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PATENTANSPRÜCHE
1. Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht, die eine Vakuumkammer mit einer Grundplatte und ein Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles, das in Form eines Metallzylinders, eines Heizkörpers zur Erwärmung des einen Endes dieses Zylinders und eines Kühlers zur Kühlung dessen anderen Endes ausgeführt ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles im Inneren der Vakuumkammer (1) untergebracht ist und auf der Oberfläche des Metallzylinders (5) Quernuten (9) zur Unterbringung des zu erwärmenden Drahts (10) angebracht sind, die miteinander durch eine Längsnut (11) zum Ubergang des Drahts (10) aus der einen Quernut (9) in eine andere verbunden sind,
wobei die Grundplatte (3) der Vakuumkammer (1) einen Kühler darstellt und sich in einem Thermostaten befindet.
2. Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (9) über die Direktrix des Metallzylinders (5) angeordnet sind.
3. Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Quernuten (9) keilförmig im Querschnitt ausgeführt sind.
4. Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsnut (11) eine im Vergleich mit den Quernuten (9) grössere Tiefe aufweist.
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht, die eine Vakuumkammer mit einer Grundplatte und ein Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles, das in Form eines Metallzylinders, eines Heizkörpers zur Erwärmung des einen Endes dieses Zylinders und eines Kühlers zur Kühlung dessen anderen Endes ausgeführt ist, aufweist.
Die Erfindung kann zum Festlegen der genauen Parameter einer Wärmebehandlung verschiedener Drähte zwecks Herstellung von Draht mit den im voraus bestimmten Eigenschaften verwendet werden.
Am vorteilhaftesten kann die Erfindung zum Festlegen der genauen Parameter einer Wärmebehandlung von Widerstandsdraht mit dem Zweck verwendet werden, um die im voraus bestimmten Daten dessen Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstandes zu erzielen.
Wie bekannt, stellt der Temperaturkoeffizient eines Widerstandsdrahtes die Änderung des elektrischen Widerstands mit der Temperatur, bezogen auf den Ausgangswert des Widerstandes und auf die Temperatureinheit dar. Die Stabilität des Widerstandswertes eines Widerstandsdrahtes wird durch die physikalisch-chemischen Vorgänge bestimmt, die in dessen Material stattfinden. Einer der wichtigsten Faktoren, die diese Vorgänge beeinflussen, ist die Wärmebehandlung des Widerstandsdrahtes. Eine zweckmässige Wahl der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung eines Drahtes stabilisiert die darin verlaufenden physikalisch-chemischen Vorgänge.
Dadurch wird die Herstellung eines Widerstandsdrahts mit einem kleinen Wert des Temperaturkoeffizienten gesichert.
Die optimale Temperaturführung bei der Wärmebehandlung findet man, indem man Kennwerte der Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von Änderungen der thermischen Daten feststellt. Praktisch erhält man diese Kennwerte, indem man eine Wärmebehandlung der Widerstandsdrahtproben aus einund derselben Schmelze einer Legierung bei verschiedenen thermischen Daten durchführt. Die Genauigkeit der erhalte nen Kennwerte hängt von der Anzahl der durchgeführten Versuche sowie von der Genauigkeit ab, mit der die Temperatur der Wärmebehandlung festgestellt wird.
Wie die Erfahrung zeigt, weist ein Widerstandsdraht, der aus ein- und derselben Legierung, aber in einer anderen Schmelze hergestellt worden ist, andere Kennwerte der Beziehung zwischen dem Temperaturkoeffizienten und Änderungen der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung auf, d.h. bei der Produktion dieses Drahts sollen die angegebenen Versuche wiederholt werden.
Zurzeit bedient man sich zwecks Gewinnung der Kennwerte der Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten eines Widerstandsdrahts von den Änderungen der thermischen Daten bei dessen Wärmebehandlung der bekannten Laborvakuumöfen, deren Konstruktion den Produktionsöfen zur Wärmebehandlung von Metallen ähnlich ist. In diesen Öfen führt man eine Wärmebehandlung der Widerstandsdrahtproben bei verschiedenen thermischen Daten in einem Temperaturbereich durch, in dem man die optimale Temperaturführung zu finden hofft.
Anhand der Versuchsdaten erhält man die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von den Änderungen der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung, anhand dieser Abhängigkeit findet man die optimalen thermischen Daten.
Die Konstruktion der Vakuumöfen zur Wärmebehandlung von Metallen ermöglicht keine gleichzeitige Wärmebehandlung mehrerer Widerstandsdrahtproben bei verschiedenen thermischen Daten. Aus dem Gesagten ist ersichtlich, dass das Festlegen der optimalen thermischen Daten der Wärmebehandlung mit Hilfe der angegebenen Öfen sehr arbeitsaufwendig ist. Ausserdem sind die gewonnenen Daten ungenau, weil die Ofenkonstruktion keine ausreichend genaue Bestimmung der erforderlichen thermischen Daten zulässt.
Die genannten wesentlichen Nachteile der Vakuumöfen zur Wärmebehandlung von Metallen werden mit Hilfe eines Gradientsublimators für Kristallisation teilweise beseitigt (s. die USA-Zeitschrift Journal of Crystal Growth , 22, 1974, S.
295-297). Dieser Sublimator kann zur Festlegung der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung des Widerstandsdrahts verwendet werden, daher ist er als ein Prototyp der vorliegenden Erfindung gewählt. Diese Einrichtung enthält ein Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles im untersuchten Kristall, das als ein hohler Metallzylinder ausgebildet ist, an dessen einem Ende ein elektrischer Heizkörper und am anderen Ende ein Kühler angebracht sind. Im Zylinderinneren ist eine gläserne Vakuumkammer angeordnet, deren Grundplatte an eine Vakuumpumpe angeschlossen ist. In dieser Vakuumkammer wird der zu untersuchende Kristall untergebracht.
Sobald der Heizkörper und der Kühler eingeschaltet sind, entsteht im untersuchten Kristall ein Temperaturgefälle. Dieses Temperaturgefälle im untersuchten Kristall entsteht unter der Wirkung der Strahlungswärmeenergie, die von der Innenfläche des hohlen Zylinders ausgestrahlt wird. Anstelle des zu untersuchenden Kristalls kann in der Vakuumkammer eine Widerstandsdrahtprobe untergebracht werden, worin auch ein Temperaturgefälle entstehen wird.
Obwohl man mit dieser Einrichtung eine gleichzeitige Erwärmung einer Widerstandsdrahtprobe mit verschiedenen Temperaturen über deren Länge erzielen kann, liegt dabei keine lineare Verteilung des Temperaturgefälles über die Länge vor. Dies ist dadurch zu erklären, dass jeder Abschnitt über die Länge einer Widerstandsdrahtprobe durch die Strahlungswärmeenergie erwärmt wird, die von verschiedenen Abschnitten der der Innenfläche des hohlen Zylinders ausgestrahlt wird. Aus- serdem werden die Temperaturen der Längenabschnitte der Probe keine zeitliche Stabilität aufweisen, was auf Umgebungseinflüsse auf das Mittel zur Bildung eines Temperaturgefälles zurückzuführen ist.
Aufgrund des Dargelegten ist es ganz offensichtlich, dass man mit Hilfe dieser Einrichtung keine glaubwürdige Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von den Temperaturänderungen bei der Wärmebehandlung finden kann. Folglich ist es
unmöglich, anhand dieser Abhängigkeit die optimalen thermischen Daten bei der Wärmebehandlung von Widerstandsdraht festzulegen.
Aus den betrachteten Beispielen ist es ersichtlich, dass zurzeit keine Spezialeinrichtungen vorhanden sind, mit deren Hilfe man die optimalen thermischen Daten zur Wärmebehandlung von Widerstandsdraht glaubwürdig festlegen kann.
Die Erfindung bezweckt, die genannten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion einer Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht zu schaffen, worin das Mittel zur Bildung eines Temperaturgefälles derart ausgeführt und angeordnet ist, dass eine hohe Genauigkeit bei der Festlegung der thermischen Daten der Wärmebehandlung erzielt wird.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles im Inneren der Vaku um klammer untergebracht ist und auf der Oberfläche des Metallzylinders Quernuten zur Unterbringung des zu erwärmenden Drahtes angebracht sind, die miteinander durch eine Längsnut zum Übergang des Drahtes aus der einen Quernut in eine andere verbunden sind, wobei die Grundplatte der Vakuumkammer einen Kühler darstellt und sich in einem Thermostaten befindet.
Durch diese Lösung wird ein linearer Charakter der Temperaturänderungen des Metallzylinders über dessen Länge erzielt.
Infolgedessen weist jede Widerstandsdrahtwicklung über deren gesamte Länge eine genau bestimmte Erwärmungstemperatur auf. Indem man die genaue Erwärmungstemperaturjeder Widerstandsdrahtwicklung kennt und deren Temperaturkoeffizienten misst, erhält man eine glaubwürdige Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von den Temperaturänderungen bei der Wärmebehandlung. Anhand dieser glaubwürdigen Abhängigkeit legt man die optimalen thermischen Daten der Wärmebehandlung fest.
Es ist zweckmässig, die Quernuten zur Unterbringung des zu erwärmenden Drahtes über die Direktrix des Metallzylinders anzuordnen.
Diese Lösung ermöglicht es, jede Widerstandsdrahtwindung über deren gesamte Länge genau in einer isothermischen Zone anzubringen.
Es ist auch zweckmässig, die Quernuten keilförmig auszuführen.
Diese Keilform der Nuten sichert ein genaues Fixieren der Widerstandsdrähte mit verschiedenen Abmessungen.
Es ist noch zweckmässig, dass die Längsnut eine im Vergleich mit den Quernuten grössere Tiefe hat.
Dadurch wird der Vorgang der Trennung einer Widerstandsdrahtprobe in Abschnitte nach der Beendigung deren Erwärmung erleichtert und beschleunigt.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand einer ausführlichen Beschreibung der angeführten Beispiele deren Verwirklichung unter Bezugnahme auf beigelegte Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht mit einem Schnitt über die Grundplatte der Vakuumkammer in einer Seitenansicht;
Fig. 2 eine Ansicht nach Pfeil A in Fig. 1 in einem vergrösserten Massstab;
Fig. 3 einen Schnitt III-III nach Fig. 2;
Fig. 4 eine andere Zylinderausführung des Mittels zur Erzeugung eines Temperaturgefälles.
Die Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht enthält eine Vakuumkammer 1 (Fig. 1), bestehend aus einer Haube 2 und einer massiven Metallgrundplatte 3, die in einem Thermostaten 4 angeordnet ist. Im Inneren der Vakuumkammer 1 befindet sich der Metallzylinder 5, der auf deren Grundplatte 3 mit seinem Ende 6 befestigt ist. Am anderen Ende 7 des Metallzylinders 5 ist ein elektrischer Heizkörper 8 angebracht. Die Grundplatte 3 stellt einen Kühler dar. Der Metallzylinder 5, der Heizkörper 8 und die Grundplatte 3 bilden ein Mittel zur Erzeugung eines Temperaturgefälles. Auf der Oberfläche des Metallzylinders 5 sind die Quernuten 9 (Fig. 2) ausgeführt, die diesen über die Direktrix umfassen. Die Nuten 9 sind zur Unterbringung des zu erwärmenden Widerstandsdrahts 10 bestimmt und weisen eine Keilform auf.
Die Keilform einer Nut 9 ermöglicht es, darin den Widerstandsdraht 10 mit verschiedenem Durchmesser unterzubringen und dessen mögliche seitliche Verschiebungen zuverlässig zu verhindern. Zwecks Übergangs des Widerstandsdrahtes aus der einen Nut 9 in eine andere dient eine Längsnut 11, die alle Nuten 9 miteinander verbindet. Die Längsnut 11 (Fig. 3) hat eine im Vergleich mit den Nuten 9 grössere Tiefe. Dadurch ist ein Trennen des Widerstandsdrahts nach dessen Wärmebehandlung in einzelne Abschnitte erleichtert, worüber noch ausführlich gesprochen wird.
Neben den Randnuten 9 (Fig. 1) sind am Metallzylinder 5 die Thermoelemente 12 befestigt, mit deren Hilfe man das Temperaturgefälle an jenem Abschnitt des Metallzylinders 5, an dem die Nuten 9 angebracht sind, mit einer hohen Genauigkeit messen kann. Die Vakuumkammer 1 ist über eine Rohrleitung 13 an eine Vakuumpumpe 14 angeschlossen.
Es ist zu beachten, dass die Quernuten 9 (Fig. 4) auf der Oberfläche des Metallzylinders 5 auch anders, zum Beispiel nach einer Spirallinie mit einer kleinen Steigung (Fig. 4) angeordnet werden können. Der Widerstandsdraht 10 wird in diesen Nuten 9 auch nach einer Spirallinie angebracht. Zum Ubergang des Widerstandsdrahts 10 aus der einen Nut 9 in eine andere dient auch eine Längsnut 11, die alle Quernuten 9 miteinander verbindet.
Die Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht wirkt wie folgt. Eine Widerstandsdrahtprobe 10 (Fig. 1) wickelt man in die Nuten 9 auf, indem man sie aus der einen Nut 9 in eine andere über die Längsnut 11 führt, wie es Fig. 2 zeigt. Die Enden der auf diese Weise aufgewickelten Widerstandsdrahtprobe 10 befestigt man mit bekannten Mitteln. Den Zylinder 5 (Fig. 1) mit der darauf aufgewickelten Widerstandsdrahtprobe 10 bringt man in die Vakuumkammer 1, und mit Hilfe der Vakuumpumpe 14 erzeugt man in der Vakuumkammer einen Unterdruck, der einen thermischen Einfluss der Umgebung auf den Metallzylinder 5 ausschliesst. Der elektrische Heizkörper 8 und die in einem Thermostaten untergebrachte Grundplatte 3, die an sich einen Kühler darstellt, erzeugen im Zylinder 5 ein genau bestimmtes und zeitlich stabiles Temperaturgefälle.
Ein Temperaturintervall, das mittels der Thermoelemente 12 an den Randnuten 9 festgestellt und im Bereich zum Beispiel von +400 bis +500 "C aufrechterhalten wird, eignet sich zur Wärmebehandlung von Widerstandsdraht. Das Temperaturgefälle ist, wie es aus allgemein bekannten thermodynamischen Gesetzen folgt, ein logarithmisches, d.h. ein lineares in logarithmischen Koordinaten. Im angegebenen ausreichend engen Temperaturbereich kann dieses Gefälle als ein konstantes, d.h. als ein lineares in linearen Koordinaten gelten. Mit andern Worten wird in der vorliegenden Einrichtung ein linearer Charakter der Verteilung des Temperaturgefälles über die Länge des Zylinders 5 erzielt. Es ist bekannt, dass eine Ebene, die zu einem homogenen Wärmefluss senkrecht steht, eine isothermische Ebene ist.
Da die Quernuten mit den darin untergebrachten Windungen des zu erwärmenden Widerstandsdrahts 10 in imaginären Ebenen liegen, die zum Zylinder 5 senkrecht stehen, bedeutet dies, dass jede Windung des Widerstandsdrahts 10 in einer isothermischen Ebene liegt, d.h. über ihre gesamte Länge isothermisch erwärmt wird. Bei einem Durchmesser des Zylinders 5, der zum Beispiel 5 cm beträgt, beträgt die Länge einer isothermisch zu erwärmenden Windung etwa 15 cm, was zur darauffolgenden genauen Messung des Temperaturkoeffi zienten vollkommen ausreichend ist. Die Anzahl der Nuten 9 ist der erforderlichen Anzahl der Temperaturprüfpunkte gleich, die notwendig sind, damit man die Kennwerte einer Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten eines Widerstandsdrahts von den Änderungen der thermischen Daten dessen Wärmebehandlung erhalten kann.
In einer tatsächlich hergestellten Einrichtung zur Gradienterwärmung von Draht sind auf der Oberfläche des Zylinders 5100 Nuten 9 im Abstand 1 mm voneinander ausgeführt. Bei dem oben angegebenen Temperaturgefälle von 100 "C werden sich die Nuten 9 genau in isothermischen Ebenen mit einer Temperaturdifferenz zwischen den benachbarten Nuten 9 von 1 "C befinden. Die Temperaturen der Randnuten 9 werden mit einer hohen Genauigkeit mit Hilfe der Thermoelemente 12 gemessen. Die Temperaturen der Zwischennuten 9 können mit einer ebenso hohen Genauigkeit mit Hilfe einer linearen Interpolation gefunden werden. Auf diese Weise bestimmt die Präzision der mechanischen Herstellung der Nuten 9 auf der Oberfläche des Zylinders 5 die Genauigkeit, mit der die Widerstandsdrahtwindungen 10 in den Nuten 9 isothermisch erwärmt werden.
Man kann die Nuten 9 mit einer Genauigkeit von zum Beispiel 0,1 mm leicht herstellen.
Dank einem keilförmigen Profil der Nuten 9 sind die Widerstandsdrahtwindungen 10 darin genau fixiert. Damit ist die Einstellung einer konkreten Temperatur der isothermischen Erwärmung der Widerstandsdrahtwindungen 10 mit der Genauigkeit von 0,1 "C im gesamten eingestellten Temperaturintervall gesichert.
Nach einer isothermischen Erwärmung des Widerstandsdrahts 10 kühlt man diesen gemeinsam mit der Einrichtung bis auf die Umgebungstemperatur ab. Die Widerstandsdrahtprobe 10 trennt man in Windungen der Längsnut 11 entlang, infolgedessen erhält man 100 Abschnitte, von denen ein jeder bei einer genau bestimmten Temperatur thermisch behandelt worden ist.
Die Abschnitte werden markiert, und man misst den Temperaturkoeffizienten jedes Abschnittes. Danach bildet man die Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von den Änderungen der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung.
Anhand dieser Abhängigkeit findet man die optimalen thermischen Daten zur Wärmebehandlung, die die Herstellung des Widerstandsdrahtes mit dem minimalen Wert des Temperaturkoeffizienten sichern.
Falls die vorliegende Einrichtung mit dem Zylinder 5 ausgeführt wird, an dessen Oberfläche die Spiralnuten 9 (Fig. 4) mit einer kleinen Steigung hergestellt sind, wirkt die Einrichtung im grossen und ganzen so, wie es oben schon beschrieben ist.
Ein Unterschied besteht darin, dass in diesem Falle jede Widerstandsdrahtwindung 10 in mehreren isothermischen Ebenen liegt. Unter Berücksichtigung des linearen Charakters der Verteilung des Temperaturgefälles über die Länge des Zylinders 5 kann man doch die mittlere Temperatur der isothermischen Erwärmung jeder Windung ohne Schwierigkeiten feststellen.
Eine anhand dieser Temperaturen erhaltene Abhängigkeit des Temperaturkoeffizienten von den Änderungen der thermischen Daten bei der Wärmebehandlung ist auch eine glaubwürdige und ermöglicht es, die optimalen thermischen Daten der Wärmebehandlung des Widerstandsdrahts festzulegen.
Die vorliegende Erfindung sichert eine hohe Genauigkeit bei der Bestimmung der optimalen thermischen Daten der Wärmebehandlung von Widerstandsdraht. Der Arbeitsaufwand zur Bestimmung der optimalen thermischen Daten der Wärmebehandlung wird bei der Anwendung der Erfindung um das Mehrfache herabgesetzt. Die Konstruktion der Erfindung ist einfach und sehr zuverlässig im Betrieb.
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PATENT CLAIMS
1. A device for gradient heating of wire, which has a vacuum chamber with a base plate and a means for generating a temperature gradient, which is in the form of a metal cylinder, a radiator for heating one end of this cylinder and a cooler for cooling the other end thereof, characterized in that the means for generating a temperature gradient is accommodated in the interior of the vacuum chamber (1) and transverse grooves (9) for accommodating the wire (10) to be heated are provided on the surface of the metal cylinder (5), which are interconnected by a longitudinal groove ( 11) for the transition of the wire (10) from one transverse groove (9) into another,
wherein the base plate (3) of the vacuum chamber (1) represents a cooler and is located in a thermostat.
2. Device for gradient heating of wire according to claim 1, characterized in that the transverse grooves (9) are arranged over the directrix of the metal cylinder (5).
3. Device for gradient heating of wire according to claim 2, characterized in that the transverse grooves (9) are wedge-shaped in cross section.
4. Device for gradient heating of wire according to claim 1, characterized in that the longitudinal groove (11) has a greater depth than the transverse grooves (9).
The invention relates to a device for gradient heating of wire, a vacuum chamber with a base plate and a means for generating a temperature gradient, which is in the form of a metal cylinder, a radiator for heating one end of this cylinder and a cooler for cooling the other end, having.
The invention can be used to set the precise parameters of a heat treatment of various wires in order to produce wire with the properties determined in advance.
Most advantageously, the invention can be used to set the precise parameters of heat treatment of resistance wire with the purpose of obtaining the predetermined data of its temperature coefficient of electrical resistance.
As is known, the temperature coefficient of a resistance wire represents the change in electrical resistance with temperature, based on the initial value of the resistance and on the temperature unit. The stability of the resistance value of a resistance wire is determined by the physico-chemical processes that take place in its material. One of the most important factors influencing these processes is the heat treatment of the resistance wire. A suitable choice of the thermal data during the heat treatment of a wire stabilizes the physico-chemical processes taking place in it.
This ensures the manufacture of a resistance wire with a small value of the temperature coefficient.
The optimal temperature control in heat treatment can be found by determining characteristic values of the dependence of the temperature coefficient on changes in the thermal data. In practice, these characteristic values are obtained by performing a heat treatment of the resistance wire samples from one and the same melt of an alloy with different thermal data. The accuracy of the parameters obtained depends on the number of tests carried out and on the accuracy with which the temperature of the heat treatment is determined.
Experience shows that a resistance wire made of one and the same alloy but in a different melt has different characteristics of the relationship between the temperature coefficient and changes in thermal data during heat treatment, i.e. the specified tests should be repeated in the production of this wire.
At present, the known laboratory vacuum furnaces, whose construction is similar to the production furnaces for heat treatment of metals, are used to obtain the characteristic values of the dependence of the temperature coefficient of a resistance wire on the changes in the thermal data during its heat treatment. In these furnaces, the resistance wire samples are heat-treated with various thermal data in a temperature range in which one hopes to find the optimal temperature control.
On the basis of the experimental data, the dependence of the temperature coefficient on the changes in the thermal data during the heat treatment is obtained; on the basis of this dependence, the optimal thermal data are found.
The design of the vacuum furnaces for the heat treatment of metals does not permit the simultaneous heat treatment of several resistance wire samples with different thermal data. From what has been said, it can be seen that determining the optimal thermal data for the heat treatment with the aid of the specified furnaces is very labor-intensive. In addition, the data obtained are inaccurate because the furnace design does not allow a sufficiently precise determination of the required thermal data.
The mentioned essential disadvantages of the vacuum furnaces for the heat treatment of metals are partially eliminated with the aid of a gradient sublimator for crystallization (see the USA journal Journal of Crystal Growth, 22, 1974, p.
295-297). This sublimator can be used to set the thermal data in the heat treatment of the resistance wire, so it is chosen as a prototype of the present invention. This device contains a means for generating a temperature gradient in the crystal under investigation, which is designed as a hollow metal cylinder, at one end of which an electric heating element and at the other end of a cooler are attached. A glass vacuum chamber is arranged inside the cylinder, the base plate of which is connected to a vacuum pump. The crystal to be examined is housed in this vacuum chamber.
As soon as the radiator and the cooler are switched on, a temperature gradient arises in the examined crystal. This temperature gradient in the examined crystal arises under the effect of the radiant heat energy that is emitted from the inner surface of the hollow cylinder. Instead of the crystal to be examined, a resistance wire sample can be accommodated in the vacuum chamber, in which a temperature gradient will also arise.
Although a simultaneous heating of a resistance wire sample with different temperatures over its length can be achieved with this device, there is no linear distribution of the temperature gradient over the length. This can be explained by the fact that each section is heated over the length of a resistance wire sample by the radiant heat energy radiated from different sections of that of the inner surface of the hollow cylinder. In addition, the temperatures of the longitudinal sections of the sample will have no stability over time, which is due to environmental influences on the means for forming a temperature gradient.
Based on the above, it is quite obvious that this device cannot be used to find a credible dependency of the temperature coefficient on the temperature changes during the heat treatment. Hence it is
It is impossible to determine the optimal thermal data for the heat treatment of resistance wire based on this dependency.
From the examples considered, it can be seen that there are currently no special facilities that can be used to reliably determine the optimal thermal data for the heat treatment of resistance wire.
The invention aims to eliminate the disadvantages mentioned.
The invention has for its object to provide the construction of a device for gradient heating of wire, in which the means for forming a temperature gradient is designed and arranged such that a high accuracy is achieved in the determination of the thermal data of the heat treatment.
The object is achieved in that the means for generating a temperature gradient is accommodated in the interior of the vacuum and clamp grooves are provided on the surface of the metal cylinder to accommodate the wire to be heated, which are connected to one another by a longitudinal groove for the transition of the wire from one Cross groove are connected in another, the base plate of the vacuum chamber is a cooler and is located in a thermostat.
This solution achieves a linear character of the temperature changes of the metal cylinder over its length.
As a result, each resistance wire winding has a precisely determined heating temperature along its entire length. Knowing the exact heating temperature of each resistance wire winding and measuring its temperature coefficient gives a credible dependency of the temperature coefficient on the temperature changes during the heat treatment. Based on this credible dependency, the optimal thermal data for the heat treatment are determined.
It is expedient to arrange the transverse grooves to accommodate the wire to be heated via the directrix of the metal cylinder.
This solution makes it possible to place each resistance wire winding exactly in an isothermal zone over its entire length.
It is also expedient to make the transverse grooves in a wedge shape.
This wedge shape of the grooves ensures precise fixing of the resistance wires with different dimensions.
It is also expedient that the longitudinal groove has a greater depth than the transverse grooves.
This facilitates and speeds up the process of separating a resistance wire sample into sections after it has finished heating.
In the following, the present invention is explained in more detail by means of a detailed description of the examples given, their implementation with reference to the attached drawings. Show it
Figure 1 shows an inventive device for gradient heating of wire with a section over the base plate of the vacuum chamber in a side view.
2 shows a view according to arrow A in FIG. 1 on an enlarged scale;
Fig. 3 is a section III-III of Fig. 2;
Fig. 4 shows another cylinder design of the means for generating a temperature gradient.
The device for gradient heating of wire contains a vacuum chamber 1 (FIG. 1), consisting of a hood 2 and a solid metal base plate 3, which is arranged in a thermostat 4. Inside the vacuum chamber 1 is the metal cylinder 5, which is attached to its base plate 3 with its end 6. At the other end 7 of the metal cylinder 5, an electric heater 8 is attached. The base plate 3 represents a cooler. The metal cylinder 5, the heating element 8 and the base plate 3 form a means for generating a temperature gradient. On the surface of the metal cylinder 5, the transverse grooves 9 (FIG. 2) are made, which encompass the latter via the direct matrix. The grooves 9 are intended to accommodate the resistance wire 10 to be heated and have a wedge shape.
The wedge shape of a groove 9 makes it possible to accommodate the resistance wire 10 with different diameters and to reliably prevent its possible lateral displacements. For the purpose of transitioning the resistance wire from one groove 9 into another, a longitudinal groove 11 serves to connect all of the grooves 9 to one another. The longitudinal groove 11 (FIG. 3) has a greater depth than the grooves 9. This makes it easier to separate the resistance wire after it has been heat-treated into individual sections, which will be discussed in detail later.
In addition to the edge grooves 9 (FIG. 1), the thermocouples 12 are fastened to the metal cylinder 5, with the aid of which the temperature gradient at that section of the metal cylinder 5 to which the grooves 9 are attached can be measured with high accuracy. The vacuum chamber 1 is connected to a vacuum pump 14 via a pipeline 13.
It should be noted that the transverse grooves 9 (FIG. 4) can also be arranged differently on the surface of the metal cylinder 5, for example after a spiral line with a small slope (FIG. 4). The resistance wire 10 is also installed in these grooves 9 after a spiral line. A longitudinal groove 11, which connects all transverse grooves 9 to one another, also serves to transition the resistance wire 10 from one groove 9 to another.
The device for gradient heating of wire works as follows. A resistance wire sample 10 (FIG. 1) is wound into the grooves 9 by guiding it from one groove 9 into another via the longitudinal groove 11, as shown in FIG. 2. The ends of the resistance wire sample 10 wound in this way are fastened by known means. The cylinder 5 (FIG. 1) with the resistance wire sample 10 wound thereon is brought into the vacuum chamber 1, and with the aid of the vacuum pump 14, a negative pressure is generated in the vacuum chamber, which excludes a thermal influence of the surroundings on the metal cylinder 5. The electric heater 8 and the base plate 3, which is accommodated in a thermostat and which in itself represents a cooler, generate a precisely determined and stable temperature gradient in the cylinder 5.
A temperature interval, which is determined by means of the thermocouples 12 on the edge grooves 9 and is maintained in the range, for example, from +400 to +500 ° C., is suitable for the heat treatment of resistance wire. The temperature gradient is, as follows from generally known thermodynamic laws logarithmic, ie a linear in logarithmic coordinates. In the specified sufficiently narrow temperature range, this gradient can be regarded as a constant, ie as a linear in linear coordinates. In other words, in the present device a linear character of the distribution of the temperature gradient over the length of the cylinder 5. It is known that a plane that is perpendicular to a homogeneous heat flow is an isothermal plane.
Since the transverse grooves with the turns of the resistance wire 10 to be heated located therein lie in imaginary planes that are perpendicular to the cylinder 5, this means that each turn of the resistance wire 10 lies in an isothermal plane, i.e. is isothermally heated over its entire length. With a diameter of the cylinder 5, which is for example 5 cm, the length of a winding to be heated isothermally is about 15 cm, which is perfectly sufficient for the subsequent precise measurement of the temperature coefficient. The number of grooves 9 is equal to the required number of temperature test points which are necessary in order to obtain the characteristic values of a dependency of the temperature coefficient of a resistance wire on the changes in the thermal data of its heat treatment.
In an actually manufactured device for gradient heating of wire, 5100 grooves 9 are made on the surface of the cylinder at a distance of 1 mm from one another. With the above-mentioned temperature gradient of 100 "C, the grooves 9 will be exactly in isothermal planes with a temperature difference between the adjacent grooves 9 of 1" C. The temperatures of the edge grooves 9 are measured with a high degree of accuracy using the thermocouples 12. The temperatures of the intermediate grooves 9 can be found with an equally high accuracy using a linear interpolation. In this way, the precision of the mechanical production of the grooves 9 on the surface of the cylinder 5 determines the accuracy with which the resistance wire windings 10 in the grooves 9 are heated isothermally.
The grooves 9 can easily be produced with an accuracy of, for example, 0.1 mm.
Thanks to a wedge-shaped profile of the grooves 9, the resistance wire windings 10 are precisely fixed therein. This ensures the setting of a specific temperature of the isothermal heating of the resistance wire windings 10 with an accuracy of 0.1 ° C. in the entire set temperature interval.
After isothermal heating of the resistance wire 10, it is cooled down to the ambient temperature together with the device. The resistance wire sample 10 is separated into turns along the longitudinal groove 11, as a result of which 100 sections are obtained, each of which has been thermally treated at a precisely determined temperature.
The sections are marked and the temperature coefficient of each section is measured. Then the dependence of the temperature coefficient on the changes in the thermal data during the heat treatment is formed.
Based on this dependence, the optimal thermal data for heat treatment can be found, which ensure the manufacture of the resistance wire with the minimum value of the temperature coefficient.
If the present device is carried out with the cylinder 5, on the surface of which the spiral grooves 9 (FIG. 4) are made with a small pitch, the device acts on the whole as described above.
One difference is that in this case each resistance wire winding 10 lies in several isothermal levels. Taking into account the linear character of the distribution of the temperature gradient over the length of the cylinder 5, the mean temperature of the isothermal heating of each turn can be determined without difficulty.
A dependency of the temperature coefficient on the basis of these temperatures on the changes in the thermal data during the heat treatment is also credible and makes it possible to determine the optimal thermal data for the heat treatment of the resistance wire.
The present invention ensures high accuracy in determining the optimal thermal data for the heat treatment of resistance wire. The workload for determining the optimal thermal data for the heat treatment is reduced several times when the invention is used. The construction of the invention is simple and very reliable in operation.