CN109475921A - 用于拉伸及矫直金属单丝的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的主题是一种用于拉伸及矫直金属单丝(12)的装置(10)，包括：‑上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)，所述上游牵引系统(20)在金属单丝(12)前进的方向上位于所述下游牵引系统(30)的上游；用于矫直金属单丝(12)的系统(40)，所述系统位于上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)之间；所述装置中，上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)各自分别包括设计成拉伸金属单丝(12)的上游卷轴(22)和下游卷轴(32)，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)各自包括直圆柱形主体，金属单丝(12)缠绕在直圆柱形主体上，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)分别具有上游直径D1和下游直径D2，装置(10)布置成使得在运转时上游卷轴(22)和下游卷轴(32)各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得：1≤V2/V1≤1.02。

Description

用于拉伸及矫直金属单丝的装置和方法

技术领域

本发明的主题是一种用于拉伸及矫直金属直单丝的装置。

本发明适用于任何类型的金属单丝，尤其适用于碳钢单丝，所述碳钢单丝形成旨在用于轮胎的金属增强体。

背景技术

已知能够获得这种金属单丝的拉伸及矫直装置。

因为这种金属单丝旨在直接用于帘布层而后用于轮胎，所以来自拉丝装置的金属单丝需要是直的单丝，以避免金属单丝的脱脂涂层(skim-coating)导致的帘布层平整度的任何问题。具体而言，不平坦的帘布层会在轮胎制造过程中产生帘布层切割和对接的问题。

直单丝指的是，与直接来自根据现有技术的拉丝装置的金属单丝相比，其残余弯曲和扭曲显著减少。

为此，已知的做法是使用拉伸及矫直装置，以减少来自拉丝装置的金属单丝的弯曲。这种拉伸装置包括牵引系统和矫直系统，所述牵引系统包括设计成拉伸金属单丝的卷轴，所述矫直系统使得能够减小金属单丝的弯曲。弯曲是由于金属单丝的表面存在残余压应力而产生的。如果所述残余压应力分布不均匀，它会导致金属单丝的主轴线两侧应力的局部不平衡，并因此导致弯曲，分布越不均匀并且主轴线两侧残余压应力的差异越大，这种弯曲就越严重。

一方面，卷轴通常包括围绕旋转轴线表现出旋转对称性的主体，该轴对称主体具有截头圆锥形状。轴对称主体的直径沿其旋转轴线的变化导致金属单丝绕金属单丝的主轴线旋转，这具有围绕金属单丝的主轴线向其施加相对高扭矩的效果。单丝绕其主轴线的扭转是由单丝绕其主轴线的弹性回弹引起的。这种弹性回弹越大，金属单丝中的扭矩越高，因此当金属单丝的一端自由时，金属单丝绕其主轴线旋转。

另一方面，金属单丝的有效矫直需要对矫直系统进行耗时的调整。这是因为如果对金属单丝施加的张力过高，则存在金属单丝发生塑性变形甚至断裂的风险。相反，如果对金属单丝施加的张力不足，则存在矫直无效的风险，并且金属单丝将脱离装置的导向元件。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种拉伸及矫直装置和方法，其能够获得直的金属单丝。

为此目的，本发明的一个主题是一种用于拉伸及矫直金属单丝的装置，包括：

-上游牵引系统和下游牵引系统，所述上游牵引系统在金属单丝前进的方向上位于所述下游牵引系统的上游，

-用于矫直金属单丝的系统，所述系统位于上游牵引系统和下游牵引系统之间，

在所述装置中，上游牵引系统和下游牵引系统各自分别包括设计成拉伸金属单丝的上游卷轴和下游卷轴，上游卷轴和下游卷轴各自包括直圆柱形主体，金属单丝缠绕在直圆柱形主体上，上游卷轴和下游卷轴分别具有上游直径D1和下游直径D2，所述装置布置成使得在运转时上游卷轴和下游卷轴各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得：1≤V2/V1≤1.02。

有利的是，金属单丝经过上游牵引系统，然后经过矫直系统，然后经过下游牵引系统，允许金属单丝被拉伸，而不会对其施加任何弯曲或残余扭曲。具体而言，每个卷轴上的缠绕有金属单丝的直圆柱形主体能够减小金属单丝绕其主轴线的扭矩。此外，速度V1和V2满足1≤V2/V1≤1.02，一方面可以避免对金属单丝施加过大的张力，另一方面可以施加足够的张力以确保金属单丝的有效矫直。

根据定义，卷轴的周向速度以米/分钟表示，对应于金属单丝与卷轴接触的前进速率，即卷轴的圆柱体表面的线速度。因此，对于给定的卷轴角速度，该周向速度取决于卷轴的直径。对于给定的角速度以及卷轴直径Da和Db，使得Da>Db，由直径Da的卷轴拉伸的金属单丝将具有比由直径Db的卷轴拉伸时更大的周向速度。

根据定义，卷轴的角速度以度(或弧度)每分钟表示，并且对应于卷轴的旋转速度。不管卷轴的角速度如何，卷轴的角速度不取决于其直径，而是取决于安装卷轴的心轴的转速。

周向速度V和角速度W通过关系V＝W×D由卷轴的圆柱体的直径D联系起来。

根据本发明的用于拉伸及矫直金属单丝的装置还可以包括单独考虑或以任何可能的组合考虑的一个或更多个以下特征：

-V2/V1＝1；和/或

-V2/V1>1；和/或

-1≤D2/D1≤1.02；和/或

-D2＝D1；和/或

-D2>D1；和/或

-d是金属单丝的直径；D1和D2使得D1≥200d、D2≥200d，优选地D1≥500d、D2≥500d，更优选地D1≥700d、D2≥700d；和/或

-上游卷轴和下游卷轴能够围绕一个相同的旋转轴线旋转；和/或

-上游卷轴和下游卷轴与一个相同的旋转轴线一起旋转，使得当装置运转时上游卷轴和下游卷轴各自的角速度W1和角速度W2分别满足W2/W1＝1；和/或

-上游卷轴和下游卷轴的直圆柱形主体是连续的从而形成公共主体，该公共主体显示出绕着上游卷轴和下游卷轴的直圆柱形主体的共同轴线的旋转对称性；和/或

-上游卷轴和下游卷轴能够分别绕着不同的上游旋转轴线和下游旋转轴线旋转，所述上游旋转轴线和所述下游旋转轴线基本上彼此平行；和/或

-矫直系统能够施加基本上垂直于金属单丝的主轴线的力；和/或

-矫直系统包括相继的第一矫直单元和第二矫直单元，第一矫直单元和第二矫直单元各自分别限定第一矫直方向和第二矫直方向，第一矫直方向和第二矫直方向基本上彼此垂直；和/或

-所述装置包括上游换向滑轮，所述上游换向滑轮将所述金属单丝从所述上游卷轴换向回所述上游卷轴，上游卷轴和上游换向滑轮布置成使得金属单丝至少一次部分地绕着上游卷轴的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮来相继地缠绕；和/或

-所述装置包括下游换向滑轮，所述下游换向滑轮将所述金属单丝从所述下游卷轴换向回所述下游卷轴，下游卷轴和下游换向滑轮布置成使得金属单丝至少一次部分地绕着下游卷轴的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮来相继地缠绕；和/或

-上游换向滑轮和下游换向滑轮各自能够绕着旋转轴线旋转，上游换向滑轮和/或下游换向滑轮包括用于轴向引导金属单丝的结构；和/或

-上游换向滑轮自由旋转；和/或

-下游换向滑轮自由旋转；和/或

-上游滑轮和下游滑轮能够围绕一个相同的旋转轴线旋转；和/或

-上游滑轮和下游滑轮能够相互独立旋转；和/或

-卷轴的旋转轴线以及滑轮的旋转轴线基本上相互平行；和/或

-上游卷轴和下游卷轴能够围绕一个相同的旋转轴线旋转，上游卷轴位于比下游卷轴的高度轴向较低的高度；和/或

-上游换向滑轮和下游换向滑轮能够围绕一个相同的旋转轴线旋转，上游换向滑轮位于比下游换向滑轮的高度轴向较低的高度。

本发明还涉及一种用于制造金属单丝的设备，其特征在于，沿金属单丝前进方向从上游至下游，其包括：

-用于展开金属单丝的装置，

-用于拉伸金属单丝的装置，

-根据本发明的用于拉伸及矫直金属单丝的装置，

-用于缠绕金属单丝的装置。

有利地，这种用于制造金属单丝的设备使得能够获得弯曲减小和残余扭曲减小的金属单丝。

在一个实施方案中，该设备包括拉丝装置，其布置在用于拉伸及矫直金属单丝的装置的上游和用于展开金属单丝的装置的下游。

在展开期间，金属单丝的直径范围为例如1mm至3mm。在拉丝后，金属单丝的直径d范围为0.10mm至0.50mm，优选为0.25mm至0.45mm，更优选为0.20mm至0.40mm。

金属单丝具有包括在3200MPa至3700MPa之间的机械强度。该机械强度根据标准ASTM D2969-04进行测量。

用于展开金属单丝的装置有利地包括卷盘，金属单丝储存在卷盘上。

用于缠绕金属单丝的装置有利地包括卷盘，金属单丝储存在卷盘上。

本发明的另一个主题涉及一种用于拉伸及矫直金属单丝的方法，该方法通过用于拉伸及矫直金属单丝的装置来实施，所述装置包括：

-上游牵引系统和下游牵引系统，所述上游牵引系统在金属单丝前进的方向上位于所述下游牵引系统的上游，

-用于矫直金属单丝的系统，所述系统位于上游牵引系统和下游牵引系统之间，

在所述装置中，上游牵引系统和下游牵引系统各自分别包括设计成拉伸金属单丝的上游卷轴和下游卷轴，上游卷轴和下游卷轴各自包括直圆柱形主体，金属单丝缠绕在直圆柱形主体上，上游卷轴和下游卷轴分别具有上游直径D1和下游直径D2，

在该方法中，上游卷轴和下游卷轴各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得1≤V2/V1≤1.02。

根据本发明的用于拉伸及矫直金属单丝的方法还可以包括单独考虑或以任何可能的组合考虑的一个或更多个以下特征：

-所述装置包括上游换向滑轮，所述上游换向滑轮将所述金属单丝从所述上游卷轴换向回所述上游卷轴，该方法中，金属单丝至少一次部分地绕着上游卷轴的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮来相继地缠绕；和/或

-所述装置包括下游换向滑轮，所述下游换向滑轮将所述金属单丝从所述下游卷轴换向回所述下游卷轴，该方法中，金属单丝至少一次部分地绕着下游卷轴的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮来相继地缠绕；和/或

-所述方法中，金属单丝按顺序进行以下路径：

-绕着上游卷轴的直圆柱形主体的部分的缠绕，

-绕着上游换向滑轮的部分的缠绕，

-可选地，绕着上游卷轴的直圆柱形主体的部分的缠绕，随后绕着上游换向滑轮的部分的缠绕，

-经过矫直系统，

-绕着下游卷轴的直圆柱形主体的部分的缠绕，

-可选地，绕着下游换向滑轮的部分的缠绕，然后绕着下游卷轴的直圆柱形主体的部分的缠绕，以及

-绕着下游换向滑轮的部分的缠绕。

在该方法和装置中，向金属单丝施加的张力范围是金属单丝断裂强度的5％至20％，优选为5％至15％，更优选为5％至10％。金属单丝断裂时的力等于如上定义的机械强度乘以金属单丝的横截面。该张力值一方面可以限制金属单丝塑性变形或断裂的风险，另一方面可以确保金属单丝的有效矫直。

附图说明

通过阅读以下描述和研究以下附图，本发明的其它特征和优点将变得显而易见：

-图1为根据本发明第一实施方案的用于拉伸及矫直金属单丝的装置的示意性描绘，

-图2示出了图1的装置的各个系统，

-图3示出了图1的装置的滑轮，

-图4示出了运转中的图1的装置的卷轴和滑轮，

-图5示出了图1的装置的矫直系统的一部分，

-图6示出了根据第二实施方案的用于拉伸及矫直金属单丝的装置，

-图7示出了图6的装置的滑轮，

-图8示出了运转中的图6的装置的卷轴和滑轮，

-图9为根据本发明的用于制造金属单丝的设备的示意性描绘。

应当注意，这些附图除了阐述说明书的文本之外没有其它目的，并且不以任何方式对本发明范围进行限制。

在各个附图中，相似的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

本发明的主题是一种用于拉伸及矫直金属单丝的装置。具体地，图1和图2示出了根据本发明第一实施方案的用于拉伸及矫直金属单丝12的装置10。

例如由碳钢制成的金属单丝12是长度大于其横截面尺寸的纵向元件，无论其横截面形状如何。具体而言，横截面可以呈现圆形、椭圆形、长方形、正方形或者甚至扁平的形状。

有利地，金属单丝12的直径d范围为0.10mm至0.50mm，优选为0.25mm至0.45mm，更优选为0.20mm至0.40mm，并且这里等于0.30mm。

拉伸及矫直装置10包括上游牵引系统20、下游牵引系统30和矫直系统40。

上游牵引系统20在金属单丝12前进的方向(例如在图中由金属单丝12上的箭头表示)上位于下游牵引系统30的上游。

用于矫直金属单丝的系统40位于上游牵引系统20和下游牵引系统30之间。换句话说，金属单丝12到达上游牵引系统20，然后向矫直系统40的方向离开。接下来，金属单丝12到达矫直系统40，然后向下游牵引系统30的方向离开。

上游牵引系统20和下游牵引系统30分别包括上游卷轴22和下游卷轴32，其例如在图2中示出，并且被设计成拉伸金属单丝12。

上游牵引系统20和下游牵引系统30还可以包括旋转驱动装置，该旋转驱动装置构造成驱动上游卷轴22和下游卷轴32的旋转。例如，旋转驱动装置可以包括电动机。

上游牵引系统20的上游卷轴22包括直圆柱形主体(例如图2所示)，以用于卷绕金属单丝12。上游卷轴22的直圆柱形主体具有称为上游直径的直径D1，并且在运转时具有称为上游周向速度的周向速度V1以及称为上游角速度的角速度W1。特别地，周向速度V1被定义为：V1＝W1×D1。

相似地，下游牵引系统30的下游卷轴32包括直圆柱形主体(例如图2所示)，以用于卷绕金属单丝12。下游卷轴32的直圆柱形主体具有称为下游直径的直径D2，并且在运转时具有称为下游周向速度的周向速度V2以及称为下游角速度的角速度W2。特别地，周向速度V2被定义为：V2＝W2×D2。

有利地，每个卷轴的直圆柱形主体可以避免当金属单丝穿过牵引系统时在金属单丝中围绕其主轴线产生扭矩。

d是金属单丝的直径；D1和D2使得D1≥200d、D2≥200d，优选地D1≥500d、D2≥500d，更优选地D1≥700d、D2≥700d。因此，当金属单丝穿过装置时，尽可能地减小了牵引系统产生的弯曲。

拉伸及矫直装置10包括上游换向滑轮50和下游换向滑轮60，现在将参照图3和图4描述其特征和操作。

上游换向滑轮50构造成一方面从上游卷轴22接收金属单丝12，另一方面使金属单丝12朝向矫直系统换向。

上游卷轴22和上游换向滑轮50布置成使得金属单丝12至少一次部分地绕着上游卷轴22的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮50来相继地缠绕。

换句话说，金属单丝12到达上游卷轴22，至少部分地绕着上游卷轴22的直圆柱形主体缠绕，然后朝向上游换向滑轮50离开。接下来，金属单丝12到达上游换向滑轮50，至少部分地绕着上游换向滑轮50缠绕，然后朝向矫直系统离开。

有利地，金属单丝12至少两次部分地绕着上游卷轴22的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮50来相继地缠绕。更具体地，相继地缠绕两次意味着金属单丝12进行绕着上游卷轴22的直圆柱形主体的第一次部分的缠绕，然后绕着上游换向滑轮50的第一次部分的缠绕，然后绕着上游卷轴22的直圆柱形主体的第二次部分的缠绕，最终绕着上游换向滑轮50的第二次部分的缠绕，之后通过矫直系统。如图4所示，金属单丝12三次部分地绕着上游卷轴22的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮50来相继地缠绕。

以同样的方式，下游换向滑轮60构造成从矫直系统接收金属单丝12，而使金属单丝12朝向下游卷轴32换向。

下游卷轴32和下游换向滑轮60布置成使得金属单丝12至少一次部分地绕着下游卷轴32的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮60来相继地缠绕。

换句话说，金属单丝12到达下游换向滑轮60，至少部分地绕着下游换向滑轮60缠绕，然后朝向下游卷轴32离开。接下来，金属单丝12到达下游卷轴32，至少部分地绕着下游卷轴32的直圆柱形主体缠绕，然后离开拉伸及矫直装置。

有利地，金属单丝12至少两次部分地绕着下游卷轴32的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮60来相继地缠绕。更具体地，金属单丝12进行绕着下游换向滑轮60的第一次部分的缠绕，然后绕着下游卷轴32的直圆柱形主体的第一次部分的缠绕，然后绕着下游换向滑轮60的第二次部分的缠绕，最终绕着下游卷轴32的直圆柱形主体的第二次部分的缠绕。

在第一实施方案中，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60能够绕着单独的旋转轴线旋转。更具体地，如图2所示，上游换向滑轮50能够绕着轴线A3旋转，下游换向滑轮60能够绕着轴线A4旋转。有利地，轴线A3和轴线A4基本平行。优选地，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60绕着其旋转轴线自由旋转。

上游换向滑轮50和下游换向滑轮60各自包括用于轴向引导金属单丝12的结构52、62。

更具体地，如图3所示，换向滑轮50、60各自的轴向引导结构52、62可以包括绕着换向滑轮的旋转轴线周向延伸的多个凹槽。每个凹槽优选地形成在换向滑轮的径向外表面中。

上游换向滑轮50和下游换向滑轮60各自的凹槽各自限定了引导方向，所述引导方向优选地基本上垂直于换向滑轮的旋转轴线。滑轮各自的凹槽各自的整体形状是U形或V形，优选是V形的。

有利地，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60各自的凹槽允许金属单丝12分别换向到上游卷轴22和下游卷轴32上，避免金属单丝12的任何交叉。

有利地，卷轴的上游旋转轴线A1和下游旋转轴线A2以及换向滑轮的旋转轴线A3和旋转轴线A4基本上相互平行。

如图1和图2所示，矫直系统40优选地包括第一矫直单元42和第二矫直单元44，第一矫直单元和第二矫直单元在金属单丝12前进的方向上彼此相继设置。换句话说，来自上游牵引系统20的金属单丝12到达第一矫直单元42，然后朝向第二矫直单元44离开。接下来，金属单丝12到达第二矫直单元44，然后向下游牵引系统30的方向离开。矫直系统40能够施加基本上垂直于金属单丝的主轴线的力。

第一矫直单元42限定第一矫直方向P1，第二矫直单元44限定第二矫直方向P2，使得第一矫直方向P1与第二矫直方向P2基本上彼此垂直。有利地，第一矫直方向P1垂直于第二矫直方向P2。

矫直单元42如图2和图5所示。该矫直单元包括多个辊子46，例如11个辊子，这些辊子自由旋转并以两排的形式布置，金属单丝12在这些辊子之间穿过。每个辊子46能够绕着基本上垂直于矫直方向P1的轴线A7旋转。第二矫直单元44的特征类似于第一矫直单元42的特征，并且可以从第一矫直单元42作必要的修改而推导出，其中每个辊子能够绕着基本上垂直于矫直方向P2的轴线A8旋转。

这种矫直单元能够通过施加基本上垂直于金属单丝的主轴线的力来降低每根金属单丝中的残余应力。矫直实际上寻求使位于每个金属单丝表面的残余压应力分散。通过使这些应力分散，减少甚至消除金属单丝的主轴线两侧的局部应力不平衡，因此减少甚至消除金属单丝的弯曲。

旨在降低甚至消除残余应力的矫直可以以各种方式进行。本领域技术人员已知的一种方法是使用如WO2015014510中所述的扭转矫直。然而，这种矫直极大地限制了金属单丝的前进速度，因此也限制了其生产速度。具体地说，由于扭转需要施加到金属单丝上，并且需要足够高以减小残余应力，金属单丝的前进速度低于300m.min-1，更普遍地，大约为250m.min-1。在通过施加垂直于金属单丝的主轴线的弯曲力以及沿金属单丝的主轴线的张力而不是扭转载荷来执行矫直步骤的实施方案中，金属单丝前进的速度可以高得多，由此生产金属单丝的速度可以高得多，例如超过500m.min-1，并且通常超过600m.min-1。

此外，扭转矫直的使用导致金属单丝变成波浪状。在帘布层的制造过程中，金属单丝彼此平行且相邻布置。由于上述波浪形状，有时两根彼此相邻的金属单丝会发生接触，这是不可接受的。这是因为在轮胎工作期间帘布层重复加载时，两个相互接触的金属单丝会相互摩擦并过早磨损。

在第一实施方案中，尤其如图2和图4所示，上游卷轴22和下游卷轴32能够绕着单独的旋转轴线旋转。更具体地，上游卷轴22能够绕着上游旋转轴线A1旋转，下游卷轴32能够绕着下游旋转轴线A2旋转。优选地，上游旋转轴线A1和下游旋转轴线A2基本上彼此平行。

金属单丝12穿过矫直系统40的一个潜在后果是金属单丝12变长。这是因为，尤其取决于单丝的金属的化学成分、取决于施加到单丝上的张力并且取决于矫直步骤中施加的力，当金属单丝12离开矫直系统40时，金属单丝12可能会伸长多达1％，这可能会导致金属单丝12在进入矫直系统40与离开矫直系统40之间的张力下降。根据装置和方法中使用的参数，本领域技术人员能够确定矫直系统40产生的伸长。

为了补偿这种潜在的伸长，拉伸及矫直装置10布置成使得在运转中上游周向速度V1和下游周向速度V2满足1≤V2/V1≤1.02。换句话说，下游周向速度V2与上游周向速度V1之间的比率在1.00至1.02的范围内。

在使用根据第一实施方案的装置10的第一个替代形式中，上游周向速度V1和下游周向速度V2是相同的。换句话说，下游周向速度V2与上游周向速度V1之间的比率满足：V2/V1＝1。在该替代形式中，金属单丝12不经历任何伸长。因此，没有张力下降需要补偿。

在该第一个替代形式中，上游卷轴22的上游直径D1和下游卷轴32的下游直径D2被构造成使得1≤D2/D1≤1.02。换句话说，下游直径D2与上游直径D1之间的比率在1.00至1.02的范围内。

在该第一个替代形式中，可以具有上游直径D1和下游直径D2相同的情形。换句话说，下游直径D2与上游直径D1之间的比率使得D2/D1＝1。例如，直径D1和D2可以包括在200mm至400mm之间，例如300mm。

在该第一个替代形式中，可替代地可以具有这样的情形，其中，下游直径D2与上游直径D1之间的比率使得D2/D1>1，而V2/V1＝1。在这种情况下，上游卷轴22和下游卷轴32的角速度W1和W2以及上游直径D1和下游直径D2使得W1/W2＝D2/D1>1。

在使用根据第一实施方案的装置10的第二个替代形式中，下游周向速度V2和上游周向速度V1之间的比率使得V2/V1>1。

在该第二个替代形式中，金属单丝12表现出伸长而需要补偿，以便不引起张力下降，并且不使金属单丝12的缠绕有在装置内交叉(特别是绕着下游卷轴32的主体和下游换向滑轮60的缠绕交叉)的风险。

在该第二个替代形式中，与第一个替代形式相同，上游卷轴22的上游直径D1和下游卷轴32的下游直径D2被构造成使得1≤D2/D1≤1.02。换句话说，下游直径D2与上游直径D1之间的比率在1.00至1.02的范围内。

在该第二个替代形式中，可以具有上游直径D1和下游直径D2相同的情形。换句话说，下游直径D2与上游直径D1之间的比率使得D2/D1＝1。在这种情况下，上游卷轴22和下游卷轴32的角速度W1和W2以及周向速度V1和V2使得V2/V1＝W2/W1>1。

在该第二个替代形式中，可替代地可以具有这样的情形，其中，下游直径D2与上游直径D1之间的比率使得D2/D1>1，而V2/V1>1。在这种情况下，上游卷轴22和下游卷轴32的角速度W1和W2使得W2/W1＝(V2x D1)/(D2x V1)>1。

图6至图8示出了根据第二实施方案的拉伸及矫直装置。

与第一实施方案不同，上游卷轴22和下游卷轴32能够围绕一个相同的公共旋转轴线(在图6和图8中以A5指示)旋转。

特别地，上游卷轴22和下游卷轴32与公共旋转轴线A5一起旋转，使得当装置10运转时上游角速度W1和下游角速度W2相同。换句话说，下游角速度W2和上游角速度W1满足W2/W1＝1。

与第一实施方案不同，上游卷轴22和下游卷轴32的直圆柱形主体是连续的，并且一体地绕着轴线A5旋转。如图6和图8所示，上游卷轴22和下游卷轴32的直圆柱形主体形成公共圆柱形主体70，该圆柱形主体70显示出绕着轴线A5的旋转对称性，该轴线A5由上游卷轴22和下游卷轴32的直圆柱形主体共同共享。公共主体70优选包括用于使上游卷轴22和下游卷轴32的直圆柱形主体轴向分离的结构。更具体地，上游卷轴22和下游卷轴32的直圆柱形主体的轴向分离结构可以包括绕着公共轴线A5周向延伸的肋部72。特别地，肋部形成在公共主体70的径向外表面上。

优选地，上游卷轴22位于与下游卷轴32的高度相比轴向较低的高度。换句话说，上游卷轴22相对于分离结构位于卷轴32的下方。

与第一实施方案不同，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60能够围绕一个相同的公共旋转轴线(在图6和图8中以A6指示)旋转。在该第二实施方案中，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60相互独立地自由旋转。

上游换向滑轮50位于与下游换向滑轮60的高度相比轴向较低的高度。

如图7和图8所示，在该第二实施方案中，如同在第一实施方案中一样，上游换向滑轮50和下游换向滑轮60包括用于轴向引导金属单丝12的结构52、62。

卷轴共享的公共旋转轴线A5基本上平行于换向滑轮共享的公共旋转轴线A6。

为了补偿金属单丝的任何潜在伸长，拉伸及矫直装置10布置成使得在运转中上游周向速度V1和下游周向速度V2满足1≤V2/V1≤1.02。换句话说，下游周向速度V2与上游周向速度V1之间的比率在1.00至1.02的范围内。

在使用根据第二实施方案的装置10的第一个替代形式中，上游周向速度V1和下游周向速度V2是相同的。换句话说，下游周向速度V2与上游周向速度V1之间的比率可以满足：V2/V1＝1。在该替代形式中，金属单丝12不经历任何伸长。因此，没有张力下降需要补偿。

在该第一个替代形式中，上游卷轴22的上游直径D1和下游卷轴32的下游直径D2被构造成使得D2/D1＝1。换句话说，在该第一个替代形式中，因为上游卷轴22和下游卷轴32一体地以公共旋转轴线A5旋转，上游直径D1和下游直径D2相同。

在使用根据第二实施方案的装置10的第二个替代形式中，下游周向速度V2和上游周向速度V1之间的比率使得V2/V1>1。在该第二个替代形式中，金属单丝12表现出伸长而需要补偿，以便不引起张力下降，并且不使金属单丝12的缠绕有在装置内交叉(特别是绕着下游卷轴32的主体和下游换向滑轮60的缠绕交叉)的风险。

在该第二个替代形式中，上游卷轴22的上游直径D1和下游卷轴32的下游直径D2被构造成使得1＜D2/D1≤1.02。换句话说，在该第二个替代形式中，因为上游卷轴22和下游卷轴32与公共旋转轴线A5一起旋转，并且角速度W1和W2因此相同，所以上游直径D1和下游直径D2不同而满足V2/V1＝D2/D1>1。

此外，在该第二实施方案中，拉伸及矫直装置10可以包括换向滑轮80(尤其如图6所示)，该换向滑轮位于矫直系统40和卷轴的公共主体70之间。换向滑轮80构造成从矫直系统40接收金属单丝12，而使金属单丝12换向至下游卷轴32的直圆柱形主体上。

本发明的另一个主题是用于制造金属单丝的设备。具体地，图9示意性地示出了这种用于制造金属单丝的设备100。

沿金属单丝12前进方向从上游至下游，用于制造金属单丝的设备100包括：用于展开直径为d’的金属单丝12的装置110；用于将直径为d’的金属单丝12拉丝至直径为d的装置120，用于如上所述拉伸及矫直金属单丝12的装置10；以及用于缠绕金属单丝的装置130。

用于展开直径为d’>d的金属单丝12的装置110位于拉丝装置120的上游。展开装置110构造成展开直径为d’>d的金属单丝，然后将直径为d’>d的金属单丝送向拉丝装置120。在该特定情况下，展开装置110包括储存卷盘。

设备100可以包括位于展开装置110和拉丝装置120之间的换向滑轮。

拉丝装置120构造成减小直径为d’的金属单丝的截面积，然后将所获得的直径为d的金属单丝送向拉伸及矫直装置10。

设备100还可以包括位于拉丝装置120和拉伸及矫直装置10之间的换向滑轮。

用于拉伸及矫直金属单丝12的装置10位于拉丝装置120的下游。

拉伸及矫直装置10包括卷轴和矫直单元，卷轴被构造成拉伸金属单丝12，矫直单元被构造成矫直金属单丝12并且被构造成将金属单丝12朝向缠绕装置130传送。

此外，设备100可以包括位于拉伸及矫直装置10和缠绕装置130之间的换向滑轮。

用于拉伸及矫直金属单丝12的装置10位于缠绕装置130的上游。

缠绕装置130构造成缠绕金属单丝12。在该特定情况下，缠绕装置130包括储存卷盘。

本发明的另一个主题是用于拉伸及矫直金属单丝12的方法。该方法通过如上所述的用于拉伸及矫直金属单丝12的装置10来执行。

拉伸及矫直方法包括提供根据本发明的拉伸及矫直装置10的步骤，在该步骤中，提供包括上游牵引系统20和下游牵引系统30以及矫直系统40的拉伸及矫直装置10。

该方法还包括提供金属单丝12的步骤。

该方法包括拉伸及矫直金属单丝12的步骤，在该步骤中，上游卷轴22和下游卷轴32各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得：1≤V2/V1≤1.02。该方法可以使用上述拉伸及矫直装置的第一实施方案和第二实施方案以及相应的替代形式来实现。

该方法可以包括上游缠绕的步骤，在该步骤中，金属单丝12至少一次部分地绕着上游卷轴22的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮50来相继地缠绕。

该方法还可以包括下游缠绕的步骤，在该步骤中，金属单丝至少一次部分地绕着下游卷轴32的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮60来相继地缠绕。

特别地，在用于拉伸及矫直金属单丝12的方法的实施过程中，金属单丝12进行绕着上游卷轴22的直圆柱形主体的部分缠绕，随后绕着上游换向滑轮50的部分缠绕。可选地，金属单丝12进行绕着上游卷轴22的直圆柱形主体的部分的缠绕，随后绕着上游换向滑轮50的部分的缠绕。接下来，金属单丝12经过矫直系统40，然后绕着下游卷轴32的直圆柱形主体的部分的缠绕。可选地，金属单丝12进行绕着下游换向滑轮60的部分的缠绕，然后绕着下游卷轴32的直圆柱形主体的部分的缠绕。接下来，金属单丝12进行了绕着下游换向滑轮60的部分的缠绕。

在该方法中，在装置10中，向金属单丝12施加的张力范围是金属单丝12断裂时的力的5％至20％，优选为5％至15％，更优选为5％至10％。在该特定情况下，直径为0.30mm的金属单丝12具有根据标准ASTM D2969-04测量的介于3200MPa至3700MPa之间的机械强度。在这种情况下，该机械强度等于3500MPa，即断裂力等于250N。等于25N的张力施加到单丝上，这相当于金属单丝12的断裂力的10％。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，不定冠词“一个”不排除多个。在各个从属权利要求中引用各个特征的事实并不表示不能有利地设想组合这些特征。权利要求中的任何附图标记不得解释为限制本发明的范围。

Claims (19)

1.用于拉伸及矫直金属单丝(12)的装置(10)，包括：

-上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)，所述上游牵引系统(20)在金属单丝(12)前进的方向上位于所述下游牵引系统(30)的上游，

-用于矫直金属单丝(12)的系统(40)，所述系统位于上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)之间，

在所述装置中，所述上游牵引系统(20)和所述下游牵引系统(30)各自分别包括设计成拉伸金属单丝的上游卷轴(22)和下游卷轴(32)，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)各自包括直圆柱形主体，金属单丝(12)缠绕在所述直圆柱形主体上，所述上游卷轴(22)和所述下游卷轴(32)分别具有上游直径D1和下游直径D2，所述装置(10)布置成使得在运转时上游卷轴(22)和下游卷轴(32)各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得：1≤V2/V1≤1.02。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，V2/V1＝1。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，V2/V1>1。

4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，1≤D2/D1≤1.02。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，D2＝D1。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，D2>D1。

7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，d是金属单丝的直径；D1和D2使得D1≥200d、D2≥200d，优选地D1≥500d、D2≥500d，更优选地D1≥700d、D2≥700d。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)能够围绕一个相同的公共旋转轴线旋转。

9.根据前一项权利要求所述的装置，其中，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)与一个相同的旋转轴线一起旋转，使得当装置运转时上游卷轴(22)和下游卷轴(32)各自的角速度W1和角速度W2分别满足W2/W1＝1。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)的直圆柱形主体是连续的从而形成公共主体，该公共主体显示出绕着上游卷轴(22)和下游卷轴(32)的直圆柱形主体的共同轴线的旋转对称性。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其中，上游卷轴(22)和下游卷轴(32)能够分别绕着不同的上游旋转轴线(A1)和下游旋转轴线(A2)旋转，所述上游旋转轴线(A1)和下游旋转轴线(A2)基本上彼此平行。

12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，矫直系统(40)包括相继的第一矫直单元和第二矫直单元(42、44)，第一矫直单元和第二矫直单元(42、44)各自分别限定第一矫直方向和第二矫直方向，第一矫直方向和第二矫直方向基本上彼此垂直。

13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括上游换向滑轮(50)，所述上游换向滑轮(50)将所述金属单丝(12)从所述上游卷轴(22)换向回所述上游卷轴(22)，所述上游卷轴(22)和所述上游换向滑轮(50)布置成使得金属单丝(12)至少一次部分地绕着上游卷轴(22)的直圆柱形主体并部分地绕着上游换向滑轮(50)来相继地缠绕。

14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，包括下游换向滑轮(60)，所述下游换向滑轮(60)将所述金属单丝(12)从所述下游卷轴(32)换向回所述下游卷轴(32)，所述下游卷轴(32)和所述下游换向滑轮(60)布置成使得金属单丝(12)至少一次部分地绕着下游卷轴(32)的直圆柱形主体并部分地绕着下游换向滑轮(60)来相继地缠绕。

15.根据权利要求13或14所述的装置，其中，所述上游换向滑轮(50)和所述下游换向滑轮(60)各自能够绕着旋转轴线(A3、A4)旋转，所述上游换向滑轮(50)和/或所述下游换向滑轮(60)包括用于轴向引导金属单丝(12)的结构(52、62)。

16.用于制造金属单丝(12)的设备(100)，其特征在于，沿金属单丝(12)前进方向从上游至下游，其包括：

-用于展开金属单丝(12)的装置(110)，

-根据前述权利要求中任一项所述的用于拉伸及矫直金属单丝(12)的装置(10)，

-用于缠绕金属单丝(12)的装置(130)。

17.根据前一项权利要求所述的设备(100)，包括拉丝装置(120)，其布置在用于拉伸及矫直金属单丝(12)的装置(10)的上游和用于展开金属单丝(12)的装置(110)的下游。

18.用于拉伸及矫直金属单丝(12)的方法，该方法通过用于拉伸及矫直金属单丝(12)的装置(10)来实施，所述装置包括：

-上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)，所述上游牵引系统(20)在金属单丝(12)前进的方向上位于所述下游牵引系统(30)的上游，

-用于矫直金属单丝(12)的系统(40)，所述系统位于上游牵引系统(20)和下游牵引系统(30)之间，

在所述装置(10)中，所述上游牵引系统(20)和所述下游牵引系统(30)各自分别包括设计成拉伸金属单丝的上游卷轴(22)和下游卷轴(32)，所述上游卷轴(22)和所述下游卷轴(32)各自包括直圆柱形主体，金属单丝(12)缠绕在直圆柱形主体上，所述上游卷轴(22)和所述下游卷轴(32)分别具有上游直径D1和下游直径D2，

在该方法中，所述上游卷轴(22)和所述下游卷轴(32)各自的上游周向速度V1和下游周向速度V2分别使得1≤V2/V1≤1.02。

19.根据前一项权利要求所述的方法，其中，向金属单丝(12)施加的张力范围是金属单丝(12)断裂强度的5％至20％，优选为5％至15％，更优选为5％至10％。