removal of lubricants that stick as a molecular film to the material to be drawn after drawing can be accomplished in a single operation compared to conventional methods, that is, without the action of ultrasound.
In contrast, in the conventional method without the action of ultrasound, different chemicals are used depending on the lubricant used, which must be neutralized after use. Since the stricter requirements that have brought increased attention to environmental protection with them, it is no longer permissible to add non-completely neutral waste to the river
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or to supply groundwater. This makes expensive systems necessary. In addition, the health of those who work with the chemicals can be impaired. In order to prevent such damage, special protective measures are sometimes necessary.
The process of chemical, i.e. conventional, cleaning of the drawn material is also time-consuming and sometimes takes place in separate rooms with corresponding "baths".
In contrast, the use of the ultrasonic device described here offers the prospect of saving the entire chemical work process and all of the disadvantages listed for it and other disadvantages.
This saves the costs of the systems to protect the environment, the costs of
Premises (i.e. other useful machines and systems could be installed in the halls previously required for this purpose, among other things), the drawing material remains around the entire chemical
The work process in the plant is shorter (faster turnover of the associated capital) and you also save the costs of chemicals. In the drawing, an embodiment is shown simplified in section. If cleaning is to be carried out in one go with the drawing process, the drawing die must be arranged in an ultrasound system in such a way that the wire --2-- runs through the entire ultrasound system with its longitudinal axis, from left to right in the drawing.
The excitation of ultrasonic vibrations comes from the converter --3--, which is screwed onto a horn element --4--, which converts the longitudinal vibrations of the converter --3-- into transverse vibrations by 90 in such a way that the movement amplitudes of the Piece --4-- in and against the pulling direction of the wire. A horn piece --5-- is screwed onto this horn piece --4--, which takes the drawing die, which is firmly screwed into the horn piece --5-- by means of a screw --6--.
In the plane of the movement node, the horn --5-- can be held mechanically on the flange --7-- and rigidly connected to a wire drawing machine.
Tap water can be introduced through the opening --8-- into the canal --9a, 9b and 9c as well as 9d-- leading through the longitudinal axis of the horn system. The connection of the horn part --4-- with the horn --5-- can be done by means of a screw --10a-- drilled in the longitudinal axis, just as the screw-lOb- is used to connect a horn part --11--, to which finally a further horn piece-12- can be screwed with screw -loc-. The horn piece --11--, like the horn piece --5--, can be attached to a flange ring --13-- for example on the same machine chassis of a wire drawing machine.
The hollow screws -10a to 10c- create chambers and the term "bore" in the description and in the claims is also intended to include such a channel with variable cross-sections.
The horn pieces or resonators can largely compensate for the damping of the oscillation due to their reduction in cross-section, so that the medium exerts an effective "brush effect" on the items to be cleaned over the entire length of the channel.
PATENT CLAIMS:
1. Method of cleaning wires, tubes and rods exposed to macro-sound
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Bore of a vibrating in the longitudinal axis of the bore horn is guided, through which a liquid medium surrounding the material is passed simultaneously with the material in the same or opposite direction.
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