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.
The invention relates to a device for cooling wire-shaped objects, in particular for cooling plastic-insulated electrical wires immediately after the plastic coating process.
The aim of the cooling device is to achieve rapid cooling of the more or less viscous plastic coating material after the wire has been coated, whereby this device should take up considerably less floor space than the systems previously used for this purpose.
The most common method of covering electrical wires with a thermoplastic coating is using the extrusion process. The plastic material is transported by a screw through a heated cylinder, where it is heated to the desired temperature, and at the same time pressed out through appropriately dimensioned nozzles at one end of the cylinder so that the plastic is wrapped around the wire that is pulled through the extruder head at an adapted speed .
The plastic insulating material leaving the extruder head is still viscous and must be cooled as quickly as possible so that it receives the required mechanical strength.
The known devices use horizontal basins for cooling, through which the conductor is pulled while it is sprayed with water. However, it is a well-known phenomenon that water moving on a wire immediately forms an adherent film on the surface. This film certainly also removes heat from the plastic material, but the poor circulation in this layer next to the surface prevents rapid removal of heat. Attempts have been made to improve cooling by using directed jets of water around which are formed.
to destroy the film, but because the conductor runs through water, very strong rays are required which, among other things, can cause the plastic layer, which is not yet sufficiently strong, to be deformed.
Another disadvantage of the cooling device described is that its effectiveness depends heavily on the temperature of the cooling water, which can change depending on the season. Effective cooling equipment and pipe insulation are required to keep the temperature of the coolant low enough, which entails high investment and operating costs. Due to the fact that the extrusion and coating of the conductor wire can be carried out at a relatively high speed, the cooling basins must be very long so that the insulated conductor wire is sufficiently cooled when leaving the cooling basin. As a result, the cooling basins take up considerable floor space in the horizontal direction.
In the first phase of the coating process, i.e. when starting a system for the plastic coating of electrical conductors with plastic material, in which the cooling in the cooling basin is carried out in the manner described above, the wire must be drawn by hand over the entire length of the cooling basin, which is exhausting and is time consuming.
With the invention a cooling device is created which no longer has the disadvantages described above and which is characterized by the features cited in the patent claim.
The invention is then explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the drawing. Show it:
1 shows a schematic diagram of a system for the plastic coating of wires with a cooling device according to the invention;
Fig. 2 shows a detail of a cooling tube; and
3 shows a modified form of the system according to FIG. 1.
A supply drum 11 in FIG. 1 carries the copper wire 12 to be coated in the present case. The copper wire 12 runs through an extruder head 14 of an extruder press 13 in which the wire is coated with a thermoplastic material. After leaving the extruder head 14, the thermoplastic layer on the wire 12 is still flowable, so that it must be cooled as quickly as possible so that it does not become deformed. In direct connection to the extruder head 14, a cooling device follows vertically above it, through which the coated wire is passed. The cooling device 15 consists mainly of two concentric tubes 16, 17, through the inner tube 16 of which the wire runs upwards. The concentric tubes continue in downwardly extending sections 16 ', 17'.
The mouth pieces 20, 20 'of the cooling pipes are located in the same horizontal plane, and the inner pipes 16, 16' are connected to a water drainage box 19 at this point. At the upper reversal point, the inner tubes 16, 16 'are connected to a housing 18 in which a deflection roller 23 is arranged.
Cooling water is fed to the inner pipes 16, 16 'via the connections 21, 21' in such a way that a water stream trickles down the pipe wall. As will be shown later, water is fed in at several points along the entire length of the pipe. The outer tube 17, 17 ', the ends of which are closed, is connected to a compressed air supply line through connections 22, 22'. The inner tube 16, 16 'is connected to the outer tube by a large number of nozzles, through which air flows are blown into the inner tube. The air nozzles atomize the water layer flowing down the inner pipe wall of the inner pipe into water mist. As a result, the pipe is filled with a mixture of air and water mist, which is constantly swirled under the action of the air jets. The inner pipes 16, 16 'are connected to a water drainage box 19 which has a vent 24 to the environment.
As the compressed air exits the nozzles, it expands, causing a drop in temperature. The amount of air exiting and the shape and number of nozzles are selected so that the temperature of the water mist is close to freezing point. When the water mist hits the hot wire near the inlet 20, the water is evaporated, the amount of heat required for the evaporation process being extracted from the plastic material, the temperature of which then drops.
Therefore, no water film can settle on the coated wire, but rather new coolant always gets onto the wire. When passing through the tube 16, 16 ', the wire is cooled to such an extent that no more steam is produced, but the cooling process is continued, since the cold water mist absorbs the heat. Since the wire does not run in a water bath, the air jets from the nozzles can tear off the water droplets that are always attached to the plastic coating, and new water droplets at a low temperature always reach the wire surface.
After the coated wire has passed through the entire cooling device 15, it arrives at a pulling device 26 and finally to a reel spool 27.
The exact structure of the cooling arrangement can be seen even more clearly in its details from FIG. The tubes 16 and 17 are here in individual sections 16A, 17A; 16B, 17B that separate the individual water and air inlets from one another. In this way it is possible to control the degree of cooling along the wire as desired.
The nozzles 30 are positioned at an angle to the direction of movement of the wire. In a sectional plane perpendicular to the axis of the tubes, the nozzles can then run radially or also tangentially, depending on which circulation is sought for the water mist. In one example, the nozzles have a diameter of 0.4 mm in the wall of the inner pipe 16. The nozzles are drilled in the running direction of the wire, that is to say upwards in pipe 16 and downwards in pipe 16 'of FIG made tangential to the inner surface of the inner tube. Because the holes 30 create a discontinuity on the inner surface of the tube 16, 16 ', the expansion of the compressed air is adiabatic.
The temperature of the air at the bore mouths is in practice below 0 C. The tangential component in the direction of the bores 30 causes the expanding air to perform a helical movement around the wire, thereby dissipating the heat from the wire.
The lower pipes 16A, 17A are equipped at their lower end with a flange 31 with which they are connected to the drainage box 19. The upper end of the tubes also has a flange 32 which contains the water inlet 21. The flange 32 is connected to a corresponding flange which is connected to the lower part of the tubes 16B, 17B, which is done, for example, with a plurality of bolts (not shown) distributed around the circumference of the flange. An annular slot 34 obliquely downwards between the two flanges 32 and 33 communicates with the water inlet 21.
In this way, the incoming water is distributed over the inner wall of the pipe 16A, over which it can then trickle down in a thin layer. If this water flows over the nozzles 30, it is sprayed into the stated water mist. Superfluous water, which trickles down to the lower end, reaches the drainage box 19, which has a drain 35 to the outside. So that no water runs out through the guides 36 at the inlet and outlet of the arrangement for the wire 12, nozzles 37 directed in the direction of the pipe 16A are provided. These nozzles 37 are connected to a compressed air connection 38 so that an air jet is introduced along the wire 12.
As a result, no more water flowing down can flow out and reach the extruder head 14, while on the outlet side it is avoided that water flows out of the cooling device with the emerging wire, so that no special drying of the now insulated wire is required.
When starting the extrusion system with a cooling device according to the invention, the front end of the wire is pulled through to the pulling device 26 in a simple manner. For this purpose, the guides 36 on the inlet and outlet sides are briefly removed, and a plastic ball with an auxiliary wire attached to it, for example, is inserted into the pipe. By supplying compressed air to the nozzles 30, the plastic ball is blown through the cooling arrangement so that the start of the conductor wire can then easily be pulled on the auxiliary wire to the pulling device 26.
The arrangement shown in Fig. 1 extends substantially vertically upwards over the base which the extruder requires. The exemplary embodiment is particularly suitable for production sites that are arranged in one plane. However, it is also possible to let the cooling device run vertically downwards, which is advantageous if there is sufficient space below the level in which the other machines are located. Such a cooling device is shown in principle in FIG.
The tubes 16 and 17 have the same shape as those explained in more detail in FIG. 2 with nozzles which are directed in the longitudinal direction of the wire 12. The housing 18 for the deflection roller 23 is arranged here at the lowest end of the cooling device and is provided with a drainage pipe 39. It is not necessary to equip the drainage box 19 with a guide 36 at the inlet opening 40 for the wire, since there is no risk of water spraying onto the extruder head 14, which is now arranged above the cooling device. However, the outflow opening has a guide element 36 'so that the wire leaving the cooling device is kept dry. Furthermore, the drainage box 19 has a ventilation opening 41 to the environment.