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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Drähten, Rohren und Stangen in einem Makroschall ausgesetzten flüssigen Medium.
Es sind bereits Verfahren bekanntgeworden mit denen Zieh- und Walzgut vor einer weiteren Behandlung, wie einem weiteren Ziehvorgang, einem Glüh- oder Härtevorgang oder aber einer Lackierung, einem Reinigungsprozess in einer Flüssigkeit unterworfen werden, wobei die Flüssigkeit einem Ultraschallfeld ausgesetzt wird. Die Flüssigkeit befindet sich dabei in einem offenen Behälter und das zu behandelnde Material wird in den Behälter eingebracht. Die Flüssigkeit in dem Behälter wird dann durch meist unterhalb des Behälters angebrachte Einrichtungen mit Ultraschall beaufschlagt.
Mit dem bekannten Verfahren wurden jedoch nur bescheidene Erfolge erzielt, so dass die Reinigung mittels Makroschall ausgesetzter flüssiger Medien keine bedeutende Verwendung erfahren hat.
Durch die Erfindung ist es jedoch möglich, einen hervorragenden Reinigungseffekt zu erzielen, ohne dass ein erhöhter Kostenaufwand bei der Anschaffung und beim Betrieb erforderlich ist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das zu behandelnde Gut durch eine Bohrung eines in der Längsachse der Bohrung schwingenden Hornes geführt wird, durch welche gleichzeitig mit dem Gut in gleicher oder entgegengesetzter Richtung ein das Gut umschliessendes flüssiges Medium geleitet wird.
Die durch die Erfindung geschaffenen Verhältnisse unterscheiden sich grundsätzlich von den Verhältnissen, die bei den bekannten Verfahren auftreten. Dadurch, dass die Drähte, Rohre oder Stangen durch eine, vorzugsweise mit Wasser, gefüllte Bohrung hindurchgeführt werden, wird das Wasser heftigen Ultraschallschwingungen ausgesetzt, so dass der Effekt der Kavitation zum Reinigen des durchlaufenden Gutes verwendet werden kann. Der Makroschall erzeugt dabei im Wasser kleine Bläschen, vergleichbar etwa mit dem ansonst mechanisch andersgearteten Vorgang des Siedens von Wasser in einem Gefäss, wo ebenfalls kleine Bläschen entstehen. Zum Unterschied vom Sieden des Wassers sind die Bläschen, die durch Druckschwankungen in der vom Ultraschallfeld aktivierten Flüssigkeit entstehen, im allgemeinen sehr kurzlebig.
In der Phase des lokalen Unterdruckes wird das Anwachsen der Bläschen begünstigt, während im Zustand des hohen Druckes die Bläschen zumeist spontan kollabieren. Das Anwachsen der Bläschen erfolgt in dem Zeitraum einer viertel Ultraschallperiode, das Kollabieren hingegen erfolgt praktisch augenblicklich. Wegen dieses äusserst kurzen Zeitraumes entstehen am Ort der"Mini-Kata-
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Ultraschallwelle nicht die eigentliche Ursache des Reinigungseffektes, sondern sie erzeugt unmittelbar kleine Bläschen mit den resultierenden hohen Druckanstiegen. Daneben kann auch noch ein zweiter, wohl aber nicht so bedeutender Effekt mitspielen : Ein Teil der Bläschen mag langlebiger als ein Viertel der Ultraschallperiode sein und erst nach einigen Ultraschallperioden spontan zusammenbrechen.
Während dieser Zeit können diese Bläschen im Takt der Ultraschallschwingungen hin und her bewegt werden und somit den schon nicht mehr intakten Schmierfilm "umpflügen". Bläschen können zum Teil auch unter die teilweise abgelösten Schmierfilmfetzen gelangen und durch ihre Bewegung diese abheben und dazu beitragen, dass der Schmierfilm vom umspülenden Wasser mitgenommen wird.
Zufolge des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich sowohl in technologischer als auch in wirtschaftlicher Hinsicht bedeutende Vorteile. Die Reinigung erfolgt in wesentlich kürzerer Zeit als bei den bisher gebräuchlichen Verfahren. Dadurch entfallen das Umspulen bei Drähten, eine Zwischenlagerung bei Stangenmaterial wodurch Platz eingespart wird und ohne Unterbrechung der nächste Arbeitsgang angeschlossen werden kann. Die Einrichtung nimmt viel weniger Raum in Anspruch als die bisher bekannten Vorrichtungen. Ausserdem erfolgt die Reinigung zwangsläufig viel gründlicher, wie nach der vorstehend beschriebenen physikalischen und technischen Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens leicht einzusehen ist.
Um für einen Arbeitsgang eine saubere Oberfläche des Gutes zu erzielen, wird die Behandlung des Gutes vor einer Lackierung, einem Zieh-, Walz-, Glüh- oder Härtevorgang vorgenommen.
Die reinigende Wirkung des Verfahrens kann dadurch noch erhöht werden, dass das flüssige Medium mit einer Temperatur höher als die des Gutes in die Bohrung geleitet wird. Mit Vorteil wird die Behandlung des Gutes nach einem Zieh-, Walz-, Glüh- oder Härtevorgang durchgeführt, wenn keine weitere Verarbeitung des Gutes mehr erfolgt, d. h., wenn das Gut nach einer letzten Verarbeitungsstufe bereits das End- oder Halbfabrikat darstellt.
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und übersichtlicher aufgebaut werden. Wird die Reinigungsstufe unmittelbar in-line an eine Verformung- stufe (Ziehstufe) angeschlossen, so weist der Draht bzw. das Rohr oder die Stange eine erhöhte
Temperatur durch die Verformung gegenüber der Raumtemperatur auf.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn das Medium mit einer unter der Temperatur des Gutes liegenden Temperatur zugeführt wird, da dann einerseits ein Kühleffekt auftritt und anderseits auch eine für den Reinigungseffekt günstige
Erhöhung der Mediumtemperatur eintritt.
Es ist zweckmässig, Schmiermittel zu verwenden, die auf Wasserbasis, also wasserlöslich sind. Das ist keine grundsätzliche Voraussetzung, erleichtert aber den Reinigungsprozess und gestattet damit höhere
Geschwindigkeiten des Drahtes in der Bohrung. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren kann daher als flüssiges Medium Wasser, gegebenenfalls mit einem Entspannungsmittel und bzw. oder einem fettlösenden
Mittel versetzt verwendet werden. Nur in hartnäckigen Fällen sind Zusatzmittel zur Verminderung der
Oberflächenspannung einzusetzen, während bei Verwendung von Ölen und Fetten als Schmiermittel bei der
Verformung fettlösende Mittel allein oder in Verbindung mit Entspannungsmitteln zugesetzt werden.
Es ist für die einwandfreie Funktion nicht notwendig, einen statischen Druck über dem Atmosphären- druck aufzubringen, denn es stellt sich ein hydrodynamischer Druck im Wasser in Abhängigkeit von der
Geschwindigkeit mit der der Draht durch die Bohrung bewegt wird und in Abhängigkeit von der
Dimensionierung der Bohrung ein. Je enger die Bohrung und je länger die Strecke der Bohrung ist, durch die der Draht läuft, umso grösser wird der hydrodynamische Druck sein.
Da aber die Konzentration der gelösten Schmutzpartikel steigt, wenn nicht dafür Vorsorge getroffen wird, dass die Schmutzpartikel mit dem abfliessenden Wasser mitgenommen werden, ist es zweckmässig, wenn das flüssige Medium mit Überdruck in die Bohrung geleitet wird.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist analog zu den Vorrichtungen zum Ziehen unter Makroschall aufgebaut und weist mindestens ein Ultraschallsystem für Makroschall auf, das aus einem Konverter und einem dazu senkrecht angeordneten, der Länge nach durchbohrten Horn von der Länge eines ganzzahligen Vielfachen der halben Makrowellenlänge oder annähernd der halben Wellenlänge des Makroschalls besteht, wobei zusätzlich in einem Bewegungsknoten des Horns oder eines in Richtung der Längsbohrung vorgeschalteten, mit dem Horn fest verbundenen Anschlussstückes eine Zuleitung für das flüssige Behandlungsmedium zur Längsbohrung vorgesehen ist.
Für eine "in line"-Anordnung kann das Anschlussstück ein an seinem vorderen Ende einen Ziehstein tragender Resonator mit einer Länge von einem Vielfachen der halben Makrowellenlänge sein.
Für eine verstärkte Wirkung des Makroschalls auf das Gut, ist es vorteilhaft, wenn zwecks Vergrösserung der Amplitude am hinteren Ende des Horns, gleichachsig zur Längsbohrung, weitere Resonatoren mit stufenweiser Querschnittsverminderung und gegebenenfalls ein Exponentialhornstück, jeweils in einem Bewegungsbauch, angesetzt sind.
Bei der Anordnung gemäss der Erfindung wird in Abhängigkeit von der gewünschten Geschwindigkeit, mit der der Draht durch die Bohrung bewegt wird, die Bohrung so dimensioniert, dass jeweils ein optimaler Reinigungseffekt eintritt.
Dies wird gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch unterstützt, dass die Längsbohrung im Horn, in den Resonatoren und im Exponentialhorn durch in Bewegungsbäuchen angeordnete Verengungen, Kammern bildet.
Die Aufstellung der gesamten Anordnung erfolgt am besten durch Unterstützung der Resonatoren, wobei die Lagerung der Resonatoren durch an ihnen angebrachte Flanschen erfolgt und diese Flanschen in Bewegungsknoten angebracht sind.
Die wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung besteht darin, dass das Beseitigen von Schmiermittel, die als molekularer Film nach dem Ziehen am Ziehgut haften bleiben, gegenüber den konventionellen Verfahren, also ohne Ultraschalleinwirkung, in einem einzigen Arbeitsgang bewerkstelligt werden kann.
Demgegenüber, also im konventionellen Verfahren ohne Ultraschalleinwirkung, werden je nach dem angewendeten Schmiermittel verschiedenartige Chemikalien verwendet, die nach dem Gebrauch neutralisiert werden müssen. Seit den verschärften Anforderungen, die die erhöhte Aufmerksamkeit auf den Umweltschutz mit sich gebracht haben, ist es nicht mehr zulässig, nicht völlig neutrale Abfälle dem Fluss-
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bzw. Grundwasser zuzuleiten. Dadurch werden kostspielige Anlagen notwendig. Darüber hinaus können auch gesundheitliche Beeinträchtigungen der mit den Chemikalien arbeitenden Personen eintreten. Um solche Schäden hintanzuhalten, sind mitunter besondere Schutzvorkehrungen notwendig.
Der Vorgang des chemischen, also konventionellen Reinigens des Ziehgutes ist überdies zeitaufwendig und erfolgt auch mitunter in gesonderten Räumen mit dementsprechenden "Bädern".
Demgegenüber stellt die Anwendung der hier beschriebenen Ultraschalleinrichtung die Einsparung des gesamten chemischen Arbeitsvorganges und aller hiefür aufgezählten und sonstigen Nachteile in Aussicht.
Es werden damit die Kosten der Anlagen zur Wahrung des Umweltschutzes eingespart, die Kosten der
Räumlichkeiten (d. h. in die bisher für diese Zwecke notwendigen Hallen könnten andere, nutzbringende Maschinen und Anlagen installiert werden u. a. m.), das Ziehgut verweilt um den ganzen chemischen
Arbeitsprozess kürzer im Werk (rascherer Umsatz des damit verbundenen Kapitals) und man erspart sich auch die Kosten der Chemikalien. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel vereinfacht im Schnitt dargestellt. Soll in einem Zug mit dem Ziehvorgang gereinigt werden, ist der Ziehstein-l-solcherart in einem Ultraschallsystem anzuordnen, dass der Draht --2-- mit der Längsachse das gesamte Ultraschall- system durchläuft, in der Zeichnung von links nach rechts.
Die Anregung zu Ultraschallschwingungen rührt von dem Konverter --3-- her, der an ein Hornelement --4-- angeschraubt ist, welches die longitudinalen Schwingungen des Konverters --3-- in transversale Schwingungen solcherart um 90 umformt, dass die Bewegungsamplituden des Stückes --4-- in und gegen die Ziehrichtung des Drahtes erfolgen. An dieses Hornstück --4-- wird ein Hornstück --5-- angeschraubt, welches den Ziehstein-laufnimmt, der in das Hornstück --5-- mittels einer Schraube --6-- fest eingeschraubt wird.
In der Ebene des Bewegungsknotens kann das Horn --5-- am Flansch --7-- mechanisch festgehalten und mit einer Drahtziehmaschine starr verbunden werden.
Durch die Öffnung --8-- kann Leitungswasser in den durch die Längsachse des Hornsystems führenden Kanal --9a, 9b und 9c sowie 9d-- eingeleitet werden. Die Verbindung des Hornteiles --4-- mit dem Horn --5-- kann mittels einer in der Längsachse durchbohrten Schraube --10a-- erfolgen, wie auch die Schraube-lOb-zum Anschluss eines Hornstückes --11-- dient, an welcher schliesslich mit Schraube --lOc-- ein weiteres Hornstück-12-- angeschraubt werden kann. Das Hornstück --11-- kann ebenso wie das Hornstück --5-- an einem Flanschring --13-- etwa an demselben Maschinenchassis einer Drahtziehmaschine befestigt werden.
Durch die Hohlschrauben-lOa bis 10c-- werden Kammern geschaffen und der Begriff "Bohrung" in der Beschreibung und in den Ansprüchen soll auch einen solchen Kanal mit veränderlichen Querschnitten umfassen.
Die Hornstücke bzw. Resonatoren können infolge ihrer Querschnittsabnahme die Dämpfung der Schwingung weitgehend kompensieren, so dass weitgehend über die gesamte Länge des Kanals --9-- das Medium einen wirksamen "Bürsteneffekt" bezüglich des zu reinigenden Gutes ausübt.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Reinigen von Drähten, Rohren und Stangen in einem Makroschall ausgesetzten
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Bohrung eines in der Längsachse der Bohrung schwingenden Horns geführt wird, durch welche gleichzeitig mit dem Gut in gleicher oder entgegengesetzter Richtung ein das Gut umschliessendes flüssiges Medium geleitet wird.
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