DE10058369C1 - Drahtkühleinrichtung - Google Patents

Abstract

Eine Kühleinrichtung für wärmebehandelte Drähte enthält eine Kühldüse (2, 3, 14) aus zwei kegelförmigen Teilen, die durch einen Innenkonus (4) einer Konushülse (6) und einen Außenkonus (8) eines Kerns (10) gebildet werden, wobei der Außenkonus in den Innenkonus hineinragt und mit ihm einen konusmantelförmigen Ringraum (14) bildet. Durch eine etwas kleinere Wahl des Außenkonuswinkels als der Innenkonuswinkel wird die Dicke des konusmantelförmigen Ringraums zwischen den beiden Konussen zur Konusspitze hin geringer, so daß das am dicken Konusende eingespeiste Kühlmittel zur Konusspitze hin noch zusätzlich beschleunigt wird. Das Kühlmedium tritt durch die an seinem schmalen Ende gebildeten Ringspalt (3) aus, wo sie den in Gegenrichtung durch die Düse geführten Draht (12) umströmt und kühlt. Das Kühlmedium gelangt in eine Kühlkammer (28), durch welche der Draht (12) ebenfalls hindurchläuft und verläßt diese durch eine Auslaßöffnung (30) (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum fortlaufenden Kühlen eines wärmebehandelten Drahtes.

Wärmebehandlungen sind üblich, um Drähten bei der Herstellung die gewünschten Eigenschaften zu verleihen.

Ein hierzu bekanntes Verfahren ist das induktive Glühen, bei welchem der zu behandelnde Draht in einer Kurzschlußschleife durch einen Ringkern-Transformator geführt wird und die Sekun­ därwicklung des Transformators bildet. Die von der Primärwick­ lung des Transformators induzierte Spannung läßt in der kurzge­ schlossenen Sekundärwicklung einen Strom fließen, der bei ge­ eigneter Wahl der entsprechenden Parameter zur Erwärmung des Drahtes auf die gewünschte Glühtemperatur führt. Da in der Re­ gel Glühtemperaturen erreicht werden, die an freier Atmosphäre zu unerwünschten Oberflächenveränderungen führen, wird zumin­ dest der Teil der Glühstrecke, auf der diese Temperaturen an­ liegen, mit Schutzgas abgedeckt. Vor dem Aufwickeln ist deshalb eine schnelle Abkühlung erforderlich, um außerhalb des Glühbe­ reiches Oberflächenveränderungen zu verhindern und auch bei der Bewicklung Schrumpfspannungen zu vermeiden.

Bekannte Lösungen sehen hier ein Eintauchen des Drahtes über eine Umlenkrolle in ein Tauchbecken vor (DE-OS 25 46 448). Durch dieses Eintauchen verschieben sich jedoch die Wider­ standsverhältnisse in der Schleife, weiterhin wird der Draht durch das Schleppen der Rolle mechanisch belastet.

Aus der DD 210 621 ist eine Ringdüse zum Abstreifen des Kühlwas­ sers von Walzgut bekannt, deren Gehäuse einen zum einlaufenden Walzgut zu trichterförmig verjüngten Düsenkopf aufweist, in dem ein zentrisch in einen Grundkörper in der Längsachse verstellbar angeordnetes, das Walzgut umschließendes und am freien Ende ko­ nisch auslaufendes Führungsstück vorgesehen ist. Zwischen Düsenkopf und Führungsstück wird ein kegelmantelförmiger Ring­ raum gebildet, der in einem Ringspalt endet, aus welchem ein am rückwärtigen Ende der Düse zugeführtes Abstreifmedium (Druckwas­ ser oder Luft) auf den einlaufenden Draht geblasen wird. Über ein Justiergewinde zwischen Führungsstück und Düsenkopf kann die Größe des Ringspaltes eingestellt werden, und mit einer Konter­ mutter läßt sich die gewünschte Einstellung fixieren.

Line ähnliche Ringdüse ist aus der DE 24 34 109 A1 bekannt. Hier strömt das Kühlwasser aus einem kegelförmigen Spritzspalt um einen hohlkegelstumpf- bzw. trichterförmigen Kühldüsenkörper herum in Form eines hohlkegelförmigen Strahles aus, der gegen den Einlaufkegel einer Drahtführungsdüse gerichtet ist, durch welche der aus dem Kühldüsenkörper heraustretende Draht geführt wird. Das Kühlwasser tritt durch eine seitliche Öffnung in einen Ringraum ein, der sich in dem kegelförmigen Spritzspalt fortsetzt, und fließt durch eine seitliche Gehäuseöffnung wieder ab. Zur intensiven Kühlung können mehrere solche Ringdüsen hin­ tereinander in einem Gehäuse mit gemeinsamem Kühlmittelkreislauf angeordnet werden.

Aus der SU 582021 A ist es bei einer Kühleinrichtung für Drähte bekannt, eine konische Ringdüse, durch welche der Draht läuft, mit einer Kühlkammer zusammenzubauen. Ferner ist in der DE 40 09 743 A1 ein Kühlrohr zum Abkühlen von Walzmaterial, wie Drähten, bekannt, bei dem in eine zylindrische Hülse beiderseits längsdurchbohrte Stopfen eingeschraubt sind, die sich zur Mitte der Hülse hin konusförmig erweitern und einen in der Hülse fest angeordneten, ebenfalls längsdurchbohrten Doppelkegel umgeben, so daß zwei kegelmantelförmige Ringräume gebildet werden, welche nach außen zu enger werden und an ihren Enden Ringdüsen bilden, durch welche der Draht hindurchgeführt wird. Ein seitlich zuge­ führtes Kühlmittel durchströmt die beiderseitigen sich verjün­ genden Ringräume und tritt durch die Ringdüsen aus, wobei es den durchlaufenden Draht kühlt.

Schließlich ist es aus der DE 24 29 996 A1 und der EP 0 094 740 B1 bekannt, einen mit Hilfe eines Ziehringes auf eine gewünschte Abmessung gezogenen Draht mit einer unmittelbar hin­ ter dem Ziehring angeordneten Kühleinrichtung abzukühlen, wobei ein gemeinsamer Kühlkreislauf für Ziehring und Draht vorgesehen ist und sowohl der Zufluß wie auch der Abfluß des Kühlmittels radial zur Drahtlaufrichtung erfolgt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Einrich­ tung zum effektiven Kühlen wärmebehandelter Drähte mit geringem Raumbedarf zu schaffen, die unmittelbar vor der Kurzschlußrolle angeordnet werden kann und damit den Schleifenwiderstand mini­ mal beeinflußt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen gekennzeichnet.

Durch die Integration einer Kühldüse mit einer Kühlkammer läßt sich der gekühlte Draht auf kleinem Raum auf die gewünschte Weiterverarbeitungstemperatur, etwa zum Aufwickeln auf eine Drahtrolle, abkühlen. Eine besonders wirksame Kühlung läßt sich durch das Gegenstromverfahren erreichen, bei welchem das Kühl­ medium dem Draht entgegen dessen Vorschubrichtung zugeführt wird. Der Draht läuft hierbei axial durch die Kühldüse, die eine zum Draht konzentrische Ringöffnung aufweist, aus welcher Kühlmedium, beispielsweise Wasser, Emulsion oder kalte Luft, dem aus der Kühlkammer in die Düse einlaufenden Draht entgegen­ strömt. Aus der Kühlkammer kann das Kühlmedium dann wieder aus­ treten oder abgesaugt und wieder verwendet werden.

Zweckmäßigerweise wird die Kühldüse mit einem an einem Ende konisch zulaufenden Kern und einer Hülse mit einem entsprechen­ den Innenkonus ausgebildet, in welchen der Konus des Kerns hin­ einragt, so daß ein konusmantelförmiger Ringraum entsteht, der in einem Ringspalt an der Einlauföffnung des Drahtes endet. Das entgegengesetzte Ende dieses Ringraums geht vorzugsweise in einen Verteilungsringraum für das Kühlmedium über, in den radial eine Einlaßöffnung für dies Medium mündet, was zu einer kurzen Baulänge führt. Wählt man den Konuswinkel der Konushülse etwas größer als den Konuswinkel des Kerns, so wird die Mantel­ dicke des konusförmigen Ringraums zur Konusspitze hin geringer und das eingeströmte Kühlmedium entsprechend der Querschnitts­ verringerung beschleunigt: im Falle eines gasförmigen Mediums tritt dabei zusätzlich ein Kompressionseffekt auf, der beim Entspannen des aus dem Ringspalt austretenden Mediums zu einer Abkühlung führt, die der Drahtkühlung zugute kommt.

Zweckmäßigerweise macht man den Ringspalt einstellbar, indem beispielsweise der Kern gegenüber der Hülse verschiebbar ausge­ bildet wird. Mit Hilfe eines Schraubgewindes zwischen Kern und Hülse läßt sich dies leicht erreichen. Zur Fixierung der ge­ wünschten Einstellung kann man noch eine Kontermutter auf dem Gewinde vorsehen.

Die Konushülse läßt sich zweckmäßigerweise so ausbilden, daß ihr die Konusspitze umgebender Teil in eine weitere Hülse hineinragt, mit welcher sie vorzugsweise verschraubbar ist und welche die Kühlkammer bildet. Durch diese läuft der zu kühlende Draht, von der dem Konus gegenüberliegenden Seite her eintre­ tend, hindurch, und das Kühlmedium strömt nach Verlassen der Düse dem Draht entgegen hinein. Durch eine in die Kühlkammer mündende Auslaßöffnung kann es sie wieder verlassen. Eine Ge­ windeverbindung zwischen Kern und Kühlkammerhülse erlaubt zweckmäßigerweise eine Einstellung der axialen Länge der Kühl­ kammer, und auch hier kann eine Kontermutter zur Fixierung die­ nen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus wenigen, relativ leicht herstellbaren Teilen, die sich einfach zu einer kompak­ ten Einheit montieren lassen, die eine höchst effiziente und in weitem Bereich einstellbare Kühlung geglühter Drähte ermög­ licht. Als Kühlmedium können geeignete flüssige oder gasförmige Medien verwendet werden, so daß auch von diesem Gesichtspunkt aus vielseitige Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich der An­ wendung gegeben sind.

Die Erfindung sei nun anhand der Darstellungen eines Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kühlein­ richtung; und

Fig. 2 eine auseinandergezogene Darstellung zur besseren Veranschaulichung der Einzelteile der erfindungsgemä­ ßen Einrichtung.

Fig. 3 eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Kühleinrich­ tung.

Wie die Fig. 1 und 2 erkennen lassen, enthält die erfin­ dungsgemäße Kühleinrichtung eine Düse, welche durch zwei koni­ sche Teile, nämlich durch eine mit einem Innenkonus 4 ausgebil­ dete Konushülse 6 und einen mit einem Außenkonus 8 ausgebilde­ ten Kern 10 und einer Öffnung 2 gebildet wird. Mit einer strichpunktierten Linie ist ein Draht 12 angedeutet, welcher in der Zeichnung von rechts nach links durch die Öffnung 2 hin­ durchläuft. Der Außenkonus 8 des Kerns 10 ist mit einem etwas kleineren Winkel der Innenkonus 4 der Konushülse 6 ausgebildet, so daß zwischen diesen beiden Konussen ein konischer Ringraum 14 gebildet wird, der zur Konusspitze hin dünner wird, so daß sich seine Querschnittsfläche nicht nur infolge der Durchmes­ serverringerung, sondern auch infolge der dünner werdenden Man­ telfläche verringert und das von der großen Durchmesserseite her einströmende Kühlmedium zur Konusspitze hin noch stärker beschleunigt wird, wodurch der Düseneffekt verstärkt wird.

Das durch Pfeile 16, 18 symbolisierte Kühlmedium tritt durch eine Einlaßöffnung 20 in eine ringförmige Verteilungskammer 22 ein, die zwischen einem zylinderförmigen Abschnitt 24 des Kerns 10 und einer zylindrischen Bohrung 26 der Konushülse 6 gebildet wird. Aus dieser Verteilungskammer 22 tritt das Kühlmedium in das weite Ende des Ringraums 14 ein, in welchem es infolge der erläuterten Querschnittsverringerung beschleunigt wird und mit entsprechend höherer Geschwindigkeit aus dem am engen Ende des Ringraums gebildeten Ringspalt 3 austritt und dabei den ent­ gegen der Strömungsrichtung in die Durchtrittsöffnung 2 einlau­ fenden Draht 12 umströmt und effektiv kühlt. Das Kühlmedium ge­ langt dann in eine Kühlkammer 28, durch welche der Draht 12 hindurchläuft, und verläßt die Kühlkammer durch eine Auslaßöff­ nung 30, wie es der Pfeil 18 veranschaulicht. Zur elektrischen Isolierung des Drahtes 12 gegen die Metallteile der Kühlein­ richtung kann in der axialen Bohrung des Kerns 10 eine Isolier­ hülse 54 vorgesehen werden, durch die der Draht geführt wird, wie dies Fig. 3 zeigt, in welcher wegen der weitgehenden Über­ einstimmung mit Fig. 1 nur wenige Bezugsziffern eingetragen sind.

Der Draht 12 tritt in die Kühlkammer 28 durch eine Eintritts­ öffnung 32 ein, die in einer Endwand 34 einer Kühlkammerhülse 36 ausgebildet ist. In ein dort vorgesehenes Gewinde 52 kann gemäß Fig. 3 gewünschtenfalls ein Ziehstein 56 eingesetzt wer­ den. Die Auslaßöffnung 30 wird durch eine seitliche Öffnung der Kühlkammerhülse 36 gebildet. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Kühlkammerhülse 36 mit einem Innengewinde 38 versehen, in welches die Konushülse 6 mit einem ihren Innenkonus 5 bein­ haltenden Stutzen 40 eingeschraubt ist. Eine ebenfalls auf die­ sem Gewinde sitzende Kontermutter 42 erlaubt eine Fixierung der beiden Hülsen 6 und 36 in einer mit Hilfe des Gewindes 38 ein­ gestellten gegenseitigen Position. Auf diese Weise läßt sich die axiale Länge der Kühlkammer und damit die Verweilzeit des Drahtes in dieser einstellen.

Ein weiterer Einstellparameter ist der kegelförmige Ringraum 14, der durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen des Außenko­ nus 8 in den Innenkonus 4 eingestellt werden kann. Dies erfolgt ebenfalls mit Hilfe eines Gewindes, nämlich einem Außengewinde 44, mit dem der Kern 10 in ein Innengewinde 46 der Konushülse 6 eingeschraubt ist. Auch hier läßt sich die gewünschte Position mit Hilfe einer Kontermutter 48 fixieren.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist sowohl das äußere Ende des Kerns 10 mit einem Anschlußgewindeflansch 50 als auch das äußere Ende der Kühlkammerhülse 36 mit einem Anschlußgewinde 52 zur Montage der Kühleinrichtung am Einsatzort bzw. zur Aufnahme des Ziehsteins 56 versehen. Ebenso sind die radialen Einlaß- und Auslaßöffnungen 20 bzw. 30 für das Kühlmedium zweckmäßiger­ weise mit Gewinden ausgebildet, in welche Anschlußnippel für Schläuche oder Leitungen eingeschraubt werden können. Als Kühl­ mittel lassen sich z. B. Flüssigkeiten wie Wasser oder geeignete Emulsionen verwenden, die in einem Kreislauf zurückgeführt wer­ den können. Man kann jedoch auch mit - gegebenenfalls gekühl­ ter - Druckluft arbeiten, wobei der erwähnte Entspannungseffekt an der Düse noch zusätzliche Kühlung bringt. Auch das bei der Erfindung angewandte Gegenstromprinzip sorgt für gute Effizienz auf kleinem Raum.

Man kann gewünschtenfalls auch zwei oder mehrere Kühldüsen hin­ tereinander anordnen, wenn z. B. dicke Drähte nicht in einer Stufe ausreichend gekühlt werden können oder wenn eine lang­ samere Abkühlung in kleineren Temperaturschritten gewünscht wird. In solchen Fällen würden dann mehrere Einheiten gemäß Fig. 1 oder 3 - in Drahtlaufrichtung gesehen - nacheinander vorgesehen und gegebenenfalls mit Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur gespeist.

Claims (10)

1. Kühleinrichtung für wärmebehandelten Draht mit ei­ ner konusmantelförmigen Kühlmitteldüse, die eine axiale Durchtrittsöffnung für den Draht und einen konzentrisch um die Durchtrittsöffnung angeordneten Ringspalt aufweist, durch den der Düse über eine seitliche Einlaßöffnung zugeführtes Kühlmittel auf den Draht strömt, dadurch gekennzeichnet
daß eine Kühlkammer (28) mit je einer axialen Eintritts- und Austrittsöffnung (32 und 33) für den Draht (12) vorgesehen ist, die durch eine Hülse (Kühlkammerhülse 36) gebildet wird, welche an einem Ende durch eine von der Drahteintrittsöffnung (32) durchbrochene Wand (34) verschlossen ist und in die an ihrem anderen Ende ein Abschlußstopfen (Konushülse 6) hinein­ geschraubt ist, der von der Drahtaustrittsöffnung (33) durch­ setzt ist, die sich von der Kühlkammer (28) her gesehen nach außen zunächst konisch erweitert (Innenkonus 4) und dann in eine zylindrische Bohrung (26) übergeht,
daß in diese Bohrung ein Kern (10) eingeschraubt ist, der mit einem kegelförmigen Ende (Außenkonus 8) in den Innenkonus (4) der Konushülse (6) unter Bildung eines in dem Ringspalt (3) endenden konusmantelförmigen Ringraumes (14) hineinragt, der in eine zylinderförmige Verteilungskammer (22) zwischen dem Kern (10) und der zylindrischen Bohrung (26) der Konushülse (6) übergeht,
und daß die Einlassöffnung (20) für das Kühlmedium radial in die Verteilungskammer (22) mündet und die Auslassöffnung (30) für das Kühlmittel als seitliche Öffnung der Kühlkammer (28) ausgebildet ist.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Länge der Kühlkammer (28) mit Hilfe eines Schraubgewindes (38, 40) einstellbar und mittels einer Konter­ mutter (42) fixierbar ist.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Schraubgewinde (38, 40) die Verbindung zwi­ schen Kern (10) und Konushülse (6) bildet.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Konuswinkel der Konushülse (6) etwas größer als der Konuswinkel des Kerns (10) ist.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kern (10) gegenüber der Hülse (6) zur Justierung des Ringraumquerschnitts (14) einstellbar ist.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mit Hilfe eines Schraubgewindes (44, 46) zwischen Kern (10) und Konushülse (6) eingestellte Justier­ position mittels einer Kontermutter (48) fixierbar ist.

7. Kühleinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gewinde (44, 46) im dem Konus (4, 8) abge­ wandten Bereich von Kern (10) und Konushülse (6) angeordnet ist.

8. Kühleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kern (10) durchset­ zende Bohrung mit einer Isolierhülse (54) ausgekleidet ist, durch welche der Draht (12) geführt wird.

9. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen im Bereich der Eintrittsöffnung (32) der Kühlkam­ mer (28) angeordneten Ziehstein (56).

10. Kühleinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne Kühlein­ richtungs-Einheiten in Drahtlaufrichtung gesehen hinterein­ ander angeordnet sind.