DE4317363A1 - Drahtführungskörper für eine Drahtziehmaschine und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Drahtführungskör­ per für eine Drahtziehmaschine und ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Bei einer Drahtziehmaschine werden eine ganze Reihe von fliegend gelagerten rotationssymmetrischen Drahtführungs­ körpern verwendet, über die der Draht umgelenkt wird oder mit deren Hilfe auf den Draht eine axiale Zugkraft aufge­ bracht wird, wie z. B. Ziehscheiben, Ziehwalzen, Ziehkonen und dergleichen. Ziehscheiben, Ziehwalzen und Ziehkonen werden nach den Ziehsteinen der Drahtziehmaschine angeord­ net, um die axiale Zugspannung zu erzeugen, die erforder­ lich 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-Zieh­ maschinen durchgesetzt, bei denen eine Vielzahl von Dräh­ ten, 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, aufge­ bracht ist.

Um eine hohe Produktivität einer solchen Mehrdraht-Ziehma­ schine zu erreichen, versuchen die Konstrukteure, die Pro­ duktionsgeschwindigkeit, das ist die Geschwindigkeit, mit der der Draht aus der Maschine ausläuft, so hoch wie mög­ lich zu setzen. Eine hohe Produktionsgeschwindigkeit hat jedoch den Nachteil, daß die Belastung der Drahtführungs­ körper 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 vor­ handenen Produktionsanlagen erschwert ist.

Weiterhin machen es diese Erfordernisse unmöglich, daß vorhandene Drahtziehmaschinen in ihrer Produktionsge­ schwindigkeit gesteigert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu­ grunde, Drahtführungskörper und insbesondere Ziehkonen, Ziehwalzen und Ziehscheiben für eine Drahtziehmaschine und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, welche eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit ohne aufwen­ dige Gestaltung und ohne teure Umbaumaßnahmen bei vorhan­ denen Maschinen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspru­ ches 11.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegen­ stand der Unteransprüche.

Der erfindungsgemäße Drahtführungskörper weist einen Grundkörper auf, der aus kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK) besteht. Auf diesen Grundkörper ist eine verschleiß­ feste Schicht aufgebracht.

Dieser erfindungsgemäße Drahtführungskörper hat ein deut­ lich 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 Draht­ führungskörpers mit einem Grundkörper aus Stahl einge­ setzt, 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 da­ durch entstehende Unwucht, wesentlich reduziert. Deshalb kann, bei sonst gleichen Abmessungen und sonst gleicher Lagerbelastung, die Drehzahl der Drahtführungskörper er­ höht werden. Deshalb ist es möglich, die Produktionsge­ schwindigkeit der Anlage insgesamt zu erhöhen.

Versuche haben gezeigt, daß durch die Verwendung der er­ findungsgemäßen Drahtführungskörper bei einer Drahtzieh­ maschine herkömmlicher Bauart, die für eine Produktions­ geschwindigkeit von ca. 30 in pro Sekunde ausgelegt ist, die Produktionsgeschwindigkeit auf 40 m pro Sekunde erhöht werden kann. Dies bedeutet eine Erhöhung der Produktions­ geschwindigkeit und damit auch eine Erhöhung der pro Zeiteinheit herzustellenden Drahtmenge um 25%.

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 Verbin­ dung zwischen dem Keramikmaterial und dem CFK-Material dadurch verbessert wird.

Als Kunststoff für die Herstellung des kohlefaserver­ stärkten 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 ver­ wendet, besteht diese vorzugsweise aus Chromoxid und weist vorzugsweise eine Schichtstärke zwischen 0,1 und 0,6, be­ sonders bevorzugt zwischen 0,2 und 0,4, besonders bevor­ zugt zwischen 0,25 und 0,3 mm auf.

Wie ausgeführt, sind die in einer Drahtziehmaschine ange­ ordneten Drahtführungskörper üblicherweise fliegend gela­ gert.

Insbesondere für die Gestaltung von Ziehwalzen schlägt die Erfindung vor, einen Mehr-Materialverbundkörper zu verwen­ den, 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 be­ schrieben, 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 Stahl­ flansch erfolgt vorzugsweise durch Kleben.

Diese Gestaltung hat den Vorteil, daß an der Stelle, an der die Unwucht durch den kurzen Hebelarm keine wesentli­ che Rolle spielt, der billige und einfach zu verwendende Stahl eingesetzt wird. Der CFK-Rohling, aus dem der Grund­ körper gefertigt wird, braucht dann weiterhin nur einen Außendurchmesser aufzuweisen, der dem maximalen Außen­ durchmesser der Ziehwalze entspricht, und nicht dem maxi­ malen Außendurchmesser des Flansches.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles mit Bezug auf die Zeichnung näher be­ schrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Schemadarstellung einer Mehrdraht-Ziehma­ schine in der Aufsicht;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drahtführungskörpers; und

Fig. 3 der Drahtführungskörper gemäß Fig. 2 im montier­ ten Zustand.

Fig. 1 zeigt eine Mehrfach-Drahtziehmaschine für 14 Dräh­ te, d. h. je 7 Drähte nebeneinander in 2 Etagen, die par­ allel 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 Vorrich­ tung, welche einen ersten Antriebsmotor 2 und einen zwei­ ten 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 ge­ schlungen.

In Betrieb verläßt der fertiggestellte Draht, beim Ausfüh­ rungsbeispiel 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 Ausführungsbei­ spiels eines erfindungsgemäßen Drahtführungskörpers. Die­ ser 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 zylin­ drischen Körpers gewickelt ist. Der Grundkörper ist im Innendurchmesser an einer Schulter 23 zylindrisch erwei­ tert.

Auf diesem Grundkörper ist eine 0,5 mm dicke Molybdän ent­ haltende Metallschicht 24 aufgebracht, und zwar durch Auf­ dampfen oder durch ein Sputter-Verfahren. Auf diese Schicht ist eine Keramikschicht 25 aus Chromoxid aufge­ bracht. Der Grundkörper 21 weist einzelne stegartige ra­ diale Erhöhungen 26 auf, die die einzelnen Drähte seitlich führen.

Im (in der Fig. 2) linken Bereich des zylindrischen Grund­ körpers 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 be­ steht 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 be­ stehende 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 bezeich­ nete Dichtanordnung dichtet das Innere der Drahtziehma­ schine gegenüber dem äußeren Drahtziehbereich ab.

In der Stahlwelle 8 ist eine (in der Figur durch die Paß­ feder 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 Alumi­ nium 2700 kg/m³ beträgt, ist die Dichte des kohlefaserver­ stärkten Kunststoffes nur 1550 kg/m³. Dadurch wird das Ge­ wicht 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 hinausra­ gende Teil der Ziehwalze ist einerseits festigkeitsmäßig so beschaffen, daß durch die Drahtspannung nur eine ver­ hältnismäßig geringe Verformung der Walze aus ihrer idea­ len 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 Geschwindig­ keit 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 er­ reichen.

Der erfindungsgemäße Drahtführungskörper läßt sich auf kostengünstige Weise durch folgendes Verfahren herstellen:

Zunächst wird ein rohrförmiger Körper aus kohlefaserver­ stärktem Kunststoff gefertigt, dessen Außendurchmesser gleich oder geringfügig größer ist als der Außendurchmes­ ser 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 Dreh­ bearbeitung 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 anschlie­ ßend 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 Ziehschei­ ben, Ziehkonen, Abhebewalzen und Abheberollen für Ziehma­ schinen hergestellt werden.

Claims (13)

1. Drahtführungskörper, welcher im wesentlichen rota­ tionssymmetrisch zu einer Längsachse (22) gestaltet und um diese Achse drehbar ist, und welcher einen Grundkörper (21) aufweist, welcher zumindest teilwei­ se mit einer verschleißfesten Beschichtung (25) ver­ sehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus einem kohlefaserverstärktem Kunststoff besteht.

2. Drahtführungskörper gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem aus dem kohlefaserver­ stärktem Kunststoff bestehenden Grundkörper und der verschleißfesten Beschichtung eine Metallschicht an­ geordnet ist.

3. Drahtführungskörper gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Metallschicht Molybdän enthält.

4. 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.

5. Drahtführungskörper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die verschleißfeste Beschichtung zwischen 0,1 und 0,5, vorzugsweise zwi­ schen 0,15 und 0,4 mm dick ist.

6. Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ver­ schleißfeste Beschichtung eine Keramikschicht ist.

7. Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der An­ sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ke­ ramikschicht aus Chromoxid besteht.

8. Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der An­ sprüche 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 Lage­ rung an einer Drahtziehmaschine zu befestigen.

9. Drahtführungskörper gemäß mindestens einem der An­ sprüche 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 Grund­ körpers angeordnet ist, wobei dieses flanschartige Teil aus einem Metall, vorzugsweise Stahl, besteht.

10. Drahtführungskörper gemäß Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß dieses flanschartige Teil und der Grundkörper miteinander verklebt sind.

11. Verfahren zur Herstellung eines Drahtführungskörpers gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, ge­ kennzeichnet durch folgende Schritte:
Herstellung eines rohrförmigen Rohlings aus kohlefa­ serverstärktem 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 fer­ tigen, der im wesentlichen die Abmessungen des Draht­ führungskörpers aufweist;
gegebenenfalls Aufbringen einer metallischen Zwischenschicht aus einer Molybdänlegierung oder Mo­ lybdän,
gegebenenfalls Verbinden des Grundkörpers mit einem flanschartigen Teil durch Kleben,
Aufbringen einer verschleißfesten Beschichtung, vor­ zugsweise einer Keramikschicht.

12. Verwendung eines Drahtführungskörpers gemäß minde­ stens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Führung von Draht und/oder zum Aufbringen von einer axialen Bela­ stung auf einen Draht in einer Drahtziehmaschine.

13. Verwendung eines Drahtführungskörpers gemäß minde­ stens einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Führung von Draht und/oder zum Aufbringen von einer axialen Bela­ stung auf einen Draht in einer Drahtziehmaschine zur Herstellung von Kupfer enthaltendem Draht.