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Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmebehandlungsofen mit Schutzgasspülung zur kontinuierlichen
Wärmebehandlung von Drähten, in dem die Drähte mittels des durch dieselben geleiteten Stromes bei geringem
Energieverbrauch betriebssicher und in einer zum Weichglühen erforderlichen, sämtliche Temperatur- anforderungen zufriedenstellenden Weise geglüht werden können.
Auf zahlreichen Gebieten der Industrie ergibt sich die Notwendigkeit, die Drähte zur Einstellung ihrer technischen Parameter auf den gewünschten Wert in einer Schutzgasatmospäre einer Wärmebehandlung bzw. einem Ausglühen zu unterziehen. Das Ausglühen bzw. die Wärmebehandlung wird in öfen verschiedener
Konstruktion vorgenommen. Zum Ausglühen der kontinuierlich und in der Regel mit gleichmässiger
Geschwindigkeit sich weiterbewegenden Drähte werden im allgemeinen Rohröfen eingesetzt.
Die für das kontinuierliche Ausglühen der Drähte bekannte Rohrofentypen weisen jedoch mehrere nachteilige Eigenschaften auf, die ihren Einsatz beschränken bzw. unwirtschaftlich machen.
Bei einem der bekanntesten Rohrofentypen wird um das einen Kreisquerschnitt aufweisende und aus wärmebeständigem Material hergestellte Rohr ein Heizdraht als Heizkörper aufgewickelt und die durch diesen erzeugte Wärme auf das Rohr und hienach auf den im Inneren des Rohres von Schutzgas umgebenen und sich weiterbewegenden auszuglühenden Draht übertragen. Als Werkstoff des Rohres wird im allgemeinen Quarz,
Keramik oder ein der angewandten Temperatur entsprechend wärmebeständiger Stahl eingesetzt. Der Heizkörper und das Rohr werden mit einer wärmeisolierenden Umhüllung versehen, die in der Regel durch ein Metallgehäuse zusammengehalten wird.
Dieser Ofentyp zeigt aber die nachteilige Eigenschaft, dass bei Verwendung eines den beheizten Raum umgebenden Stahlrohres eine Isolierschicht zwischen dem Stahlrohr und dem Heizkörper vorzusehen ist, die die Übertragung der Heizenergie vom Heizkörper auf das Rohr erschwert und auch die Ausnutzung der im Heizkörper erzeugten Wärmeenergie beeinträchtigt.
Heizkörper und Rohr müssen mit einer verhältnismässig starken Isolierschicht umgeben werden, um ein unausgenutztes Entweichen der Wärmeenergie nach aussen auf das Mindestmass herabzusetzen. Aus diesem Grunde ist die Heizwicklung schwer zugänglich und bei einem Fehler nur mit einer langwierigen und kostenaufwendigen Montage- und Reparaturarbeit wieder herstellbar. Das Isoliermaterial und das dieses umgebende Metallgehäuse erhöhen die Herstellungskosten des Ofens und machen diesen schwer und sperrig.
Der innere, den zu behandelnden Draht durchlassende Raum der bekannten Rohrofentypen ist im Vergleich zum Drahtdurchmesser verhältnismässig gross und deshalb ist auch der Schutzgasverbrauch bedeutend. Der Schutzgasverbrauch wird auch durch den Umstand erhöht, dass der Heizraum des Ofens verhältnismässig häufig ausgespült werden muss.
Infolge der im Rohrofen befindlichen grossen Schutzgasmengen entstehen bei den unabwendbaren zeitweiligen inneren Explosionen derartig starke Detonationen, die die Ruhe der in der Umgebung des Ofens arbeitenden Personen in ernster Weise stören und ihre Arbeitsfähigkeit beeinträchtigen, wobei die Explosionskräfte auch den Ofen gefährden, da der durch die Explosion entstehende erhöhte Gasdruck nur durch die an beiden Enden des Rohres befindlichen Öffnungen entweichen kann.
Der grösste Fehler dieser Rohrofentypen besteht darin, dass nur ein Zehntel oder Zwanzigstel der durch sie aufgenommenen Energie ausgenutzt werden kann. Ursache dafür ist, dass die im Heizkörper erzeugte Wärmeenergie zuerst durch die Isolierschicht, das Ofenrohr und dann durch die Schutzgasschicht dringen muss, um auf den eigentlichen Bestimmungsort, zu dem der Wärmebehandlung zu unterziehenden Draht, zu gelangen.
Bei der zum Erreichen der erwünschten Produktivität erforderlichen Drahtgeschwindigkeit muss die Schutzgastemperatur ein Mehrfaches der im Draht zu erreichenden gewünschten Temperatur ausmachen. Bei einem auf eine zu hohe Temperatur erhitzten Rohrofen ist jedoch die in die freie Atmosphäre ausgestrahlte, d. h., ohne Arbeitseffekt entweichende Wärmemenge sehr gross. Wenn jedoch kein hoher Temperaturunterschied zwischen dem der Wärmebehandlung unterzogenen Draht und dem Ofenrohr bzw. der Schutzgastemperatur besteht, so muss entweder die Durchlaufgeschwindigkeit des Drahtes verringert werden, wodurch die Produktivität des Ofens herabgesetzt wird, oder der Rohrofen sehr lang bemessen werden.
Zu den Fehlern dieser bekannten Rohröfen gehört unter anderem auch der, dass der Ofen bereits lange vor Beginn der Wärmebehandlung angeheizt werden muss, um die zur Wärmebehandlung erforderliche Temperatur zu erreichen.
Dies bedeutet ebenfalls Energieverluste. Derartige Rohröfen können infolge der langen Anheizzeiten nicht elastisch an den Fertigungstakt angepasst werden.
Bekannt sind auch Rohrofentypen, bei denen das Rohr selbst den aus Widerstandswerkstoff hergestellten Heizkörper bildet, bzw. der Wärmebehandlungsraum durch aus einem Widerstandswerkstoff, z. B. Siliziumkarbid, hergestellte und durch elektrischen Strom erhitzte Stangen begrenzt wird. Bei diesen Typen entfällt zwar bei einem Schadhaftwerden des Heizkörpers die bei den vorher genannten Typen erforderliche kosten- und zeitaufwendige Reparaturarbeit, jedoch bedeutet diese Lösung der Stromzuleitung und die Auswahl des entsprechenden Widerstandswerkstoffes (Rohrmaterial, Stangenmaterial) neue Probleme. übrigens können auch bei diesen Typen die gleichen nachteiligen Eigenschaften wie bei den vorgenannten, mit Heizkörpern aus Widerstandsdrähten arbeitenden Rohröfen vorgefunden werden.
Zur Erhitzung von Draht-u. ähnl. Materialien ist das Verfahren schon bekannt, bei dem der Strom durch
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den Draht selbst als Widerstandswerkstoff geführt und derselbe dadurch bis zum Glühen erhitzt wird. Trotz der
Kenntnis dieses Verfahrens wurde bisher kein nach diesem Prinzip arbeitender Ofen erbaut, da dieses Verfahren zu einer in Schutzgasatmosphäre erfolgenden Wärmebehandlung des Drahtes nicht benutzt werden konnte. Die
Anwendung dieses bekannten Verfahrens wurde durch die Probleme des Kontaktgebens der Stromzu- und - ableitung vereitelt, da die Kontaktgabe auch während der fortlaufenden Vorwärtsbewegung des Drahtes einwandfreie und betriebssicher erfolgen muss, und dies ganz besonders aus dem Grunde, dass derartige Anlagen einer rauhen Dauerbeanspruchung ausgesetzt sind.
Eine zeitweilige Beeinträchtigung der Kontaktgabe führt innerhalb einer kurzen Zeit zu einem Unbrauchbarwerden der Anlage, da an den fehlerhaften Kontaktstellen erhöhte Wärmeentwicklung auftritt. Die Kontaktflächen oxydieren, und dies erhöht noch weiter die
Wärmeentwicklung, so dass die Kontaktflächen innerhalb einer kurzen Zeit einbrennen und dadurch zur Stromzu- und-ableitung praktisch unbrauchbar werden. In die Drähte müssen eventuell Ströme der Grössenordnung von 10 bis 20 A geleitet werden, die bereits bei einem geringfügigen Kontaktfehler auf der kontaktgebenden
Drahtoberfläche derartige Spuren zurücklassen, die den betreffenden Drahtabschnitt unbrauchbar machen.
Das vorstehend beschriebene komplizierte Problem der Kontaktgebung bedingt eine ständige sorgfältige
Kontrolle der für Drähte bekannten Kontaktausführungen bzw. Konstruktionen, woraus anderseits folgt, dass die
Kontaktgabe ausserhalb des durch Schutzgas ausgefüllten Raumes, an einer gut erreichbaren Stelle vorgenommen werden muss. In diesem Fall würde jedoch ein Abschnitt des Drahtes in bereits glühendem Zustand durch die freie Atmosphäre laufen und oxydieren, sowie seine Oberfläche zur weiteren Kontaktgabe ungeeignet werden.
Bei dieser Glühmethode verursachen die Abkühlung des aus dem Glühraum austretenden Drahtmaterials durch den austrittsseitigen Kontakt und der Schutz der mit dem glühenden Draht in Berührung stehenden Fläche gegen übererwärmung und die damit verbundenen Folgen weitere Probleme.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Ofens mit Schutzgasspülung zur kontinuierlichen
Wärmebehandlung von Drähten, bei dem der ganze glühende Drahtabschnitt in Schutzgasatmosphäre und bei einer die vorgeschriebenen technischen Parameter gewährleistenden Temperatur sowie mit einer hohen
Produktivität ergebenden grossen Geschwindigkeit durchgezogen werden kann, weiterhin zum Ausglühen ein im
Vergleich zu dem Energiebedarf der bisher bekannten öfen um eine Grössenordnung niedrigerer Energiebedarf erforderlich ist, der Glühofen weiterhin preiswert, von geringem Gewicht und Platzbedarf, sowie leicht bedienbar und betriebssicher ist, zuverlässig arbeitet, praktisch keine Wartung benötigt und elastisch dem Fertigungstakt angepasst, d. h. innerhalb von Sekunden in Betrieb gesetzt werden kann.
Die Erfindung erfüllt die genannte Zielsetzung derart, dass sie in der Schutzgasatmosphäre angeordnete, den Draht spannende und lenkende und/oder an den Enden des auszuglühenden Drahtabschnittes den Strom zu- und ableitende zwei oder mehrere Scheiben und einen bzw. mehrere diese die Scheiben aufnahmenden Räume verbindende Kanalteile besitzt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die Scheiben an einer aus dem Ofen herausstehenden, in einem an die mit der freien Atmosphäre in Verbindung stehende Seite des Ofens befestigten Lager drehbar gelagerten Achse befestigt sind.
Merkmal der Erfindung ist weiterhin, dass die die Scheibe tragende Achse auf ihrem aus dem Ofen in die freie Atmosphäre hinausreichenden Teil mit Kühlplatten versehen ist.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist auch, dass sie einen auf die Oberfläche des aus dem Ofen in die freie Atmosphäre hinausreichenden Achsenstumpfes aufliegenden, in einer Bürstenhaltervorrichtung angeordneten, der Achse Strom zuführenden bzw. den Strom ableitenden Bürstenkontakt besitzt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass der Abstand zwischen den Wänden der die Drähte umgebenden Kanalabschnitte sowie der die Scheiben umgebenden Hohlräume und den Drähten bzw. den Scheiben zwischen 2 und 10 mm liegt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass die die Drähte umgebenden Kanalteile und die die Scheiben aufnehmenden Hohlräume in die eine Fläche des Ofenkörpers eingearbeitet sind, und dass der Ofen einen auf diese Fläche anpressbaren, die Kanalteile und die Hohlräume auf der vierten Seite abschliessenden Deckel besitzt.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist schliesslich, dass der Ofenkörper und der Deckel aus einem wärmeisolierenden, bis zu einer Temperatur von 100 C seine Form haltenden Kunststoff hergestellt ist, und dass der den glühenden Drahtabschnitt umgebende Kanalabschnitt mit einer Keramik- oder Quarz-Auskleidung versehen ist.
Die Erfindung wird in ihren Einzelheiten an Hand einer in den Zeichnungen dargestellten beispielsweisen Ausführungsform beschrieben. Fig. 1 ist eine Skizze der Vorderansicht einer beispielsweisen Ausführungsform eines erfindungsgemässen Ofens mit Schutzgasspülung. Auf der Abbildung wurde der Deckel nicht dargestellt.
Fig. 2 ist eine Schnittzeichnung des auf Fig. 1 dargestellten Ofens entlang der Linie II-II.
In der Fig. 1 ist die Vorderansicht des Ofenkörpers-l--zu sehen, von welchem der Deckel--2entfernt wurde. In die Seitenfläche des Ofenkörpers--l--sind der Eintritts-Kanalabschnitt --3--, der Hohlraum--4--, der Glühkanal-Abschnitt--5--, der Hohlraum-6-, der Hohlraum-7--, weiterhin der Austritts-Kanal--8--eingearbeitet. Diese bilden einen miteinander in der Reihenfolge der Numerierung zusammenhängenden Raum.
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In den Hohlräumen --4, 6 und 7-sind die Scheiben --4a, 6a und 7a-angeordnet. Die Scheiben - -4a, 6a und 7a-sind an je einer Achse --9-- befestigt bzw. als Teil dieser Achsen ausgebildet. Die Achsen --9-- reichen durch die in der Wandung des Ofenkörpers --1-- vorgesehenen Bohrungen in die freie Atmosphäre hinaus und sind in einem an die mit der freien Atmosphäre in Berührung stehende Seite des Ofenkörpers--l--in irgendeiner bekannten Weise befestigen Lager--10--verdrehbar gelagert.
An der in der freien Atmosphäre befindlichen Oberfläche der die Scheiben-6a und 7a-tragenden Achsen --9-- sind in einer gut wärmeleitenden Weise mehrere Kühlplatten-11-befestigt. Das äussere
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Bürstenkontakt--14--angepresstvorrichtung --13- ist in irgendeiner bekannten Weise am Ofen befestigt.
An den Ofenkörper --1-- ist mit Hilfe von gelenkigen oder irgendwelchen andern bekannten Verbindungselementen der Deckel --2-- so aufgespannt, dass er auf die die Kanalteile (Abschnitte) und die Hohlräume enthaltende Fläche des Ofenkörpers--l--gedrückt oder von diesem abgehoben und entfernt werden kann. Es kann vorteilhaft sein, wenn der Deckel--2--durch Gravitation oder Federkraft auf die
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--5-- mündet- 15-, durch welche das Schutzgas in die Kanalteile und Hohlräume eingeführt werden kann.
Vor Inbetriebsetzung des erfindungsgemässen Ofens wird der Deckel --2-- abgehoben bzw. von der die Kanalteile und die Hohlräume enthaltenden Fläche des Ofenkörpers --1-- entfernt und dadurch werden die Kanalabschnitte und die in den Hohlräumen befindlichen Scheiben zugänglich gemacht. Der auszuglühen beabsichtigte und in der Fig. l mit einer unterbrochenen Linie gezeichnete Draht--16--wird in der in Fig. 1 dargestellten Weise in die Kanalteile und auf die Scheiben gelegt. Der Draht--16--umgibt die Scheibe --4a-- entlang ihres ganzen Umfanges, die Scheiben-6a und 7a-auf 3/4 ihres Umfanges.
Der Draht --16- wird von einer bekannten, mit einer Bremsvorrichtung versehenen Spulenhaltervorrichtung in Richtung des pfeiles --17-- in den Eintrittskanal-Abschnitt eingeführt. Der Draht
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16-verlässtAustrittsöffnung des Austrittskanal-Teiles, d. h. in dem im Inneren des Ofenkörpers befindlichen Abschnitt, befindet sich der Draht --16-- in gespanntem Zustand und bewegt sich dabei mit gleichmässiger Geschwindigkeit in Richtung der Pfeile--17 und 18--. Während des Durchlaufens durch den Ofen befindet sich der Draht --16-- in- dem Glühkanalabschnitt zwischen den Scheiben--4a und 6a--in glühendem Zustand. Das Glühen wird mit Hilfe des den Scheiben--4a und 6a--zugeführten Stromes erreicht.
Der Strom wird durch die Scheiben mit voller Sicherheit dem Draht--16--zugeleitet, da der Draht mit den Scheiben auf einer grossen Oberfläche in stets einwandfreiem Kontakt ist.
Zwischen Draht und Scheiben tritt kein mechanischer Schlupf auf, da die Umfangsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Drahtbewegung entspricht, so dass praktisch kein mechanischer Verschleiss auftreten kann.
Da der Draht stets mit einer grossen Kraft auf der Scheibenoberfläche aufliegt, ist der Kontaktwiderstand gering und deshalb kann auch keine durch schlechten Kontakt bedingte Erwärmung auftreten. Der glühende Draht wird durch die auf der Austrittsseite befindlichen Scheiben --6a und 7a-schnell und wirksam abgekühlt, da die auf den Achsen--9--befindlichen Kühlplatten--11--die von den Scheiben--6a und 7a--auf die Achsen--9--übertragene Wärme ebenfalls schnell und wirksam der umgebenden Atmosphäre abgeben.
Der Ofenkörper--l--und der Deckel --2-- können aus einem bekannten wärmeisolierendem Material oder aus einem elektrisch isolierenden und mindestens bis zu 100 C nicht deformierbaren leichten Kunststoff hergestellt werden. Im letzteren Fall kann der Glühkanal-Abschnitt--5--vorteilhaft mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Quarz-oder Keramikrohr ausgekleidet werden.
Da der Draht entlang seines im Ofen festgelegten Weges überall in gespanntem Zustand läuft, reicht ein Abstand von lediglich 2 bis 10 mm von den Wänden der Kanalteile und der Hohlräume, d. h. der das Schutzgas aufnehmende Rauminhalt der Kanalabschnitte und der Hohlräume ist in einer bisher unbekannten und überraschenden Weise gering.
Die wichtigeren vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemässen Ofens mit Schutzgasspülung sind folgende :
Zum sicheren Erreichen der für den Draht vorgeschriebenen Parameter genügt eine im Vergleich zu den bisher bekannten öfen um eine Grössenordnung kleinere Energiemenge. Der Ofen weist einen geringen Platzbedarf auf, ist leicht und preiswert. Die Bedienung ist sehr einfach und unangenehme Folgen mit sich bringende Detonationen sind ausgeschlossen. Die entsprechende Wärmebehandlung kann mit einer ausserordentlich geringen Schutzgasmenge und hoher Produktivität erfolgen. Der Ofen kann innerhalb von Sekunden in Betrieb gesetzt werden und passt sich somit dem Fertigungstakt des Betriebes und dessen eventuellen Schwankungen ohne Zeitverlust an, so dass Schwierigkeiten, Engpässe und Ausfälle im Fertigungsprozess vermieden werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsform der beispielsweise beschriebenen Bestandteile. Bei einem Ersatz derselben durch Bestandteile ähnlicher Arbeitsweise (Funktion) und Wirkung, jedoch abweichender Ausführung, verändert sich der Erfmdungsbereich nicht. So können z. B. auf den die Drähte haltenden Flächen der Scheiben auch Drahtführungsnuten vorgesehen, der Deckel kann an Stelle der skizzierten gelenkigen Aufhängevorrichtung auch anders ausgebildet werden, der durch den Draht umschlungene Bogen kann fallweise lediglich 1/4 des Scheibenumfanges ausmachen, die Kühlplatten können an Stelle an der Atmosphäre in einem mit Wasser oder einem andern Mittel ausgefüllten Raum angeordnet werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Ofen mit Schutzgasspülung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Drähten, bei der die Drähte mittels des auf einem Abschnitt durch dieselben fliessenden Stromes auf die vorgeschriebene Temperatur erhitzt
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spannende und lenkende und/oder an den Enden des Drahtabschnittes (16) den Strom zu- und ableitende, zwei oder mehrere Scheiben (4a, 6a, 7a) und einen bzw. mehrere die die Scheiben (4a, 6a, 7a) aufnehmenden Räume (Hohlräume (4, 6,7) verbindenden Kanalteil (5) bzw. Kanalteile besitzt.
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