DE10215118C1 - Anordnung zum Kühlen wärmebehandelter Drähte - Google Patents

Abstract

Eine Anordnung zum Kühlen wärmebehandelter Drähte enthält mindestens eine im Gegenstrom arbeitende Kühldüse (20), die in einem ein Zentralteil (2) bildenden flachen Quader ebenso wie die zugehörigen Kühlmittelkanäle in Form von Durchbrechungen ausgebildet sind. Beiderseits angesetzte Seitenplatten schließen diese Durchbrechungen seitlich ab. Über Bohrungen in einer der Seitenplatten kann Kühlmittel in die Kanäle eingebracht und wiederabgeführt werden. Im Zentralteil kann zur Vorkühlung von Drähten mit noch flüssiger Beschichtung zusätzlich eine im Mitstromverfahren arbeitende Düse (42) ausgebildet werden (Fig. 2e).

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Kühlen wärmebehan­ delter Drähte mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angege­ benen Merkmalen.

Aus der DE 100 58 369 C1 ist eine derartige Anordnung be­ kannt. Sie enthält eine von einem Drahtführungskanal durch­ setzte Kühldüse, welcher durch einen seitlichen Zuflusskanal ein Kühlmittel zugeführt wird, das in der Düse einen sich verjüngenden Kühlmittelkanal durchläuft und aus der Düse als schräg gegen den Draht entgegen dessen Laufrichtung gerichte­ ter Strom austritt und durch einen seitlichen Abflusskanal abgeführt wird.

Ferner ist es aus der DE 24 34 109 A1 bekannt, den Draht durch zwei Kegeldüsen zu führen, deren erste einen Kühlmit­ telstrom in Laufrichtung des Drahtes auf diesen richtet, wäh­ rend die zweite als Gegenstromdüse arbeitet, also den Kühl­ mittelstrom entgegen der Laufrichtung gegen den Draht fließen lässt. Eine nach diesem Prinzip von Mitstrom und Gegenstrom arbeitende Drahtkühlvorrichtung ist ferner aus der DE-AS 16 02 356 bekannt.

Eine aus der EP 0 210 847 A2 bekannte Kühlvorrichtung für ein Metallband besteht aus zwei parallelen Platten von flachem U- Querschnitt, die mit ihren U-Schenkeln zusammengelegt werden, so dass zwischen ihnen ein Kanal von flachem Rechteckquer­ schnitt entsteht, durch welchen das Metallband hindurchge­ führt wird. An den Einlauf- und Auslaufstellen sind jeweils Abdichtwalzen vorgesehen, zwischen denen das Metallband hin­ durchläuft. Parallel zu den Walzen verlaufen quer über die Platten schlitzförmige Öffnungen mit außen angesetzten Kanä­ len zum Eintritt bzw. Austritt eines Kühlmittels, welches in der durch die Platten gebildeten Kammer im Gegenstrom über beide Seiten des Metallbandes strömt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere zum Kühlen von Flachdrähten geeignete Kühlvorrichtung zu schaffen, die auch bei gedrängtem Aufbau eine gute Kühlleis­ tung erbringt, sich problemlos herstellen, einfach montieren und leicht bedienen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merk­ male gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Konstruktion sieht die Ausbildung aller wesentlichen Teile wie Düsen, Drahtführungskanal und Kühlmit­ telkanäle in einem einzigen relativ flachen quaderförmigen Teil vor, in welche sie entweder von einer Seite hineingear­ beitet werden oder vorzugsweise als Durchbrechungen dieses flachen Teils ausgebildet werden, wozu sich insbesondere ein Drahterosionsverfahren eignet. Jedoch wäre auch ein Heraus­ schneiden mit Laserstrahl denkbar. An dieses flache Teil kön­ nen beiderseits Platten angesetzt werden, deren eine mit Öff­ nungen für Zuführung und Abführung des Kühlmittels versehen ist, die zu den entsprechenden Ausnehmungen im Quaderteil führen und zweckmäßigerweise mit Anschlussgewinden für die Kühlmittelschläuche versehen sind, während die andere Platte lediglich eine Abdeckplatte sein kann, die z. B. mit Hilfe ei­ nes geeigneten Verschlusses zum Einlegen des Drahtes abnehm­ bar ausgebildet werden kann.

Praktisch ist hierbei, dass der Kühlmittelzu- und -abfluss von einer Seite her erfolgt, z. B. von hinten, während der Draht von vorne eingelegt wird, ohne dass Schläuche beim Han­ tieren stören. Alternativ können die Kühlmittelzu- und abfüh­ rungen jedoch auch als nach oben und unten gerichtete Bohrun­ gen im Düsenkörper verlaufen und in die entsprechenden Kanäle im Inneren des Düsenkörpers einmünden, so dass die Anschluss­ schläuche nicht von hinten, sondern von oben oder unten ange­ schlossen werden. Bei anderer Orientierung (Drehung der gan­ zen Anordnung um 90°) ändern sich die Richtungen entspre­ chend.

Im Interesse einer gleichmäßigen Kühlwirkung eines Flachdrah­ tes erfolgt die Kühlmittelzuführung zweckmäßigerweise von beiden Seiten her auf den Draht über dessen volle Breite. Ei­ ne entsprechende Doppeldüse enthält dazu zwei Kühlmittelkanä­ le, die sich zur Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit in Richtung auf den Draht verjüngen und schräg auf ihn zuführen, so dass die beiden Kühlmittelströme unter einem flachen Win­ kel auf den Draht auftreffen. Um bei dem gedrängten Aufbau einen ausreichenden Kühlmittelfluss zu erreichen, sind erfin­ dungsgemäß auf jeder Seite doppelte Kühlmittelzuflusskanäle vorgesehen, die parallel gespeist werden und jeweils in eine gemeinsame Kammer einmünden, die sich in Form der verjüngten Kanäle fortsetzen, die schräg auf den Draht gerichtet sind. Auch zum Abführen des Kühlmittels sind dementsprechend je­ weils zwei Kanäle vorgesehen, die von einer Kühlmittel-Sam­ melkammer, durch welche der Drahtführungskanal hindurchführt, nach außen verlaufen.

Zur Abdichtung des Drahtführungskanals gegen die Einlauf- und die Auslaufstelle des Drahtes sind in der Nähe dieser Stellen zweckmäßigerweise Strömungsbremsen vorgesehen, in deren Be­ reich Strömungswirbel entstehen, welche den Druck an den Ein- und Ausführungsstellen des Drahtes vermindern, um dort Lecka­ gen entgegenzuwirken. Zusätzlich können zwischen diesen Strö­ mungsbremsen und den Enden der Kühlvorrichtung zusätzliche Abflusskanäle als "Überläufe" zur Druckentlastung vorgesehen werden.

Eine spezielle Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, der im Gegenstrom zur Drahtführung arbeitenden Düse eine Mit­ stromdüse als Vorkühldüse vorzuschalten, um zu verhindern, dass bei beschichteten, etwa verzinnten Drähten, die von der Wärmebehandlung her noch flüssige Beschichtung durch den dem Draht entgegengerichteten Kühlmittelstrom wellig werden lässt. Das hier mit dem Draht fließende Kühlmittel baut einen Gegendruck auf und kühlt die Beschichtung soweit ab, dass sie erstarrt und von dem dann folgenden Gegenstrom der anderen Düse nicht mehr verformt wird. Eine solche Kombination von Mit- und Gegenstromdüsen samt zugehörigen Kühlmittelkanälen lässt sich bei der Erfindung problemlos in ein und demselben Düsenkörper ausbilden, speziell wenn dieser mit einem beider­ seitig mit Platten abgedeckten Zentralteil ausgebildet wird, in welchem auch komplizierte Durchbrechungsmuster relativ einfach hergestellt werden können. Es ist auch möglich, die Dicke dieses Zentralteils an die Breite der jeweils zu küh­ lenden Flachdrähte anzupassen, also je nach Drahtbreite un­ terschiedlich breite Zentralteile vorzusehen und diese dann dementsprechend auszuwechseln, wobei die rückwärtige Platte mit den Schlauchanschlüssen beibehalten wird und auch die vordere Abdeckplatte die gleiche bleiben kann.

Die Erfindung sei nun anhand von Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung mit einer Gegen­ stromdüse in einer schematischen Draufsicht (Fig. 1a) und einem schematischen Querschnitt (Fig. 1b);

Fig. 2 Einzelteilansichten einer Ausführungsform mit Mit­ strom- und Gegenstromdüse, wobei Fig. 2a und 2b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Abdeckplat­ te, Fig. 2c eine Draufsicht auf das Zentralteil mit zwei Endstücken, Fig. 2d die zweite Abdeckplatte und Fig. 2e eine Draufsicht auf das Zentralteil mit den Ausnehmungen veranschaulichen.

Die Draufsicht auf eine erste Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1a lässt ein relativ schmales Zentralteil 2 erken­ nen, welches sich an den Enden T-förmig erweitert und an wel­ ches beiderseits Seitenplatten 4 und 6 angesetzt sind, welche durch die T-förmigen Verbreiterungen 8 abgeschlossen werden. Angedeutete Verschraubungen 10 halten die drei Teile zusam­ men. Beiderseitige Endstücke 12 vervollständigen die Vorrich­ tung, welche über Befestigungsbohrungen 14 an ein Montageteil angeschraubt werden kann.

In Fig. 1b ist der das Zentralteil längs durchsetzende Draht­ führungskanal 16 zu erkennen, durch den der hier nicht veran­ schaulichte Draht in Richtung des Pfeiles 18 hindurchläuft. Dabei durchläuft er eine Düse 20, welche ihn entgegen seiner Laufrichtung mit einem Kühlmittel umspült. Das Kühlmittel wird in Richtung der kleinen Pfeile über vier Zuflusskanäle 22a, b und 24a, b zugeführt, von denen die beiden Kanäle 22a und 24a in eine flache Kammer 26a und die beiden anderen Ka­ näle 22b, 24b in eine weitere flache Kammer 26b einmünden. Diese beiden Kammern liegen beiderseits des Drahtführungska­ nals 16 und münden in sich verjüngende Kühlmittelkanäle 28a bzw. 28b, die schräg auf den Drahtführungskanal 16 zu verlau­ fen. Infolge der Verjüngung erhöht sich die Strömungsge­ schwindigkeit des Kühlmittels im Sinne einer Verbesserung des Düseneffekts. Zwischen den beiden Kammern 26a, b ist der Drahtführungskanal 16 mit einer Strömungsbremse 30 versehen, die einer Leckage von Strömungsmittel auf der Drahtaustritts­ seite entgegenwirkt.

Die dem Draht entgegenfließende Kühlmittelströmung gelangt schließlich in eine Sammelkammer 32, aus der nach beiden Sei­ ten je zwei Abflusskanäle 34a, 36a bzw. 39b, 36b wegführen, aus denen das Kühlmittel in Richtung der kleinen Pfeile aus­ tritt. Auch auf dieser Seite weist der Kühlmittelkanal 16 im Anschluss an die Sammelkammer 32 eine Strömungsbremse 38 zur Abdichtung auf. Zusätzlich sind noch Überläufe 40a, b in Form weiterer Abflusskanäle vorgesehen.

Das Zentralteil 2 mit seinen verschiedenen Kanälen und Boh­ rungen lässt sich relativ problemlos herstellen, da es zu­ nächst frei zugänglich ist und erst durch die beiderseitigen Seitenplatten 4 und 6 abgeschlossen wird.

In den Fig. 2a bis 2e ist eine andere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Die Kühlmittelzu- und -abführung zum Zentralteil 2 erfolgt hier nicht wie bei der ersten Aus­ führungsform von oben und unten, sondern von der Seite bzw. hinten über die Seitenplatte 4, die dazu entsprechende Boh­ rungen als Kühlmittelkanäle enthält. Außerdem sind hier zwei Düsen vorgesehen, von denen die eine im Mitstrom und die an­ dere im Gegenstrom arbeitet. Wie Fig. 2e erkennen lässt, ist die Anordnung hier symmetrisch ausgebildet, wobei bei wieder­ um in Richtung des Pfeils 18 angenommener Drahtlaufrichtung die linke Düse als Vorkühldüse im Mitstrom und die rechte im Gegenstrom arbeitet.

Wie Fig. 2c zeigt, ist das Zentralteil 2 hier wiederum als flacher Quader mit T-förmigen Verbreiterungen 8 an den Enden ausgebildet, zwischen welche die Seitenplatten 4 und 6 hin­ einpassen. Die Verschraubungen sind hier der Übersichtlich­ keit halber nicht dargestellt.

Die Anordnung der einzelnen Elemente ist am besten aus Fig. 2e ersichtlich. Der in Richtung des Pfeils 18 im Drahtfüh­ rungskanal 16 durch die Vorrichtung laufende Draht durchläuft zunächst die Mitstromdüse 42, wo er von beiden Seiten vorge­ kühlt wird. Das Kühlmittel tritt durch die Öffnungen 23c und 23d in der Seitenplatte 4 in die Zuflusskanäle 23a bzw. 23b ein und durchläuft die sich verjüngenden Kühlmittelkanäle 28a, 28b, aus denen es mit der Drahtlaufrichtung austritt. Wiederum sind gegen Kühlmittelleckagen am Einlaufende eine Strömungsbremse 30 sowie Überlaufkanäle 40a, 40b vorgesehen, die mit Öffnungen 40c, 40d in der Seitenplatte 4 kommunizie­ ren, aus denen Kühlmittel abgeführt werden kann. Die an die­ ser Düse erfolgende Vorkühlung empfiehlt sich bei beschichte­ ten Drähten, deren Beschichtung wegen der hohen Drahttempera­ tur noch nicht erstarrt ist. Der aus der Düse 42 austretende, mit der Drahtlaufrichtung geführte Kühlmittelstrom kühlt die Beschichtung soweit ab, dass sie bei der anschließenden Ge­ genstromkühlung durch die Düse 20 nicht mehr verformt wird.

Der Aufbau beider Düsen und zugehörigen Kanäle ist hier spie­ gelsymmetrisch. Das Kühlmittel tritt durch die Öffnungen 22c, 22d in der Seitenplatte 4 in die beiderseitigen Zuflusskanäle 22a, 22b ein und durchläuft wiederum sich verjüngende Kühl­ mittelkanäle 28a und 28b, um dann beiderseits auf den im Drahtführungskanal 16 ankommenden Draht aufzuströmen und die­ sen wie im ersten Ausführungsbeispiel im Gegenstrom zu küh­ len. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind der Übersichtlichkeit halber nur einfache Zulaufkanäle ge­ zeigt, jedoch können ebenso wie beim ersten Ausführungsbei­ spiel auch Doppelkanäle vorgesehen werden. Dagegen sind auf jeder Seite drei Kühlmittelabflusskanäle 35a bzw. 35b ge­ zeichnet, aus welchen das Kühlmittel durch die Öffnungen 35c, 35d in der Seitenplatte 4 austreten und in den Kreislauf zu­ rückgeführt werden kann.

Auch am Auslaufende des Drahtes sind eine Strömungsbremse 30 und Überlaufkanäle 40a, 40b vorgesehen. Die hier nicht darge­ stellte Befestigung der einzelnen Teile aneinander kann in zweckmäßiger Weise erfolgen, so dass beispielsweise die vor­ dere Seitenplatte 6 zum Einlegen des Drahtes in das Zentral­ teil 2 leicht abgenommen und anschießend wieder befestigt werden kann. Ein geeigneter Schnellverschluss könnte hier vorgesehen werden. Auch die Befestigung des Zentralteils 2 an der Seitenplatte 4, an welcher die Kühlmittelanschlüsse vor­ gesehen sind, könnte so gestaltet werden, dass das Zentral­ teil ohne Schwierigkeiten ausgetauscht werden kann, etwa wenn für unterschiedlich breite Drähte verschieden dicke Zentral­ teile vorgesehen sind.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Kühlen wärmebehandelter Drähte, mit einer von einem Drahtführungskanal durchsetzten Kühldüse, welcher durch einen seitlichen Zuflusskanal ein Kühlmittel zugeführt wird, das in der Düse einen sich verjüngenden Kühl­ mittelkanal durchläuft und aus der Düse als schräg gegen den Draht entgegen dessen Laufrichtung (Gegenstrom) gerichteter Strom austritt und durch einen seitlichen Abflusskanal abge­ führt wird, gekennzeichnet durch
einen Düsenkörper (2, 4) in Form eines als langgestreck­ ter Quader ausgebildeten Zentralteils (2), aus dem der Drahtführungskanal (16) sowie die Düse (20,24) samt Kühlmittelzufluss- und -abflusskanälen (22a, b, 24a, b, 34a, b, 36a, b) als Durchbrechungen herausgearbeitet sind,
und durch an die Längsseiten des Zentralteils abnehmbar angesetzte Abdeckplatten (6), von denen eine mit Öffnun­ gen (22c, d, 23c, d, 35c, d) für das Kühlmittel ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Düse (20, 42) als keilförmig von entgegengesetz­ ten Seiten auf dem Drahtführungskanal (16) zulaufende Doppel­ düse ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass die beiderseitigen Kühlmittelkanäle (28a, b) von je­ weils einer flachen Einlasskammer (26a, b) ausgehen, in welche mehrere, nebeneinander angeordnete, vorzugsweise schräg ge­ richtete Zuflusskanäle (22a, b, 24a, b) münden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, dass der Düse (20) eine Sammelkammer (32) für das ausge­ tretene Kühlmittel in Drahtlaufrichtung gesehen vorgeschaltet ist, aus welcher beiderseits des Drahtführungskanal (16) meh­ rere, vorzugsweise schräg verlaufende Abflusskanäle (34a, b, 36a, b; 35a, b) wegführen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass im Drahtführungskanal (16) im Drahteintrittsbereich eine Strömungsbremse (30) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen der Strömungsbremse (30) und dem Draht­ eintrittsende vorzugsweise beiderseits des Drahtführungska­ nals (16) jeweils ein weiterer Abflusskanal (Überlaufkanäle 40a, b) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Drahtaustrittsbereich eine Strömungsbremse (30) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der als Gegenstromdüse arbeiten­ den - ersten - Düse (20) eine spiegelbildlich als Mitstrom­ düse angeordnete zweite Düse (42) vorgeschaltet ist und die Abflusskanäle (35a, b) für das Kühlmittel zwischen beiden Dü­ sen angeordnet und ebenso wie diese samt zugehörigen Zufluss­ kanälen (22a, b, 23a, b) in demselben Zentralteil (2) ausgebil­ det sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen jeder Düse (20,42) und dem ihr benachbar­ ten Ende des Zentralteils (2) im Drahtführungskanal (16) je eine Strömungsbremse (30) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen den Strömungsbremsen (30) und den Zentral­ teilenden beiderseits des Drahtführungskanals (16) Kühlmit­ telabflusskanäle (Überlaufkanäle 40a, b) vorgesehen sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch an die Drahteinlaufseite und die Draht­ auslaufseite angesetzte Endstücke (12) in Form von an den Drahtdurchtrittsöffnungen geteilten Flachprofilen.