DE1440423B1

DE1440423B1 - Vorrichtung und verfahren zum kontinuierlichen reinigen der oberflaeche eines in langgestreckter form vorliegenden elektrisch leitenden werkstuecks

Info

Publication number: DE1440423B1
Application number: DE19621440423
Authority: DE
Inventors: Whitacre Donald Paul
Original assignee: GEN CONSULTING Co
Current assignee: GEN CONSULTING Co
Priority date: 1961-03-22
Filing date: 1962-03-19
Publication date: 1971-07-15
Also published as: GB948554A; BE615445A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Vorrichtung gemäß der Erfindung weisen die Ein-Verfahren zum kontinuierlichen Reinigen der Ober- richtungen zum Aufbau des Plasma-Lichtbogens fläche eines in langgestreckter Form vorliegenden, mehrere auf Abstand zueinander angeordnete und elektrisch leitfähigen Werkstücks unter Hindurch- eine zentrale Öffnung zum Hindurchführen des Werkführen desselben durch eine Reinigungsstelle. 5 Stücks aufweisende zylindrische Elektroden sowie

Nach dem Walzen oder einer sonstigen Behandlung eine gesonderte, einerseits mit den Elektroden und von Metallen, beispielsweise von Stahldraht oder andererseits mit Abstützeinrichtungen für das Werk-Stangenmaterial, tritt das Problem auf, den Zunder stück verbundene Arbeitsspannungsquelle auf. Hiervon den Oberflächen dieser Werkstücke zu ent- bei können zwei der auf Abstand zueinander angefernen. Es wurden bereits sehr viele Versuche ge- ίο ordneten Elektroden mit aufeinander ausgerichteten macht, um die beste Möglichkeit zur schnellen und zentralen Öffnungen in geringem Abstand voneinwirtschaftlichen Entfernung dieser Rückstände zu ander angeordnet sein, wobei von entgegengesetzten finden. Ein heutzutage bevorzugtes Verfahren be- Richtungen Gas angesaugt wird und unter Aufhesteht darin, die Werkstücke durch mit Säure gefüllte bung der von dem an jeder Elektrode aufgebauten Behälter zu ziehen. Ersichtlicherweise müssen jedoch 15 Plasma-Lichtbogen hervorgerufenen magnetischen bei Verwendung von Säurebehältern gleichzeitig Druckwirkung zwischen diesen Elektroden wieder teure Ventilationseinrichtungen und andere Schutz- austritt und die paarweise angeordneten Elektroden Vorrichtungen für das Personal sowie Einrichtungen auf ihren einander zugewandten Seiten nahe der zum Entfernen der Säure von den Werkstückober- zentralen Öffnung Vorsprünge besitzen, deren sich flächen vorgesehen werden, so daß sich eine derartige 20 gegenüberliegende Oberflächen abgeflacht sind. Fer-Behandlung trotz ihrer Verwendung in großem Um- ner kann eine der auf Abstand zueinander angeordfang nicht als vollständig zufriedenstellend erweist. neten Elektroden einen elektrisch leitfähigen Zylin-

Der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, eine der und eine durchgehende Öffnung mit einem der Vorrichtung und ein Verfahren zum raschen und durch die Bewegung des metallischen Werkstücks kontinuierlichen Entfernen der Rückstände, z. B. des 25 hervorgerufenen Beharrungsneigung des Plasma-Zunders, von den Oberflächen von in langgestreck- Lichtbogens entgegenwirkenden Innenprofil besitzen, ter Form vorliegenden, elektrisch leitenden Werk- die einen von der einen Seite des Zylinders sich in stücken anzugeben, wobei die Notwendigkeit der das Zylinderinnere erstreckenden Abschnitt und Verwendung von Säure entfällt. einen zweiten sich von der anderen Zylinderseite ein

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine 30 größeres Stück in das Zylinderinnere hineinerstreksich die gestellte Aufgabe mit Hilfe eines rotierenden, kenden Abschnitt größeren Durchmessers sowie an der Oberfläche des durch die Reinigungsstelle einen Übergangsbereich verschiedenen Durchmessers hindurchbewegten, in langgestreckter Form vorlie- zwischen diesen beiden Abschnitten aufweist. Bei genden leitfähigen Werkstücks endenden Plasma- sämtlichen Ausführungsformen einer Vorrichtung geLichtbogens lösen läßt, wenn man die Neigung des 35 maß der Erfindung können die elektromagnetischen Plasma-Lichtbogens, auf einer Stelle der bewegten Einrichtungen einen Ringmagneten mit einer zentra-Elektrode (d. h. des Werkstücks) zu beharren, d. h. len Öffnung für den Durchlaß des metallischen Werkmit dieser Elektrode aus der Plasmazone herauszu- Stücks aufweisen, dessen Polschuh eine Form besitzt, laufen und schließlich zu erlöschen, überwindet. durch die die magnetischen Feldlinien auf die Licht-

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vor- 40 bogenzone gerichtet werden und ein axial gerichterichtung zum kontinuierlichen Reinigen der Ober- tes magnetisches Feld zur Drehung des Lichtbogens fläche eines in langgestreckter Form vorliegenden, entsteht. Die Abstützeinrichtungen für das Werkstück elektrisch leitfähigen Werkstücks unter Hindurch- können mit mehreren elektrisch leitfähigen Rollen führen desselben durch eine Reinigungsstelle, welche ausgestattet sein, während die Einrichtungen zum dadurch gekennzeichnet ist, daß Einrichtungen zum 45 Aufbau eines Plasma-Lichtbogens eine zwischen Aufbauen eines an der Oberfläche des durch die einer Elektrode und einer dieser Rollen angelegte Reinigungsstelle bewegten, in langgestreckter Form Arbeitsspannungsquelle, eine weitere zwischen der vorliegenden Werkstücks endenden Plasma-Lichtbo- einen Elektrode des Elektrodenpaars und der Rolle gens und in dessen Nähe angeordnete, der auf Grund liegende Arbeitsspannungsquelle sowie eine zwischen der Bewegung des Werkstücks entstehenden Behar- 50 der anderen Elektrode dieses Elektrodenpaars und rungsneigung des Plasma-Lichtbogens entgegenwir- eine weitere Rolle geschaltete Arbeitsspannungskende elektromagnetische Einrichtungen vorgesehen quelle aufweisen können,
sind. Das Phänomen der Lichtbogenentladung durch ein

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren Gas ist an sich bekannt. Er wird als Plasma-Lichtzur kontinuierlichen Reinigung der Oberfläche eines 55 bogen bezeichnet, wenn das Gas ausreichend ionisiert in langgestreckter Form vorliegenden elektrisch leit- wird, so daß es elektrisch leitfähig wird und den im fähigen Werkstücks, welches dadurch gekennzeichnet ionisierten Gas fließenden Bogenstrom leitet. Einrichist, daß das metallische Werkstück an der Reini- tungen zur Erzielung einer derartigen Lichtbogengungsstelle durch eine Elektrode geleitet; ein an der entladung sind bekannt und bestehen einfach darin, Werkstückoberfläche endender Plasma-Lichtbogen 60 daß eine Spannung an zwei im Abstand voneinander aufgebaut; zwischen der Elektrode und dem metalli- angeordnete Elektroden angelegt wird, wodurch in sehen Werkstück ein der durch die Bewegung des dem zwischen den Elektroden vorgesehenen Gas eine Werkstücks hervorgerufenen Beharrungsneigung des Entladung aufgebaut wird. Erfindungsgemäß wird ein Plasmas entgegenwirkendes axiales magnetisches derartiger Lichtbogen zwischen der einen Elektrode Feld erzeugt und der Plasma-Lichtbogen an der 65 und dem als Gegenelektrode dienenden Material aufstelle auf dem Werkstück, an der er bei dessen Be- gebaut und durch das Vorhandensein eines magnewegung aufgebaut wurde, aufrechterhalten wird. tischen Feldes in Drehung versetzt. Der Lichtbogen

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform einer bewirkt einen Elektroden- und Ionenbeschuß der

Oberfläche des leitfähigen Materials, wodurch die Rückstände wirksam abgestrahlt werden und das Material gereinigt wird.

Ein Plasma-Lichtbogen leitet nicht nur den elektrischen Strom, sondern bewirkt auch eine Temperaturerhöhung von mehreren tausend Grad. Da sich das Material schnell durch den Lichtbogen bewegt, wird nur eine sehr dünne Oberflächenschicht der Hitzeeinwirkung ausgesetzt, deren Temperaturanstieg für das Auftreten von Oxydationen nicht ausreicht. Durch Verlangsamung der Durchlaufgeschwindigkeit des Materials durch den Lichtbogen kann jedoch erfindungsgemäß die Hitzewirkung des Lichtbogens dazu ausgenutzt werden, die Materialoberfläche so stark zu erhitzen, daß alle vom Her-Stellungsvorgang, beispielsweise vom Warmwalzen, herrührenden Ablagerungen weggebrannt werden. In diesem Fall muß das leitf ähige Material bis zum Abkühlen auf eine Temperatur, bei der die Oberfläche nicht mehr oxydiert, in einer Inertgas-Atmosphäre gehalten werden. Wahlweise kann auch die Hitzeeinwirkung dazu verwendet werden, die Temperatur des Materials so weit zu erhöhen, daß dessen Heißbehandlung möglich wird.

Obwohl Einrichtungen zum Zünden und Aufrechterhalten eines Plasma-Lichtbogens bei Verwendung feststehender Elektroden bekannt sind, treten Schwierigkeiten bei der Zündung und Aufrechterhaltung des Lichtbogens auf, wenn die eine Elektrode, in diesem Fall das zu behandelnde leitfähige Langmaterial, bewegt wird. Der Plasma-Lichtbogen besitzt einen sogenannten Beharrungs- oder Kathodeneffekt, d. h., der Bogen bleibt am Brennpunkt hängen, so daß er im vorliegenden Fall in Bewegungsrichtung des Langmaterials auseinandergezogen wird und schließ-Hch abreißt. Demgemäß war es erforderlich, eine Einrichtung zum Überwinden dieses Beharrungseffektes zu schaffen.

Eine andere Schwierigkeit besteht darin, daß der Plasma-Lichtbogen durch ein Magnetfeld beeinflußt wird. Wenn deshalb zwischen einer Elektrode und einem als die andere Elektrode dienenden langen Draht ein Lichtbogen eingeleitet wird, ist auf Grund des im Draht fließenden Stroms ein Magnetfeld vorhanden, das den Lichtbogen bewegen und derart ausdehnen kann, daß er erlischt. Diese Erscheinung ist als magnetische Druckwirkung bekannt. Andere Effekte, beispielsweise der Entropie- und der Zyklotroneffekt, können ebenfalls eine Verlagerung des Lichtbogens verursachen, da die mit den Lichtbogenrändern erzeugten Felder sowie den durch den Stromfluß in den Elektroden erzeugten Feldern in Wechselwirkung stehenden, von außen angelegten Magnetfeldern die Stabilität des Lichtbogens bis zu einem gewissen Grad ungünstig beeinflussen können. Somit war es erforderlich, eine Einrichtung zu schaffen, die den Plasma-Lichtbogen ungeachtet dieser ungünstigen Einflüsse auf dem sich bewegenden Material aufrechtzuerhalten vermag.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Einrichtung zum Anlegen eines Plasma-Lichtbogens an der Oberfläche eines länglichen Leiters, beispielsweise an Drahtmaterial, dargestellt. Die Bogenhitze kann zum Reinigen der Drahtoberfläche oder, falls erwünscht, zur Hitzebehandlung des ganzen Drahts verwendet werden. Das Drahtmaterial 10 wird von leitfähigen Rollen 12, 14 und 16 gestützt und durch Aufwickeln auf eine von einem nicht dargestellten Motor angetriebene Trommel 18 durch diese Rollen hindurchgeführt. Die Bewegung des Drahts kann mit Hilfe irgendeiner bekannten Einrichtung erfolgen, wobei die Rollen gegebenenfalls zum Bewegen des Materials angetrieben werden können.

Beim Hindurchziehen zwischen den Rollen wird das leitfähige Metallmaterial durch mindestens einen als Reinigungsstelle bezeichneten Abschnitt bewegt, von denen in der Zeichnung zwei dargestellt sind. Ersichtlicherweise können jedoch so viele bzw. wenige dieser Reinigungsstellen verwendet werden, wie zur Erzielung der erwünschten Arbeitsweise erforderlich sind.

An der ersten Stelle, an der ein rotierender Plasma-Lichtbogen ausgebildet wird, besteht die Vorrichtung zur Erzeugung dieses Lichtbogens aus einer im Schnitt dargestellten Zylinderelektrode 20. Diese Elektrode besteht tatsächlich aus einem vorzugsweise aus Stahl ausgebildeten Metallhalter 20.4 mit einer zylindrischen Öffnung, in die ein Kupferzylinder 20 B eingesetzt ist. Dabei sind Vorkehrungen zur Kühlung des die eigentliche Arbeitselektrode darstellenden Kupferzylinders getroffen, indem im Stahlzylinder eine Vertiefung 22 vorgesehen ist, die mit dem Kupferzylinder in Verbindung steht und durch die eine Kühlflüssigkeit fließt. Der Kupferzylinder besitzt eine Mittelöffnung, durch welche das zu behandelnde Material geleitet wird. Diese Mittelöffnung besitzt ihrerseits drei Abschnitte, nämlich einen in Bewegungsrichtung des Drahts im hinteren Elektrodenende liegenden Abschnitt 24.4 mit geringerem Durchmesser, einen in Bewegungsrichtung des Drahts am vorderen Elektrodenende liegenden Abschnitt 24 C mit großem Durchmesser und einen zwischen diesen beiden Abschnitten liegenden Übergangsabschnitt 24 B, wobei der weite Abschnitt länger ist als der enge.

In Drahtbewegungsrichtung hinter der Elektrode 20 befindet sich ein im Schnitt dargestellter Magnet 26 mit einem ringförmigen Polstück 26^1 und einer Erregerwicklung 26 B, die von einer Stromquelle 28 gespeist wird und in der Umgebung der Elektrode 20 ein praktisch axial gerichtetes magnetisches Feld ausbildet. Der in der Zeichnung im Schnitt dargestellte Polschuh 26.4 besitzt eine Polspitze, mit deren Hilfe die magnetischen Feldlinien auf die Öffnung zwischen Elektrode 20 B und dem zu behandelnden Drahtmaterial 10 gerichtet werden. Der Stahlhalter dient zur Ausrichtung des vom Magneten 26 ausgehenden Magnetfelds, so daß die Kraftliniendichte im engen Abschnitt 24^4 der Elektrode am größten ist und sich im weiten Abschnitt 24 C eine weniger verdichtete Kraftflußzone ergibt. Durch Ausbildung eines Feldes größerer Energiedichte in Bewegungsrichtung des Lichtbogens als an der Stelle, an der der Lichtbogen gehalten werden soll, wird dem Beharrungseffekt des Lichtbogens auf magnetischem Weg teilweise entgegengewirkt.

Die Zündung des Plasma-Lichtbogens erfolgt mit Hilfe einer Zündspannungsquelle 30, wozu eine beliebige Hochspannungsquelle dienen kann, deren Elektroden einerseits mit der Elektrode 20 und andererseits mit den leitfähigen Rollen 14 in Verbindung stehen, so daß beim Einschalten der Spannung zwischen der Elektrode 20 und dem leitfähigen Material 10 ein Funken erzeugt wird. Sobald dieser Funice auftritt, wird ein Lichtbogen erzeugt, der von einer in der Zeichnung mit Lichtbogen-Brennspannungsquelle 32 bezeichneten, ebenfalls an die Elektrode 20

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und die Rollen 14 angeschlossenen Gleichstromquelle Wasser versehen. Die Ringelektroden 40 und 42 beaufrechterhalten wird. Die Lichtbogen-Zündstrom- sitzen an ihren der anderen Elektrode zugewandten quelle wird nach dem Zünden des Lichtbogens durch Stirnseiten nahe der Mittelöffnung je einen Vorsprung bekannte Mittel, beispielsweise durch ein Gerät zum 44 bzw. 46, deren einander gegenüberliegende Flä-Messen des durch den erzeugten Lichtbogen eingelei- 5 chen abgeflacht sind. Die beiden Ringelektroden 40, teten Stromflusses, selbsttätig abgeschaltet. 42 sind im Bereich dieser Vorsprünge ziemlich dicht

Zum Zünden des Lichtbogens kann entweder eine aneinander angeordnet.

Gleich- oder eine Wechselstromhochspannungsquelle Für die Elektrode 40 ist eine Zündspannungsquelle

verwendet werden. Bei einer bereits fertiggestellten 48 für den Lichtbogen mit einem Ausgangstransfor-Ausführungsform der Erfindung wurde der Bogen 10 mator49 vorgesehen, dessen über eine Brennspanmit Hilfe einer Wechselstromquelle gezündet, die nungsquelle 50 für den Lichtbogen mit der Elektrode über die Sekundärwicklung eines Ausgangstransfor- 40 und den leitfähigen Rollen 14 verbundene Sekunmators 31 mit Parallelkondensator 33 in Reihe mit därwicklung mit Hilfe eines Kondensators 51 auf Reder Lichtbogenerhalte-Spannungsquelle geschaltet sonanz abgestimmt ist. Außerdem ist eine Zündwar. Als eine solche Quelle kann jede beliebige 15 Spannungsquelle 52 für den Lichtbogen mit einem Stromquelle verwendet werden, sofern sie die zur Ausgangstransformator 55 vorgesehen, dessen über Aufrechterhaltung des Bogens notwendige Strom- eine Brennspannungsquelle 54 für den Lichtbogen stärke zu liefern vermag. mit der Elektrode 42 und den leitfähigen Rollen ver-

Bei einer bereits gebauten Ausführungsform der bundene Sekundärwicklung mit Hilfe eines Konden-Erfindung wurde ein Schweißstromaggregat verwen- ₂o sators 53 auf Resonanz abgestimmt ist. Zusätzlich ist det, das eine Stromstärke von 400 A bei einem Span- an der zweiten Reinigungsstelle ein Magnet 56 einnungsabfall von 45 V beim Zünden des Lichtbogens schließlich Erregerstromquelle 58 vorgesehen, bei lieferte. dessen ringförmigem Polstück 56 A die an der Elek-

Bei einer bereits in Betrieb befindlichen Ausfüh- trode 42 liegende Spitze so geformt ist, daß sie innerrungsform der Erfindung lieferte die Atmosphären- 25 halb der Mittelöffnungen der Elektrode ein axialgeluft das Trägergas für den Plasma-Lichtbogen, doch richtetes magnetisches Feld erzeugt und den Kraftfluß soll die Erfindung nicht auf Atmosphärenluft be- auf den Zwischenraum zwischen Werkstück bzw. leitschränkt sein, vielmehr kann gewünschtenfalls auch fähigem Material 10 und der Elektrode 42 konzenein beliebiges anderes bekanntes Gas, beispielsweise triert.
Argon oder Helium verwendet werden. 30 Die durch den Magneten 56 erzeugte trichterför-

Wie bereits erwähnt, wird ein an einer bewegten mige Feldlinienverteilung wirkt jeglicher Tendenz des Elektrode endender Lichtbogen auf Grund des Ka- durch die entsprechende Zündspannungsquelle 52 thoden- oder Beharrungseffekts von der Elektrode bzw. 48 gezündeten und von der entsprechenden mitgezogen, bis er abreißt. Die in der Zeichnung Brennspannungsquelle 50 bzw. 54 aufrechterhaltenen dargestellte Einrichtung vermeidet diesen Effekt, und 35 Plasma-Lichtbogens entgegen, sich in Bewegungszwar erstens durch die Form des vom Magneten 26 richtung des Werkstücks 10 mitzubewegen. Bei der erzeugten Magnetfelds, das den Plasma-Lichtbogen bereits gebauten Ausführungsform der Erfindung in eine der Bewegungsrichtung des Langmaterials _wi_rd Atmosphärenluft als Trägergas verwendet, doch entgegengesetzte Richtung zu richten trachtet, und kann, wie vorher erwähnt, an deren Stelle auch jedes zweitens wegen der Form der Mittelöffnung der 40 andere bekannte Gas, wie beispielsweise Argon, Elektrode 20, die eine selbsttätige Gas-Pumpwirkung Stickstoff oder Wasserstoff verwendet werden. Durch hervorbringt, durch welche der Lichtbogen in eine die Form der Anordnung der Elektroden wird ein dem Beharrungseffekt entgegenwirkende Richtung weiterer durch die Linie 60 dargestellter Stabilisiegedrückt wird. Da der Durchmesser des Abschnitts rungseffekt am Plasma-Lichtbogen erzielt, der den 24 A der Mittelöffnung kleiner ist als der Durchmes- 45 Lichtbogen im Abschnitt zwischen den Elektroden ser des Abschnitts 24 C, wird eine Art Staustrahl- 40, 42 und dem Werkstück 10 festhält, indem das Gas Effekt erzeugt, bei dem das Gas bzw. die Luft durch durch die Mittelöffnung der Elektrode 40 von der die enge öffnung eingesaugt, durch den Lichtbogen sich in Werkstückbewegungsrichtung vor der Elekerhitzt und als ionisiertes Gas durch den Abschnitt trode und durch die Mittelöffnung der Elektrode 42 24 C der Mittelöffnung mit größerem Durchmesser 50 von der sich in Werkstückbewegungsrichtung hinter ausgestoßen wird. Diese Wirkung unterstützt die der Elektrode befindlichen Seite her eingesaugt wird, Stabilisierung der linken Seite des Plasma-Licht- wodurch ein entgegengesetzter und ausgleichender bogens, indem eine kalte, nicht-ionisierte Schranke Druck auf den Lichtbogen 60 ausgeübt wird. Das Gas ausgebildet wird. Außerdem wird hierdurch der Bo- wird im Lichtbogen erhitzt und dann im Zwischengen laufend von erzeugten Verunreinigungen befreit, 55 raum zwischen den Elektroden ausgestoßen, wobei es was seine Stabilität weiter erhöht. Der durch die das Plasma von Verunreinigungen säubert.
Linien 34 dargestellte Bogen neigt daher, nachdem Vorteilhafterweise versorgen die Brennspannungs-

er einmal gezündet ist, dazu, sich selbst zwischen quellen 50 und 54 für die Lichtbogen die Elektroden dem weiten Abschnitt 24 C der Elektrode und dem 40 und 42 mit gleich hohen Spannungen. Bei einer Material 10 zu halten. 60 bereits in Betrieb befindlichen Ausführungsform der

An der zweiten Hitzebehandlungsstelle besteht die Erfindung werden die zu behandelnden Drahtstangen erfindungsgemäße Einrichtung zum Anlegen eines mit einer Geschwindigkeit von etwa 61 Meter pro Plasma-Lichtbogens an das Werkstückmaterial aus Minute bewegt. Die Brennspannungsquellen 50 und zwei im Schnitt dargestellten Ringelektroden 40, 42. 54 für den Lichtbogen liefern jeweils 250 A bei einem Bei einer bereits praktisch erprobten Ausführungs- 65 Spannungsabfall von 40 V. Es sei darauf hingewieform der Erfindung bestehen diese Ringelektroden sen, daß das Material nicht rund zu sein braucht, aus Kupfer und sind mit einem Hohlraum 40 ^i bzw. sondern jeden beliebigen Querschnitt besitzen kann 42^4 für ein umlaufendes Kühlmittel, beispielsweise und beispielsweise auch Rohrmaterial sein kann.

Außerdem können gewünschtenfalls auch andere Materialien, die auf das Werkstück aufplattiert oder auf ihm abgelagert werden sollen, in den Lichtbogen eingegeben werden. Ersichtlicherweise werden durch den gleich großen, jedoch entgegengesetzt gerichteten Stromfluß einerseits durch die leitfähigen Rollen 14, das Material 10 und den Lichtbogen und andererseits durch die leitfähigen Rollen 16, das Werkstück 10 und den Lichtbogen ein von dem durch das Werkstück fließenden Strom hervorgerufener magnetischer Druck ausgeschaltet.

Der in den Ringelektroden erzeugte Plasma-Lichtbogen rotiert auf Grund der inneren Auswirkung des axial gerichteten magnetischen Feldes und des durch den im Lichtbogen fließenden Strom erzeugten Magnetfeldes ununterbrochen, da dieses Magnetfeld auf den Lichtbogen eine so gerichtete Kraft ausübt, daß es sich um das Werkstück als Mittelpunkt dreht. Dies hat zur Folge, daß die gesamte Außenfläche des durch die Ringelektrode gezogenen Werkstücks behandelt wird. Vorzugsweise wird das Werkstück, wie in der Zeichnung dargestellt, an den negativen und die Elektrode an den positiven Pol der Spannungsquellen angeschlossen. Obwohl die Einrichtung auch mit umgekehrter Polarität arbeitet, wird angenommen, daß mit der dargestellten Anordnung bessere Ergebnisse erzielt werden. Außerdem kann der Bogen gewünschtenfalls auch mit Wechselstrom gebrannt werden. Wie bereits erwähnt, kann der auf Grund des Lichtbogens und des im Bogen fließenden Stroms bewirkte Temperaturanstieg des leitfähigen Materials durch die Geschwindigkeit, mit der das Werkstück durch den Lichtbogen gezogen wird, wirksam geregelt werden. Die Erfindung schafft somit ein Verfahren und eine Einrichtung sowohl zum Erhitzen des Werkstückmaterials zwecks Hitzebehandlung als gewünschtenfalls auch zu dessen Reinigung.

Claims

Patentansprüche: 40

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Reinigen der Oberfläche eines in langgestreckter Form vorliegenden, elektrisch leitfähigen Werkstücks unter Hindurchführen desselben durch eine Reinigungsstelle, dadurch gekennzeichnet, daß Ein- richtungen (20, 30, 32; 40, 48, 50; 44, 52, 54) zum Aufbauen eines an der Oberfläche des durch die Reinigungsstelle bewegten, in langgestreckter Form vorliegenden Werkstücks (10) endenden Plasma-Lichtbogens (34) und in dessen Nähe angeordnete, der auf Grund der Bewegung des Werkstücks entstehenden Beharrungsneigung des Plasma-Lichtbogens entgegenwirkende elektromagnetische Einrichtungen (26, 56) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (20, 30, 32; 40, 48, 50; 44, 52, 54) zum Aufbau des Plasma-Lichtbogens (34) mehrere auf Abstand zueinander angeordnete und eine zentrale Öffnung zum Hindurchführen des Werkstücks (10) aufweisende zylindrische Elektroden (20, 40, 42) sowie eine gesonderte, einerseits mit den Elektroden und andererseits mit Abstützeinrichtungen (12, 14,16) für das Werkstück (10) verbundene Arbeitsspannungsquelle (32, 50, 54) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der auf Abstand zueinander angeordneten Elektroden (40, 42) mit aufeinander ausgerichteten zentralen Öffnungen in geringem Abstand voneinander angeordnet sind, wobei von entgegengesetzten Richtungen Gas angesaugt wird und unter Aufhebung der von dem an jeder Elektrode aufgebauten Plasma-Lichtbogen hervorgerufenen magnetischen Druckwirkung zwischen diesen Elektroden wieder austritt, und daß die paarweise angeordneten Elektroden (40, 42) auf ihren einander zugewandten Seiten nahe der zentralen Öffnung Vorsprünge (44, 46) besitzen, deren sich gegenüberliegende Oberflächen abgeflacht sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine (20) der auf Abstand zueinander angeordneten Elektroden (20, 40, 42) einen elektrisch leitfähigen Zylinder (205) und eine durchgehende Öffnung mit einem der durch die Bewegung des metallischen Werkstücks (10) hervorgerufenen Beharrungsneigung des Plasma-Lichtbogens (34) entgegenwirkenden Innenprofil besitzt, die einen von der einen Seite des Zylinders sich in das Zylinderinnere erstreckenden Abschnitt (24 A) und einen zweiten sich von der anderen Zylinderseite ein größeres Stück in das Zylinderinnere hineinerstreckenden Abschnitt (24C) größeren Durchmessers sowie einen Übergangsbereich (245) verschiedenen Durchmessers zwischen diesen beiden Abschnitten, aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetischen Einrichtungen einen Ringmagneten (26, 56) mit einer zentralen Öffnung für den Durchlaß des metallischen Werkstücks (10) aufweisen, dessen Polschuh (26/4,56^4) eine Form besitzt, durch die die magnetischen Feldlinien auf die Lichtbogenzone gerichtet werden und ein axial gerichtetes magnetisches Feld zur Drehung des Lichtbogens entsteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstützeinrichtungen für das Werkstück (10) mehrere elektrisch leitfähige Rollen (12, 14, 16) und die Einrichtungen zum Aufbau eines Plasma-Lichtbogens (34) eine zwischen einer Elektrode (20) und einer dieser Rollen (14) angelegte Arbeitsspannungsquelle (32), eine weitere zwischen der einen Elektrode (40) des Elektrodenpaars (40, 42) und der Rolle (14) liegende Arbeitsspannungsquelle (50) sowie eine zwischen der anderen Elektrode (42) dieses Elektrodenpaars und eine weitere Rolle (16) geschaltete Arbeitsspannungsquelle (54) aufweisen.

7. Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung der Oberfläche eines in langgestreckter Form vorliegenden elektrisch leitfähigen Werkstücks mittels einer Vorrichtung gemäß den vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Werkstück an der Reinigungsstelle durch eine Elektrode geleitet; ein an der Werkstück-Oberfläche endender Plasma-Lichtbogen aufgebaut; zwischen der Elektrode und dem metallischen Werkstück ein der durch die Bewegung des Werkstücks hervorgerufenen Beharrungsneigung des Plasmas entgegenwirkendes axiales magnetisches Feld erzeugt und der Plasma-Lichtbogen an der Stelle auf dem Werkstück, an der er bei dessen Bewegung aufgebaut wurde, aufrechterhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 109 529/14