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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Draht, bei dem das Behandlungsgut in Schraubenform kontinuierlich durch den Behandlungsraum hindurchgeführt wird.
Es ist bekannt, Draht einer kontinuierlichen Wärmebehandlung zu unterziehen, indem man ihn mit gleichbleibender Geschwindigkeit durch Räume bewegt, in denen er heissen Gasen und/oder Infrastrahlung ausgesetzt ist.
Durch die deutsche Auslegeschrift 1207412 ist ein Verfahren zum Glühen eines Metallbandes bekanntgeworden, wobei das Band in Schraubenform kontinuierlich durch einen Ofen transportiert wird.
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auszusetzen. All diese Verfahren benötigen bei den üblichen Durchzugsgeschwindigkeiten, die auch von angeschlossenen Vor-und Nachbehandlungen bestimmt werden, beträchtliche Behandlungslängen.
Schliesslich ist durch die Schweizer Patentschrift Nr. 494281 ein Verfahren zum Ausglühen von Metallband mittels Induktionsheizung bekanntgeworden, wobei das Metallband zu einer Bandrolle aufgewickelt und mittels je einer die Bandrolle umgebenden und in diese eingesetzten Induktionsspule erhitzt wird. Auch dieses Verfahren brachte hinsichtlich des Platzaufwandes keine zufriedenstellende Lösung. Ausserdem ist in diesem Falle keine kontinuierliche Behandlungsweise vorgesehen.
Es zeigte sich nun, dass man mit extrem niedrigem Platzbedarf bei der kontinuierlichen Wärmebehandlung von Draht auskommt, wenn, ausgehend von dem eingangs erwähnten Verfahren, der Draht erfindungsgemäss in
Spulenform konzentrisch durch eine mit Wechselstrom betriebene Induktionsspule (Induktor) hindurchbewegt wird. Diese Bewegung ist so zu verstehen, dass aufeinanderfolgende Drahtwindungen in der Gesamtheit der von ihnen gebildeten Spule lediglich in der Achsrichtung derselben bewegt werden. Durch dieses Verfahren ergibt sich als weiterer Vorteil ein hoher Wirkungsgrad, der mit dem besonders günstigen Nahverhältnis zwischen
Induktionsspule und Draht zusammenhängt.
Meist ist es vorteilhafter, die gemeinsamen Achsen des Induktors und der Drahtspule und damit auch deren Bewegungsrichtung horizontal zu legen, doch lässt sich das Verfahren auch mit Vertikal-oder Schräglage der Achse durchführen.
Es kann hiebei der zu behandelnde Draht in Form einer ein- oder mehrlagigen Spule durch eine
Induktionsspule (Induktor) etwas grösseren Durchmessers gerade hindurchgeschoben werden, ohne dabei zu rotieren. Vorn und hinten kann die Spule des zu behandelnden bzw. schon behandelten Drahtes ergänzt bzw. abgewickelt werden.
Vorgezogen wird jedoch vor allem aus apparativen Gründen, den Draht im wesentlichen schraubenförmig rotierend durch den Induktor hindurchzubewegen. Man erspart sich dadurch aufwendigere Auf- und Abwickeleinrichtungen.
Es zeigte sich, dass man besonders günstig bei Frequenzen zwischen 10 und 300, vorzugsweise zwischen 50 und 180 kHz arbeitet. Empfehlenswert ist, bei Verwendung eines neuen Materials bzw. einer neuen Drahtstärke empirisch zunächst den Wirkungsgrad durch Variieren der Arbeitsfrequenz zu optimieren, und sodann die gewünschten Behandlungstemperaturen des Drahtes, abhängig von der Durchzugsgeschwindigkeit, mittels der Amplitude des Induktionsstromes einzustellen.
Gewisse Drahtlumen bestimmter elastischer Drahtmaterialien lassen sich nun mit einem Rollensatz so verformen, dass man sie als freitragende Spirale durch die Induktionsspule schicken kann. Im allgemeinen ist das aber nicht möglich. Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird daher der Draht, unter Berührung der Windungen untereinander, von einem einzigen rotierenden, den Mindestdurchmesser der Drahtwindungen aufweisenden Stützkörper, diesen mit einer Mehrzahl von Windungen rundum berührend, durch den Induktor hindurchgeführt.
Vorteilhaft ist es auch, den Stützkörper unter der Arbeitsspule (dem Induktor) in Richtung des sich fortbewegenden Drahtes mit einer konischen Aufweitung und dahinter unter Umständen mit einer Verjüngung zu versehen. Die Dilatation bzw. Kontraktion des Drahtes infolge der Erhitzung bzw. darauffolgenden Abkühlung kann auf diese Weise soweit aufgenommen werden, dass die Windungen in der Hitzezone nicht zu locker werden und sich verwirren (gestaut werden).
Um ein Aufspringen der Windungen in Richtung Spulenachse zu verhindern, hat es sich weiters als zweckmässig erwiesen, den Windungen des Drahtes in dieser Richtung-z. B. durch eine federnde Ringscheibe-einen einstellbaren Widerstand entgegenzusetzen.
Schliesslich ragt nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens der Stützkörper mit einem Vielfachen der Achslängen des Induktors hinter demselben heraus, d. h. an jenem Ende, an welchem der erhitzte Draht die Heizzone verlässt. Dadurch verbleibt der Draht nach Einwirken des induzierten Wechselstromfeldes in der unmittelbaren Nahzone des Induktors, noch über ein Vielfaches der Einwirkungszeit desselben, auf dem Stützkörper und kann hier auskühlen, bevor er den Stützkörper verlässt. Dadurch ist eine Möglichkeit geregelter Gaskühlung gegeben, und der Draht wird erst dann wieder stärkerer mechanischer Beanspruchung ausgesetzt, wenn er abgekühlt und wieder hinreichend gefestigt ist. Es erwies sich als vorteilhaft, nicht nur zur Regelung der Abkühlung, sondern auch um chemische Randprozesse, z. B.
Verzunderungen, günstig zu beeinflussen, den Raum um den Induktor und die Drahtwicklung zu schliessen und mit einem Arbeitsgas, z. B.
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Stickstoff, zu füllen. Es können natürlich auch andere, das Verfahren begünstigende Prozesse auslösende oder negative Einflüsse verhindernde Gase verwendet werden.
Die wesentlichen Teile einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind erfindungsgemäss eine aus einer oder mehreren Windungen und vorzugsweise aus kühlwasserdurchflossenem Kupferrohr bestehende das
Wechselstromfeld induzierende Induktionsspule (Induktor) samt Generator, eine zur Aufrechterhaltung und
Regelung des Wechselstromes in der Arbeitsspule erforderliche Stromquelle, Schalter usw. sowie eine Einrichtung zur kontinuierlichen koaxialen Hindurchführung von Draht in Spulenform durch den Induktor. Beispielsweise ist es möglich, eine grössere Partie Draht zu einer langgestreckten Spule zu wickeln, diese dann auf einem Stabe hängend, horizontal durch Zahnstangenantrieb durch den mit horizontaler Achse ortsfest montierten Induktor hindurchzubewegen.
Gegebenenfalls kann ein"Konzentrator", d. h. ein Hochfrequenztransformator vorgesehen sein, der die Anpassung an den niederen Widerstand der zu behandelnden Drahtspule bewirkt, und der auch selbst-ein-oder beidseitig-wassergekühlt sein kann.
Nicht nur um mechanischen Schutz zu gewähren, sondern auch um Wärmeverluste durch Abstrahlung vom erhitzten Draht auf den wassergekühlten Induktor zu verhindern, hat es sich als zweckmässig erwiesen, an der
Innenseite des Induktors einen vorzugsweise ringförmigen Isolierkörper aus nichtleitendem, hitzebeständigem
Material, z. B. Porzellan, anzubringen.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung enthält einen, die Drahtspule innenseitig abstützenden, um die mit dem Induktor gemeinsame Achse rotierenden Stützkörper, wodurch ermöglicht wird, dass auch nicht selbsttragende Drahtlumen im wesentlichen schraubenförmig rotierend durch die Induktionszone bewegt werden können. Es kann der Stützkörper selbst angetrieben oder auch nur vom Draht mitgenommen werden. Die üblichen Haspeln, Rollen, Antriebe u. dgl., die zum Betrieb von Drahtbehandlungsanlagen nötig sind, können in konventioneller Weise erstellt werden und sind an sich nicht Gegenstand der Erfindung.
Es erwies sich jedoch als besonders vorteilhaft, das Vorrücken der Drahtspule auf dem Stützkörper durch eine einfache oder doppelte Ziehscheibe an jener Stirnseite des Stützkörpers zu bewirken, auf welcher der Draht aufgegeben wird.
Eine weitere vorzugsweise Ausgestaltung der erfindungsgemässen Vorrichtung enthält einen Stützkörper, dessen Achse um ein Vielfaches länger als die des Induktors ist. Man lässt den Stützkörper auf der Drahtausgangsseite aus der Induktionsspule weit herausragen und hat dadurch eine Zone geschaffen, in der sich der durch Induktion erhitzte Draht abkühlen kann, bevor er vom Stützkörper abgenommen wird.
Naturgemäss ist der Stützkörper der abrasiven Wirkung des Drahtes sehr ausgesetzt. Eine bevorzugte Ausführungsform des Stützkörpers enthält daher aus hartem, hitzebeständigem, vorzugsweise keramischem Material, z. B. aus Sinterkorund bestehende, in gleichen Winkelabständen angeordnete, und gegebenenfalls auswechselbar angebrachte Gleitleisten, die zweckmässig parallel zur Rotationsachse des Stützkörpers verlaufen.
Aus statischen sowie fertigungstechnischen Gründen werden die Gleitleisten vorteilhafterweise in mehrere Segmente unterteilt, die z. B. in Schwalbenschwanznuten von Trägern des Stützkörpers einschiebbar sein können.
Um der Längendehnung des Drahtes in der Hitzezone gerecht zu werden sowie um ein Aufspringen der Drahtspule in axialer Richtung zu verhindern, werden vorzugsweise auswechselbare, nockenförmige Hemmkörper aus hartem, vorzugsweise keramischem Material am Umfang des Stützkörpers, bzw. in dessen Trägern aus diesem etwas herausragend, angebracht. Vorteilhafterweise kann man diese Formen gleich bestimmten Gleitleistensegmenten geben. Es besteht dann auch die Möglichkeit, verschieden grosse "Nocken" aufzustecken.
Man kann aber auch die Körper etwa mittels Keil in ihrer Lage verstellbar und dadurch bezüglich ihres Herausragens varüerbar gestalten.
Im allgemeinen ist es auch vorteilhaft, zumindest Induktor und Drahtwicklung zu ummanteln, um die Möglichkeit zu bieten, eine. bestimmte Atmosphäre zu schaffen, und auch wärmetechnisch günstiger zu liegen.
Das erfindungsgemässe Verfahren und die dazugehörige Vorrichtung werden in einigen Ausführungsformen durch die Zeichnungen erläutert. Es zeigen : Fig. l zwei Möglichkeiten, den Draht durch den Induktor hindurchzubewegen, Fig. 2 eine Ausführungsform des Induktors in schaubildlicher Darstellung, die Fig. 3 und 4 in schaubildlicher Darstellung zwei Ausführungsformen des Stützkörpers, die Fig. 5 und 7 je einen Schnitt nach der Linie V-V bzw. VI-VI nach Fig. 4, Fig. 7 einen Querschnitt einer geänderten Ausführungsform einer Gleitleiste des Stützkörpers in grösserem Massstab und Fig. 8 eine Einzelheit einer geänderten Ausführungsform des Stützkörpers nach Fig. 4 in schaubildlicher Darstellung.
Gemäss Fig. l kann das erfindungsgemässe Verfahren durch gleichmässiges Hindurchführen einer langgestreckten Drahtwicklung (Spule) --1-- durch einen Induktor--12--erfolgen, der hier der Einfachheit halber nur aus einer einzigen Windung eines Vierkant-Kupferrohres besteht, das bei der Stromzu- und -abführung --13, 14--auch mit Anschlüssen für Kühlwasserzu-und-ableitung versehen ist. Natürlich besteht die Möglichkeit, den Induktor in üblicher Weise mit einem "Konzentrator" üblicher Bauart zusammenzubauen, d. h.
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Drahtes anpasst.
Alle übrigen für die induktive Erhitzung dienenden und an sich bekannten Geräte, wie die mechanischen Mittel, mit denen die Drahtspule ohne Rotation gradlinig entlang ihrer Achse fortbewegt werden
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kann, sind nicht dargestellt. Die Drahtspule-l'--könnte beispielsweise auf einer Zahnstange parallel zur Achse aufgehängt und mittels eingreifendem Zahnrad langsam vorangetrieben werden.
Falls man nicht in gewissen Abständen eine neue Spule Draht aufstecken will, muss man dieselbe bei dieser Variante des Verfahrens kontinuierlich vom durch Aufwickeleinrichtungen ergänzen und hinten durch Abwickelgeräte abnehmen.
Apparativ einfacher und billiger ist es daher meist, den Draht in Form einer Schraubenlinie durch den Behandlungsraum rotieren zu lassen, wie Fig. 1 dies im Prinzip strichliert darstellt.
Fig. 2 zeigt die beispielsweise Anordnung eines gegen mechanische Einflüsse widerstandsfähigen und
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rotierend durch den Behandlungsraum zu führen, empfiehlt es sich im allgemeinen, ihn dabei mechanisch zu stützen und zu leiten. Auch wenn es Drähte gibt, die freitragend in Spiralform durch den Behandlungsraum "geschraubt" werden können, ist die Herstellung der exakt erforderlichen Krümmung aufwendig und und empfindlich, ganz abgesehen von der Problematik der Erweichung in der Hochtemperaturzone unter dem Induktor. Erfindungsgemäss bedient man sich dabei jeweils eines einzigen Stützkörpers, der sich von der Grundform einer runden Walze ableitet, die eine mit der (den) Induktorwindung (en) gemeinsame Achse besitzt, um die er sich-passiv oder aktiv-dreht.
Fig. 3 zeigt eine einfache Ausführungsform eines solchen Stützkörpers--4--, die an der linken Stirnseite, wo der Draht aufgewickelt wird, mit einer Ziehscheibe--4'--versehen ist, welche bewirkt, dass sich beim Aufwickeln der Draht nicht zu einem Drahtring oder "Bund" staut, sondern Windung für Windung nach rechts abgeschoben und dadurch zu einer vorrückenden Schraubenspirale (Spule) verformt wird.
Um die Dilatation des Drahtes beim Erhitzen unter dem nicht gezeichneten Induktor aufzunehmen, geht hier der Walzenkörper --18-- in einen Konus --19-- über. Beim Abkühlen des Drahtes verringert sich wieder durch Kontraktion des Drahtes der Durchmesser der Windungen, was durch eine anschliessende allmähliche Verringerung des Durchmessers des Stützkörpers berücksichtigt wird, der hier deshalb die Form eines in der Durchgangsrichtung verjüngten Konus--20--hat. Damit sich die Drahtwindungen im wesentlichen berühren und nicht
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zwingen der einzelnen Windung nämlich eine etwas unrunde, sich vom Kreis zum Quadrat hinbewegende Form auf, wobei die elastischen Gegenkräfte der Drahtwindungen die in die Vertikale übertragene Hemmung bewirken.
Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform des Stützkörpers --4-- übt die gleichen Funktionen wie der
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der heissen Zone, die Erweiterungen--7'--dienen als Hemmkörper, die das dichte Aufeinanderliegen der Windungen gewährleisten. Während die Erweiterungen--25--an allen Leisten--6--vorgesehen sind, befinden sich die Erweiterungen--7'--im vorliegenden Falle nur an zwei der vier Gleitleisten, wodurch eine ovale Verformung der Drahtwindungen (Fig. 6) im Vergleich zu der"ungehemmten"Windung (Fig. 5) bewirkt wird.
Eines der vielen möglichen Beispiele, einen Hemmkörper in seiner Lage verstellbar und bezüglich seines Herausragens variierbar zu gestalten, zeigt der Querschnitt einer Gleitleiste--6--nach Fig. 7 in achteckiger Ausführungsform an den nicht erweiterten Stellen und einer exzentrischen Erweiterung--7A--. Diese Gleitleiste kann in achteckige passende Vertiefungen der Scheiben--4', 24-gesteckt und darin verspannt werden. Im Hinblick auf die acht möglichen Lagen der Leiste gibt es (wegen Symmetrie) 8 : 2 = 4 Stufen der Hemmwirkung, d. h. vier Möglichkeiten verschieden hohen Herausragens des Hemmkörpers aus dem Stützkörper.
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8,Schwalbenschwanznut --28-- von Trägern --29-- eingeschoben ist, die ähnlich den Leisten nach Fig. 4 gehalten sein können.
Hiebei können, was bei grösser dimensionierten Stützkörpern von Vorteil ist, die Gleitleisten--6--auch aus mehreren Segmenten--6'--zusammengestellt und dazwischen auch auswechselbare, verschieden gestaltete Erweiterungen--7'--eingesetzt sein, sei es, um damit die Drahtdilatation in der Hitzezone aufzunehmen, sei es, um am Ende der Spule deren axiale Fortbewegung etwas zu hemmen und sie dadurch zusammenzuhalten.