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Verfahren und elektrischer Ofen zur Herstellung eines. fest zusammenhängenden Wolframstabes.
Man hat zur Erzeugung von ziehbarem Wolframmetal] bereits vorgeschlagen, Wolframpulver unter grossem Druck in Stabform zu pressen und diese Stäbe dann in einem elektrischen Ofen in einer Wasserstoffatmosphäre zu erhitzen, um auf diese Weise Stäbe von genügender Widerstandsfähigkeit zu erhalten. Hiefiir ist im englischen Patent 14795 A. D. 1913 eine Vorrichtung angegeben, in welcher der Wolframstab an den Stirnflächen zwischen Wolfram elektroden gehalten wird, von denen eine feststeht, während die andere eine labile Lagerung hat, wobei die Elektrodenhalter durch Wassermäntel gekühlt sind und der vertikal stehende Wolframstab lediglich durch die eine Elektrodenfassung in seiner Lage gehalten wird.
Gemäss vorliegenden Ausgestaltung wird der Wolframstab zwischen den Elektroden durch Federklemmlmg gehalten und die Elektroden bestehen ganz oder wenigstens an den Oberflächen, welche mit dem Wolframstab in Berührung sind, aus karbonisiertem Wolfram.
Es hat sich gezeigt, dass, wenn die Elektroden aus karbonisiertem Wolfram allseitig in recht massiven Lagerungen aus Kupfer oder Bronze gehalten werden, welche ihrerseits eine leichliche Wasser- kühlung besitzen, die Elektroden keine ungebührliche Erhitzung erfahren. Man nimmt an, dass die wassergekühlten Lagerungen der Elektroden dahin wirken, die Hitze rasch von den Elektroden abzuführen. und dass die Herstellung der Elektroden aus karbonisiertem Wolfram von besonderem Einfluss ist. Es hat sich gezeigt, dass wenn ein Wolframblock der beschriebenen Art zwischen die Elektroden des Ofens geklemmt und ein Strom hindurchgeschickt wird, die Temperatur des Blockes sehr hoch gesteigert werden kann, ohne dass die Temperatur der karbonisierten Wolframelektroden bis zu merklicher Rotglut steigt.
Selbst bei den höchsten Temperaturen, welchen der Block beim Verschweissen und Sintern ausgesetzt wird, bleiben die Elektroden merklich kühler, obwohl es nahezu unmöglich ist, genaue Temperaturmessungen vorzunehmen. Die Temperaturen sind so hoch, dass eine Beobachtung der Sintervor-
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scharfe Trennlinie bzw. Temperaturdifferenz zwischen den Elektroden und dem Wolframblocke vorhanden ist. Wenn der Block in voller Länge weissglühend ist, haben die Elektroden selbst an ihren äussersten, den Block berührenden Enden nur eine so niedrige Temperatur, dass sie, verglichen mit dem weissglühenden Blocke, gar nicht leuchtend erscheinen.
Es mag sein, dass das karbonisierte Wolfram besondere Eigenschaften besitzt oder annimmt, beispielsweise einen verringerten Widerstand gegen den elektrischen Strom oder eine verbesserte Wärmeleitung, was beides die obige Erscheinung erklären könnte. Es könnte auch sein, dass die Unvollständigkeit der mechanischen Berührung zwischen dem Blocke und den Elektroden dahin wirkt, dass die Hitze des Blockes nicht in dem gleichen Masse auf die Elektroden übertragen wird, in welchem die Wärme aus den Elektroden durch die wassergekühlten Lagerungen abgeführt wird.
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Falle hat man festgestellt, dass gleiche Resultate nicht erreicht we] den können, wenn Elektroden aus reinem Wolfram benutzt werden.
Es wurden in der Vorrichtung Stäbe von wesentlich quadratischem Querschnitt verschweisst oder gesintert, bei denen die Seite des Querschnittes 6'349 mm lang war, während die Gesamtlänge sich auf 101. 596 mm bezifferte. Die Elektroden aus Wolframkarbid hatten den gleichen Querschnitt und ragten 19'02 mm über ihre wassergekühlten Bronzelagerungen hinaus. Zweifellos werden auch andere Abmes-
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sungen gute Resultate eizielen lassen, die beschriebenen Abmessungen haben sich aber auf jeden Fall bestens bewährt.
Das durch die angegebene Behandlung erzielte metallische Wolfram ist ein dichter metallischer Körper von sehr beträchtlicher Druck-und Zugfestigkeit. Obschon es im gewissen Masse spröde ist. so ist es doch bei Zimmertemperatur in solchem Masse schmiedbar, dass die Kanten der Stange geschmiedet oder gehämmert werden können, bis der Qierschnitt der Stange aus viereckiger Form in achteckige übergegangen ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der neuen Vorrichtung schematisch daigestellt :
Fig. l ist ein senkrechter Schnitt durch den wassergekühlten Ofen, Fig. 2 ein Schnitt nach Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 ein Schnitt nach Linie 3-3 der Fig. 1, Fig. 4 ein Grundriss der Elektrodenstützen, Fig. 5 ein Schaubild des Ofens.
Die Grundplatte 10 trägt L-förmige Schienen 11 und 12, auf denen der äussere Ofenmantel 14 mittels der an ihm befestigten Führungen 13 in der Längsrichtung verschiebbar ist.
Der Ofen ist ungefähr 45.720 cm lang und weist ausser dem äusseren Mantel 14 einen entsprechend gestalteten inneren Mantel 15 auf, der von dem ä isseren einen gewissen Abstand besitzt, so dass eine Ringkammer entsteht, durch welche mittels des Einlassrohres 20 und Auslassrohres 21 ein Kreislauf von Wasser unterhalten weiden kann. Die beiden zylinderförmigen Ofenmäntel sind an einem Ende durch einen auch als Abschluss der Wasserkammer dienenden Ring 22 verbunden.
Eine Ringscheibe 24 aus Gummi, Asbest oder sonstigem Dichtungsstoff ist auf den Ring 22 aufgekittet und legt sich gegen die Innenwand 2-5 des feststehenden Kopfes 26, dessen Aussenwand 27 ebenfalls eine von Wasser durchströmte Kammer umschliesst. Letztere besitzt einen Einlass 28 und Auslass 29, mittels deren Wasser oder eine sonstige Kühlflüssigkeit beliebig schnell hindurchgeführt werden kann, um die Temperatur der metallischen Teile genügend tief zu halten. Um den beweglichen Teil des Ofens und die Scheibe 24 fest gegen den feststehenden Teil 26 zu pressen, sind ein Paar Hebel 30 vorgesehen, welche Rollen 31 tragen und durch einen Handgriff 32 verbunden sind.
Die Rollen 31 legen sich gegen die Kurven 33, welche an den
Seiten des beweglichen Ofenteiles hinten angebracht sind.
Die Elektroden und ihre Stützen weisen einen wassergekühlten tragenden Hauptleiter 35 auf, der wagrecht auf dem völlig ausserhalb der Ofenkammer liegenden Block 36 gelageit ist. Der Leiter 35 besteht vorzugsweise aus Kupfer, Bronze oder einen sonstigen guten Wärmeleiter und ragt durch den ortsfesten Kopf 26 hindurch, wo er durch die Isolierhülse 37 abgedichtet ist. Der in die Ofenkammer hineinragende Teil des Leiters muss so starr sein, dass er keiner Stützung an seinem freien Ende bedarf, wo er eine Eiektrodenstütze 39 von beträchtlicher Masse trägt. Diese Stütze besitzt eine Kammer, welche mit den durch den Leiter 35 führenden Wasserumlaufrohren 40 mittels Rohren 41 verbunden ist.
Die eigentliche Elektrode 43 besteht aus karbonisiertem Wolfram und ist in der Elektrodenstütze 39 mittels einer beweglichen Platte 44 (s. besonders Fig. 3) festgeklemmt. Die Platte 44 besteht ebenso wie die
Schrauben 45 vorteilhaft aus Kupfei, so dass die Wärme aus der Elektrode 43 gut in die wassergekühlte
Elektrodenstütze 39 abgeführt wird.
Die Elektrodenstütze an der rechten Seite (Fig. 1) ist in gleicher Art auf einem wassergekühlten
Leiter 47 gelagert, der auch durch den ortsfesten Kopf 26 des Ofens hindurchragt und durch eine Hülse 48 dagegen isoliert ist. Die äusseren und inneren Enden des Leiters 47 liegen in einem gewissen Abstande von dem wassergekühlten Leiter 35, sind aber mit ihm durch Isolierblöcke 49 und 50 verbunden. Alle diese Teile sind massiv bzw. so kräftig ausgebildet, dass ein festes Gebilde entsteht, das eine gute Wärme- abführung ergibt. Das in die Ofenkammer ragende Ende des Leiters 47 weist eine Schwalbenschwanz- nut 51 auf, in welcher ein Block 52verschiebbarist. Gegen das hintere Ende desselben legt sich eine Feder 53.
Der bewegliche Träger 52 ist mit einer Elektrodenlagerung versehen, welche derjenigen des Elektroden- blockes 39 gleicht. Dadurch wird die Wolframkarbidelektrode 55 mittels der Schrauben 57 festgehalten.
Obschon der Block 52 und die von ihm getragenen Teile in elektrischer Verbindung mit dem Leiter 47 stehen, ist doch noch für eine möglichst Verringerung des Übergangswideistandes durch einen bieg- samen Leiter 38 aus geflochtenem oder verwebtem Kupferdraht Vorsorge getroffen. Dies hat sich des- halb als nötig gezeigt, damit der Block 52 in seiner Führung 51 so lose gelagert werden kann, dass die
Feder 53 die Wolframkarbidelektrode 55 bequem in Eingriff mit dem Ende der Wolframstange 56 unab- hängig von deren Ausdehnung und Zusammenziehung während des Schweissens halten kann.
Der Druck der Feder 53 muss so sein, dass die parallelen Enden der Elektroden 43 und 55 konstant auf die parallelen
Enden des Wolframbloekes 56 derart einwhken, dass ein Durchsacken des Blockes auch bei Erhitzung bis zum Schmelzpunkte vermieden wird und die Verkürzung des Blockes unter entsprechender Erhöhung der Dichte bei seiner Erhitzung auf die kritische Temperatur gestattet und bewirkt wird.
Da zum Verschweissen eines Blockes der bevorzugten Grösse mit einem Querschnitt von ungefähr 0-4 ce eine höchste Stromstärke von ungefähr 2000 Ampere erforderlich ist, welche allmählich auf diesen Betrag gesteigert und dann wieder allmählich auf eine Mindesthöhe von ungefähr 800 Ampere verringert werden muss, so hat es sich als angemessen und wirtschaftlich erwiesen, Wechselstrom zu verwenden und ihn mittels eines Widerstandes 58 z. i regeln, welcher in dem aus der Zeichnung ersicht- lichen Stromkreise liegt.
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Damit der Schweissvorgang ohne Oxydation stattfinden kann, welche bei den erforderlichen hohen Arbeitstemperaturen sehr rasch eintreten würde, sind ein Einlass 62 und Auslass 63 vorgesehen, durch die Wasserstoff oder ein sonstiges inertes Gas zur Ofenkammer und aus ihr herausgeführt werden kann. Die Wasserstoffzuführung ist in den Zeichnungen mehr schematisch behandelt. Ein Wasserstoffbehälter oder eine sonstige Wasserstoffquelle 64 ist mit einem Dreiwegehahn 65 verbunden. Ferner ist ein Gummigassack 66 vorgesehen, der eine Gewebehülle 67 besitzen kann. Der Sack 66 ist ebenfalls mit dem Hahn 65 verbunden. Eine Leitung 68 führt vom Hahn 65 zum Wasserstoffeinlass der Ofenkammer.
Der Dreiweghahn 65 stellt in der einen Lage die Verbindung zwischen dem Wasserstoffbehälter 64 und dem Gassack 66 her, während er in der andern Lage den Gassack mit der Ofenkammer verbindet. So kann eine abgemessene Wasserstoffmenge bequem der Ofenkammer zugeführt werden, indem man durch entsprechende Einstellung des Hahnes 65 den Gassack füllt und dann den Hahn so dreht, dass der Sack vom Wasserstoffbehälter abgeschnitten und mit der Ofenkammer in Verbindung gesetzt wird. Selbstverständlich kann auch im Vakuum gearbeitet werden. In diesem Falle sind die Rohre 62 und 63 an eine Saugvorrichtung anzuschliessen.
Vorzugsweise wird aber in Wasserstoff gearbeitet, da dessen Wärmeleitung dazu hilft, den Block nach dem Verschweissen abzukühlen, so dass er rascher hantierbar wird und der nächste Schweissvorgang sich schneller anschliessen kann.
Obschon oben der Einfachheit halber von Elektroden aus karbonisiertem Wolfram gesprochen wird. ist es, wie schon erwähnt, nicht sicher, dass hiebei Wolfram und Kohlenstoff chemisch vereinigt sind.
Das Material kann, wie erläutert, hergestellt werden, indem man Wolfram erhitzt, auf das gepulverter Graphit aufgestreut worden ist. Befriedigende Resultate können erzielt werden, indem man die Elektroden aus reinem Wolfram herstellt und dann Kohlenstoff in Pulverform beim ersten Sinternvorgange zur Anwendung bringt.
PATENT-ANSPRUCHE :
1. Verfahren zur Herstellung eines fest zusammenhängenden Wolframstabes durch Sintern des aus Wolframpulver gepressten Formkörpers durch elektrische Erhitzung in inerter Atmosphäre, dadurch gekennzeichnet, dass der in der Längsachsenrichtung in der Erhitzungskammer zwischen Elektroden gehaltene Wolframformkörper während der Erhitzung durch parallel geführte, gegeneinander gepresste Elektroden festgeklemmt ist, welche ganz oder wenigstens an den mit dem zu erhitzenden Wolframkörper in Berührung stehenden Flächen aus karbonisiertem Wolfram bestehen, während eine oder beide Elektroden unter Federwirkung stehen können.