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Einrichtung zur direkten Erwärmung von elektrisch leitenden Werkstücken mittels elektrischen Stromes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur direkten Erwärmung von elektrisch leitenden
Werkstücken mittels elektrischen Stromes, wobei elektrisch leitendes Kohlepulver verwendet wird, wel- ches durch einen aufwärtsgerichteten Gasstrom im Schwebezustand gehalten wird.
Eine solche Einrichtung wird bei dem durch die franz. Patentschrift Ni. 1. 171. 035 bekanntgewordenen
Verfahren verwendet. Es werden dort in einem von unten nach oben gerichteten Gasstrom Festkörper von entsprechender Grösse, z. B. Kohlenstaub, im Schwebezustand gehalten. Durch über eintauchende Elek- troden zugeführten elektrischen Strom wird das Schwebebett erhitzt, während die zu behandelnden festen oder flüssigen Stoffe von oben in das Schwebebett eingebracht und am Grunde desselben wieder abgezogen werden. Diese bekannte Einrichtung ermöglicht es auch, von unten nach oben geführte Gase zu erhitzen bzw. Schmelzprozesse oder endotherme Reduktionsprozesse durchzuführen.
Bei dieser Einrichtung wird das
Trägergas offensichtlich am Grunde des Behälters in Form eines Strahles eingeführt, wodurch die feinen
Anteile des Schwebestaubes nach oben fortgerissen werden, was zu einer Anreicherung des groben Schwebestaubes führt. Nachteilig erweist sich ferner die am Grunde des Behälters zur Ausbringung der behan- delten festen Körper erforderliche Öffnung, durch welche in unerwünschter Weise auch ein Teil des Trä- gergases und das Schwebebett bildende Feststoffe aus dem Behälter austreten können.
Von dieser bekannten Einrichtung unterscheidet sich die erfindungsgemässe Einrichtung im wesentli- chen dadurch, dass eine das Kohlepulver und die zu erwärmenden Werkstücke aufnehmende, unten durch einen Zwischenboden aus porösem Werkstoff, z. B. Ton, abgeschlossene Kammer elektrisch leitende Wän- de besitzt, welche als eine Elektrode an den einen Pol einer Stromquelle mit vorzugsweise regelbarer
Stromstärke angeschlossen sind und ein zweiter Anschluss zur Verbindung der zu erwärmenden Werkstücke mit dem andern Pol der Stromquelle vorgesehen ist.
Entsprechend weiteren Erfindungsmerkmalen kann für die zu erwärmenden Werkstücke in der Kammer eine mit einem Pol der Stromquelle verbundene Drehhalterung vorgesehen sein und sind zwecks Erwärmung langgestreckter, insbesondere drahtartiger Werkstücke an der Kammer elektrisch isolierende Durchtritts- öffnungen vorgesehen, die ein Durchziehen der Werkstücke durch eine oder mehrere nebeneinander ange- ordnete Kammern ermöglichen.
Durch die Verwendung einer Zwischenbodenplatte aus porösem Werkstoff wird ein über den ganzen
Querschnitt der Kammer gleichmässig verteilter Gasstrom erzielt. Zufolge der Filtrierung des Gasstromes sowie durch die grosse Fläche der von der Kammerwand gebildeten Elektrode ergibt sich ein äusserst gleich- mässiges elektrisches Leiterfeld. Zugleich wird ein Herausschleudern feiner Staubteilchen nach oben ver- hindert. Der unmittelbare Anschluss des Werkstückes an den einen Pol einer Stromquelle ermöglicht die
Erzielung unterschiedlicher Erwärmungszonen in Abhängigkeit von der Stromstärke. So kann bei vermin- derter Stromstärke das Werkstück auch in seinem Kern erwärmt werden, wogegen vergrösserte Stromstärke nur eine Oberflächenerwärmung zulässt.
Als besonders vorteilhaft erweist sich bei der erfindungsgemässen Einrichtung die Verwendung von
Kohlestaub mit einer Teilchengrösse von 100 bis 150 Maschen auf 2, 54 cm. Das Gas, das den leitenden
Staub hebt und damit in den gewünschten und erforderlichen Schwebezustand versetzt, richtet sich nach dem Fassungsvermögen der Kammer, der Stärke und der Porosität des Zwischenbodens. Normalerweise genügt bei Luft ein Druck von 4 bis 10 kg/cm2. An Stelle von Luft können inerte Gase, wie z. B. Stick- stoff, verwendet werden.
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Als Stromarten können Wechsel- oder Gleichstrom oder auch pulsierender Strom verwendet werden.
Da die Kammer, die den leitenden Staub umschliesst, aus einem elektrisch leitenden Material besteht, wird die Spannungsquelle unter Zwischenschaltung eines Stromstärkereglers direkt an die Kammerwand und an das aufzuheizende Werkstück angeschlossen. Dann fliesst der Strom in das Werkstück und durch den leitenden Staub, der als elektrischer Kontakt wirkt.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen der erfindungsgemässen Einrichtung in Querschnitten dargestellt, u. zw. zeigen Fig. 1 eine Kammer zur Behandlung kleinerer Werkstücke und Fig. 2 eine zur Erhitzung langgestreckter Werkstücke besonders ausgestaltete Kammer.
Die Schwebekammer 1 besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Die Zwischenbodenplatte 2 ist aus porösem Material hergestellt, wie z. B. gebranntem Ton. Diese Platte 2 ist im unteren Teil der Schwebekammer 1 angeordnet. Die Bodenplatte 2 lässt zwar Gase durch, nicht aber den leitenden Staub.
Die Öffnung 3 im Boden der Schwebekammer 1 ist als Gaseintrittsöffnung vorgesehen. 4 ist das zu erwärmende Werkstück, an dem die Stromquelle 5 angeschlossen ist. Mit dem Regler 6. wird die Stromquelle 5 zu-und abgeschaltet. In der Schwebekammer I befindet sich der leitende Staub 8.
Befindet sich in der Schwebekammer 1 elektrisch leitender Staub 8 und wird durch die Öffnung 3 Luft eingepresst, so wirbelt die von unten nach oben strömende Luft den Staub hoch und hält ihn in Schwebe. Das zu erwärmende Werkstück 4 wird in den in Schwebe befindlichen Staub 8 eingetaucht. Wird der Schalter 7 geschlossen, so wird Spannung an den Teil 4 und an die Kammer I gelegt. Durch den elektrisch leitenden, schwebenden Staub fliesst nunmehr Strom. Die Stärke des Stromes wird mit dem Regler 6 eingestellt.
In diesem Fall wird der leitende, schwebende Staub elektrisch geladen und verhält sich so, wie Ionen in einer Entladungsröhre. Der Übergangswiderstand zwischen dem schwebenden, leitenden Staub und der
Oberfläche des Werkstückes 4 ist so hoch, dass die Wärme hauptsächlich an der Übergangsstelle infolge der Joule'sehen Verluste entsteht und nur ein Bruchteil der Wärme aus dem Widerstand des Staubes und des zu erhitzenden Gegenstandes gewonnen wird.
Durch die Variation der Stromdichte mittels des Reglers 6 können die Erwärmung der Oberfläche und die Durchwärmung des Teiles 4 getrennt beeinflusst werden. Ist nämlich diese Stromdichte gering, so wird das Werkstück 4 zur Gänze erwärmt, und ist die Stromdichte sehr hoch, so wird hauptsächlich nur seine Oberfläche erhitzt. In der Kammer nach Fig. 1 kann das Werkstück 4 auch um seine Mittelachse rotieren.
In Fig. 2 ist die Schwebekammer 11 aus einem leitenden Werkstoff hergestellt. Die poröse Bodenplatte 12 ist im unteren Teil der Schwebekammer angeordnet. Im Boden der Schwebekammer 11 ist ein Einlassstutzen 13 angeordnet. Durch die isolierenden Dichtungen 15 in den einander gegenüberliegenden Seiten der Schwebekammer wird der zu erwärmende Metalldraht 14 eingeführt.
Die Schwebekammer 11 umschliesst den Kohlestaub 19. Durch die Öffnung 13 wird Luft gepresst, die den Staub 19 in der Kammer hochwirbelt und in Schwebe hält. Der zu erwärmende Metalldraht 14 wird in Richtung des Pfeiles durch die Schwebekammer geführt und ist allseitig vom schwebenden Staub umgeben. Dabei ist der Schalter 18 geschlossen, so dass die Einrichtung unter Spannung steht. Der Strom fliesst durch den Draht 14 und wird mit dem Regler 17 in seiner Grösse eingestellt. Der elektrische Strom fliesst also durch den schwebenden, elektrisch leitenden Staub von den Wänden der Kammer zu dem Werkstück, das dabei erhitzt wird.
Bei der Einrichtung gemäss Fig. 2 können beispielsweise zwei Schwebekammern hintereinandergeschaltet werden, die den leitenden Staub enthalten. Der beispielsweise verwendete Metalldraht tritt dann aus der einen Kammer aus und wird darauf in die folgende Kammer geleitet. Alle Kammern werden dann an Spannung gelegt. Die Art und der Grad der Erwärmung werden durch den Regler gesteuert. Auf diese Weise können drei oder mehrere Schwebekammern angeordnet und an einen drei-oder mehrphasigen Wechselstrom angeschaltet werden. Durch Regeln der Stromstärke wird auch hier entweder nur die Oberfläche des Werkstückes oder das Werkstück zur Gänze erhitzt.
Bei der Durchführung der Versuche mit einer Einrichtung nach Fig. 2 wurde Kohlestaub verwendet, dessen Teilchengrösse 100 Maschen auf 2, 54 cm beträgt. Die poröse Bodenplatte aus gebranntem Ton war 30 mm dick. Die Luft wurde unter einem Druck von 7 kg/cm2 eingeblasen. Im Schwebezustand des Staubes, also wenn Luft eingepresst wurde, war die Staubschichte in der Schwebekammer um 30% höher, als wenn keine Luft eingeblasen wurde. Dieser Schwebezustand des Pulvers soll nachstehend erläutert werden : Wenn das Gas durch die mikroporöse Wand im Boden der Schwebekammer gepresst wird, schwebt das Pulver und wird daher die Höhe des Pulvers offenbar grösser werden.
Bezeichnet man die Höhe des noch nicht im Schwebezustand in die Kammer gelangten Pulvers mit A und die Höhe, die das schwebende Pulver erreicht, mit B, so wird diese Höhe B durch die Formel B = (1 + 0, 3) A ausgedrückt. Ein Eisendraht mit
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1 mm Durchmesser wurde mit einer Geschwindigkeit von 10 m/min durch die Kammer geführt. Die Oberfläche des Drahtes, die sich jeweils in der Kammer befand, betrug 100 mm2. Stromstärke war 100 A bei 50 V einphasiger Wechselspannung. Der Draht wurde auf zirka 6000C erhitzt.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung kann angewendet werden zur Erwärmung oder Temperung von Wellen, zum Anlassen von Klaviersaiten, Kupferstäben, Bronzeplatten usw.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur direkten Erwärmung von elektrisch leitenden Werkstücken mittels elektrischen Stromes in elektrisch leitendem Kohlepulver, welches durch einen aufwärtsgerichteten Gasstrom im Schwebezustand gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Kohlepulver und die zu erwärmenden Werkstücke aufnehmende, unten durch einen Zwischenboden (2, 12) aus porösem Werkstoff, z. B. Ton, abgeschlossene Kammer (1, 11) elektrisch leitende Wände besitzt, welche als eine Elektrode an den einen Pol einer Stromquelle mit vorzugsweise regelbarer Stromstärke angeschlossen sind und ein zweiter Anschluss zur Verbindung der zu erwärmenden Werkstücke mit dem andern Pol der Stromquelle vorgesehen ist.