DE2751914C2

DE2751914C2 - Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung beim kontinuierlichen induktiven Erhitzen von Draht

Info

Publication number: DE2751914C2
Application number: DE2751914A
Authority: DE
Inventors: Zbigniew Iver Buckinghamshire Bonikowski; Bruce Henry Virginia Water Surrey Keen; Denis Michael Liverpool Salamon; John Alan Merseyside Tennant
Original assignee: BICC PLC
Current assignee: Balfour Beatty PLC
Priority date: 1977-03-14
Filing date: 1977-11-21
Publication date: 1983-12-01
Also published as: GB1552894A; CH624253A5; AU3407578A; CA1093436A; FR2384026A1; FR2384026B1; AU516482B2; JPS53114546A; NZ186678A; US4221947A; DE2751914A1; ZA781294B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung beim kontinuierlichen induktiven Erhitzen von Draht zwischen dem in eine oder mehrere um Rollen oder Trommeln gelegte Schleifen einlaufenden Draht und dem diese Schleife oder Schleifen verlassenden Draht.

Bei einer bekannten Anordnung zum kontinuierlichen Erhitzen von Draht durch Induktion wird der Draht, der sich kontinuierlich in Richtung seiner Länge bewegt, veranlaßt, mindestens eine Schleife zu bilden, die einen Teil eines Transformatorkerns umgibt, der eine Primärwicklung trägt, die von der Schleife oder den Schleifen im Abstand angeordnet und mit einer Wechselstromquelle dadurch verbunden ist, daß der sich fortbewegende Draht über mindestens zwei auf gegenüberliegenden Seiten des Transformatorkerns angeordnete Rollen geführt wird. Eine elektrische Kurzschlußverbindung wird zwischen dem Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, und dem Draht, der die Schleife oder Schleifen verläßt, hergestellt, so daß die oder jede Schleifen die gesamte Sekundärwicklung oder einen Teil derselben bildet Wenn Wechselstrom durch die Primärwicklung fließt, wird in der oder jeder Schleife ein zirkulierender elektrischer Strom induziert, der um die oder jede Schleife herum fließt und den sich kontinuierlich bewegenden Draht erhitzt

Zum kontinuierlichen Glühen von Draht durch induktive Erhitzung sind bereits viele Techniken vorgeschlagen worden, um die elektrische Kurzschlußverbindung zwischen dem Draht der in die Schleife oder Schleifen eintritt und dem Draht der die Schleife oder Schleifen verläßt zu bewirken. Bei einer bekannten Technik, wie in der GB-PS 7 56 565 und GB-PS 12 38 367 beschrieben, ist eine oder sind mehrere Rollen, über denen die oder jede Schleife gebildet wird, aus elektrisch leitenden- Material hergestellt und bildet bzw. bilden die erforderliche Kurzschlußverbindung. Diese Technik hat den schwerwiegenden Nachteil, daß ein Funkenüberschlag zwischen dem Draht und der Rolle und/oder zwischen Teilstücken des Drahtes selbst auftritt. Dadurch werden Erosionen der Drahtoberfläche hervorgerufen, was in hohem Maße unerwünscht ist, wenn der Draht direkt zu einem Kreuzkopf-Extruder läuft, da der Draht mit funkenerodierter Oberfläche im Kreuzkopf klemmen und somit abreißen kann. Dieser Funkenüberschlag verursacht auch eine Abnutzung und ein Anfressen der Rolle.

Bei einer weiteren bekannten Technik, z. B. gemäß der US-PS 24 59 507, läßt man Drahtlängen, die an einer der Rollen in die Schleife einlaufen und diese verlassen, längsseits zueinander und aneinanderliegend über einen Teil der Peripherie der Rolle laufen, so daß eine elektrische Kurzschlußverbindung durch Reibkontakt zwischen den Drahtlängen hergestellt wird. Dabei können die Drahtlängen nebeneinander oder auch übereinander laufen. In all diesen Fällen hat sich herausgestellt, daß ein solcher Reibkontakt zwischen den Drähten den schwerwiegenden Nachteil hat, daß eine Beschädigung der Drahtoberfläche sowohl durch Funkenerosion als auch durch Abrieb an den Reibungsflächen hervorgerufen wird. Dieser ernste Nachteil besteht ungeachtet dessen, wie die Drahtlängen in reibendem Draht-Draht-Kontakt gehalten werden.

Außerdem hat diese Verfahrensweise den zusätzlichen Nachteil, daß, da die Drahtlängen längsseits nebeneinander oder übereinander auf einem gekrümmten Teilstück der Peripherie der Rolle liegen, zu jeder Zeit die Schleifenlänge sich zwischen den Grenzen ändern kann, die durch die Enden dieses gekrümmten Teilstücks festgelegt sind, und zwar präzise abhängig davon, an welchem Teil oder an welchen Teilen des gekrümmten Teilstücks der elektrische Kontakt bewirkt wird. Dieser letztere Nachteil ist sehr schwerwiegend, weil die Steuerung der Erhitzungsenergie und daher die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des Glühens direkt abhängig sind von der Schleifenlänge.

Ein wesentlicher Nachteil des Abriebs des Drahtes ergibt sich auch bei einer dritten Verfahrensweise zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung, bei der ein ortsfester elektrisch leitender Körper gegen den laufenden Draht gedrückt wird, um die Schleife zu vervollständigen. Der Abrieb des Drahtes durch Reibkontakt mit einem ortsfesten elektrisch leitenden Körper führt zu einem Draht mit einer Oberfläche, die ihn für das direkte Einführen in einen Kreuzkopf-Extruder, wie vorher beschrieben, ungeeignet macht Wenn sich außerdem der ortsfeste elektrisch leitende Körper

über eine Länge des Drahtes erstreckt, so kann sich die präzise Lage des elektrischen Kontaktes und damit die Länge der Schleife dauernd ändern.

Bei einer vierten Verfahrensweise zur Herstellung der elektrischen Kurzschlußverbindung werden die Teilstücke des Drahtes, der in die Schleife oder Schleifen einläuft und diese verläßt, dauernd in elektrischem Kontakt dadurch gehalten, dab Drahtiängen in Form einer Schlinge gegeneinander verdreht geführt werten, wobei diese Schlinge an einer im wesentlichen konstanten Stelle verbleibt, während die Teilstücke des Drahtes hindurchlaufen. Weil hier wiederum Längen des Drahtes in kontinuierlichem Reibkontakt miteinander stehen, wird eine Beschädigung der Drahtoberfläche durch Abrieb an den Reibflächen und durch Funkenerosion hervorgerufen, und die Länge der Schleife kann nicht genau festgelegt wei den und kann sich dauernd ändern.

Die Nachteile, die sich aus der Anwtndung der vorgenannten Verfahrensweisen zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung der oder jeder Schleife ergeben, werden besonders dann deutlich, wenn der Draht aus Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis besteht und den üblichen nicht-leitenden Oxidfilm auf seiner Oberfläche trägt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für das kontinuierliche Erhitzen von Draht durch Induktion eine verbesserte Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung zwischen dem Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, und dem Draht, der die Schleife oder Schleifen verläßt, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird unter Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Anordnungen erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der die Schleife oder 3"> Schleifen verlassende Draht an einer durch Zugspannungsregelung räumlich konstant gehaltenen Stelle unter dem in die Schleife oder Schleifen einlaufenden Draht, diesen in ständigem elektrischem Kontakt kreuzend, hindurchgezogen ist. to

Da die Flächenbereiche der Teilstücke des sich vorwärtsbewegenden Drahtes, die an der Kreuzungssteüc in physikalischem Kontakt miteinander stehen, sehr gering ist, wird die nicht-leitende Schicht auf jedem Teilstück durch Druck und Reibung zerstört, und ⁴^ folglich wird ein inniger Kontakt zwischen sauberen Teilen der Oberflächen der Teilstücke des Drahtes erzielt. Als Folge davon tritt keine merkbare Funkenbildung zwischen den gekreuzten Teilstücken des sich vorwärtsbewegenden Drahtes auf, und es entsteht im >° wesentlichen keine Beschädigung der Drahtoberfläche durch Funkenerosion. Die Anordnung nach der Erfindung ist daher insbesondere für kontinuierliches Erhitzen von Draht aus Aluminium oder einer Legierung auf Aluminiumbasis geeignet. Zusätzlich dazu braucht, da die elektrische Kurzschlußverbindung an der Stelle gehalten wird, wo die gekreuzten Teilstücke des sich vorwärtsbewegenden Drahtes in kontinuierlichem physikalischem Kontakt miteinander stehen, die Rolle nicht aus elektrisch leitendem Material zu ^b0 bestehen, und um vorzugsweise jede Gefahr einer Funkenbildung zwischen dem Draht und dieser Rolle zu beseitigen, wird die Rolle aus elektrisch isolierendem Material hergestellt.

Da überdies die räumliche Lage der Kreuzungsstelle ⁽'⁵ im wesentlichen konstant ist, so ist auch die Länge des Drahtes, der die Schleife oder Schleifen bildet, im wesentlichen ebenfalls konstant. ■ Vorzugsweise wird die Zugspannung in dem Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt kontinuierlich durch eine entsprechende Zugspannungsregelvorrichtung geregelt, die sich in Laufrichtung vor den Rollen befindet, um die die Schleife oder Schleifen des Drahtes gebildet wird oder werden, und die Zugspannung in dem die Schleife oder Schleifen verlassenden Draht wird kontinuierlich durch entsprechende Einstellung einer Antriebseinrichtung geregelt, die den Draht durch die Heizvorrichtung hindurchzieht Die Zugspannung, auf welcher der sich vorwärtsbewegende Draht der in die Schleife oder Schleifen eintritt und diese verläßt gehalten wird, damit die gekreuzten Teilstücke des sich vorwärtsbewegenden Drahtes in kontinuierlichem physikalischem Kontakt mit dem erforderlichen Berührungsdruck stehen und damit die räumliche Lage der Kreuzungsstelle im wesentlichen konstant gehalten wird, ist abhängig von der geradlinigen Geschwindigkeit des sich bewegenden Drahtes und der Temperatur, auf die der Draht erhitzt werden soll.

Wenn die gradlinige Geschwindigkeit des zu bewegenden Drahtes hoch ist, z. B. über 1200 m/min, dann wird vorzugsweise mindestens die eine der Rollen, um die die Schleife oder Schleifen gebildet wird oder werden, durch eine Antriebseinrichtung angetrieben, die von der Einrichtung unabhängig ist, welche den Draht durch die Heizvorrichtung hindurchzieht, mit dem Ziel, die Zugspannung in dem Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, von der Zugspannung in dem Draht, der die Schleife oder Schleifen verläßt, zu trennen. Welche dieser Rollen angetrieben wird, hängt weitgehend von dem Material des Drahtes und der Temperatur ab, auf die er erhitzt werden soll. Wenn der Draht auf eine Temperatur erhitzt werden muß, die hoch genug liegt, damit der Draht kontinuierlich geglüht wird, und der Draht, der um die Schleife oder Schleifen herumläuft, wesentlich weicher ist als der Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, dann wird es vorgezogen, durch diese unabhängige Antriebseinrichtung diejenige der Rollen anzutreiben, an der ein Teilstück des sich bewegenden Drahtes, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, und ein Teilstück des sich bewegenden Drahtes, der die Schleife oder Schleifen verläßt, sich kreuzen, wodurch sichergestellt wird, daß die Zugspannung in dem um die Schleife oder Schleifen herumlaufenden Drahtes wesentlich geringer ist als die Zugspannung in dem Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, und somit die Gefahr eines Drahtbruchs bei hohen gradlinigen Geschwindigkeiten wesentlich vermindert wird. Wenn vor einem Drahtbeschichtungsverfahren der Draht auf eine Temperatur vorgeheizt wird, die wesentlich geringer ist als die Glühoder Anlaßtemperatur, und der Draht, der in die Schleife oder Schleifen eintritt, sowie der Draht, der um die Schleife oder Schleifen herumläuft, im wesentlichen die gleichen mechanischen Eigenschaften haben, so wird es vorgezogen, durch diese unabhängige Antriebseinrichtung diejenige Rolle anzutreiben, die von der Rolle entfernt liegt, an welcher die Teilstücke des in die Schleife oder Schleifen eintretenden und diese verlassenden Drahtes sich kreuzen, wodurch sichergestellt wird, daß die Zugspannung in dem von dieser angetriebenen Rolle ablaufenden Draht wesentlich geringer ist als die Zugspannung in dem zu dieser getriebenen Rolle hinlaufenden Draht und die räumliche Lage der Kreuzungsstelle im wesentlichen konstant gehalten wird.

Wenn ein Abkühlen des erhitzten Drahtes dadurch

hervorgerufen werden soll, daß man den sich bewegenden Draht durch eine Abschreckeinrichtung hindurchführt, in der kaltes Wasser auf den sich bewegenden Draht gerichtet wird, dann wird vorzugsweise mindestens die eine Rolle, die den Draht durch die ϊ Abschreckvorrichtung hindurchführt, durch die Einrichtung angetrieben, die unabhängig ist von der Einrichtung, welche den Draht um die Rollen herumzieht, und zwar zu dem Zweck, den durch das Wasser aus der Abschreckvorrichtung hervorgerufenen Widerstand zu ι ο überwinden.

Die Teilstücke des sich vorwärtsbewegenden Drahtes können sich in jedem beliebigen Winkel kreuzen, und zwar unter Berücksichtigung des verfügbaren Raumes und der Konstruktion des verwendeten Geräts, wobei π der minimale Zwischenflächenkontakt dann erzielt wird, wenn sich die Drahtteilstücke bei etwa 90° kreuzen. Es wird vorgezogen, die Anordnung so zu treffen, daß die Teilstücke des sich vorwärtsbewegenden Drahtes die Stelle, an der sie sich kreuzen, in einem Winkel verlassen, der im Bereich zwischen 15 und 50° liegt.

Beim Laufen zu den Rollen hin oder von diesen weg, die auf gegenüberliegenden Seiten des Transformatorkerns einer induktiven Heizvorrichtung angeordnet sind, ist es üblich, den sich vorwärtsbewegenden Draht r, über Führungsrollen zu leiten, die zur Überwindung eines übermäßigen Widerstandes am Draht synchron entweder direkt oder über entsprechende Drehmomentkupplungen angetrieben werden. Es hat sich gezeigt, daß die Verwendung von angetriebenen jo Führungsrollen zu einem turbulenten Verhalten des Drahtes führen kann, gefolgt von einem Sruch, wenn die Umfangsgeschwindigkeiten der Rollen nicht übereinstimmen — was bei einer abgenutzten Rolle der Fall ist — oder wenn die Drehmomentkupplungen nicht präzise J5 eingestellt sind. Dementsprechend wird es vorgezogen, den sich bewegenden Draht zu der Schleife oder den Schleifen hin und von dieser bzw. diesen weg mittels frei drehbarer Rollen zu führen, die sich unabhängig voneinander drehen und sich daher selbsttätig auf die Istgeschwindigkeit des sich bewegenden Drahtes einstellen.

Die Erfindung umfaßt auch eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Erhitzen von Draht durch das vorbeschriebene Verfahren unter Verwendung der verbesserten Technik zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung zwischen dem in die Schleife oder Schleifen eintretenden und diese verlassenden Draht, wie eben beschrieben.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Draht, der durch das vorgenannte Verfahren erhitzi worden ist und bei dem die vorgenannte verbesserte Technik zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung zur Anwendung gebracht wird.

Das verbesserte Verfahren sowie die Vorrichtung für das kontinuierliche Erhitzen von Draht durch Induktion ist insbesondere für die Verwendung nach einem Drahtziehverfahren und in Laufrichtung hinter einer Drahtziehvorrichtung und/oder für die Fließbandfertigung in Förderrichtung vor einer Strangpreßmaschine oder einem anderen Drahtbeschichtungsverfahren oder -gerät geeignet

Die Erfindung wird weiter veranschaulicht durch eine beispielsweise Beschreibung des bevorzugten Verfahrens und der bevorzugten Vorrichtung zum kontinuierli- &⁵ chen Glühen bzw. Anlassen von Aluminiumdraht, der mit einer Lineargeschwindigkeit bis 2000 m/min läuft, und zwar mit Bezug auf die Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung und

F i g. 2 eine Teilansicht der Vorrichtung in größerem Maßstab, und zwar die gekreuzten Teilstücke des sich bewegenden Drahtes.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist drei Führungsrollen 1, 2 und 3, zwei Rollen 4 und 5, die auf gegenüberliegenden Seiten eines Transformatorkerns 6 angeordnet sind, Führungsrollen 7 und 8, eine Führungsrolle 10, die am Fuße einer Abschreckvorrichtung 9 angeordnet ist, sowie eine weitere Führungsrolle 11 auf. Die Führungsrollen 1, 2, 3, 7, 8 und 11 und die Rolle 5 sind jeweils frei drehbar gelagert. Jede der Rollen 4 und 10 hat einen zugeordneten, unabhängig gesteuerten Antriebsmotor (nicht dargestellt), wobei die Drehung der Rolle 4 motorunterstützt ist, wenn der Draht mit einer Geschwindigkeit von mehr als etwa 1500 m/min laufen soll, und wobei die Drehung der Rolle 10 kontinuierlich motorunterstützt ist, um den durch das Wasser von der Abschreckvorrichtung 9 verursachten Widerstand zu kompensieren.

Bei Gebrauch läuft ein Draht W, der von einer Drahtziehmaschine (nicht dargestellt) herkommt, durch eine Zugspannungsregelvorrichtung (nicht dargestellt) über die Rollen 1, 2 und 3 auf die Rolle 4 und von der Rolle 4 nach der Rolle 5 und von der Rolle 5 zurück zur Rolle 4, um eine Schleife L zu bilden. Sobald er um den oberen Teil der Rolle 4 läuft und nach der Rolle 7 läuft, läuft das heiße weiche Teilstück des sich bewegenden Drahtes kreuzweise unter dem kalten steifen Teilstück des sich bewegenden Drahtes (F i g. 2) hindurch, wobei die Zugspannung in dem sich bewegenden Draht, der mittels einer nicht dargestellten Einrichtung durch die Glüh- bzw. Anlaßvorrichtung hindurchgezogen wird, ausreicht, um die gekreuzten Teilstücke des Drahtes in kontinuierlichem physikalischem Kontakt und die räumliche Lage der Kreuzungsstelle im wesentlichen konstant zu halten. Die Schleife L bildet die Sekundärwicklung des Transformatorkerns 6. Hinter den Führungsrollen 7 und 8 läuft der heiße Draht W durch den ersten Teil der Abschreckvorrichtung 9 hindurch, um die motorunterstützte Rolle 10 und durch den zweiten Teil der Abschreckvorrichtung auf die Führungsrolle 11, von wo er zu einer Oberflächen-Glättmatrize (nicht dargestellt) und von dort zu einer Kunststoff-Strangpreßmaschine (nicht dargestellt) läuft

Wird die Vorrichtung beispielsweise beim Glühen eines Aluminiumdrahtes mit einem Durchmesser im Bereich vors 0,3 bis 1,0mm verwendet und läuft der Draht mit einer Lineargeschwindigkeit von bis zu 2000 m/min, dann wird die Zugspannung in dem Draht der in die Schleife L eintritt, im Bereich von 1 N bis 10 N gehalten, während die Zugspannung des die Schleife L verlassenden Drahtes im Bereich von 2 N bis 15 N gehalten wird.

Das Verfahren des kontinuierlichen Erhitzens von Draht durch Induktion, wie im vorhergehenden beschrieben, bei welchem die vorbeschriebene verbesserte Technik der Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung angewandt wird, erbringt den zusätzlichen wichtigen Vorteil, daß im Vergleich zu den oben erwähnten bekannten Verfahren zum kontinuierlichen Erhitzen von Draht durch Induktion die benötigte elektrische Energie wesentlich geringer ist

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Herstellung einer elektrischen Kurzschlußverbindung beim kontinuierlichen induktiven Erhitzen von Draht zwischen dem in eine oder mehrere um Rollen oder Trommeln gelegte Schleifen einlaufenden Draht und dem diese Schleife oder Schleifen verlassenden Draht, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schleife oder Schleifen (L) verlassende Draht (W) zn einer durch Zugspannungsregelung räumlich konstant gehaltenen Stelle unter dem in die Schleife oder Schleifen (L) einlaufenden Draht (W), diesen in ständigem elektrischem Kontakt kreuzend, hindurchgezogen ist 'S

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur kontinuierlichen Regelung der Zugspannung in dem in die Schleife oder Schleifen einlaufenden Draht eine Zugspannungsregelvorrichtung in Laufrichtung vor den die Schleife oder Schleifen bildenden Rollen angeordnet ist, und daß zur Regelung der Zugspannung des die Schleife oder Schleifen verlassenden Drahtes eine Antriebseinrichtung, die den Draht um die Rollen herumzieht, vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die eine der Rollen, um welche die Schleife oder Schleifen gebildet ist bzw. sind, durch eine Antriebseinrichtung angetrieben ist, die unabhängig ist von der Einrichtung, die den Draht um die Rollen herumzieht.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die unabhängige Antriebseinrichtung angetriebene Rolle (4) diejenige ist, in deren Nähe sich die Kreuzungsstelle des Drahtes (»^befindet.

5. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die unabhängige Antriebseinrichtung angetriebene Rolle (5) diejenige ist, die von der Rolle (4) entfernt gelegen ist, an welcher sich die Kreuzungsstelle des Drahtes (W) befindet.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bewegende Draht (W) die Kreuzungsstelle in einem Winkel zwischen 15 und 50° verläßt.