Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Kühlen von drahtförmigen Gegenständen, insbesondere für die Kühlung kunststoff-isolierter elektrischer Drähte unmittelbar nach dem Vorgang der Kunststoffbeschichtung.
Ziel der Kühleinrichtung ist es, eine schnelle Kühlung des mehr oder weniger viskosen Kunststoff-Überzugsmaterials zu erreichen, nachdem der Draht beschichtet worden ist, wobei diese Einrichtung erheblich weniger Grundfläche einnehmen soll als die für dieser Zweck bisher verwendeten Anlagen.
Die am häufigsten verwendete Methode, elektrische Drähte mit einem thermoplastischen Überzug zu umgeben, verwendet das Extrudierverfahren. Das Kunststoffmaterial wird von einer Schnecke durch einen geheizten Zylinder transportiert, wo es auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird, und gleichzeitig durch entsprechend dimensionierte Düsen an einem Ende des Zylinders ausgepresst, damit der Kunststoff sich um den durch den Extruderkopf mit angepass ter Geschwindigkeit hindurchgezogenen Draht herumlegt.
Das den Extruderkopf verlassende Kunststoff-lsoliermaterial ist noch viskos und muss schnellstens gekühlt werden, damit es die erforderliche mechanische Festigkeit erhält.
Die bekannten Einrichtungen verwenden für das Kühlen horizontal liegende Becken, durch die der Leiter hindurchgezogen wird, während er mit Wasser besprüht wird. Es ist jedoch ein bekanntes Phänomen, dass Wasser, das sich auf einem Draht bewegt, unmittelbar auf der Oberfläche einen anhaftenden Film ausbildet. Sicher nimmt auch dieser Film Wärme vom Plastikmaterial ab, doch wird durch die schlechte Zirkulation in dieser der Oberfläche nächsten Schicht ein schneller Entzug der Wärme vereitelt. Es wurden Versuche unternommen, die Kühlung durch Anwendung gerichteter Wasserstrahlen zu verbessern, um den sich bilden.
den Film zu zerstören, doch sind wegen der Tatsache, dass der Leiter durch Wasser hindurchläuft, sehr starke Strahlen erforderlich, die unter anderem dazu führen können, dass die noch nicht ausreichend feste Kunststoffschicht deformiert wird.
Ein weiterer Nachteil der beschriebenen Kühleinrichtung besteht darin, dass ihre Wirksamkeit stark von der Temperatur des Kühlwassers abhängt, die je nach Jahreszeit wechseln kann. Wirksame Kühleinrichtungen und Isolation der Rohrleitungen werden erforderlich, um die Temperatur des Kühlmittels tief genug zu halten, was hohe Investitionsund Bedienungskosten nach sich zieht. Wegen der Tatsache, dass das Extrudieren und Beschichten des Leiterdrahtes mit verhältnismässig hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann, müssen die Kühlbecken sehr lang sein, damit beim Verlassen des Kühlbeckens der isolierte Leiterdraht hinreichend abgekühlt ist. Dadurch nehmen die Kühlbecken in horizontaler Richtung erhebliche Grundflächen ein.
In der ersten Phase des Beschichtungsvorganges, das heisst beim Ingangsetzen einer Anlage für die Kunststoffbeschichtung elektrischer Leiter mit Plastikmaterial, in der das Kühlen in Kühlbecken gemäss der vorbeschriebenen Art vorgenommen wird, muss der Draht von Hand über die gesamte Länge des Kühlbeckens gezogen werden, was anstrengend und zeitaufwendig ist.
Mit der Erfindung wird eine Kühleinrichtung geschaffen, die die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweist und die durch die im Patentanspruch angeführten Merkmale gekennzeichnet ist.
Die Erfindung ist anschliessend in ihren Einzelheiten an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Anlage für die Kunststoffbeschichtung von Drähten mit einer Kühleinrichtung gemäss der Erfindung;
Fig. 2 eine Einzelheit eines Kühlrohres; und
Fig. 3 eine Abwandlungsform der Anlage nach Fig. 1.
Eine Vorratstrommel 11 in der Fig. 1 trägt den im vorliegenden Fall zu beschichtenden Kupferdraht 12. Der Kupferdraht 12 durchläuft einen Extruderkopf 14 einer Extruderpresse 13, in welchem der Draht mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet wird. Nach dem Verlassen des Extruderkopfes 14 ist die thermoplastische Schicht auf dem Draht 12 noch fliessfähig, so dass sie so schnell wie möglich gekühlt werden muss, damit sie sich nicht deformiert. In unmittelbarem Anschluss an den Extruderkopf 14 folgt deshalb vertikal darüber eine Kühleinrichtung, durch die der beschichtete Draht hindurchgeführt wird. Die Kühleinrichtung 15 besteht zur Hauptsache aus zwei konzentrischen Rohren 16, 17, durch deren inneres Rohr 16 der Draht nach oben verläuft. Die konzentrischen Rohre setzen sich in abwärts verlau fenden Abschnitten 16', 17' fort.
Die Mündungsstücke 20, 20' der Kühlrohre befinden sich in derselben Horizontalebene, und die Innenrohre 16, 16' sind an dieser Stelle mit einem Wasserableitkasten 19 verbunden. Am oberen Umkehrpunkt sind die inneren Rohre 16, 16' mit einem Gehäuse 18 verbunden, in dem eine Umlenkrolle 23 angeordnet ist.
Den Innenrohren 16, 16' wird Kühlwasser über die Anschlüsse 21, 21' derart zugeleitet, dass ein Wasserstrom an der Rohrwand herabrieselt. Wie später noch gezeigt, wird Wasser an mehreren Stellen über die gesamte Rohrlänge zugeführt. Das Aussenrohr 17, 17', dessen Enden verschlossen sind, ist an eine Druckluftzuleitung durch Anschlüsse 22, 22' angeschlossen. Das Innenrohr 16, 16' ist mit dem Aussenrohr durch eine grössere Zahl von Düsen verbunden, durch die Luftströme in das Innenrohr hineingeblasen werden. Die Luftdüsen zerstäuben die an der Rohrinnenwand des Innenrohres hinunterrinnende Wasserschicht in Wassernebel. Dadurch ist das Rohr mit einer Mischung aus Luft und Wassernebel angefüllt, das unter der Einwirkung der Luftstrahlen ständig verwirbelt wird. Die Innenrohre 16, 16' sind mit einem Wasserableitkasten 19 verbunden, der eine Entlüftung 24 zur Umgebung hin hat.
Wenn die Druckluft aus den Düsen austritt, expandiert sie und bewirkt dadurch einen Temperaturabfall. Die Menge der austretenden Luft und die Form und Anzahl der Düsen werden derart gewählt, dass die Temperatur des Wassernebels nahe dem Gefrierpunkt ist. Wenn der Wassernebel nahe dem Einlass 20 auf den heissen Draht trifft, wird das Wasser verdampft, wobei die für den Verdampfungsvorgang benötigte Wärmemenge dem Plastikmaterial entzogen wird, dessen Temperatur dann sinkt.
Es kann sich deshalb kein Wasserfilm auf dem beschichteten Draht festsetzen, sondern vielmehr gelangt stets neues Kühlmittel auf den Draht. Beim Durchlaufen des Rohres 16, 16' wird der Draht soweit gekühlt, dass kein Dampf mehr entsteht, doch wird der Kühlvorgang fortgesetzt, da der kalte Wassernebel ja die Wärme aufnimmt. Da der Draht nicht in einem Wasserbad läuft, können die Luftstrahlen aus den Düsen die stets sich an den Kunststoffmantel ansetzenden Wassertröpfchen wieder abreissen, und immer gelangen neue Wassertröpfchen mit niedriger Temperatur auf die Drahtoberfläche.
Nachdem der beschichtete Draht die gesamte Kühleinrichtung 15 durchlaufen hat, gelangt er zu einer Zugvorrichtung 26 und schliesslich zu einer Aufhaspelspule 27.
Der genaue Aufbau der Kühlanordnung geht in seinen Einzelheiten noch deutlicher aus der Fig. 2 hervor. Die Rohre 16 und 17 sind hier in einzelne Abschnitte 16A, 17A; 16B, 17B unterteilt, die einzelne Wasser- und Lufteinlässe von einander trennen. Auf diese Weise ist es möglich, den Grad der Kühlung entlang dem Draht nach Wunsch zu steuern.
Die Dvsen 30 sind hier schräg zur Bewegungsrichtung des Drahtes angestellt. In einer Schnittebene senkrecht zur Achse der Rohre können die Düsen dann radial oder auch tangential verlaufen, je nachdem welche Zirkulation für den Wassernebel angestrebt wird. Bei einem ausgeführten Beispiel haben die Düsen einen Durchmesser von 0,4 mm in der Wand des Innenrohres 16. Die Düsen sind in Laufrichtung des Drahtes gebohrt, das heisst im Rohr 16 nach oben und im Rohr 16' der Fig. 1 nach unten, und tangential zur inneren Fläche des Innenrohres angestellt. Da die Löcher 30 eine Diskontinuität an der Innenfläche des Rohres 16, 16' herstellen, ist die Expansion der komprimierten Luft adiabatisch.
Die Temperatur der Luft an den Bohrungsmündungen ist in der Praxis unter 0 C. Die Tangentialkomponente in Richtung der Bohrungen 30 bewirkt, dass die expandierende Luft eine Schraubenbewegung um den Draht herum ausführt und dabei die Hitze vom Draht ableitet.
Die unteren Rohre 16A, 17A sind an ihrem unteren Ende mit einem Flansch 31 ausgestattet, mit dem sie an den Entwässerungskasten 19 angeschlossen sind. Das obere Ende der Rohre weist ebenfalls einen Flansch 32 auf, der den Wassereinlass 21 enthält. Der Flansch 32 ist mit einem entsprechenden Flansch verbunden, der an den unteren Teil der Rohre 16B, 17B angeschlossen ist, was beispielsweise mit mehreren Bolzen (nicht dargestellt) erfolgt, die über den Umfang des Flansches verteilt sind. Ein ringförmiger Schlitz 34 schräg abwärts zwischen den beiden Flanschen 32 und 33 steht mit dem Wassereinlass 21 in Verbindung.
Auf diese Weise wird das einfliessende Wasser auf die Innenwand des Rohres 16A verteilt, über die es dann in dünner Schicht herunterrieseln kann. Überströmt dieses Wasser die Düsen 30, wird es zu dem angeführten Wassernebel versprüht. Überflüssiges Wasser, das bis zum unteren Ende herunterrieselt, gelangt in den Entwässerungskasten 19, der einen Ablauf 35 nach aussen hat. Damit durch die Führungen 36 am Einiass und Auslass der Anordnung für den Draht 12 kein Wasser herausrinnt, sind in Richtung auf das Rohr 16A gerichtete Düsen 37 vorgesehen. Diese Düsen 37 sind mit einem Druckluftanschluss 38 verbunden, so dass ein Luftstrahl entlang dem Draht 12 eingeleitet wird.
Dadurch kann dann kein herunterrinnendes Wasser mehr ausströmen und auf den Extruderkopf 14 gelangen, während auf der Auslassseite vermieden wird, dass Wasser mit dem austretenden Draht aus der Kühleinrichtung herausfliesst, so dass keine spezielle Trocknung des nunmehr isolierten Drahtes erforderlich wird.
Beim Ingangsetzen der Extrudieranlage mit einer Kühleinrichtung gemäss der Erfindung wird in einfacher Weise das Vorderende des Drahtes bis zur Ziehvorrichtung 26 hindurchgezogen. Die Führungen 36 an Einlass- und Auslassseite werden dazu kurzzeitig entfernt, und eine Plastikkugel mit daran befestigtem Hilfsdraht beispielsweise wird in das Rohr eingesetzt. Durch Zuführen von Druckluft zu den Düsen 30 wird die Plastikkugel durch die Kühlanordnung hindurchgeblasen, so dass dann am Hilfsdraht leicht der Anfang des Leiterdrah- tes bis zur Zugvorrichtung 26 gezogen werden kann.
Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung erstreckt sich im wesentlichen vertikal nach oben über der Grundfläche, die der Extruder benötigt. Das Ausführungsbeispiel ist besonders geeignet für Herstellungsstätten, die in einer Ebene angeordnet sind. Es ist jedoch auch möglich, die Kühleinrichtung vertikal abwärts verlaufen zu lassen, was dann Vorteile bringt, wenn unterhalb der Ebene, in der die übrigen Maschinen stehen, ausreichend Platz vorhanden ist. Eine derartige Kühleinrichtung ist im Prinzip in der Fig. 3 dargestellt.
Die Rohre 16 und 17 haben dieselbe Gestalt wie die in Fig. 2 näher erläuterten mit Düsen, die in Längsrichtung des Drahtes 12 gerichtet sind. Das Gehäuse 18 für die Umlenkrolle 23 ist hier am untersten Ende der Kühleinrichtung angeordnet und mit einem Entwässerungsrohr 39 versehen. Es ist nicht nötig, den Entwässerungskasten 19 mit einer Führung 36 an der Eintrittsöffnung 40 für den Draht auszustatten, da keine Gefahr besteht, dass Wasser auf den Extruderkopf 14 sprüht, der nun oberhalb der Kühleinrichtung angeordnet ist. Die Ausflussöffnung weist jedoch ein Führungselement 36' auf, damit der die Kühleinrichtung verlassende Draht trocken gehalten wird. Ferner weist der Entwässerungskasten 19 eine Entlüftungsöffnung 41 zur Umgebung hin auf.