EP0626220A1

EP0626220A1 - Drahtführungskörper für eine Drahtziehmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: EP0626220A1
Application number: EP94107915A
Authority: EP
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Vockentanz
Original assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenfabrik Niehoff GmbH and Co KG
Priority date: 1993-05-25
Filing date: 1994-05-22
Publication date: 1994-11-30
Also published as: DE4317363A1

Abstract

Ein Drahtführungskörper für eine Drahtziehmaschine, insbesondere eine Ziehscheibe oder eine Ziehwalze, ist im wesentlichen rotationssymmetrisch um eine Längsachse (22) gestaltet und um diese Achse drehbar. Der Drahtführungskörper (20) besteht aus einem Grundkörper (21), der aus einem kohlefaserverstärkten Kunststoff aufgebracht ist, und weist eine Beschichtung (25) aus einem verschleißfesten Material auf, die vorzugsweise eine Keramikschicht ist. Vorzugsweise ist zwischen dem Grundkörper und der Keramikbeschichtung eine dünne Schicht (24) aus einem Molybdän aufweisenden Material angeordnet. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drahtführungskörper für eine Drahtziehmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Bei einer Drahtziehmaschine werden eine ganze Reihe von fliegend gelagerten rotationssymmetrischen Drahtführungskörpern verwendet, über die der Draht umgelenkt wird oder mit deren Hilfe auf den Draht eine axiale Zugkraft aufgebracht wird, wie z.B.Ziehscheiben, Ziehwalzen, Ziehkonen und dergleichen. Ziehscheiben, Ziehwalzen und Ziehkonen werden nach den Ziehsteinen der Drahtziehmaschine angeordnet, um die axiale Zugspannung zu erzeugen, die erforderlich ist, um den Draht durch den Ziehstein zu ziehen. Dazu wird der Draht üblicherweise um die Ziehscheibe oder um den Ziehkonus herumgewickelt, damit die Reibung groß genug ist, um die erforderliche Axialkraft aufzubringen.
In den letzten Jahren haben sich zunehmend Mehrdraht-Ziehmaschinen durchgesetzt, bei denen eine Vielzahl von Drähten, beispielsweise sieben Drähte, parallel gezogen wird. Als Drahtführungskörper und insbesondere als Ziehscheiben bzw. Ziehwalzen werden bei diesen Mehrdrahtziehmaschinen Drahtführungskörper verwendet, die aus Aluminium oder Stahl bestehen und auf denen zur Verschleißminderung eine verschleißfeste Schicht, z.B. eine Keramikschicht, aufgebracht ist.
Um eine hohe Produktivität einer solchen Mehrdraht-Ziehmaschine zu erreichen, versuchen die Konstrukteure, die Produktionsgeschwindigkeit, das ist die Geschwindigkeit, mit der der Draht aus der Maschine ausläuft, so hoch wie möglich zu setzen. Eine hohe Produktionsgeschwindigkeit hat jedoch den Nachteil, daß die Belastung der Drahtführungskörper und insbesondere der Ziehwalzen stark zunimmt, so daß einerseits die Ziehwalzen groß und massiv gefertigt werden müssen und andererseits eine aufwendige Lagerung dieser größeren Ziehwalzen erforderlich ist.
Dieser vergrößerte Aufwand verteuert die Herstellung von Drahtziehmaschinen erheblich und führt zudem zu wesentlich größeren Abmessungen der Gesamtmaschine, so daß der Ersatz bestehender Maschinen durch solche neue Maschinen in vorhandenen Produktionsanlagen erschwert ist.
Weiterhin machen es diese Erfordernisse unmöglich, daß vorhandene Drahtziehmaschinen in ihrer Produktionsgeschwindigkeit gesteigert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Drahtführungskörper und insbesondere Ziehkonen, Ziehwalzen und Ziehscheiben für eine Drahtziehmaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, welche eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ohne aufwendige Gestaltung und ohne teure Umbaumaßnahmen bei vorhandenen Maschinen ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruches 11.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteranspruche.
Der erfindungsgemäße Drahtführungskörper weist einen Grundkörper auf, der aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht. Auf diesen Grundkörper ist eine verschleißfeste Schicht aufgebracht.
Dieser erfindungsgemäße Drahtführungskörper hat ein deutlich geringeres Gewicht als ein Drahtführungskörper, der in herkömmlicher Weise einen Grundkörper aus Stahl bzw. einen Grundkörper aus Aluminium aufweist.
Wird ein solcher Drahtführungskörper anstelle eines Drahtführungskörpers mit einem Grundkörper aus Stahl eingesetzt, so ist die Durchbiegung, die der fliegend gelagerte Drahtführungskörper erfährt, wesentlich geringer, als wenn der Grundkörper aus Stahl besteht. Aufgrund des geringeren Eigengewichtes werden weiterhin die durch die Durchbiegung entstehenden dynamischen Kräfte, insbesondere also die dadurch entstehende Unwucht, wesentlich reduziert. Deshalb kann, bei sonst gleichen Abmessungen und sonst gleicher Lagerbelastung, die Drehzahl der Drahtführungskörper erhöht werden. Deshalb ist es möglich, die Produktionsgeschwindigkeit der Anlage insgesamt zu erhöhen.
Versuche haben gezeigt, daß durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Drahtführungskörper bei einer Drahtziehmaschine herkömmlicher Bauart, die für eine Produktionsgeschwindigkeit von ca. 30 m pro Sekunde ausgelegt ist, die Produktionsgeschwindigkeit auf 40 m pro Sekunde erhöht werden kann. Dies bedeutet eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit und damit auch eine Erhöhung der pro Zeiteinheit herzustellenden Drahtmenge um 33%.
Vorzugsweise wird zwischen der verschleißmindernden Schicht, die vorzugsweise eine Keramikschicht ist, und dem CFK-Material eine weitere aus Metall bestehende Schicht angeordnet. Diese Schicht, die eine Dicke im Bereich von 0,2 bis 1 mm aufweisen kann, hat den Vorteil, daß die von den Drähten herrührenden Flächenpressungen besser auf das CFK-Material aufgebracht und dort verteilt werden können. Weiterhin hat diese Schicht den Vorteil, daß die Verbindung zwischen dem Keramikmaterial und dem CFK-Material dadurch verbessert wird.
Als Kunststoff für die Herstellung des kohlefaserverstärkten Kunststoffes wird vorzugsweise ein Phenolharz oder ein Epoxidharz verwendet.
Die Zwischenschicht aus Metall besteht vorzugsweise aus Molybdän oder aus einer Legierung, die Molybdän enthält.
Wird eine Keramikschicht als verschleißfeste Schicht verwendet, besteht diese vorzugsweise aus Chromoxid und weist vorzugsweise eine Schichtstärke zwischen 0,1 und 0,6, besonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4, besonders bevorzugt zwischen 0,25 und 0,3 mm auf.
Wie ausgeführt, sind die in einer Drahtziehmaschine angeordneten Drahtführungskörper üblicherweise fliegend gelagert.
Insbesondere für die Gestaltung von Ziehwalzen schlägt die Erfindung vor, einen Mehr-Materialverbundkörper zu verwenden, bei dem ein Grundkörper aus CFK verwendet wird, der mit einem zur Lagerung dienenden flanschartigen Teil aus Stahl verbunden ist. Auf diese CFK-Schicht sind, wie beschrieben, eine Molybdän aufweisende Metallschicht von 0,5 mm und eine Chromoxidschicht von ca. 0,3 mm aufgebracht. Die Verbindung zwischen dem CFK-Material und dem Stahlflansch erfolgt vorzugsweise durch Kleben.
Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß an der Stelle, an der die Unwucht durch den kurzen Hebelarm keine wesentliche Rolle spielt, der billige und einfach zu verwendende Stahl eingesetzt wird. Der CFK-Rohling, aus dem der Grundkörper gefertigt wird, braucht dann weiterhin nur einen Außendurchmesser aufzuweisen, der dem maximalen Außendurchmesser der Ziehwalze entspricht, und nicht dem maximalen Außendurchmesser des Flansches.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: eine Schemadarstellung einer Mehrdraht-Ziehmaschine in der Aufsicht;
Fig. 2: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drahtführungskörpers; und
Fig. 3: der Drahtführungskörper gemäß Fig. 2 im montierten Zustand.

Fig. 1 zeigt eine Mehrfach-Drahtziehmaschine für 14 Drähte, d.h. je 7 Drähte nebeneinander in 2 Etagen, die parallel zueinander angeordnet über 23 Züge gezogen werden, bei denen der Draht jeweils um ca. 26% verlängert wird.
Die Fig. 1 zeigt das Hauptgestell 1 einer solchen Vorrichtung, welche einen ersten Antriebsmotor 2 und einen zweiten Antriebsmotor 3 aufweist. Die Ausgangsdrehzahl der Antriebsmotoren 2 und 3 werden über ein Riemengetriebe 4 bzw. 5 auf eine Vielzahl von Zahnrädern übertragen. Die Zahnräder sind jeweils auf einer schematisch angedeuteten Welle 8 befestigt, auf der, wie in zwei Beispielen mit den Bezugszeichen 9 und 10 bezeichnet, Ziehwalzen angeordnet sind. Zwischen diesen Ziehwalzen befinden sich jeweils die (nicht dargestellten) Ziehsteine. Die 14 parallelen Drähte sind jeweils einmal oder mehrfach um jede Ziehwalze geschlungen.
In Betrieb verläßt der fertiggestellte Draht, beim Ausführungsbeispiel ein Kupferdraht, in Richtung des Pfeiles 12 die Maschine, wo er mit, bei Verwendung herkömmlicher Ziehwalzen, einer Geschwindigkeit von ca. 30 m/s austritt.
Fig. 2 zeigt die Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drahtführungskörpers. Dieser Drahtführungskörper ist eine Ziehwalze, welche beim Ausführungsbeispiel einen größten Durchmesser von ca. 85 mm aufweist.
Die insgesamt mit 20 bezeichnete Ziehwalze besteht aus einem Grundkörper 21, der aus einem kohlenfaserverstärkten Kunststoff, in diesem Fall einem Epoxidharz, hergestellt ist. Die Kohlefasern bilden in etwa eine Wicklung, die in einem Winkel zur Drehachse 22 des im wesentlichen zylindrischen Körpers gewickelt ist. Der Grundkörper ist im Innendurchmesser an einer Schulter 23 zylindrisch erweitert.
Auf diesem Grundkörper ist eine 0,5 mm dicke Molybdän enthaltende Metallschicht 24 aufgebracht, und zwar durch Aufdampfen oder durch ein Sputter-Verfahren. Auf diese Schicht ist eine Keramikschicht 25 aus Chromoxid aufgebracht. Der Grundkörper 21 weist einzelne stegartige radiale Erhöhungen 26 auf, die die einzelnen Drähte seitlich führen.
Im (in der Fig. 2) linken Bereich des zylindrischen Grundkörpers weist dieser einen axialen ringförmigen Vorsprung 27 auf, der in eine entsprechend gestaltete ringförmige Vertiefung 29 eines Flanschteiles 30 eingreift.
Dieses im wesentlichen scheibenförmige Flanschteil 30 besteht aus Stahl und ist mit einem ringförmigen axialen Absatz 31 versehen.
Im Grundkörper ist weiterhin eine parallel zur Achse 22 verlaufende Nut 33 vorgesehen, welche zur Aufnahme einer Paßfeder dient.
Die in Fig. 2 dargestellte Ziehwalze wird, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, mit der Ziehmaschine verbunden.
Am Gestell 1 der Drahtziehmaschine ist eine aus Stahl bestehende Welle 8 angeordnet, wie dies zuvor erläutert ist, die drehfest mit einem der Zahnräder 7 verbunden ist. Die Welle 8 ist in zwei Kugellagern gelagert, von denen in der Fig. 3 der Übersichtlichkeit halber aber nur das vordere Kugellager 40 gezeigt ist. Eine insgesamt mit 42 bezeichnete Dichtanordnung dichtet das Innere der Drahtziehmaschine gegenüber dem äußeren Drahtziehbereich ab.
In der Stahlwelle 8 ist eine (in der Figur durch die Paßfeder 44 verdeckte Längs-Gewindebohrung vorgesehen, in die eine Schraube 45 eingeschraubt ist.
Mit der Schraube 45 wird eine Scheibe 47 gegen eine Schulter 23 des Grundkörpers der Ziehwalze gedrückt. Dadurch wird die Ziehwalze und der Flansch 30 gegen die Dichtanordnung 42, die mit der Welle rotiert, gepreßt.
Die erfindungsgemäße Gestaltung hat für den Betrieb der Drahtziehmaschine wesentliche Vorteile:
Während die Dichte von Stahl 7850 kg/m³ und die von Aluminium 2700 kg/m³ beträgt, ist die Dichte des kohlefaserverstärkten Kunststoffes nur 1550 kg/m³. Dadurch wird das Gewicht des Grundkörpers der Ziehwalze drastisch reduziert. Aufgrund der hohen Festigkeit des CFK-Materials ist es möglich, wie aus Fig. 2 ersichtlich, nur einen relativ kurzen vorderen Bereich bis zur Schulter 23 mit einer Stahlwelle abzustützen. Der über die Stahlwelle hinausragende Teil der Ziehwalze ist einerseits festigkeitsmäßig so beschaffen, daß durch die Drahtspannung nur eine verhältnismäßig geringe Verformung der Walze aus ihrer idealen zylindrischen Form erfolgt. Aufgrund der geringen Dichte des kohlefaserverstärkten Materials führt diese Verformung auch nur zu einer geringen Unwucht. Damit ist es möglich, die Ziehwalzen mit einer höheren Geschwindigkeit zu betreiben. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist es möglich, statt der bisherigen 30 m/s durch diese Gestaltung eine Auslaufgeschwindigkeit von 40 m/s zu erreichen.
Der erfindungsgemäße Drahtführungskörper läßt sich auf kostengünstige Weise durch folgendes Verfahren herstellen:
Zunächst wird ein rohrförmiger Körper aus kohlefaserverstärktem Kunststoff gefertigt, dessen Außendurchmesser gleich oder geringfügig größer ist als der Außendurchmesser der stegartigen Erhebungen 25, welche die einzelnen Drahtbereiche voneinander trennen. Der Innendurchmesser des rohrförmigen Rohlings entspricht dem Innendurchmesser oder ist geringfügig kleiner als der Innerdurchmesser im (in Fig. 2) linken Bereich der Ziehwalze zur Aufnahme der Stahlwelle.
Aus diesem Rohling wird der Grundkörper durch eine Drehbearbeitung hergestellt. Anschließend wird der Grundkörper im Kontaktbereich 28, in dem der Grundkörper an den Flanschteil 29 stößt, mit diesem verklebt.
Im Anschluß daran wird auf den Grundkörper eine 0,5 mm dicke Molybdänschicht aufgebracht, auf der dann anschließend die Keramikschicht angeordnet wird.
Durch dieses Verfahren ist es möglich, die Ziehwalze auf einfache Weise und kostengünstig zu fertigen.
In gleicher Weise können außer Ziehwalzen auch Ziehscheiben, Ziehkonen, Abhebewalzen und Abheberollen für Ziehmaschinen hergestellt werden.

Claims

Drahtführungskörper, welcher im wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Längsachse (22) gestaltet und um diese Achse drehbar ist, und welcher einen Grundkörper (21) aufweist, welcher zumindest teilweise mit einer verschleißfesten Beschichtung (25) versehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Grundkörper aus einem kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.
Drahtführungskörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem aus dem kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehenden Grundkörper und der verschleißfesten Beschichtung eine Metallschicht angeordnet ist.
Drahtführungskörper gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht Molybdän enthält.
Drahtführungskörper gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht zwischen 0,1 und 1, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,75 mm dick ist.
Drahtführungskörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Beschichtung zwischen 0,1 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,4 mm dick ist.
Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Beschichtung eine Keramikschicht ist.
Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikschicht aus Chromoxid besteht.
Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtführungskörper eine im wesentlichen zylindrische Bohrung aufweist, welche konzentrisch zur Drehachse angeordnet ist und welche mit einer Schulter versehen ist, um den Drahtführungskörper zur fliegenden Lagerung an einer Drahtziehmaschine zu befestigen.
Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drahtführungskörper ein flanschartiges Teil aufweist, welches im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zu dieser Drehachse an einer der Stirnseiten des Grundkörpers angeordnet ist, wobei dieses flanschartige Teil aus einem Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.
Drahtführungskörper gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieses flanschartige Teil und der Grundkörper miteinander verklebt sind.
Verfahren zur Herstellung eines Drahtführungskörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellung eines rohrförmigen Rohlings aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, in dem eine Kohlefaser aufweisende Folie zu einem Rohr gewickelt und mit Kunststoff getränkt wird, der dann aushärtet,
Bearbeiten dieses rohrförmigen Rohlings, vorzugsweise auf einer Drehmaschine, um einen Grundkörper zu fertigen, der im wesentlichen die Abmessungen des Drahtführungskörpers aufweist;
gegebenenfalls Aufbringen einer metallischen Zwischenschicht aus einer Molybdänlegierung oder Molybdän,
gegebenenfalls Verbinden des Grundkörpers mit einem flanschartigen Teil durch Kleben,
Aufbringen einer verschleißfesten Beschichtung, vorzugsweise einer Keramikschicht.
Verwendung eines Drahtführungskörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Führung von Draht und/oder zum Aufbringen von einer axialen Belastung auf einen Draht in einer Drahtziehmaschine.
Verwendung eines Drahtführungskörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Führung von Draht und/oder zum Aufbringen von einer axialen Belastung auf einen Draht in einer Drahtziehmaschine zur Herstellung von Kupfer enthaltendem Draht.