DE2346253A1

DE2346253A1 - LIQUID COOLING DEVICE FOR THE RAPID SOLIDIZATION OF THE MELTED COATING OF A HOT TINNED WIRE

Info

Publication number: DE2346253A1
Application number: DE19732346253
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Friedrich; Horst Prof Dr Techn Schreiner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1973-09-13
Filing date: 1973-09-13
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FR2244010A1; IT1020500B; DE2346253B2; SE7411168L; JPS5056327A; NL7409797A

Description

Flüssigkeitskühlvorrichtung zur raschen Erstarrung des schmelzflüssigen Überzuges eines feuerdickverzinnten Drahtes.Liquid cooling device for rapid solidification of the molten coating of a hot-dip tinned wire.

Die Erfindung betrifft eine Plüssigkeitskühlvorriehtung zur raschen Erstarrung des schmelzflüssigen Überzuges eines feuerdickverzinnten Drahtes.The invention relates to a liquid cooling device for the rapid solidification of the molten coating of a hot-dip tinned coating Wire.

Bei der Peuerdickverzinnung von Drähten wird der Draht nach entsprechender Vorbehandlung durch ein Zinnbad geführt. Die im Zinnbad aufgebrachte Zinnschicht wird anschließend noch im schmelzflüssigen Zustand in einer Wärmezone oder mittels einer Abstreifdüse bezüglich Umfang und Längsachse des Drahtes gleichmäßig verteilt. Nach erfolgter Glättung soll die schmelzflüssige Zinnschicht möglichst rasch zur Erstarrung gebracht werden, damit eine ungünstige Beeinflussung der gleichmäßigen Verteilung und insbesondere der Zentrizität der Zinnschicht ausgeschlossen wird.When peening wires, the wire becomes after appropriate pretreatment passed through a tin bath. The tin layer applied in the tin bath is then still in the molten state in a heat zone or by means of a Stripping nozzle evenly distributed with respect to the circumference and longitudinal axis of the wire. After smoothing, the molten Tin layer should be solidified as quickly as possible, so that an unfavorable influence on the uniform Distribution and especially the centricity of the tin layer is excluded.

Es wurden bereits verschiedene Versuche unternommen, den schmelzflüssigen Überzug feuerdickverzinnter Drähte rasch zur Erstarrung zu bringen. Aus der DT-PS 1621 338 ist es beispielsweise bekannt, einen Draht senkrecht nach oben aus einem Zinnbad herauszuführen und nach erfolgter Glättung in einer Wärmezone oder durch eine Abstreifdüse die Zinnschicht in einer Kühlzone durch Konvektion und Wärmeabfuhr an die Umgebungsluft bis zur Erstarrung abzukühlen. Die ungünstigen iVärmeübertragungsverhältnisse bei erzwungener Konvektion in Luft machen jedoch den Einsatz langer Drahtkühlstrecken notwendig, die vom Draht freigespannt ohne Abstützung durchlaufen werden müssen, da jede Krafteinwirkung beispielsweise durch Führungsrollen eine Verformung der noch nichtVarious attempts have been made to rapidly apply the molten coating to hot-dip tinned wire To freeze. From DT-PS 1621 338 it is known, for example, a wire vertically upwards from a Take out tin bath and after smoothing in a heat zone or a wiping nozzle, the tin layer in a cooling zone by convection and heat dissipation to the ambient air to cool until solidification. The unfavorable heat transfer conditions with forced convection in However, air makes the use of long wire cooling sections necessary, which run free from the wire without support must be, as any force, for example deformation of the not yet due to guide rollers

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erstarrten Zinnschicht zur Folge hätte. Abhängig von dem Drahtmaterial, dem Drahtdurchmesser, der Drahtgeschwindigkeit, der Drahtspannung und der länge der Kühlstrecke stellen sich im Bereich der Kühlstrecke selbsterregte Transversalschwingungen verschiedener Frequenz und Amplitude des Drantes ein. Hierdurch wird die noch schmelzflüssige Zinnschicht Beschleunigungskräften wechselnder Größe und Richtung ausgesetzt, die eine ein- oder zweiseitige Exzentrizität der Zinnschicht bewirken können. Durch eine exzentrische, d.h. sichelförmige Ausbildung der Zinnschicht ist eine gute Lötbarke it des Drahtes jedoch nicht mehr gewährleistet.solidified tin layer would result. Depending on that The wire material, the wire diameter, the wire speed, the wire tension and the length of the cooling section Self-excited transverse vibrations of different frequencies and amplitudes of the Drantes one. This creates the still molten tin layer Accelerating forces of changing magnitude and direction are exposed to a one or two-sided eccentricity of the Tin layer can cause. An eccentric, i.e. sickle-shaped design of the tin layer makes it easy to solder however, it is no longer guaranteed with the wire.

Aus der DT-OS 1796 214 ist es andererseits bekannt, einen Draht senkrecht nach unten durch ein Zinnbad und durch eine Bodenabstreifdüse hindurch in ein Wasserbad zu führen und im Wasserbad nach erfolgter Erstarrung der aufgebrachten Zinnschicht zu einer Aufwickelspule hin umzulenken. Hierdurch wird der Draht in einer relativ kurzen Drahtkühlstrecke rasch abgekühlt. Da ein Draht nicht umgelenkt werden kann, solange die aufgebrachte Zinnschicht noch schmelzflüssig ist, ist die Kühlung durch Wasserbäder jedoch auf solche Fälle beschränkt, in welchen der Draht nach unten durch ein Zinnbad geführt wird.From the DT-OS 1796 214 it is known on the other hand, a wire vertically down through a tin bath and through a Guide the floor scraper through into a water bath and in the After the applied tin layer has solidified, divert the water bath to a take-up spool. Through this the wire is cooled rapidly in a relatively short wire cooling section. Because a wire cannot be deflected as long as it is the applied tin layer is still molten, however, cooling with water baths is limited to such cases, in which the wire is passed down through a tin bath.

In der GB-PS 1030 967 wird eine Flüssigkeitskühlvorrichtung beschrieben, welche die rasche Abkühlung eines senkrecht aus einem Zinnbad herausgeführten Drahtes ermöglicht. Hierbei wird der Draht durch eine Sprühkammer hindurchgeführt, in welcher mehrere Sprühdüsen die Drahtoberfläche mit einem Gemisch aus Wasser und Luft besprühen. Bei dieser Flüssigkeitskühlvorrichtung besteht jedoch die Gefahr, daß Wassertropfen den Draht entlang nach unten hin ablaufen und die gleichmäßige Verteilung der aufgebrachten noch schmelzflüssigen Zinnschicht ungünstig beeinflussen. Außerdem regen die auf den Draht gerichteten Sprühdüsen den Draht zu Schwingungen an, was, wie bereits beschrieben wurde, eine sichelförmige Ausbildung der Zinnschicht bewirkt.In GB-PS 1030 967 a liquid cooling device is described, which the rapid cooling of a vertical a tin bath made possible wire. Here, the wire is passed through a spray chamber, in which several spray nozzles spray the wire surface with a mixture of water and air. In this liquid cooling device, however, there is a risk of water droplets run along the wire downwards and the even distribution of the applied still molten Adversely affect the tin layer. They're also upset The wire-directed spray nozzles cause the wire to vibrate, which, as already described, is crescent-shaped Causes formation of the tin layer.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Kühlvorrichtung für feuerdickverzinnte Drähte zu schaffen, welche die rasche Abkühlung einer schmelzflüssigen Zinnschicht ohne Beeinflussung ihrer Zentrizität ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a cooling device for hot-dip tinned wires, which allow the rapid cooling of a molten tin layer without Influence their centricity allows.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Flüssigkeitskühlvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß unterhalb eines Flüssigkeitsbehälters eine Druckkammer angeordnet ist, die einen Gaszufuhrstutzen aufweist und die mit dem Boden des Flüssigkeitsbehälters gasdicht verbunden ist, und daß im Deckel und im Boden des Flüssigkeitsbehälters sowie im Boden der Druckkammer Öffnungen vorgesehen sind, die fluchtend übereinanderliegen, so daß der Draht berührungsfrei hindurchgeführt werden kann. Der frisch verzinnte Draht wird durch die Druckkammer und den Flüssigkeitsbehälter berührungsfrei hindurchgeführt, so daß die noch schmelzflüssige und damit empfindliche Zinnschicht nicht beschädigt wird. Im Flüssigkeitsbehälter erfolgt eine rasche Abkühlung der Zinnschicht durch intensive Wärmeabfuhr an eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser. Ein durch Schwerkrafteinwirkung bedingtes Auslaufen der Kühlflüssigkeit nach unten wird sicher verhindert, indem über den Gaszufuhrstutzen ein Gas, beispielsweise Luft, in die Druckkammer geleitet wird und dadurch in der Druckkammer ein Überdruck erzeugt wird, der dem Druck der Flüssigkeitssäule im Flüssigkeitsbehälter das Gleichgewicht hält. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, daß durch die intensive Wärmeabfuhr die vom Draht frei zu durchlaufende Kühlstrecke soweit verkürzt werden kann, daß Schwingungen des Drahtes die gleichmäßige Umfangsverteilung der Zinnschicht nicht mehr beeinflussen. Eine zusätzliche Verringerung der Amplituden der Drahtschwingung wird durch die Dämpfungswirkung der Kühlflüssigkeit erreicht.According to the invention, this object is achieved in a liquid cooling device of the type mentioned in that a pressure chamber is arranged below a liquid container which has a gas supply nozzle and which is connected to the bottom of the liquid container in a gas-tight manner, and that in the lid and in the bottom of the liquid container and in the bottom of the pressure chamber openings are provided which are aligned one above the other so that the wire can be guided through without contact. The freshly tinned wire will passed through the pressure chamber and the liquid container without contact, so that the still molten and thus sensitive tin layer is not damaged. The tin layer cools down rapidly in the liquid container through intensive heat dissipation to a cooling liquid, for example water. One caused by the action of gravity Leakage of the cooling liquid downwards is reliably prevented by a gas, for example Air, is passed into the pressure chamber and thereby an overpressure is generated in the pressure chamber, which the Pressure of the liquid column in the liquid container keeps the equilibrium. Another major advantage of the invention The device is that through the intensive heat dissipation, the cooling section to be traversed freely by the wire can be shortened to such an extent that vibrations of the wire do not affect the uniform circumferential distribution of the tin layer influence more. An additional reduction in the amplitudes of the wire oscillation is caused by the damping effect the coolant reached.

Vorzugsweise wird am Flüssigkeitsbehälter ein Zulaufstutzen und ein Ablaufstutzen vorgesehen. Bei durchströmender Kühlflüssigkeit kann eine bessere Kühlwirkung erzielt und die Größe des Flüssigkeitsbehälters erheblich verringert werden.An inlet connection and an outlet connection are preferably provided on the liquid container. With coolant flowing through a better cooling effect can be achieved and the size of the liquid container can be reduced considerably.

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Vorteilhaft sind im Boden des Flüssigkeitsbehälters und im Boden der Druckkammer stutzenartige Fortsätze vorgesehen, in welche die Öffnungen für die Durchführung des Drahtes in Form kreisrunder Bohrungen eingebracht sind. Hierdurch wird der Ringspalt zwischen Bohrungswand und Draht in axialer Richtung verlängert und eine bessere Abdichtung erzielt.Connector-like extensions are advantageously provided in the bottom of the liquid container and in the bottom of the pressure chamber, in FIG which the openings for the passage of the wire are made in the form of circular holes. This will the annular gap between the bore wall and the wire is extended in the axial direction and a better seal is achieved.

Besonders vorteilhaft ist der Deckel des Flüssigkeitsbehälters nach unten hin trichterförmig ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird vom Draht abtropfende Kühlflüssigkeit aufgefangen und in den Flüssigkeitsbehälter zurückgeführt.The lid of the liquid container is particularly advantageously designed in the shape of a funnel towards the bottom. Through this Measure, coolant dripping off the wire is collected and returned to the liquid container.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Flüssigkeitskühlvorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt:In the following, an embodiment of the liquid cooling device according to the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
It shows:

Fig. 1 eine mit durchfließender Kühlflüssigkeit betriebene Flüssigkeitskühlvorrichtung und1 shows a liquid cooling device operated with a flowing cooling liquid and

Fig. 2 den Einsatz der in Fig.1 dargestellten Flüssigkeitskahlvorrichtung in einer Drahtverzinnungsanlage.FIG. 2 shows the use of the liquid sharpening device shown in FIG in a wire tinning line.

Fig.1 zeigt einen Flüssigkeitsbehälter 1, der mantelseitig mit einem Zulaufstutzen 2 und einem Ablaufstutzen 3 versehen ist. Der Boden 4 des Flüssigkeitsbehälters' 1 besitzt in der Mitte einen sich stutzenartig nach oben erstreckenden Fortsatz 5, welcher eine Bohrung 6 aufweist. Nach oben ist der Flüssigkeitsbehälter 1 durch einen abnehmbaren Deckel 7 verschlossen, der nach unten hin trichterförmig ausgebildet ist und in dessen Mitte eine Bohrung 8 eingebracht ist. Unter dem Flüssigkeitsbehälter 1 ist eine Druckkammer 9 angeordnet, die über einen Flansch 10 gasdicht mit dem Boden 4 des Flüssigkeitsbehälters 1 verbunden ist. Im Mantel der Druckkammer 9 ist ein Gaszuführungsstutzen 11 vorgesehen. Der Boden 12 der Druckkammer 9 besitzt in der Mitte einen sich stutzenartig nach oben erstreckenden Fortsatz 13» welcher eine Bohrung aufweist. Die Durchmesser der Bohrungen 8, 6 und 14 sind so bemessen, daß ein Draht 15 berührungsfrei hindurchgeführt werden kann.1 shows a liquid container 1 which is provided on the jacket side with an inlet connection 2 and an outlet connection 3 is. The bottom 4 of the liquid container '1 has in the middle an extension extending upward like a nozzle 5, which has a bore 6. The liquid container 1 is closed at the top by a removable cover 7, which is funnel-shaped downwards and in the middle of which a bore 8 is made. Under the Liquid container 1 is arranged a pressure chamber 9, which is gas-tight with the bottom 4 of the liquid container via a flange 10 1 is connected. A gas supply nozzle 11 is provided in the jacket of the pressure chamber 9. The bottom 12 of the The pressure chamber 9 has in the middle an extension 13 which extends upward like a nozzle and which has a bore having. The diameter of the bores 8, 6 and 14 are dimensioned so that a wire 15 is passed through without contact can be.

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Fig.2 zeigt den Einsatz der vorstehend beschriebenen Flüssigkeitskühlvorrichtung in einer DrahtVerzinnungsanlage. Der Draht 15 durchläuft hierbei nach seiner Reinigung ein Zinnbad 16, v/ird über eine Umlenkrolle 17 geführt und verläßt das Zinnbad 16 in senkrechter Richtung nach oben. Das überschüssige Zinn wird anschließend durch eine Abstreifdüse 18, die in einer beheizbaren Halterung 19 liegt, abgestreift, wobei die der gewünschten Zinnschichtdicke entsprechende Zinnmenge besonders vorteilhaft durch ein Wellenprofil der Abstreifdüse 18 gleichmäßig über den Umfang des Drahtes 15 verteilt wird. Durch die Oberflächenspannung des flüssigen Zinns vergleichmäßigt sich die noch schmelzflüssige Zinnschicht vom Wellenprofil zum runden Querschnitt. Nach Verlassen der Abstreifdüse 18 tritt der Draht 15 nach einer gewissen Laufstrecke durch die Bohrung 14 des stutzenartigen Fortsatzes 13 in die Druckkammer 9 ein, die über den Gaszufuhrstutzen 11 von Luft mit einem Überdruck Δ ρ* gegenüber der Atmosphäre durchströmt wird. Der an die Druckkammer 9 anschließende Flüssigkeitsbehälxer 1 wird über den Zulaufstutzen 2 und den Ablaufstutzen 3 ständig von Wasser durchströmt, wobei die Wassertemperatur - je nach Anforderung an Glätte und Glanz des Zinnüberzuges 10 bis 9O⁰C betragen kann. Im Anschluß an die Druckkammer 9 tritt der Draht 15 durch die Bohrung 6 des stutzenartigen Fortsatzes 5 in den Flüssigkeitsbehälter 1 ein und verläßt ihn nach oben durch die Bohrung 8 im Deckel 7. Die schmelzflüssige Zinnschicht, deren Wellenprofil sich bei Durchlaufen der Strecke L vergleichmäßigt hat, erstarrt bei Durchlaufen der Wasserkühlstrecke W durch die intensive Wärmeabfuhr so rasch, daß der Draht 15 unmittelbar nach seinem Austritt aus dem Deckel 7 über eine Umlenkrolle 20 geführt werden kann. Vom Draht 15 abtropfende Flüssigkeit wird über den trichterförmigen Deckel 7 in den Flüssigkeitsbehälter 1 zurückgeführt. Eventuell auf dem Draht 15 verbliebene Flüssigkeitsreste werden durch ein Druck- oder Warmluftgebläse 21 entfernt.Fig. 2 shows the use of the liquid cooling device described above in a wire tinning plant. After being cleaned, the wire 15 runs through a tin bath 16, is guided over a deflection roller 17 and leaves the tin bath 16 in a vertical direction upwards. The excess tin is then stripped off by a stripping nozzle 18, which is located in a heatable holder 19, the amount of tin corresponding to the desired tin layer thickness being distributed evenly over the circumference of the wire 15 by a corrugated profile of the stripping nozzle 18. Due to the surface tension of the liquid tin, the still molten tin layer evens out from the corrugated profile to the round cross-section. After leaving the stripping nozzle 18, the wire 15 enters the pressure chamber 9 after a certain distance through the bore 14 of the nozzle-like extension 13, through which air flows through the gas supply nozzle 11 with an overpressure Δ ρ * relative to the atmosphere. The subsequent to the pressure chamber 9 Flüssigkeitsbehälxer 1 wherein the water temperature on the inlet nozzle 2, and the drain port 3 flows continuously through the water, - depending on the requirements of smoothness and luster of the tin coating 10 can be up to 9O ⁰ C. Subsequent to the pressure chamber 9, the wire 15 enters the liquid container 1 through the bore 6 of the nozzle-like extension 5 and leaves it upward through the bore 8 in the cover 7. , solidifies so quickly as it passes through the water cooling section W due to the intensive dissipation of heat that the wire 15 can be guided over a pulley 20 immediately after it has emerged from the cover 7. Liquid that drips off the wire 15 is returned to the liquid container 1 via the funnel-shaped cover 7. Any liquid residues remaining on the wire 15 are removed by a pressure or hot air blower 21.

Die in die Druckkammer 9 mit einem Überdruck Δ Ρ-ι gegenüber der Atmosphäre eingeleitete Luft strömt durch den Ringspalt zwischen der Bohrung 14 und dem Draht 15 wieder aus, wobeiThe opposite in the pressure chamber 9 with an overpressure Δ Ρ-ι The air introduced into the atmosphere flows out again through the annular gap between the bore 14 and the wire 15, wherein

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sie einen von der Größe des Ringspaltes abhängigen Strömungswiderstand zu überwinden hat. Hierdurch wird in der Druckkammer 9 stets ein Überdruck Δ P?-CA^i gegenüber der Atmosphäre aufrechterhalten. Dieser Überdruck & p_o hält der Wassersäule von der Höhe V/ stets das Gleichgewicht, 30 daß durch den Ringspalt zwischen der Bohrung 6 und dem Draht 15 kein Wasser aus dem Flüssigkeitsbehälter 1 austreten kann.it has to overcome a flow resistance that is dependent on the size of the annular gap. As a result, an overpressure Δ P? -CA ^ i with respect to the atmosphere is always maintained in the pressure chamber 9. This overpressure & p _o always keeps the water column in equilibrium at the level V / so that no water can escape from the liquid container 1 through the annular gap between the bore 6 and the wire 15.

Die erfindungsgemäße Plüssigkeitakühlvorrichtung eignet sich insbesondere für Verzinnungsanlagen, bei welchen, wie vorstehend beschrieben, ein Draht senkrecht nach oben aus einem Zinnbad herausgeführt wird. Ein Einsatz in Verzinnungsanlagen, bei welchen der Draht schräg oder senkrecht nach unten geführt wird, ist jedoch auch möglich.The liquid cooling device according to the invention is suitable especially for tinning plants, in which, as described above, a wire vertically upwards from a Tin bath is led out. It is used in tinning systems where the wire is led downwards at an angle or vertically is, however, also possible.

4 Patentansprüche
2 Figuren4 claims
2 figures

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Claims

VPA 73/7597 claims

1. Liquid cooling device for the rapid solidification of the molten coating of a hot-dip tinned Wire, characterized in that a pressure chamber (9) is arranged below a plus container (1) is, which has a gas supply nozzle (11) and the with the bottom (4) of the Plussigkeitsbehälters (1) is gas-tight, and that in the lid (7) and in the bottom (4) of the Plussigkeitsbehälters (1) and in the bottom (12) of the pressure chamber (9) openings (8,6 and 14) are provided which are aligned one above the other, so that the wire (15) is without contact can be passed through.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the liquid container (1) has an inlet nozzle (2) and a drain nozzle (3) are provided.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that in the bottom (4) of the fluid container (1) and in the bottom (12) of the pressure chamber (9) nozzle-like port sets (5 and 13) are provided, in which the openings (6 and 14) for the implementation of the wire (15) in the form of circular Bores are introduced.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the lid (7) of the fluid container (1) is funnel-shaped downwards.

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