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Die Erfindung betrifft eine Vielfachdrahtziehmaschine vom
Direktzugtyp.
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Es sind Vielfachdrahtziehmaschinen bekannt (z. B.
DE-C-717 253), bei denen der zu ziehende Draht durch
aufeinanderfolgende Ziehdüsen mit abnehmenden Querschnitten
gezogen wird. Um einen effizienten Betrieb der Maschinen zu
ermöglichen, muß das Verhältnis zwischen dem Querschnitt und
der Drahtgeschwindigkeit eine Konstante sein, um den Draht
nicht einer Spannung auszusetzen, die ihn zum Reißen bringen
würde.
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Infolgedessen wird der Drahtabschnitt zwischen zwei
Ziehdüsen im allgemeinen um Rollen gewickelt, die von
Elektromotoren gedreht werden, die drehzahlmäßig exakt geregelt
werden, um auf diesen Drahtabschnitt das richtige Maß an
mechanischer Spannung aufzubringen.
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Um sicherzustellen, daß die Ziehbedingungen ohne
Unterbrechung aufrechterhalten werden, um dadurch ein
kontinuierliches Arbeiten auch dann zu ermöglichen, wenn der
Drahtquerschnitt sich aufgrund des Verschleißes des Ziehwerkzeugs
ändert, wurde vor einiger Zeit vorgeschlagen, Sensoren, die
allgemein als Tasterstifte bekannt sind, in die
Drahtabschnitte zwischen den Ziehdüsen einzubauen, auf die die
Spannung des Drahts wirkt. Die Winkelbewegung dieser Taster
wird in elektrische Signale umgewandelt, die Einrichtungen
steuern, die die Drehzahl der Elektromotoren regeln.
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Wegen der Notwendigkeit einer präzisen Drehzahlregelung sind
die Elektromotoren Gleichstrom- oder Induktionsmotoren, die
von Frequenzumformern gespeist werden. Das verlangt aber
notwendigerweise die Verwendung einer komplexen Anordnung
mechanischer und elektronischer Teile, was in hohen
Fertigungskosten sowie der erhöhten Wahrscheinlichkeit von
Ausfällen und der Notwendigkeit für teure Wartungs- und
Reparaturarbeiten resultiert. Außerdem führt bei plötzlichen
Spannungsabfällen das momentane Ungleichgewicht der von den
verschiedenen Motoren aufgebrachten Zugspannung zum Reißen
des Drahts.
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Eine andere Art einer bekannten Drahtziehmaschine, die
normalerweise für Mittel- bis Grobdraht verwendet wird, weist
eine Regelungseinrichtung auf, die die von dem Draht
zwischen den aufeinanderfolgenden Gruppen von Motoren
übertragene Zugkraft nutzt. Bei diesem Beispiel werden die Motoren
zuerst eingestellt (von Hand oder mittels automatischer oder
halbautomatischer Einrichtungen), um ein Drehmoment zu
erzeugen, das geringfügig kleiner als das Drehmoment ist, das
zum Anfahren des Drahtziehvorgangs benötigt wird. Daraufhin
wird der letzte Motor der Drahtziehmaschine eingestellt, um
eine Zugkraft auf den Draht aufzubringen, die es dem
unmittelbar vorhergehenden Motor erlaubt, zu drehen und nun
seinerseits eine Zugkraft aufzubringen, die auf den
vorhergehenden Motor übertragen wird, und so weiter, bis die gesamte
Mehrfachdrahtziehmaschine in Gang gesetzt ist.
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Es ist offensichtlich, daß diese Art von Drahtziehmaschine
nur zum Ziehen von Drähten verwendet werden kann, die
ausreichend stark sind, um den in den Übergangsperioden
erzeugten Zugkräften standzuhalten, wobei plötzliche Erhöhungen
der Zugkraft zwischen den Rollen aufgrund der Trägheit der
mechanischen Elemente oder von verzögertem Ansprechen der
elektrischen Steuereinrichtungen auftreten.
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Drahtziehmaschinen vom akkumulativen bzw. Speichertyp sind
ebenfalls vorgeschlagen worden; sie weisen keine
Drehzahlregelungseinrichtungen auf, und die aus einer Ziehdüse
gezogene Menge ist größer als die aus der nachfolgenden
Ziehdüse gezogene Menge, um die Übertragung von schädlichen
Zugspannungen zwischen den verschiedenen Stufen der Maschine
zu verhindern. Der Draht zwischen den Ziehwerkzeugen wird
infolgedessen in speziellen Konstruktionen gespeichert, was
unvermeidlich zu Verdrehungen und Biegestellen im Draht
führt. Wenn der Draht von den Speicherkonstruktionen
abgezogen wird, kann er ferner einer zu großen und vollständig
unkontrollierten Zugspannung unterworfen werden. Alle diese
Spannungen sind äußerst schädlich, weil sie zu versteckten
Fehlern oder Mikrorissen in dem Material oder
schlimmstenfalls zum Reißen des Drahts an der Schweißstelle führen
können.
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Die Aufgabe der Erfindung ist die Beseitigung der
vorgenannten Probleme durch Bereitstellung einer
Vielstufen-Drahtziehmaschine mit einem speziellen System zur Steuerung der
Geschwindigkeit und der Spannung des zu ziehenden Drahts,
wobei diese Drahtziehmaschine sehr einfach und billig die
Geschwindigkeit automatisch einstellt, mit der der Draht
aufeinanderfolgende Stufen durchläuft.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch
Bereitstellung einer Drahtziehmaschine, die aus einer Mehrzahl
von in Kaskade angeordneten Stufen besteht, wobei jede Stufe
eine Ziehdüse aufweist, durch die der Draht, der teilweise
um eine motorgetriebene Spannrolle gewickelt ist, geleitet
wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannrolle kinematisch
mit einem Zahnrad verbunden ist, das mit einem Ritzel in
Eingriff ist, wobei das Ritzel von einer
Bewegungseinrichtung abgestützt ist, die ihm erlaubt, sich auf dem Außenrand
des Zahnrads abzuwälzen, und die eine erste Riemenscheibe
trägt, um die ein Abschnitt eines Riemens gewickelt ist, der
von einer zweiten motorgetriebenen Spreizscheibe getrieben
wird, deren Durchmesser sich nach Maßgabe der Spannung des
Riemens ändert, wobei die Bewegungseinrichtung Federelemente
aufweist, die die Tendenz haben, das Ritzel entlang dem
Außenrand des Zahnrads in der Richtung, in der es den Riemen
spannt, abzuwälzen.
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Die innovativen Prinzipien der Erfindung und ihre Vorteile
in bezug auf die bekannte Technik ergeben sich im einzelnen
aus der nachstehenden Beschreibung einer möglichen
beispielhaften Ausführungsform, die diese Prinzipien anwendet, unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen; die Zeichnungen
zeigen in:
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Fig. 1 eine schematische Teilvorderansicht einer
Mehrstufen-Drahtziehmaschine gemäß der Erfindung;
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Fig. 2 eine schematische Perspektivansicht eines
Antriebsmechanismus einer Stufe der Maschine von
Fig. 1.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besteht eine
Drahtziehmaschine, die insgesamt mit 10 bezeichnet ist, aus einer
Vielzahl von Stufen 11, die nacheinander angeordnet sind, um
einen Draht 14 zu ziehen. Jede Stufe 11 weist eine
Spannrolle 12 auf, um die der Draht gewickelt und dann durch eine
Ziehdüse 13 gezogen wird. Wie es bei
Mehrstufen-Drahtziehmaschinen üblich ist, nimmt der Durchmesser der Ziehdüsen
fortschreitend ab, um so den Draht allmählich auf den
gewünschten Durchmesser zu reduzieren.
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Fig. 2 zeigt schematisch einen kinematischen Mechanismus 15
zur Bewegungsübertragung zwischen einer Spannrolle und einem
Elektromotor 16. Dieser kinematische Mechanismus ist für
jede Stufe 11 im wesentlichen identisch und wird daher nur
unter Bezugnahme auf eine gattungsgemäße Stufe 11 mit
Spannrolle 12' und Ziehdüse 13' beschrieben.
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Wie Fig. 2 zeigt, ist auf die Welle des Motors 16 ein
bekannter Typ von Spreizscheibe 17 aufgekeilt, um die ein
Riemen 18 geführt ist, der eine normale Riemenscheibe 19
treibt. Die beiden seitlichen Schultern der Spreizscheibe 17
sind in einer im wesentlichen radialen Richtung geneigt und
von einer Feder aufeinander zu vorgespannt. Mit zunehmender
Spannung an dem Riemen preßt sich der letztere unter
Überwindung der Gegenkraft der Feder zwischen die seitlichen
Schultern der Scheibe und verlagert sich in Richtung zur
Achse, wodurch das Geschwindigkeitsverhältnis zwischen der
Spreizscheibe 17 und der Riemenscheibe 19 vergrößert wird.
Die Spreizscheibe ist dem Fachmann wohlbekannt und wird
daher nicht weiter gezeigt oder beschrieben.
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Die Riemenscheibe 19 ist koaxial und integral mit einem
Ritzel 20 verbunden, das mit einem Zahnrad 21 kämmt, das auf
eine Welle 22 gekeilt ist, mit der auch die Spannrolle 12'
integral verbunden ist. Die Riemenscheibe 19 und das Ritzel
20 sind von einem Hebel 23 drehbar gehaltert, der in einer
Zwischenposition von der Welle 22 frei koaxial abgestützt
ist und entgegengesetzt mit einer Federeinrichtung 24 wie
beispielsweise einer Druckluftfeder oder dergleichen
verbunden ist.
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Im statischen Zustand ist der Hebel 23 im wesentlichen auf
einer Seite von einer Kraft F aufgrund der Wirkung der
Federn der Spreizscheibe beaufschlagt, und auf der anderen
Seite ist er einer Gegenkraft P aufgrund der von der Feder
24 ausgeübten Zugkraft ausgesetzt. Der Hebel hat solche
Abmessungen, daß das durch die Kraft P bewirkte Moment des
Arms "l" vollständig oder teilweise das von dem Arm "b"
durch die Kraft F erzeugte Moment ausgleicht.
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Wenn der Draht 14 positioniert ist und der Motor 16
eingeschaltet wird, hat das Ritzel 20 aufgrund der von dem Motor
darauf übertragenen Drehbewegung die Tendenz, sich um den
Außenrand des Zahnrads 21 abzuwälzen, das von einem
Drehmoment gesteuert wird, das von dem Arm "r" der Spannrolle
12' durch die Kraft T erzeugt wird, wobei dies die Kraft
ist, die zum Ziehen, also zum Ziehen des Drahts 14 durch die
Ziehdüse 13', notwendig ist.
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Das Ritzel 20 wälzt sich anschließend um das Zahnrad 21
herum (im Uhrzeigersinn in Fig. 2) ab, und diese
Drehbewegung spannt den Riemen 18, der weiter in die Spreizscheibe
17 hineingedrückt wird, wodurch das Übersetzungsverhältnis
zwischen den beiden Scheiben 17, 19 vergrößert wird.
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Das führt zu einer Erhöhung des auf die Welle 22 der
Spannrolle 12' übertragenen Drehmoments.
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Wenn das von dem Motor 16 übertragene Drehmoment das
Drehmoment r x T (Arbeitsdrehmoment) überschreitet, beginnt das
Zahnrad 21 und mit ihm die Spannrolle 12' zu drehen. An
diesem Punkt erreicht der Hebel 23 allmählich einen
Gleichgewichtspunkt aufgrund der verschiedenen ihn
beaufschlagenden Drehmomente und hört auf, sich in einer Winkelrichtung
zu bewegen. Der Ziehstein 11 wird damit in Betrieb gesetzt,
um den Draht mit einer Kraft T und einer Geschwindigkeit V1
durch die Ziehdüse 13' zu ziehen.
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Nachdem der Draht die Ziehdüse durchlaufen hat und
einigemale um die Spannrolle 12' der betreffenden Stufe 11
gewickelt wurde, geht der Draht mit einer Geschwindigkeit V2
weiter zur nächsten Stufe. Es ist somit möglich, aufgrund
der Verhältnisse zwischen V1 und V2 verschiedene Bedingungen
zu erhalten.
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Bei V2=V1 tritt an der Spannrolle 12' kein Schlupf auf, und
die Arbeitsbedingungen sind ideal.
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Umgekehrt führt V2> V1 zu einem Zustand, der eine Justierung
verlangt, um ein Reißen des Drahts zu verhindern; die
Justierung wird bei der bekannten Technik mit Hilfe der
eingangs genannten Einrichtungen und mit den ebenfalls
genannten Nachteilen und Fehlern erhalten.
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Die höhere Geschwindigkeit in dem Drahtabschnitt, der von
der Spannrolle abgewickelt wird, führt zu einem Drehmoment
N x r, wobei N der Gegenzug ist, der an dem auslaufenden
Drahtabschnitt erzeugt wird. Der Wert des Gegenzugs N muß
offensichtlich unter der maximalen Zugspannung des gerade in
Arbeit befindlichen Materials gehalten werden.
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Bei der Maschine nach der Erfindung führt das Drehmoment
N x r zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit der
Spannrolle 12' und infolgedessen des Zahnrads 21. Das führt dazu,
daß sich das Ritzel 20 um das Zahnrad 21 in der Drehrichtung
des letzteren bewegt, um eine neue Gleichgewichtsposition zu
erreichen. Infolgedessen wird der Mittenabstand zwischen den
Scheiben 19 und 17 verringert, und der Riemen 18 wird in
Richtung zum Außenrand der Spreizscheibe 17 gedrückt. Die so
bewirkte Verringerung des Geschwindigkeitsverhältnisses
führt zu einer erhöhten Geschwindigkeit der Spannrolle 12'
unter Synchronisierung derselben mit der Geschwindigkeit V2,
so daß V1=V2 erhalten wird.
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Bei V2< V1 lockert sich der Draht auf der Spannrolle 12', was
in einem Schlupf des Drahts an der Oberfläche der Rolle
resultiert.
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In diesem Fall wird wiederum der oben im Fall von V2> V1
beschriebene Selbstjustierungsvorgang wirksam. Wenn die
mechanischen Elemente richtig dimensioniert sind, tritt dieser
Vorgang ein, bevor sich der Draht auf der Spannrolle in
solchem Maß gelockert hat, daß ein Schlupf des Drahts bewirkt
wird. Aufgrund der Erhöhung des Zugdrehmoments, das an dem
Zahnrad 21 erforderlich ist, und durch den verringerten
Gegenzug N wird das Ritzel 20 veranlaßt, um den Rand des
Zahnrads 21 entgegengesetzt zu dessen Drehrichtung zu drehen, um
eine neue Gleichgewichtsposition zu erreichen. Der
vergrößerte Mittenabstand zwischen den Scheiben 17 und 19 bewirkt,
daß der Riemen weiter zwischen die Schultern der
Spreizscheibe 17 gepreßt wird, was zu einer Vergrößerung des
Geschwindigkeitsverhältnisses und einer entsprechenden Abnahme
der Geschwindigkeit der Spannrolle führt, die wiederum mit
der Geschwindigkeit V2 synchronisiert wird.
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Insgesamt gesehen ist die Drehgeschwindigkeit der Spannrolle
eine Funktion des Arbeitsdrehmoments, das gegeben ist durch
den Arbeitszug des durch die Ziehdüse 13' laufenden Drahts
von dem Arm r, modifiziert durch den Gegenzug N ebenfalls
von dem Arm r. Mathematisch ist das Gleichgewicht der
resultierenden Drehmomente im System, um den Hebel 23 stationär
zu halten, wie folgt:
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(F x b) - (P x l) = ((T - N) x r).
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Es ist daher ersichtlich, daß es durch geeignete Definition
der mechanischen Dimensionen der Elemente des Mechanismus 15
und anschließendes Justieren der Kraft P der Feder 24
möglich ist, den N-Wert so zu steuern, daß er in einem Bereich
gehalten wird, der niedriger als der Wert der maximalen
Zugfestigkeit des Drahts ist.
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An dieser Stelle ist der Kaskadenbetrieb der Stufen 11, die
jeweils mit der selbstjustierenden Vorrichtung 15 versehen
sind, für den Fachmann klar.
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Sämtliche Stufen der Drahtziehmaschine tendieren dazu, mit
der von der anschließenden Stufe vorgegebenen
Drahtgeschwindigkeit synchronisiert zu bleiben. Infolgedessen wirkt die
letzte Stufe als Treiberstufe und gibt die
Drahtgeschwindigkeiten in den verschiedenen Drahtziehstufen vor, die sich
nacheinander automatisch selbst justieren.
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Es ist somit ersichtlich, daß die Motoren keine
komplizierten elektronischen Drehzahlregelungseinrichtungen oder
Sensoren zum Fühlen der Drahtspannung in den verschiedenen
Stufen benötigen. Infolgedessen kann die Ausführungsform
einer Vielstufen-Drahtziehmaschine erhalten werden, indem
einfach die verschiedenen Stufen in Kaskade angeordnet
werden, ohne daß zwischen ihnen andere elektrische
Verbindungen vorgesehen werden als diejenigen zur Stromzuführung
zu den Motoren, die von jedem möglichen Typ und also auch
normale billige Drehstrom-Induktionsmotoren sein können.
Außerdem sollte beachtet werden, daß beim Anfahren immer
dann, wenn das von dem Motor übertragene Drehmoment das
Arbeitsdrehmoment überschreitet, aufgrund der Drehbewegung
des Hebels das Zahnrad 21 sich allmählich zu drehen beginnt,
wodurch eine plötzliche und übermäßig hohe Zugspannung auf
den Draht verhindert wird.
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Die vorstehende Beschreibung einer Ausführungsform, die die
innovativen Prinzipien der Erfindung anwendet, dient
ersichtlich nur als Beispiel zur Veranschaulichung dieser
neuen Prinzipien und sollte daher nicht als Einschränkung
der Erfindung, wie sie hier beansprucht wird, verstanden
werden. Beispielsweise ist die Drahtziehmaschine unter
besonderer Berücksichtigung der hier beanspruchten neuen
Elemente beschrieben worden. Für den Fachmann ist
ersichtlich, daß die vorgenannte Maschine mit zahlreichen bekannten
Einrichtungen versehen sein kann, die üblicherweise bei
Drahtziehmaschinen verwendet werden und hier weder gezeigt
noch beschrieben sind, weil sie für den Fachmann leicht
vorstellbar sind. Beispielsweise können die Ziehsteine mit
weiteren Leitrollen entlang der Drahtlaufbahn sowie mit
Unterbrechungsfühlern zum automatischen Abschalten der
Motoren versehen sein. Außerdem könnte ein weiterer
bekannter Antrieb zwischen dem Zahnrad 21 und der Spannrolle
12' eingefügt sein. Der Hebel 23 kann eine andere als die
gezeigte Gestalt haben, wobei selbstverständlich die Stellen
und Richtungen der Kraftaufbringung gegenüber der Position
des vorher gewählten Drehpunkts verlagert werden.
Schließlich kann die Feder 24 von jedem bekannten Typ sein.
Beispielsweise könnte sie vorteilhaft eine Hydraulikdruckfeder
sein, bei der die aufgebrachte Kraft ohne weiteres mit Hilfe
eines bekannten externen Kreislaufs zur Druckfluidzuführung
einstellbar ist.