DE1047961B - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Erwaermen von Werkstuecken - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bereits bekannt, metallische Werkstücke aller Art, insbesondere aber solche aus Eisen oder Stahl, zum Zwecke des Glühens, Härtens, Anlassens oder des nachfolgenden Verformens durch elektrische Widerstandsbeheizung auf höhere Temperatur zu bringen. Zu diesem Zweck ist es ferner bekannt, an den Enden der zu beheizenden Werkstücke über Kontakte den Heizstrom geeigneter Spannung, Frequenz und Stromstärke zuzuführen und das Aufheizen in einem Schritt von Raumtemperatur auf die gewünschte Endtemperatur oder auch in mehreren Schritten durchzuführen.

Der Wirkungsgrad solcher Aufheizvorrichtungen ist relativ gut, da praktisch die gesamte Wärme im zu beheizenden Werkstück selbst erzeugt wird und nur gewisse Anteile durch Wärmeleitung und Strahlung verlorengehen. Lediglich die Stromwärmeverluste auf Grund der Widerstandswerte der Zuleitungen und die Verluste in den Kontakten, hervorgerufen durch den Übergangswiderstand zwischen Kontakt und Werk- ao stück selbst, beeinträchtigen den Wirkungsgrad. Bei sehr großer Länge der Teile, die zu erwärmen sind, und wenn diese nicht zu große Querschnitte aufweisen, ist das Verhältnis des Widerstandes des zu beheizenden Werkstückes zum Widerstand der Zuleitungen und der Kontaktelektroden günstig, d. h., der Widerstand des Werkstückes ist groß, verglichen mit dem Widerstand der Zuleitungen zuzüglich des Widerstandes an den Kontaktelektroden. Bei kürzeren Werkstücken hingegen, insbesondere auch bei solchen, die größeren Durchmesser haben, ist der Widerstand des Werkstückes relativ klein. Bei gleichem Widerstand der Zuleitungen und der Kontaktelektroden verringert sich hierdurch der Wirkungsgrad erheblich, da ein Teil der Energie als Verlustwärme in den Kontaktelektroden und Zuleitungen auftritt. Die Verhältnisse liegen besonders ungünstig im Bereich zwischen Raumtemperatur und etwa 800° C, weil der Werk-.stückwiderstand annähernd linear mit der Temperatur ansteigt, d. h. im kalten Zustand besonders gering ist.

Um den Wirkungsgrad elektrischer Erwärmungsanlagen, in denen metallische Werkstücke, vorzugsweise in Form von Knüppeln oder Knüppelabschnitten :ms Stahl, beispielsweise zum Zweck der nachfolgenden Warmverformung, erwärmt werden sollen, zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die in bekannter Weise induktiv, vorzugsweise mittels Netzfrequenz, auf 700 bis 900° C erwärmten Stücke in Abschnitte gewünschter Länge unterteilt werden, worauf diese in unmittelbarem Stromdurchgang auf eine VerfoTmungstemperatur von beispielsweise 1250° C gebracht werden. Wenn auch das Erwärmen in der ersten Stufe, bei Stahl z. B. auf 700' bis 900° C, mit einem gas-, öl- oder elektrisch beheizten Ofen er-Verfahren und Vorrichtung

zum elektrischen Erwärmen

von Werkstücken

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Dr.-Ing. Gerhard Seulen, Remscheid,
ist als Erfinder genannt worden.

folgen kann, so· ist es doch besonders zweckmäßig, dieses induktiv, vorzugsweise unter Verwendung von Netzfrequenz, durchzuführen, da entsprechende Einrichtungen für ein Beheizen, bis in die Nähe des Curiepunktes von Stahl relativ geringen Auf wand erfordern, insbesondere was die Kompensationskondensatoren zur Verbesserung des Kosinus ψ und die Auskleidungen der Induktoren selbst anlangt. Bei Stahl liegt der Widerstandswert bei einer Temperatur von 700° C etwa bei dem sechs- bis siebenfachen Wert des Widerstandes bei Raumtemperatur. Da der Widerstand sowohl der Zuleitungen als audh der Kontaktelektroden (Übergangswiderstand) als konstant angenommen werden kann, ist bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Wirkungsgrad für das Widerstandserhitzen ein weitaus höherer als bei dem bisher bekannten Aufheizen, bei welchem von Raumtemperatur in einem Schritt im unmittelbaren Stromdurchgang auf Endtemperatur erwärmt wurde. Da andererseits der Wirkungsgrad induktiver Erwärmungseinrichtungen bei Stahl bis zum Erreichen des Curiepunktes ein besonders hoher ist, wird durch die Kombination des induktiven Vorheizens mit einem Widerstandsnachheizen bei einfachster Auslegung der Anlagen ein Gesamtwirkungsgrad erzielt, der bisher bei keinem Heizverfahren erreicht werden konnte.

Es ist zwar bereits bekanntgeworden, die durch Stumpfschweißen zu vereinigenden Werkstückenden zunächst auf induktivem Wege vorzuwärmen und dann die eigentliche Schweißung im direkten Stromdurchgang durchzuführen. Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist aber ein anderes: Hier sollen Werkstücke verhältnismäßig kleiner Endabmessungen auf elektrischem Wege erhitzt werden, und

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es wird vorgeschlagen, dies in Abweichung vom üblichen Vorgehen dadurch zu bewerkstelligen, daß zunächst verhältnismäßig große Blöcke od. dgl. induktiv mittels Netzfrequenz vorgewärmt, diese dann zerkleinert und erst die zerkleinerten Werkstücke mittels Erwärmung im direkten Stromdurchgang auf Endtemperatur gebracht werden.

Ebenfalls auf dem Gebiete des elektrischen Schweißens, und zwar des Rohrschweißens, ist es bereits bekannt, die Wirkung eines Hoohfrequenzstromes derart auszunutzen, daß sowohl eine Widerstandserhitzung durch sogenannte Wirbelstrome wie auch eine Erhitzung durch Ummagnetisierungsverluste eintritt. Wie ohne weiteres ersichtlich, bietet aber auch dieses Verfahren keine Handhabe, um zum Erfindungsgegenstand zu kommen.

Die Erfindung ist nicht auf die Behandlung von Werkstücken aus Stahl beschränkt. Sie ist sinngemäß auch anwendbar beim Erhitzen von Werkstücken aus Schwer- oder Leichtmetallen, wie Kupfer, Aluminium, Magnesium, Silizium oder entsprechenden Legierungen der genannten Metalle, z. B. Messing und Neusilber. Von besonderer Bedeutung ist das Verfahren gemäß der Erfindung, soweit es sich um. das Aufheizen von solchen Teilen handelt, die im abgelängten Zustand einer Verformung unter Hämmern, Pressen oder in Schmiedemasdiinen unterworfen werden sollen. In diesem Fall ist infolge der relativ geringen Länge der einzelnen Werkstücke und den betriebsbedingten Querschnitten ein besonders ungünstiges Verhältnis zwischen dem Widerstand des Werkstückes und dem Gesaratwiderstand der Zuleitungen und Kontaktelektroden festzustellen. Ein wirtschaftliches Aufheizen solcher Teile ist praktisch nur möglich, wenn erfindungsgemäß ein Vorheizen auf 700 bis 900° C, und zwar vorzugsweise elektroinduktiv mit Netzfrequenz erfolgt und erst anschließend, nachdem hierdurch ein genügend hoher elektrischer Eigenwiderstand erreicht ist, mittels direkter elektrischer Widerfetandsbeheizung die Endtemperatur erzielt wird.

Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens kann auch so vorgegangen -werden, daß die Knüppel oder Stangen, die als Ausgahgsmaterial für die Herstellung der abgelängten, nachfolgend zu verformenden Stücke dienen, im fortschreitenden oder ruhenden Verfahren induktiv auf die Temperatur von 7Ö0 bis 900° C gebracht werden. Sodann werden im halbwarmen Zustand die Knüppel auf die gewünschte Länge geschnitten, worauf das nachfolgende Erhitzen auf die Endtemperatur von beispielsweise 1250° C durch direkte Widerstandsbeheizung erfolgt.

In den Zeichnungen sind schematise!! zwei Ausführungsformen für Vorrichtungen dargestellt, die beispielsweise für die Ausübung des Verfahrens dienen können.

Wenn es sicn darum handelt, bereits -auf Länge zugeschnittene Stücke aus Stahl nach dem erfindungsgemäß en Verfahren zu erwärmen, so wird zweckmäßig eine Vorrichtung nach Abb. i angewendet, in der eine induktionsspule 1 entsprechend der Werfcstüeklänge angeordnet ist. ϊη dieser -werden ein oder mehrere Stücke gleichzeitig bis in den Bereich des Curiepunktes durchgehend erwärmt. Diese Stücke 2 (im -gewählten Beispiel zwei an -der Zahl) ruhen -dabei in der Induktionsspule 1. "Zur Bewegung der Stücke in Richtung des Welles 3 werden sie entweder -auf der metallischen oder nichtmetallischen Auskleidung der Sptile 1 vorgeschoben, oder -sie können mittels eines Htibbalkensystems od. dgl. transportiert werden. Die Erwärmung ^braucht dabei nicht unbedingt Ober -den gesamten Querschnitt gleichmäßig zu sein. In manchen P'ällen kann es sogar zweckmäßig sein, wenn die Außenbereiche wärmer sind als die Bereiche im Innern des Stückes, da bei der nachfolgenden Widerstandserwärmung dann die direkt zugeleiteten elektrischen Ströme vornehmlich innen fließen und in kurzer Zeit den gewünschten; Temperaturausgleich herbeiführen. Die Stücke 2 werden waagerecht weiterbewegt, so daß das jeweils vorderste Stück 2' in die in Achsrichtung des Induktors angeordnete Widerstandsaufheizvorrichtung gelangt. Diese besteht im wesentlichen aus einer metallischen oder nichtmetallischen Unterlage 4, auf die die auf Curietemperatur erwärmten Werkstücke aufgeschoben werden. Mittels eines oder mehrerer seitlich oder stirnseitig angeordneter Kontakte 5 bzw. 6 wird die Erwärmung auf die gewünschte Endtemperatur durchgeführt, indem von der Sekundärwicklung 7 eines Transformators 8 aus über geeignete Kabel oder Sammelschienen 9 der Strom zum direkten Stromdurchgang dem Werkstück2' zugeleitet wird.

Nach Beendigung des Aufheizens kann das Werkstück in Richtung des Pfeiles 10 schräg nach unten oder seitlich der Verformungsmaschine zugeführt werden. Der Abtransport der auf Endtemperatur erwärmten Werkstücke 2' kann auch durch ein Abkippen des Auflagetisches 4 um den Drehpunkt 11 in Richtung des Pfeiles 12 erfolgen. Im Anschluß hieran wird das nächste über den Querschnitt gleichförmig oder auch ungleichförmig auf Curietemperatur erwärmte Werkstück dem Erwärmungstiscih 4 zugeführt.

Soll das Ablängen der Stücke erst erfolgen, nachdem das Aufheizen auf Curietemperatur vollzogen ist, so wird zweckmäßig eine Vorrichtung gemäß Abb. 2 verwendet.

Der Knüppel oder die Stange 20 wird in der Induktionsspule 21 in Richtung des Pfeiles 22 bewegt, um eine fortschreitende Erwärmung zu erzielen. Im Verlauf dieser Bewegung erreicht die Stirnfläche des Knüppels 20 den einstellbaren Anschlag 23, der in Richtung der Pfeile 24 und 25 durch eine oder mehrere Führungen 26 auf entsprechenden Führungsgliedern 27 verstellbar ist. Durch Betätigung eines nicht dargestellten Endschalters wird sodann eine Schere, Säge oder umlaufende Scheibe 28 in Tätigkeit gesetzt. Diese wird in Richtung des Pfeiles 29 quer verfahren und längs hierbei das Werkstüekende ab, welches sodann auf 'Grund der Eigenschwere auf den Auflagetiscli 30 fällt und hier als abgelängtes Stück 31 für das Widerstandsaufheizen im direkten Stromdurchgang bereitsteht. Nach vollzogenem Ablängen bewegt sich die Schneideinrichtung in Richtung des Pfeiles 32 in ihre Ausgangsstellung zurück. IEs kann durch nicht dargestellte mechanische Mittel dafür gesorgt werden, daß die Stange oder der Knüppel 20 nach Durchführung des Trennvorganges in Richtung des Pfeiles 33 um ein kurzes Stück zuruckbewegtwird, damit die vorder-e Stirnseite mit dem Ende des Induktors 21 afcscMießt bzw. böcIi hinter dem Ende des "Induktors 21 zurücksteht und erwärmt wird.

Das anscMielende Widerstandsauiheizen wird mittels der Krartaktelektroden 34 und 35 durchgeführt. Diese werden durch geeignete S ammeischienen 36 und 37 <von einer Stromquelle geeigneter'Spannung, Stromstärke -und Frequenz gespeist. Die Kontalrt-•elelctroden 34 und 35 sind dabei schematiseh dargestellt. Sie können -sowohl stiraseifig als atidh von 4er Seite angreifen «td Icönn-en ferner -a,n<äi als Kontaktpaare ausgebildet sein. Wenn die Endtemperatur

erreicht ist, werden die erwärmten Werkstücke entweder seitlich vom Auflagetisch 30 wegbefördert, sie können jedoch auch durch eine Kipp- oder Drehbewegung des Auflagetisches der weiteren Verarbeitung zugeführt werden.

In den schematischen Abbildungen sind irgendwelche Mittel zur Verminderung der Wärmeabstrahluiig im Induktor 21 oder auf dem Auflagetisch 30 nicht dargestellt. Es können hierzu die bekannten Mittel, wie gestampfte Massen, gemauerte Ofenbausteine od. dgl., verwendet werden.

Die für Werkstücke aus Stahl beschriebenen Maßnahmen lassen sich sinngemäß auch auf Werkstücke aus anderen Metallen und Metallegierungen anwenden. Ferner sind, wie ohne weiteres verständlich, Abwandlungen der Vorrichtungen möglich, um Anpassungen an besondere Betriebsverhältnisse zu ermöglichen.

Claims (3)

Patentansprüche: 20

1. Verfahren zum elektrischen Erwärmen von metallischen Werkstücken, vorzugsweise in Foorm von Knüppeln oder Knüppelabschnitten aus Stahl, beispielsweise zum Zweck des nachfolgenden

Warmverformens, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise induktiv, vorzugsweise mittels Netzfrequenz, auf 700 bis 900'° C erwärmten Stücke in Abschnitte gewünschter Länge unterteilt werden, worauf diese in unmittelbarem Stromdurchgang auf eine Verformungstemperatur von beispielsweise 125° C gebracht werden.

2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktionsheizspule und eine Einrichtung zum Erwärmen durch unmittelbaren Stromdurchgang in Achsrichtung hintereinander aufgestellt sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Austrittsende der Induktionsheizspule eine fliegende Säge, fliegende Trennscheibe oder eine Schere derart angeordnet ist, daß das von dieser Ablängvorrichtung auf Verarbeitungslänge gebrachte Werkstück unmittelbar nach dem Trennen in die tiefer als die Trennvorrichtung aufgestellte Heizvorrichtung fällt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 408 875;
deutsche Patentschriften Nr. 429632, 904575.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

©609 727/413 12.58