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Verfahren und Vorrichtung zum Luftpatentieren unmittelbar aus Walzwerken
oder nachfolgenden Wärmebehandlungsstationen kommender Stahldrähte Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und die zur Ausübung des Verfahrens erforderliche Vorrichtung
zum Luftpatentieren unmittelbar aus Walzwerken oder nachfolgenden Wärmebehandlungsstationen
kommender Stahldrähte, wobei diese einer Abkühlung durch allseitiges Anblasen des
Querschnittes unterzogen werden.
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Zur Erzielung bestimmter Eigenschaften werden Stähle und Stahllegierungen,
wie beispielsweise Kohlenstoffstähle, Manganstähle, luftgehärtet. Für Federstahldraht
dient beispielsweise als Grundlage eine Stahl-Silicium-Mangan-Legierung. Der aus
dem Walzwerk kommende heiße Stahldraht wird unter Umständen im Wasser vorgekühlt
und später in Luft patentiert, d. h. luftgehärtet. Aus diesem Verfahren resultiert
ein samtartiges Gefüge des Werkstoffes, womit Festigkeitssteigerungen bis zur Festigkeit
von 350 kg/mm2 und mehr erreicht werden können. Stahldraht aus solcher Fertigung
wird anschließend gezogen und beispielsweise zu Zug- und Druckfedern, Federbändern,
Uhrfedern od. dgl. verarbeitet.
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Zur Erzeugung anderer Gefügezustände, insbesondere zu verfeinerten
Gefügen, können geeignete Stahllegierungen in temperierter Luft vergütet werden.
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Zur Erzielung von bestimmten Eigenschaften der Oberfläche werden Stähle
auch im Strom von anderen Gasen als Luft behandelt. Das Problem aller diesbezüglichen
Verfahren ist bei der Drahtbehandlung in einem schnellen Ausbreiten der Schlingen,
einem schnellen, wirkungsvollen Behandeln und einem schnellen Sammeln zu Bunden
konzentriert.
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Nach einem bekannten Verfahren werden die Drähte in offenen Spulen
gewickelt. Die einzelnen Drahtwindungen liegen exzentrisch zum Spulenkern, so daß
die Spule eine gewisse Breite aufweist. Es hat sich aber gezeigt, daß die Abwicklung
einer solchen kompakten Spule, auch wenn sie offen gewickelt ist, weder genügend
schnell noch genügend gleichmäßig vor sich geht. Es bereitet deshalb auch Schwierigkeiten,
eine durchgehend gleichmäßige Abkühlung des Drahtes und damit ein völlig homogenes
Gefüge derselben Modifikation zu erhalten.
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Es ist ein anderes Verfahren bekannt, nach dem mittels eines umlaufenden
Führungsrohres Schlingen gebildet werden, welche auf ein kontinuierlich laufendes
Transportband abgelegt und durch dessen Bewegung auseinandergezogen werden. Es ist
unvermeidlich, daß sich dadurch Kreuzungsstellen bilden, an denen die Kühlluft nur
schwerlich Zutritt findet, so daß genau so wenig ein homogenes Gefüge ein und derselben
Modifikation zu erzielen ist. Nach einem älteren Vorschlag werden die Schlingen
auf stabförmigen Tragorganen dem Luftstrom ausgesetzt. Die Kühlluft kann dann zwar
weitestgehend den Drahtquerschnitt umströmen, so daß ein gleichmäßiges Gefüge entsteht.
Jedoch besteht die Möglichkeit, daß bei ungünstigem Verhältnis von Tragorganabstand
zum Drahtquerschnitt (Drahtgewicht) der Draht sich zwischen zwei Stabstützen durchbiegt.
Diese Verformung braucht zwar nicht schädlich zu sein, aber sie ist zumindest deshalb
unerwünscht, weil die Bunde nicht ohne Schwierigkeiten gleichmäßig gewickelt werden
können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode
aufzuweisen, wie derartige Drahtschlingen gleichmäßig im Gefüge und sicher mechanisch
behandelt werden können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß in Schlingenform
gelegter Stahldraht senkrecht in Abständen übereinanderliegend mit einem gasförmigen
Medium von unten und/oder schräg angeblasen, durch Regulieren von Druck und/oder
Menge des Mediums ein Schwebezustand während des Absenkens aufrechterhalten, jede
Schlinge umströmt wird und die Schlingen am Ende der Kühlstrecke zu Bunden gesammelt,
diese getrennt und abgefördert werden. Die Drahtschlingen können freischwebend allseitig
vom gasförmigen Medium beaufschlagt werden. Sowohl Oberflächenbehandlungen als auch
tiefergehende Umwandlungen sind möglich. Die Beanspruchung beim Absenken wird teils
durch die Verbindung zur nächsten Schlinge, teils über die gesamte Länge des Behandlungsgutes
verteilt. Dadurch liegt auch im Bereich des Verfahrens, beispielsweise mit Stickstoff
eine Härtung der Oberflächenschicht durchzuführen,
um einen zähen
Kern des Drahtquerschnittes zu erhalten. Es ist weiter gegeben, mittels Heißluft
einen bereits abgeschreckten, gehärteten Draht zu vergüten. Alle Vorgänge sind in
kurzen Zeiten zu bewerkstelligen. Die Windungen folgen. derart in Abständen aufeinander,
daß die Strömung des Behandlungsmediums sie zwar trifft, aber nicht wesentlich gestört
wird. Die Strömungen des gasförmigen Mediums können so aufeinander abgestimmt sein,
daß dem Drahtquerschnitt auch von oben Kühlgas zugeführt wird und dieser geringfügige
Druck durch stärkeres Blasen von unten einen Ausgleich erfährt. Das Drahtpatentieren
von Stahldraht zur Verbesserung der Weiterverarbeitungseigenschaften erfolgt speziell
mit Luft. Dabei ist es möglich, jede neu eingelegte Drahtschlinge so anzublasen,
daß ein Kippen oder Verkanten praktisch nicht vorkommt.
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Nach der Lehre der Erfindung ist die Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gebildet aus einem der Gaszufuhr dienenden Schachtaußenmantel, einem
der Gaszufuhr dienenden zylindrischen Schachtkern, einem in einen zwischen Schachtaußenmantel
und. Schachtkern gebildeten Schachtringraum die Drahtwindungen einlegenden, antreibbaren
Dreharm, jeweils an Schachtaußenmantel und Schachtkern in Abständen. befestigte,
paarweise sich gegenüberliegende, den Schachtringraum verengende, Gasdüsen. aufweisende
Ringe, einem Schachtaußenmantel und Schachtkern nachgeschalteten Sammelboden mit
den Draht schneidenden und abfördernden Organen. In den gebildeten engen Ringspalt
strömt der Gasstrom nach oben, erwärmt sich und ist in jedem Falle der-Bewegung
der Drahtschlingen entgegengerichtet. Auch wenn keine Wärmezufuhr aus dem Drahtgut
stattfindet, beispielsweise beim Vergüten, beinhaltet das gasförmige Medium im voraus
Druck und Wärme, die das Aufsteigen bewirken. Eine dem Gewicht der einzelnen Schlingen
entgegengesetzte Kraft hemmt also das rasche Fallen und kann bis zum Gleichgewicht
erforderlichenfalls gesteigert werden. Günstig wirken sich hierfür die Drucksteigerungen
an den vorgesehenen engen Stellen aus. Die Schlinge verharrt dort wegen des unvermeidlichen
Druckanstieges, um in dem sich bildenden Wirbel am gesamten Querschnittsumfang gleichzeitig
umspült zu werden. Nach Durchlaufen der ersten Engstelle tritt ein momentanes Absinken
der Schlinge bis zur nächsten Station auf, wo wiederum ein druckbedingtes Auffangen
stattfindet. Möglichkeiten zur Regulierung der Durchlaufgeschwindigkeit sind durch
verstellbare Düsen gegeben oder durch deren Bemessung überhaupt.
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Eine Verbesserung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die den Schachtringraum
verengenden Ringe am Umfang mit paarweise gegeneinander radial und/oder schräg gerichteten
Gasdüsen für das gasförmige Medium versehen sind. Obwohl der Druck des gasförmigen
Mediums technisch beherrschbare Drücke nicht zu überschreiten braucht, gelingt es,
an den Engstellen Zonen hohen Druckes aufzubauen, die nicht nur das überschnelle
Absinken der Einzelschlingen bremsen, sondern gleichzeitig ein Berühren der Wände
im Schachtringraum verhindern. Gegeneinandergerichtete Mediumstrahlen zentrieren
die Drahtschlinge und geleiten sie in die engen Kanäle und durch diese hindurch.
Vorteilhafterweise erkaltet jede Schlinge in gleichmäßigen Abständen von Stufe zu
Stufe mit relativ weichen Übergängen in den Zwischenzonen. Die einzelne Schlinge-
wird allseitig freischwebend behandelt, wodurch metallurgisch günstige Voraussetzungen
erfüllt sind. Ein überraschender Effekt stellt sich dann ein, wenn die Gleichmäßigkeit
der eingelegten Schlingen bezüglich Geschwindigkeit und Form zu wünschen übrig läßt.
Sollte eine Schlinge nicht zentrisch liegen, so fällt sie am Beginn einer Schachtringraumverengung
auf die dort angebrachten Düsen, verschließt diese, wodurch momentan eine Druckerhöhung
eintritt, die die Schlinge hochhebt, abdrängt und in die Mitte der Verengung zurückwirft.
Es ist mit allergrößter Wahrscheinlichkeit unmöglich, daß die Schlinge irgendwo
zum Anliegen kommt. Die-Düsen bewältigen -somit gleichzeitig Bremsen der fallenden
Schlingen, Zentrieren der Schlingen und= 'das Gefügebehandeln der Schlingen ohnehin.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der zylindrische
Schachtkern an einem ortsfesten Gerüst koaxial zum Schachtaußenmantel aufgehängt.
Die Zentrierung des glockenartig gelager-, ten Schachtkernes übernimmt der Strom
des Druckmediums, der aus den paarweise angeordneten gleich= mäßig über den Umfang
verteilten Düsen austritt. Die Vorrichtung ist einfach montierbar, leicht zugänglich
und somit von größter Betriebssicherheit.
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Einweiteres Erfindungsmerkmal ist schließlich darin zu sehen, daß
Schachtaußenmantel und Schachtkern hohl gestaltet, mit Anschlüssen für das Druckgas
und mit Verbindungsleitungen für die Gasdüsen versehen sind. Die Schachtteile selbst
bilden eine-Druckkammer, die Druckluft genug bereit hält, um die gewünschten Wirkungen
hervorzurufen. Den Druckkammern kann ohne weiteres ein gemeinsamer Verdichter zugeordnet
sein.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch
dargestellt und im folgenden näher erläutert: F i g. 1 stellt einen vertikalen Achsenschnitt
durch die Schachtvorrichtung dar, F i g. 2 einen radialen Schnitt entsprechend der
Linie A-A in F i g.1, F i g. 3 die Verengungen im Schachtringraum, geschnitten,
F i g. 4 denselben Schnitt in abgewandelter Form, nach F i g. 3.
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Am ortsfesten Gerüst 1 ist der hohl ausgebildete Schachtaußenmantel2
angeordnet. Zu diesem hängt koaxial gelagert der Schachtkern 3 über Arme 3 a und
einer Nabe 3 b an einer gerüstfesten, vertikalen Achse. Drehbar und antreibbar auf
dieser Achse ist der Dreharm 4 geführt, der den Draht 5 in Schlingen in den Schachtringraum
15 zwischen Schachtaußenmantel 2 und Schachtkern 3 einlegt. Als Antrieb über ein
nicht weiter gezeigtes Getriebe für den Dreharm 4 dient ein gerüstfest angeordneter
Motor 4 a.
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Sowohl am Schachtaußenmantel 2 als auch am Schachtkern 3 sind Ringe
6, 7 mit Innen- bzw. Außenkonus angebaut. Dadurch werden die diffusorähnlichen Kanäle
erzeugt, die an ihren Engstellen den größten zu behandelnden Drahtdurchmesser leicht
hindurchtreten lassen. Die Ringe 6, 7 sind hohl oder voll ausgebildet und beispielsweise
angeschweißt oder angeschraubt.
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Wie in F i g. 3 gezeigt, ist der hohle Schachtaußenmantel 2 und der
Schachtkern 3 mit Auslässen 6a, 7a versehen, die an ihrer Mündung als Düsen geformt
sind. Diese Düsen 6 a, 7 a weisen schräg nach
oben gerichtete Mündungsachsen
auf und können aber auch durch radial gerichtete zusätzliche Düsen 6 b, 7 b
ergänzt werden (F i g. 4). Wie in F i g. 2 gezeigt, liegen die Düsen immer paarweise
zum Durchlaßkanal für die Schlinge einander gegenüber.
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Das gasförmige Medium wird mittels ortsfester Zuleitungen
2a und 2b in den Schachtaußenmantel 2 geleitet und gelangt über die
Leitung 3 c und die hohl ausgebildete Nabe 3 b über die Arme 3 a in den Schachtkern
3. An Stelle der hohlen Form des Schachtaußenmantels 2 und des Schachtkernes 3 treten
im Bedarfsfalle einfache Zuleitungen an den Wänden der Zylinder, von denen einzelne
Stichkanäle zu dem schachtringraumverengenden Ring führen. Bei besonders schwerem
Draht kann es erwünscht sein, in den Zonen zwischen den Ringen 6 und 7 eine Druckerhöhung
aufrechtzuerhalten. Dann werden weitere Auslaßkanäle 11 und 12 an dem Schachtaußenmantel
2 und dem Schachtkern 3 angebracht.
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Das behandelte Drahtgut tritt aus der letzten Schachtringraumverengung
aus und sammelt sich auf einem Sammelboden 8, dessen Bewegung bei der Freigabe eines
fertigen Bundes die Schneidbewegung einer weiter nicht dargestellten Schere auslöst.
Nach Wegfahren des Sammelbodens 8, .der auf Rädern 13 und 14 verfahrbar ist, fallen
die Bunde auf ein Förderband 9, das auch aus einem entsprechend ausgebildeten Rollgang
bestehen kann. Der Sammelboden 8 kann auch dazu benutzt werden, kleinere Bunde zu
sammeln, die beim Verfahren des Sammelbodens auf der Fördereinrichtung 9 und einem
Haspelkern 10 zu größeren Gesamtbunden gestapelt werden. Der Haspelkern 10 ist vertikal
verschiebbar und wird außer Auffangsstellung gebracht, wenn die Fördereinrichtung
9 ihre Bewegung ausführt.
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Es versteht sich, daß die hier beschriebene und in der Zeichnung dargestellte
Ausführungsform; wie schon zuvor erwähnt, nur als Beispiel betrachtet werden kann,
und daß Abwandlungen im Aufbau und Zusammenbau zier Vorrichtung, ja selbst umfangreiche
konstruktive Abänderungen möglich sind.