DE2164545B2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Kühlung aufeinanderfolgender Abschnitte eines thermoplastischen Stranges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Kühlung aufeinanderfolgender Abschnitte eines thermoplastischen Stranges, der entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn durch einen seitlich abgeschlossenen Kühlraum mit Einlassen jeweils für ein gasförmiges und ein flüssiges Kühlmittel bewegt wird und dem stromabwärts vom Einlaß für den Strang wenigstens eine Kühlmittel-Strahlströmung hoher Geschwindigkeit mit einer erheblichen Geschwindigkeitskomponente in der Bewegungsrichtung des Stranges zugeführt wird, sowie eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung.

Ein Verfahren der bezeichneten Art ist aus der DL-PS 60 638 bekanntgeworden. Mit diesem bekannten Verfahren sollen organische oder anorganische Schmelzen kontinuierlich oder diskontinuierlich gekühlt werden, um so etwa die Korngröße des erzeugten Granulates oder die Verstreckung der aus dem Schmelzofen austretenden schmelzflüssigen Stränge zu steuern. Hierfür wird das gasförmige Kühlmittel in der Umgebung des zu kühlenden Stranges gehalten, während das flüssige Kühlmittel radial außerhalb einen Mantel um das gasförmige Kühlmittel bildet, so daß sich der weiterbewegte, in der Verfestigung begriffene Strang nicht an den

Kammerwänden festsetzt. Dadurch, daß nur das gasförmige Kühlmittel mit geringerer Wärmekapazität den Strang unmittelbar kühlt, ist die spezifische Kühlwirkung vergleichsweise gering, so daß dieses Verfahren zur Kühlung von mit thermoplastischem Kunststoff ummantelten Litzen, bei denen es auf eine schnelle und möglichst intensive Kühlung ankommt, nicht geeignet ist.

Bei der Herstellung elektrischer Leitungsdrähte mit einer Kunststoffisolierung wird der Draht gewöhnlich von einem Spritzkopf aus, in welchem der Kunststoffmantel auf den Draht aufgebracht wird, durch die umgebende Atmosphäre hindurch zu einem rinnen- oder trogförmigen Behälter geführt, der Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, enthält

Beim Durchgang durch den Kühlraum wird die Temperatur der Kunststoffisolierung durch das Kühlmittel erheblich herabgesetzt, was mit einer Schrumpfung verbunden ist.

Bekannte derartige Kühlräume haben sich bei einer Verwendung im Rahmen der Herstellung elektrischer Leiter insbesondere optimaler Leitungscharakteristik als nicht voll zufriedenstellend erwiesen. Bei der Einführung des isolierten Drahtes in den Kühlraum wird am Draht anhaftende Luft mit eingezogen. Dadurch entstehen auf der Oberfläche der Kunststoffisolierung Luftblasen, welche einen gleichmäßigen allseitigen Zutritt des Kühlmittels oder des Kühlwassers zur zu kühlenden Oberfläche behindern. Bei der Weiterbewegung des Drahtes innerhalb des Kühlraumes bildet die in der Kühlflüssigkeit, insbesondere bei einer Verwendung von Wasser als Kühlmittel, enthaltene Luft in der Nachbarschaft der Kunststoffisolierung weitere Blasen, welche ebenfalls an der Kunststoffisolierung in der Nähe ihrer Entstehung anhaften. Die Folge der dadurch entstehenden sehr ungleichmäßigen Kühlung der Kunststoffisolierung ist eine Entstehung unerwünschter Spannungen im Leiter.

Eine bekannte Anordnung zur kontinuierlichen Kühlung vermittelt die Lehre, einem im wesentlichen abgeschlossenen Kühlflüssigkeitsbehälter zu verwenden, in welchem ein Kühlmittelstrom entgegen der Fortbewegungsrichtung des Litzenmaterials erzeugt ist, um zu verhindern, daß die durch den Behälter hindurchbewegte Litze Luft in den Behälter mit hineinzieht.

Bei einer Benutzung üblicher Kühlmittelbehälter treten häufig weitere Probleme auf. Grundsätzlich umfaßt die Kühlvorrichtung einen rinnen- oder trogförmigen Behälter von beachtlicher Länge. Dieser beansprucht eine erhebliche Bodenfläche, die in Fabrikhallen gewöhnlich knapp und daher wertvoll ist. Zudem erfordern die üblichen Kühlmittelbehälter eine große Kühlflüssigkeitsmenge, die den Behälter anfüllt und den hindurchbewegten Draht allseitig umgibt. Dieses Erfordernis leistet ebenfalls einen Beitrag zur Erhöhung der Kosten in dieser Stufe des Produktionsprozesses. Schließlich ist mit der Verwendung üblicher langgestreckter Kühlmittelbehälter zwangläufig eine räumliche Trennung der apparativen Einrichtungen an jedem Ende des trogförmigen Kühlmittelbehälters verbunden. Diese räumliche Trennung der apparativen Einrichtungen erhöht die Betriebskosten über dasjenige Maß hinaus, welches erzielbar wäre, wenn durch eine entsprechende Verkürzung der Kühlmittelbehälter die Fertigungsanlage kompakter ausgeführt werden könnte.

Das Ziehen des Drahtes durch einen wassergefüllten Behälter oder eine wassefgefüllte Kammer, gleich ob durch ruhendes Wasser oder im Gegenstrom oder Gleichstrom, erfordert eine bestimmte, nicht exakt kalkulierbare Zugkraft des Drahtes welche durch eine Abzugsvorrichtung auf den zwischen dem Spritzkopf und der Zugvorrichtung angeordneten Drahtabschnitt aufgebracht wird, um den durch das Wasser verursachten Schleppwiderstand zu überwin-

den. Im allgemeinen kann die auf den Draht aufgebrachte Zugkraft eine Höhe von 3 bis 4 kp erreichen, wodurch der Draht unkontrollierbar um ein gewisses Maß gestreckt wird. Infolgedessen muß der nominale Fertigungsquerschnitt des Drahtes derart erhöht werden, daß die sich letzlich ergebende Drahtstärke innerhalb annehmbarer Toleranzen bleibt und eine bleibende Verformung des Drahtes vermieden ist. Wenn der Schleppwiderstand der Kühlflüssigkeit ausgeschaltet oder wesentlich erniedrigt und eine

ao vorbestimmte Zugkraft auf den Draht aufgebracht werden könnte, so wäre die Verringerung des Außendurchmessers des Drahtes exakt kalkulierbar. Hierdurch wäre es möglich, die zur Erzielung annehmbarer Toleranzen des Endproduktes erforderliehe Materialstärke in wirtschaftlicher Weise mit hoher Genauigkeit vorauszubestimmen.

Die unerwünschten Zugspannungen können speziell in dünneren Drähten zu Drahtbrüchen durch Überbelastung führen. Dadurch wird naturgemäß zusätzlicher Arbeitsaufwand erforderlich, um den Abzugsprozeß des Drahtes erneut in Gang zu setzen, wobei häufig die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonales zudem von anderen Produktionsvorgängen abgelenkt wird, welche Aufmerksamkeit erfordem. Wenn der auf den Draht wirkende Schleppwiderstand der Kühlflüssigkeit verringert werden könnte, so ware es möglich, die Zugbelastung des Drahtes zu verringern, mit der Folge, daß die Häufigkeit von Drahtbrüchen abnehmen würde.

Es sind verschiedene Verfahren und Anordnungen bekannt, um Kühlmittel, Schichtmaterial oder andere Behand'ungsstoffe mit einem fortbewegten Litzenoder Seilmaterial in Berührung zu bringen. Bei aus der US-PS 1 741 815 bekannten Verfahren und An-Ordnungen wird ein Kabelmantel von einem Extrusionswerkzeug aus durch eine enge Öffnung, sodann durch eine Kammer mit sich allmählich erweiterndem Querschnitt, hindurchbewegt, worin der Kabelmantel einem Kühlmittel, wie etwa Wasser, ausgesetzt ist, welches mit hoher Geschwindigkeit durch eine ringförmige Nut und gekrümmte Kanäle eingeführt wird.

Dadurch wird eine Sogwirkung erreicht, die ein Ausfließen von Wasser aus der rückwärtigen Eintrittsoffnung der Kammer verhindert. Der Wasserstrom ist gleichmäßig um den Kabelmantel herun' gerichtet, so daß dieser völlig umflutet ist, wonach das Wasser seitlich aus der Kammer durch ein Ab flußrohr abgeleitet wird, während das Kabel durcl eine enge Öffnung die Kammer verläßt.

Bei anderen bekannten Kühlsystemen zur Kühlunj von langgestreckten Körpern wird das Kühlmittel ii ringförmigen Slrahlslrömungen mit dem weiterbe wegten langgestreckten zu kühlenden Material in Be

6.5 rührung gebracht, so daß der zu kühlende Material abschnitt voll umspült ist, und tritt anschließend mi dem zu kühlenden Körper oder seitlich hiervon au« Aus anderen bekannten Anordnungen ist die Vei

vvendung einer Vielzahl von Strahlströmungen des Kühlmittels bekannt, welche entgegen der Fortbewegungsrichtung des zu behandelnden Körpers gespritzt werden.

Bei weiteren bekannten Verfahren und Anordnungen zur Kühlung e.xtrudierter Körper wird Kühlwasser in Strahlströmungen, die im Abstand entlang und innerhalb einer Kammer verlaufen, auf einen Kabelmantel gespritzt, welcher durch einen in unmittelba-

sebehälter aufgefangen und dem Kreislauf erneut zugeführt wird. Bei derartigen Anordnungen wird das Strang- oder Litzenmaterial gewöhnlich entgegen der Strömungsrichtung des Sprühnebels der Luftflüssigkeitsmischung geführt.

Bei einer anderen Anordnung zur Behandlung strangförmigen Materials wird Flüssigkeit unter Druck schräg in eine Kammer eingebracht und dann mittels einer Ablenkvorrichtung ein Wirbel erzeugt.

rer Nachbarschaft des in Fortbewegungsrichtung des io welcher sich in einem \ erengten Halsabschnitt und Kabels vorderen Endes der Kammer angeordneten sodann entlang eines erweiterten Abschnittes der

Kammer schraubenförmig um das Strangmaterial windet und mit diesem in Berührung ist. Die Wirbelung des Wassers kommt sodann schließlich zum Er

öffnungen im Bereich desjenigen Endes der Kammer anzusaugen, welches das Wasser am unerwünschten Zutritt zum unmittelbar benachbarten Spritzkopf hindert.

Diese Anordnung ist zur Kühlung einzelner isolierter Leiter im Rahmen einer modernen Hochgeschwindigkeitsherstellung isolierter Leitungsdrähte nicht geeignet. Die übermäßige Wassermenge ver-

Spritzkopf auf den Tragkörper des Kabels extrudiert wird. Die zugeführte Wassermenge ist hierbei größer, als dies zur Kühlung des Kabels erforderlich wäre.

um durch eine ausreichende Sogwirkune Luft durch 15 liegen, wonach das Wasser relativ zum Strangmatezum Kabelmantel koaxiale Kanäle und durch enge rial seitlich aus der Kammer abgeführt wird (vgl.

US-PS 2 347 392).

Aufeinanderfolgende Abschnitte eines Strangmaterials können dadurch gekühlt werden, daß das 20 Strangmaterial durch eine Röhre oder einen Kanal geführt wird, in welchen flüssiges Kohlendioxyd unter Druck über eine Düse eintritt (vgl. US-PS 2 993 114). Das flüssige Kohlendioxyd expandiert

_ dabei, wird gasförmig und kühlt das Strangmaterial

mindert"nicht den auf den Leitungsdraht wirkenden as scharf ab. Die Kühlwirkung auf das Strangmaterial Schleppwiderstand, sondern erhöht"ihn vielmehr. Der wird beeinflußt von dem Abstand zwischen dem Einfluß des Schleppwiderstandes der Kühlflüssigkeit Strangmaterial und einer inneren Oberfläche von an ist unbeachtlich bei der Kühlung des Mantels eines beiden Enden der Röhre angebrachten Öffnungen. Xabels oder Seiles, wo die Abzugsgeschwindigkeit Ebenso könnte diese Kühlvvirkung durch Änderunwesentlich geringer und die Stärke des abgezogenen 30 gen des Flüssigkeitsdruckes und der Geschwindigkeit und weiterbewegten Materials um ein Vielfaches grö- des flüssigen Kohlendioxides beim Eintritt in die ßer als im Falle einzelner Leitungsdrähte ist. Röhre oder den Kanal beeinflußt werden.

Es wurde bereits versucht, die im Zusammenhang Ausgehend von dem eingangs genannten Verfah-

mit dem übermäßigen Schleppwiderstand, der großen ren der DL-PS 60 683 liegt der vorliegenden Erf inerforderlichen Boden- oder Stellfläche und einer er- 35 dung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren derart wünschten gleichmäßigen Kühlung auftretenden Pro- auszugestalten, daß es zur Kühlung der Kunststoffbleme durch die Anwendung einer Luft-Wasser-Mi- umhüllung einer Litze im Anschluß an das Aufbnnschung zu lösen, die mittels einer Düsenanordnung in gen des extrudierlen Kunststoffmantels geeignet ist, eine Kammer eingeführt wird. so daß auch im Vergleich zu den bisher in diesem

Bei solchen bekannten Verfahren und Anordnun- 40 Zusammenhang üblichen mit Kühlflüssigkeit gefüllgen wird ein Gas durch eine Düse hindarchgetrieben, ten trogförmigen Behältern die spezifische Kühlwirum durch den dabei in der Umgebung der Düsenöffnung erzeugten Unterdruck Luft durch eine die Düse
koaxial umgebende öffnung anzusaugen. Ein Materialstrang wird durch ein Mantelmaterial hindurch 45
und sodann durch die Düse und die öffnung entgegen der Strömungsrichtung des Gases bewegt. Die
angesaugte Luftmenge wird eingestellt, bis eine
Luft-Gas-Mischung erreicht ist, die eine gewünschte
Wirkung auf die Ummantelung des Stangenmatcrials 50 dem gasförmigen Kühlmittel, welches am Einlaß des ausübt. Kühlraumes für den heißen Strang zusammen mit

Bei anderen Behandlungsvorrichtungen wird diesem zugeführt wird, und dem flüssigen Kühlmittel Druckluft durch eine Düse hindurcheet rieben, erzeugt wird, welches stromabwärts vom Einlaß für welche mit einer Flüssigkeitszuführung in Verbin- den Strang zugeführt wird, und daß durch das dung steht, wodurch die Flüssigkeit, etwa Wasser, 55 Druckgefäß ein wesentlich größeres Volumen prc angesaugt und fein zerstäubt unter Druck einer Kam- Zeiteinheit des gasförmigen Kühlmittels in den Kühlmer zur Kühlung eines durch die Kammer hindurch- raum eingesaugt wird als das zugeführte Volumer bewegten Kabels oder Seiles zugeführt wird. Die da- des flüssigen Kühlmittels, wobei im Kühlraum eine bei verwandte Einspritzanordnung zieht Flüssigkeit Dampfmischung erzeugt wird, welche den Kühlraum durch eine Speiseleitung in die Kammer hoch, in der 60 entlang der Bewegungsbahn des Stranges durchdie LuftflüsMgkeitsmischung zur Behandlung des strömt.

Drahtes mit hoher Geschwindigkeit strömt. Die Luft- Dadurch wird erreicht, daß für die Wärmeauf-

flüssigkeitsmischung enthält die Flüssigkeit fein ver- nähme vom Strang her eine dampf- oder nebeiförteilt in der Luft und expandiert entlang der Kammer. mige Mischung zur Verfügung steht, welche eine we Bei dieser Expansion verliert die Mischung an Ge- 65 sentlich höhere Wärmekapazität und damit höhere schwindigkeit und wird in eine angrenzende Kammer Kühlwirkung als das gasförmige Kühlmittel alleir gezwungen, von wo sie seitlich in die Umgebung ent- aufweist, wobei aber dennoch der Schleppwiderstanc weicht bzw. die enthaltene Flüssigkeit in einem Spei- durch diese Kühlmittelmischung kaum beeinfluß

kung wesentlich erhöht wird und dabei die räumliche Ausdehnung der Kühlvorrichtung wesentlich vermindert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art im Kühlraum mittels der Einspritzung des flüssigen Kühlmittels in einer Strahlströmung hoher Geschwindigkeit ein hohes DrucKaefälle zwischen

wird, so daß eine vorbestimmte Zugkraft auf den Draht aufgebracht werden kann, welche zu exakt kalkulierbaren Toleranzen des Endproduktes führt.

Dabei erfordert das erfindungsgemäße Verfahren keine komplizierten Vorrichtungen. Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete, einfache und funktionssichere Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß für die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges drei aneinander anschließende Abschnitte einer seitlich abgeschlossenen Kammer angeordnet sind, wobei die Kammer einen in Strömungs- bzw. Bewegungsrichtung vorderen Abschnitt. einen mittleren Abschnitt mit einem größeren Querschnitt als dem des vorderen Abschnittes und einem größeren Querschnitt als dem des in Strömungsrichtung hinteren Abschnittes aufweist.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, welche eine seitlich abgeschlossene Kammer umfaßt, durch welche aufeinanderfolgende Abschnitte eines Stranges hindurchbewegt werden und Aelche eine Einrichtung zur Zufuhr von Wasser mit hoher Geschwindigkeit zum Bereich der Eintrittsseite des Stranges aufweist.

F i g. 2 in vergrößerter Darstellung eine Einzelar.-sicht eines Abschnittes der Vorrichtung nach F i g. 1 im Bereich der Eintrittsseite, welche Mittel zur Erzeugung einer Mehrzahl, in die Kammer gerichteter Wasserstrahlen hoher Geschwindigkeit umfaßt.

In Fig. 1 !_: c'.r.o allgemein n:l; IC fcczcl.±r.:".e Kühlvorrichtung für aufeinanderfolgende Abschnitte eines Stranges 11 dargestellt. Die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges 11 sind aus entsprechenden aufeinanderfolgenden Abschnitten eines elektrischen Leiters entstanden, welcher durch eine nicht näher dargestellte Extrudiervorrichtung hindurchbewegt wird, welche auf den Leiterdraht eine Ummantelung aus isolierendem Kunststoff aufbringt Im Anschluß daran werden die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges 11 durch eine nicht näher dargestellte Zugvorrichtung in und durch die Kühlvorrichtung 10 hindurch bewegt, wonach der Strang 11 auf eine ebenfalls nicht näher dargestellte Spule aufgewickelt wird.

Wie besonders in Fig. 1 zu sehen ist, umfaßt die Kühlvorrichtung 10 eine seitlich abgeschlossene Kammer 21, welche sich zwischen zwei Auffangbehältern 22. 23 erstreckt und an diesen gelagert ist. Der in Richtung der Bewegung des Stranges 11 vordere Endbereich der Kammer 21. die Eintrittsseite. ist mit dem Auffangbehälter 22 verbunden, wohingegen die gegenüberliegende Austrittsseite mit dem Auffangbehälter 23 verbunden ist. Die Auffangbehälter 22 bzw. 23 werden unterstützt durch Säulen 26 bzw. 27, die an einer Stützfläche 28 ihrerseits gelagert sind. Das freie Stück der Kammer 21 zwischen den Auffangbehältern 22 und 23 kann bei Bedarf zusätzlich unterstütz* werden.

Die seitlich abgeschlossene Kammer 21 (Fig. 1) umfaßt drei aufeinanderfolgende, benachbarte und untereinander verbundene Abschnitte. Ein vorderer oder eintrittsseitiger Abschnitt 31 (vgl. F i g. 2) ist im Bereich der Eintrittsseite des Stranges 11 angeordnet und weist eine Durchgangsöffnung 32 auf. Weiterhin ist in den eintrittsseitigen Abschnitt 31 eine ringförmige Ausnehmung 33 eingetonnt, welche mit der Durchgangsöffnung 32 durch eine Mehrzahl von Ka nälen 34 in Verbindung steht, die in einer geneigter Stirnfläche 36 münden. Der erste Abschnitt 31 umfaßt weiterhin die Eintrittsseite 37 der seitlich abgeschlossenen Kammer 21 an der in Bewegungsrichtung des Stranges 11 vorderen Seite der Durchgangs öffnung 32. Weiterhin steht der erste, eintrittsseitigi Abschnitt 31 der Kammer 21 in Verbindung mi einem Strömungsmittel, welches eine gasförmig« ίο Phase aufweist. Im dargestellten Ausführungsbeispie ist die^£:s Strömungsmittel die Umgebungsluft im Bere.ch der Eintrittsseite 37.

Ein zweiter, mittlerer Abschnitt 38 der drei benachbarten Abschnitte schließt sich in Bewegungsrichtung des Stranges 11 hinter dem ersten Abschnitt 31 an (vgl. F i g. 1 und 2).

Der zweite Abschnitt 38 hat eine Durchgangsöffnung 39, welche mit der Durchgangsöffnung 32 de; ersten Abschnittes in Verbindung steht und fluchtet

to Die Querschnittsfläche der Durchgangsöffnung 39 isi größer als diejenige der Durchgangsöffnung 32. Ir einer bevorzugten Ausbildung ist der Querschnitt dei Durchgangsöffnungen 32 bzw. 39 kreisförmig unc weist Durchmesser von etwa 2,5 bzw. 5 cm auf.

as Wiederum in Bewegungsrichtung des Stranges 11 hinter dem zweiten, mittleren Abschnitt 38" (vgl F i g. 2) ist ein dritter Abschnitt 41 angeordnet, welcher sich durch eine öffnung 42 im Auffangbehältei 22 und in eine Öffnung 43 des Auffangbehälters 22 hinein erstreckt (vgl. Fi g. 1). Der dritte Abschnitt 4] weist eine Durchtrittsöffnung 44 auf, welche mit der Durchgang: öffnungen 32 und 39 in Verbindung steh! und fluchtet. Die Durchtrittsöffnung 44 ist zur Austrittsseite 46 der Kammer 21 hin offen. Die Quer-Schnittsfläche der Durchtrittsöffnung 44 ist kleinei als diejenige der Durchgangsöffnung 39 des zweiter mittleren Abschnittes 38. In einem besonderen Ausführungsbeispiel ist der dritte Abschnitt 41 als Rohi mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 cm ausgebildet.

Die untereinander in Verbindung stehenden öffnungen 32, 39 und 44 der Kammer 21 (F i g. 2) sine als koaxial mit der Längsachse des weiterbewegter Stranges 11 dargestellt.

Zur Kühlung aufeinanderfolgender Abschnitte de; Stranges 11, welcher durch die Kammer 21 hindurchbewegt wird, sind Mittel zur Zufuhr von Wasser zur Kammer 21 im Bereich ihrer Eintrittsseite 3" vorgesehen. Die ringförmige Ausnehmung 33 isdurch eine Speiseleitung 51 mit einer Pumpe 52 verbunden, welche auf der Stützfläche 28 steht. Die Speiseleitung 51 ist durch eine Zuleitung 53 mit einei nicht näher dargestellten Wasserquelle verbunden. Das Kühlwasser wird in der Speiseleitung 51 hocr und in die ringförmige Ausnehmung 33 gedrückt von da aus durch die Kanäle 34, die eine Mehrzah in die Kammer 21 gerichteter, konvergierende] Strahlen 35 erzeugen (vgl. F i g. 2). Die Kanäle 3<4 sind derart angeordnet, daß ihre Längsachsen im Inneren der Kammer 21 und in Bewegungsrichtuni» de: Stranges 11 hinter dem ersten, eintrittsseitigen"Abschnitt 31 konvergieren. Die Kanäle 34 sind derar geneigt angeordnet, daß eine wesentliche Geschwindigkeitskomponente jedes Wasserstrahls 35, der die Kanäle 34 durchströmt, in Richtung der Weiterbewegung aufeinanderfolgender Abschnitte des Strange; 11 liegt. In einem besonderen Ausführungsbeispie] sind die Längsachsen der Kanäle 34 gegenüber^ί eini

9 10

Parallelen zur Längsachse des Stranges 11 in einem Querschnittsflächen der einzelnen Abschnitte der Winkel zwischen 10 und 20° geneigt. Kammer 21, welche die Wasserstrahlen 35 erfassen Zur Ableitung des an der Austrittsseite 46 der und durch welche aufeinanderfolgende Abschnitte Kammer 21 in den Auffangbehälter 23 und des mög- des Stranges 11 hindurchbewegt werden, um ein licherweise zurückströmenden und an der Eintritts- 5 Vielfaches größer als die Querschnittsfläche des sehe 37 in den Auffangbehälter 22 austretenden Stranges 11 selbst. Beispielsweise beträgt bei einem Wassers sind besondere Mittel vorgesehen. Wie am besonderen Ausführungsbeispiel der kleinste Durchbesten in Fig. 1 ersichtlich ist, verbindet eine senk- messer jedes Abschnittes der Kammer 21. welcher rechte Abflußleitung 56 eine Öffnung im Boden des von den Wasserstrahlen 35 erfaßt und durch den der Auffangbehälters 22 und eine senkrechte Abflußlei- io Strang 11 hindurchbewegt wird, etwa 25 mm vergütung 58 eine öffnung im Boden des Auffangbehälters eben mit einem Durchmesser von etwa 0.4 bis 1 mm 23 mit einer Ablaufleitung 57. Die Ablaufleitung 57 des Stranges 11.

mündet in einen nicht näher dargestellten Speicher- Darüber hinaus ist auch die Länge des dritten Ab-

behälter, wo das wiedergewonnene Wasser gesam schnittes 41 der Kammer 21 im Vergleich mit der

melt und sodann, sofern erforderlich, nach einer 15 Länge des ersten Abschnittes 31 oder des zweiten

Zwischenkühlung der Pumpe 52 erneut zugeführt Abschnittes 38 von Bedeutung,

werden kann. Beispielsweise beträgt dabei die Länge des dritten

Um die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Abschnittes 41 3 m, die Länge des ersten Abschnittes

Stranges 11 in optimaler Weise gleichmäßig zu küh- 31 etwa 2.5 bis 5 cm und die Länge des zweiten Ab-

len und dabei eine möglichst weitgehende Verminde- 20 schnittes 38 der Kammer 21 etwa 5 bis 7.5 cm. Bei

rung des auf den Draht von der Kühlflüssigkeit her der Bewegung des Stranges 11 in und durch die

einwirkenden Schleppwiderstandes zu erreichen und Kammer 21 hindurch und unter der Einwirkung der

gleichzeitig eine möglichst weitgehende Ersparnis an von den Kanälen 34 aus auf den Strang 11 gerichte-

Bodenfläche zu erzielen, muß den relativen Strö- ten Wasserstrahlen 35 entsteht ein Druckabfall in der

mungsmengen der Kühlflüssigkeit und des gasförmi- 25 Größenordnung von 25 bis 30 mm Quecksilbersäule

gen Strömungsmittels, welches mit dem ersten Ab- zwischen dem ersten Abschnitt 31 der Kammer 21

schnitt 31 der Kammer 21 in Verbindung steht, be- und der Durchgangsöffnung 39. Dadurch wird eine

sondere Beachtung geschenkt werden. Vorteilhaft ist gewisse Luftmenge aus der mit dem ersten Abschnitt

das Strömungsvolumeri des Kühlmittels pro Zeitein- 31 der Kammer 21 in Verbindung stehenden Umge-

heit wesentlich niedriger als das entsprechende Strö- 30 bung an der Eintrittsseite 37 in die Kammer 21 ein-

mungsvolumen der Luft. Es wurde herausgefunden. gezogen. Es sei darauf hingewiesen, daß der erste

daß die relativen Strörrungsmengen bzw. Strömungs- Abschnitt 31 ebensogut mit irgendeinem anderen

volumen von der Ausbildung eines Druckgefälles ab- Strömungsmittel in Verbindung stehen könnte, wel-

hängen. Die Ausbildung eines solchen Druckgefälles ches eine gasförmige Phase aufweist. Wesentlich ist

wiederum, welches die bezeichneten relativen VoIu- 35 nur die Erzeugung des Druckgefälles,

menströme erzeugt, hängt von der Geschwindigkeit Unter Anwendung der vorstehend erläuterten Ge-

der Wasserstrahlen 35, von der geometrischen Bezie- schwindigkeiten, Dimensionen und Drücke wurden

hung der Querschnittsflächen der einzelnen Ab- die Strömungsvolumina von Wasser und Lutt gemes-

schnitte der Kammer 21, die von den Wasserstrahlen sen. So wurde bei einem Versuch mit einer die vier

erfaßt werden und durch die die aufeinanderfolgen- 40 Kanäle 34 durchströmenden Wassermenge von 15

den Abschnitte des Stranges 11 bewegt werden, und Litern pro Minute gearbeitet, wobei sich eine in die

schließlich vom Druck des Strömungsmittels ab. wel- Kammer 21 eingesaugte Luftmenge von etwa 1.5 Ku-

ches in direkter Verbindung mit dem eintrittsseitigen, bikmeter pro Minute ergab.

ersten Abschnitt 31 der Kammer 21 steht. Es liegt auf der Hand, daß die grundsätzliche Aus-

Die Auswahl der Pumpe 52 und die Geometrie der 45 bildung der drei Abschnitte 31, 38. 41 der Kammer

Kanäle 34 ist unter dem Gesichtspunkt vorzuneh- 21, von denen der dritte Abschnitt 41 als ein vereng-

men, daß die Wasserstrahler 35, welche auf die auf- ter Halsabschnitt wirkt, derart ausgebildet werden

einanderfolgtnden Abschnitte des Stranges 11 auf- können, daß ihre Form den Stromlinien von Wasser

treffen, eine hohe Geschwindigkeit besitzen. und Luft folgt.

Ein solcher Wasserstrahl 35 weist eine Mindestge- 50 Beispielsweise konnte der erste Abschnitt 31 irr schwindigkeit von etwa 45 m/sec. auf. Mit Wasser- Bereich der Eintrittsseite 37 trichterförmig unc strahlen 35 mit einer Geschwindigkeit von 64 m'sec. könnten die Längswände des mittleren Abschnitts 3ί wurden bereits sehr gute Ergebnisse erzielt. Im vor- gegen die Querschnittsverengung der Durchtrittsöffliegenden Ausführungsbeispiel mögen vier Wasser- nung 44 des dritten Abschnitts 41 geneigt verlaufene strahlen 35 und damit Kanäle 34 vorgesehen sein. 55 mit gerundeten Eintritts- und geglätteten Austrittsek wobei die Kanäle 34 eine vergleichsweise geringe ken ausgebildet sein. Der Vorteil einer solchen Aus lichte Weite aufweisen. So haben beispielsweise Ka- bildung kann in einer geringen Verlusthöhe durd näle 34 mit einer Weite von 1,26 mm gute Ergebnisse Reibungserschsinungen gesehen werden. gebracht. Es sei daran erinnert, daß der Innen- Die Kammer 21 bzw. der Abschnitt 41 kann in durchmesser der Durchgangsöffnung 32 des ersten 60 Bereich der Austrittsseite 46 eine im Vergleich zu Abschnittes 31 etwa 2,5 cm beträgt. Durchtrittsöffnung 44 erweiterte Durchtrittsöffnun Überlegungen hinsichtlich der geometrischen Ab- aufweisen. Jedoch sollte eine solche Erweiterung de messungen der Kammer 21 müssen nicht nur den Durchtrittsöffnung 44 in jedem Falle erst nach eine Querschnittsverhältnissen zwischen den drei Ab- erheblichen Länge der verengten Durchtrittsöffnun schnitten der Kammer 21 Rechnung tragen, sondern 65 44 im Anschluß an den mittleren Abschnitt 38 vot sich auch auf die Beziehung der Querschnittsfläche genommen werfen. Wenn nämlich die Durchtritt? der Kammer 21 zur Querschnittsfläche des Stranges öffnung 44 in zu großer Nähe ihrer Eintrittsseit 11 erstrecken. Grundsätzlich sind die minimalen plötzlich erweitert ist, so dürfte die Wassergeschwir

digkeit dadurch kaum wesentlich beeinflußt werden. Die Luft hingegen wird expandieren, um den erweiterten Querschnitt anzufüllen, wodurch die Wassergeschwindigkeit die Geschwindigkeit der Luft übersteigen wird, die beiden Geschwindigkeiten jedoch im wesentlichen gleich groß sind. Eine Verringerung der Luftgeschwindigkeit könnte dazu führen, daß das Wasser nicht in engem Kontakt mit den aufeinanderfolgenden Abschnitten des Stranges Il bleibt, wie dies jedoch der Fall ist, wenn die Luft nicht expandiert und das Wasser im Bereich der Oberfläche des Stranges 11 hält.

Im Betrieb der Kühlvorrichtung 10 werden aufeinanderfolgende Abschnitte des Stranges 11 von einem nicht näher dargestellten Spritzkopf in die Eintrittsseite 37 der Kammer 21, durch die Kammer 21 hindurch und schließlich aus ihrer Austrittsseite 46 heraus bewegt. Das Bedienungspersonal kontrolliert die Funktion der Pumpe 52, welche Wasser durch die als Steigleitung ausgebildete Speiseleitung 51 zur ringförmigen Ausnehmung 33 und durch die Kanäle 34 in die Kammer 21 fördert.

Beim Austritt der Wasserstrahlen 35 aus den Kanälen 34, neigt das Wasser etwas zur Bildung einer diffusen Sprühzone (F i g. 2). Die Wasserstrahlen 35 sind auf den Strang 11 in der Kammer 21 gerichtet und berühren die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges 11 auf ihrem ganzen Umfang.

Die hohe Geschwindigkeit der Wasserstrahlen 35, die geometrischen Beziehungen der Querschnittsflächen der Kammer und der Druck der Umgebungsluft erzeugen ein Druckgefälle. Dieses Druckgefälle reicht aus. um die Luft in der Nachbarschaft der Eintrittsseite 37 der Kammer 21 in die Kammer 21 in einem solchen Volumenstrom einzusaugen, welcher wesentlich größer ist als derjenige des Wassers. Beim Eintritt der Luft in den mittleren Abschnitt 38 der Kammer 21 vereinigt sich diese mit dem Wasser zu einer dampfförmigen Mischung. Die dampfförmige Mischung bewegt sich durch die Kammer 21 fort und ist ständig in Kontakt mn dem sich ebenfalls weiterbewegenden Strang 11 zu dessen Kühlung. Die Geschwindigkeit der Luft wurde dabei in einem besonderen Ausführungsbeispiel zu 3220 m/min. (54 m/ see.) gemessen, verglichen mit einer Wassergeschwindigkeit von 3650 m/min. (61 m see).

Eine geringe Wassermenge, welche sich mit der Luft nicht zur Bildung der dampfförmigen Mischung vereinigt, sammelt sich am Boden des dritten Abschnittes 41 der Kammer 21 und fließt ganz einfach durch die Schwerkraft in den Auffangbehälter 23 ab. Die dampfförmige Mischung aus Wasser und Luft verläßt kontinuierlich die Kammer 21 bzw. den dritten Kammerabschnitt 41 an der Austrittsseite 46. wo jedoch die Strömungsenergie durch die aufgetretenen Verluste verringert ist. so daß ein Teil des Wassers sich im Auffangbehälter 23 sammelt. Es wurde beobachtet, daß sich am Boden der Kammer 21 ansammelndes Wasser nicht solche Mengen erreicht. welche den Strang Il eintauchen ließen und einen merklichen Schleppwiderstand ausüben würden. Vielfache Messungen haben weiterhin ergeben, daß die Temperatur des Wassers an der Austrittsseite 4ö der Kammer 21 mindestens so niedrig ist wie die Wassertemperatur in der ringförmigen Ausnehmung 33, trotz des dazwischen erfolgten Wärmeaustausches mit der Kunststoffisolierung.

Verschiedene Abänderungen können an der vorstehend beschriebenen Kühlvorrichtung 10 vorgenommen werden. So kann beispielsweise an Stelle der vier Wasserstrahlen 35 nur ein einziger Wasserstrahl verwendet werden. Ebenso ist es nicht erforderlich, daß die untereinander verbundenen Abschnitte der Kammer 21, entsprechend den Fig. 1

is und 2, unterseniedliche Querschnittsflächen aufweisen, vielmehr können die Querschnittsflächen der von der Strahlströmung erfaßten Abschnitte, durch welche sich aufeinanderfolgende Abschnitte des Stranges 11 hindurchbewegen, konstant sein.

so Wesentlich ist die Wechselbeziehung dreier Parameter zur Erzeugung eines die relativen Volumenströme von Wasser und Luft erzeugenden Druckgefälles. Diese Parameter sind die Geschwindigkeit wenigstens eines Wasserstrahles, die geometrischen Be-Ziehungen der Querschnittsflächen der Kammer 21, durch welche aufeinanderfolgende Abschnitte des Stranges 11 hindurchbewegt werden und die von den Strahlströmungen erfaßt werden, und der Druck des Strömungsmittels, welches mit dem eintrittsseitigen Abschnitt der Kammer 21 in unmittelbarer Verbindung steht.

Selbstverständlich ist auch eine im Vergleich zum dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiel unterschiedliche Lage der Kanäle 34 bezüglich der Längsachse der Kammer 21 möglich. So können beispielsweise die Kanäle 34 in Bewegungsrichtung der aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges 11 weiter hinten angeordnet werden. Eine solche Anordnung würde jedoch infolge erhöhter Verlusthöhe durch Reibungserscheinungen zu einer Verringerung des Unterdruckeffektes führen. Der geringste statische Druck innerhalb der Kammer 21 liegt in der konischen Fläche zwischen den aus den Kanälen 34 hervortretenden Wasserstrahlen 35. Bei einer alternativen Anordnung der Kanäle 34 in größerer Entfernung von der Eintrittsseite 37 der Kammer 21 würde ein Teil des erzeugten Druckabfalles zum Ausgleich von Verlusten auf dem längeren Strömungsweg der Luft benötigt werden.

Im Rahmen der Ausführungsbeispiele können auch mehrere vorstehend beschriebene Kammern 21 mit drei Abschnitten 31. 38 und 41 oder auch nut aus einem Abschnitt bestehende Kammern hintereinander angeordnet werden, wobei jeder Kammer wenigstens ein Wasserstrahl zugeführt wird. Eine solche Hintereinanderschaltung könnte bei der Kühlum einiger Materialien, die zur Isolierung elektrische! Leiter benutzt werden, zweckmäßig sein. In eine solchen Anordnung könnte ein gemeinsames Zufuhr und Abfuhrsvstem für das Wasser benutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Kühlung aufeinanderfolgender Abschnitte eines thermoplastischen Stranges, der entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn durch einen seitlich abgeschlossenen Kühlraum mit Einlassen jeweils für ein gasförmiges und ein flüssiges Kühlmittel bewegt wird und dem stromabwärts vom Einlaß für den Strang wenigstens eine Kühlmittel-Strahlströmung hoher Geschwindigkeit mit einer erheblichen Geschwindigkeitskomponente in der Bewegungsrichtung des Stranges zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Kühl raum mittels der Einspritzung des flüssigen Kühl mittels is einer Strahlströmung hoher Geschwindigkeit ein hohes Druckgefälle zwischen dem gasförmigen Kühlmittel, welches am Einlaß des Kühlraumes für den heißen Strang zusammen mit diesem zugeführt wird, und dem flüssigen Kühlmittel erzeugt wird, welches stromabwärts vom Einlaß für den Strang zugeführt wird, und daß durch das Druckgefälle ein wesentlich größeres Volumen pro Zeiteinheit des gasförmigen Kühlmittels in den Kühlraum eingesaugt wird als das zugeführte Volumen des flüssigen Kühlmittels, wobei im Kühlraum eine Dampfmischung erzeugt wird, welche den Kühlraum entlang der Bewegungsbahn des Stranges durchströmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Kühlmittel Luft aus der Umgebungsatmosphäre verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit der Strahlströmung größer als 45 m/sec gewählt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Kühlmittel Wasser verwendet wird.

5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung des flüssigen und des gasförmigen Kühlmittels zusammen mit aufeinanderfolgenden Abschnitten des Stranges aus dem in Strömungsrichtung hinteren Abschnitt des Kühlraumes austritt.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die aufeinanderfolgenden Abschnitte des Stranges (11) drei aneinander anschließende Abschnitte (31, 38, 41) einer seitlich abgeschlossenen Kammer (21) angeordnet sind, wobei die Kammer (21) einen in Strömungs- bzw. Bewegungsrichtung vorderen Abschnitt (31), einen mittleren Abschnitt (38) mit einem größerer. Querschnitt als dem des vorderen Abschnitts (31) und einem größeren Querschnitt als dem des in Strömungsrichtung hinleren Abschnitts (41) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in Strömungsrichtung vordere Abschnitt (31) und der in Strömungsrichtung hintere Abschnitt (41) der seitlich abgeschlossenen Kammer (21) zur Umgebung hin offen sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des in Strömungsrichtung hinteren Abschnitts

(41) der Kammer (21) erheblich größer als die Länge des vorderen Abschnitts (31) und erheblich größer als die Länge des mittlren Abschnitts (38) der Kammer (21) ist

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtlänge der drei aneinander anschlieBenden Abschnitte (31, 38, 41) der Kammer (21) wenigstens 2mbeträgt

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsquerschnitte der Kammer (21) kreisförmig sind, wobei der Öffnungsdurchmesser des in Strömungsrichtung vorderen (31) und des in Strömungsrichtung hinteren Abschnitts (41) annähernd 25 mm beträgt, der Öffnungsdurchmesser des mittleren Abschnitts (38) annähernd 50 mm.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des stromabwärts gelegenen Abschnittes (41) annähernd 2,5 m, die Länge des in Strömungsrichtung vorderen (31) und des mittleren Abschnitts 38) jeweils weniger als 150 mm beträgt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausrichtung der Strahlströmung des flüssigen Kühlmitteln in an sich bekannter Weise eine Anzahl von Kanälen (34) in der Wand des in Strömungsrichtung vorderen Abschnitts (31) der Kammer (21) vorgesehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen (35) des flüssigen Kühlmittels mit dem Strang (11) einen spitzen Winkel von etwa 10 bis 20" einschließen.