DE1818458U

DE1818458U - Vorrichtung zum elektrischen erhitzen von metallen.

Info

Publication number: DE1818458U
Application number: DE1960T0012213
Authority: DE
Original assignee: TO A KAKO KK
Current assignee: TO A KAKO KK
Priority date: 1959-07-22
Filing date: 1960-07-21
Publication date: 1960-09-22
Also published as: BE589174A; GB925544A; CH377463A

Description

To-a kakao, Kabushiki Kaisha, Tokyo, Japan Vorrichtung zum elektrischen erhitzen von metallteilen.

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Zum erhitzen von metallteilen benutzt man im allgemeinen Salzbäder, Gasöfen, Induktionsheizöfen oder Widerstandsöfen. L'ie ufheizung von Metallteilen durch Erzeugung von Eigenwärme in ihnen, indem sie unmittelbar von einem elektrischen Strom durchflossen werden, ist ebenfalls bekannt und in der Anlage billiger, in der Liufheizung wirksamer und wirtschaftlicher als irgendeine der genannten eizmöglichkeiten.
Bei den bisher bekannten vorrichtungen zum Erhitzen von metallteilen durch unmittelbares einleiten eines elektrischen stromes in diese wird aber der elektrische Strom dadurch zugeführt, daß bürsten in Kontakt mit dem metallteil gebracht werden. Ein nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß Funken im Kontaktbereich der Bürste entstehen und die Oberfläche des Metallteiles beschädigen können. Ein weiterer i. j. angel liegt darin, daß bei unregelmäßiger Gestalt des aufzuheizenden Werkstücks der Kontakt der bürste mit dem metallteil nicht gut ist, so daß die

erzielung eines gleichmäßigen stromflusses schwierig

wird. Aus diesem Grunde hat sich dieses Verfahren in

der Praxis nicht sehr durchgesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels der zur Erhitzung eines Werkstückes durch Eigenwärme mittels hindurchgeleiteten elektrischen Stromes der Strom so durchgeleitet werden kann, daß keine funken an der Oberflache des zu erhitzenden werkstückes, durch die der Strom fließt, entstehen und die Oberfläche des aufzuheizenden Werkstückes keinen schaden erleidet. auch soll die Vorrichtung geeignet sein, einen möglich gleichmäßigen stromfluß in den zu erhitzenden Werkstücken zu erzielen, auch wenn ihre Gestalt unregelmäßig ist. schließlich sollen die neiztemperatur und der aufzuheizende bereich in dem behandelten Werkstück leicht einstellbar sein. Die zur Lösung dieser Aufgabe dienende erfindungsgemäße Vorrichtung zur unmittelbaren Erhitzung von Metallteilen mittels Durchleitung eines elektrischen btromes ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu erhitzenden Metallteile in eine Wirbelschicht eines elektrisch leitenden Pulvers eingetaucht sind, daß ein elektrischer ótrom durch die Wirbelschicht und die Metallteile hindurchfließt und die neiztemperatur des zu erhitzenden Bereiches durch Einstellung der Stromstärke gewählt ist. Das Stromleitende Pulver kann aus Kohle oder einem elektischen halbleiter wie siliciumkarbid bestehen. Um eine Wirbelschicht aus dem stromleitenden Pulver herzustellen, wird beispielsweise ein aus einem Material, das uase, jedoch das stromleitende pulver nicht durchläßt, bestehender Boden, wie eine poröse Keramikplatte vorgesehen, die sich im Mittelteil eines Behälters befindet.
Das stromleitende pulver wird auf den Boden des behälters geschüttet und ein was, z. b. Luft, wird unter Druck durch eine im Boden des Behälters vorgesehene Einlaßöffnung gepreßt, so daß das stromeleitende Pulver aufgewirbelt werden kann. Die Teilchengröße des stromleitenden Pulvers hängt vom spezifischen Gewicht und der Wirbelfähigkeit des Materials ab. Im Fall von Kohlepulver ist eine Korngrösse von etwa 4u-60 Maschen/om wünschenswert. Die Art des das stromleitende Pulver aufwirbelnden Gases hängt vom volumen des behälters und

der Dicke und Porosität des Bodens ab. Vorzugsweise wird

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druckluft von etwa 4-10 kg/cm verwendet. An Stelle von

. Luft kann auch ein inertes Gas wie btiokstoff verwendet

werden. zjum Durchleiten des elektrischen Stromes durch die wirbelschicht kann ein Wechselstrom, pulsierender oder Gleichstrom verwendet werden. Wenn der das stromleitende Polver enthaltende Wirbelbehälter aus elektrisch leitendem erkstoff besteht, wird die Wechsel-oder Gleichspan-

nung zwischen dem Behälter und dem aufzuheizenden Werk-

stück angelegt und die stromstärke kann durch einen zur

Stromquelle gehörigen regler eingestellt werden. in

diesem Falle fließt der Strom in das Werkstück durch das aufgewirbelte stromleitende Pulver und das Pulver wirkt als elektrischer Kontakt. Wenn der Behälter aus isolierstoff besteht, können die Elektroden in die Wirbelschicht eingetaucht werden und die Spannung wird dann zwischen diesen Elektroden und dem aufzuheizenden Werkstück angelegt.
Die Wirbelschicht selbst wird durch den Stromdurchgang nicht wesentlich erhitzt, sondern die Wärme wird durch die Stromdichte an der Oberfläche des Werkstückes und in seinem Inneren aufgebracht. Der Kontaktwiderstand zwischen dem Werkstück und dem fluidisierten stromleitenden Pulvers soll also verhältnismässig groß sein. Durch Verwendung eines Stromverlaufs mit steiler Anstiegsflanke läßt sich der Spannungsabfall zwischen dem Werkstück und der Wirbelschicht noch erhöhen, wodurch die Stromdichte und damit die Erhitzungstemperatur heraufgesetzt werden.
Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnung erläutert. hierin zeigen : Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung im bchnitt und Fig. 2 eine teilweise geschnittene schematische Ansicht einer'Vorrichtung gemäß der Erfindung in Anwendung auf das kontinuierliche Erhitzen von Drähten, Stangen oder Rohren aus Metall.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 befindet sich in dem aus stromleitenden.. erkstoff bestehenden Wirbelschichtbehälter 1 eine poröse Bodenplatte 2, z. B. aus einem keramischen Werkstoff, die einen Zwischenboden des Behälters bildet. Der Werkstoff der Bodenplatte ist so gewählt, daß er Gase, jedoch kein stromleitendes Pulver hindurchläßt. Die Druckluft zum Aufwirbeln wird durch den einlaßstutzen 3 zugeführt. Der zu erhitzende Metallteil 4 ist mit der Stromquelle 5, die Wechselstrom, Gleichstrom oder Impulse liefert, verbunden. Die Stromstärke kann mittels eines Aeglers 6 eingestellt werden.
Ferner ist in der Leitung ein Schalter 7 vorgesehen.
Der Stromkreis wird durch das fluidisierte elektrisch

leitende Pulver 8 geschlossen.

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sie oben beschrieben, wird das elektrisch leitende Pul-

ver, z. B. Kohlepulver, das sich im Behälter 1 befindet, beim Einlaß von Druckluft durch den stutzen 3 in Wirbelbewegung versetzt. Juas zu erhitzende werkstück 4 wird in die Wirbelschicht eingetaucht. Wenn der Schalter 7 geschlossen ist und dadurch Spannung an das aufzuheizende Werkstück 4 und die Wandung der Uirbekammer 1 gelegt wird, so fließt ein elektrischer Strom durch die Wirbelschicht. Die Stromstärke wird mittels des Reglers 6 eingestellt. Das fluidisierte elektrischleitende Pulver wird dadurch elektrisch geladen und wirkt in gleicher Weise wie die Ionen in einem Entladungsgefäß, so daß es die Elektrizität transportieren kann. Der Kontaktwiderstand zwischen dem aufgewirbelten Pulver und der Oberfläche des metallteils ist so hoch, daß hauptsächlich infolge der Joule'schen rme in diesen Bereichen und auch ein wenig durch den Widerstand des stromleitenden Pulvers selbst sowie des aufzuheizenden werkstückes wärme erzeugt wird. Je nach der Einstellung der Stromdichte des ùberflächenbereiches des zu erwärmenden Werkstückes mittels des Reglers 6 läßt sich eine Oberflächenerhitzung oder eine durchgehende Aufheizung des gesamten Werkstückes erreichen. Wenn nämlich die Stromdichte gering gehalten wird, so läßt sich das ganze Werkstück gleichmäßig erhitzen, während bei hoher Stromdichte hauptsächlich der Oberflächenbereich des Werkstückes erhitzt werden kann.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 sind der elektrisch leitende Behälter 11, der poröse Zwischenboden 12 und der Lufteinlaßstutzen 13 in ähnlicher Weise wie vorher ausgebildet. Das zu erhitzende Werkstück 14 besteht in diesem ; alle aus einem Metalldraht. Eine Dichtung 15 in der Seitenwand des Behälters sorgt dafür, daß der i. j. etalldraht durch den mittleren Teil des Behälters hindurchlaufen kann. Es muß dafür gesorgt werden, daß das elektrisch leitende Pulver nicht durch den Spalt zwischen Dichtung und Metalldraht austreten kann. nie Stromquelle 16, der Regler 17 und der behalter 18 entsprechen den betreffenden Teilen bei der Ausführungsform nach Fig. 1. wenn druckluft durch den Stutzen 13 eingeblasen wird, erzeugt sie eine Wirbelschicht aus dem stromleitenden Pulver 19. Das zu erhitzende Werkstück 14, z. B. L'ietalldraht, wird in pfeilrichtung durch die Wirbelkammer hindurchgezogen, während das . erkstück in die Wirbelschicht eingetaucht ist. Wenn der schalter 18 geschlossen ist, so liegt die bpannung der Stromquelle 16 zwischen dem Werkstück 14 und der Wandung 11 der Wirbelkammer, wobei die Stromstärke durch den Regler 17 eingestellt wird. Der elektrische Strom fließt also von der Wandung 11 durch die Wirbelschicht 19 zum werkstück 14, so daß das Werkstück erhitzt werden kann. bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist es möglich, das Werkstück in rotierendem Zustand aufzuheizen, während es sich um seine eigene Achse dreht. Ferner können an stelle der. behälterwand selbst eine oder mehrere Elektroden in die. irbelschicht eingetaucht werden, um dieser den elektrischen Strom zuzuführen. in Erweiterung der in Fig. 2 dargestellten Erhitzungsvorrichtung ist es möglich, zwei derartige wirbelschicht-

kammern hintereinander vorzusehen, so daß das kontinu-

ierlich zu erhitzende Werkstück durch die Seitenwände

der ersten rammer und dann durch diejenigen der zweiten

Hammer hindurchgeleitet wird, wobei die Erhitzungstem-

peratur und der zu erwärmende Bereich durch entsprechende Einstellung der Stromstarke verschieden gewählt werden können. Es können auch drei oder mehr Wirbelschichtkammern hintereinander angeordnet sein, wobei eine Nehrphasenwechselspannung jeder Wirbelkammer zugeführt wird, so daß ein üehrphasenwechselstrom in das aufzuheizende . verkstück geleitet wird und dieses erhitzt. ferner ist es möglich, durch entsprechende Regelung der btromstärke je nach Wahl entweder das ganze Werkstück oder nur einen Uberflächenbereich desselben zu erhitzen. Bei Versuchen mit der vorrichtung nach Fig. 2 wurde Kohlepulver mit einer Korngröße von etwa 25 maschen/cm verwendet. Eine mikroporöse Kachelplatte von 30 mm Dicke diente als Zwischenboden und die Druckluft wurde unter

o

einem Druck von etwa 7 kg/cm2 durch den Einlaßstutzen 13

zugeführt. Es wurde dann gefunden, daß der Stand des aufgewirbelten Pulvers 30% höher als ohne Fluidisierung war.

Wenn dann ein Eisendraht von 1 mm Durchmesser mit einer

Geschwindigkeit von etwa 1v m/min in einem Oberflächenbe-

p

reich von etwa 100 mm durch diese Atmosphäre hindurchge-

führt wurde, während ein einphasiger wechselstrom von

1uO Ampere bei 50 Volt zwischen der..'irbelkammer und dem Eisendraht floß, so konnte der Draht auf etwa 60000 erhitzt werden. Die erfindungsgemäße Erhitzungsvorrichtung kann zahlreiche Anwendungen auf das Ernitzen und Harten von Rädern, zum kontinuierlichen anlassen von Klaviersaitendrähten, Kupferstangen, Messingplatten u. dgl. finden.

Claims

S c h u t z a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Erhitzen von Metallteilen durch unmittelbares Durchleiten von elektrischem Strom, dadurch gekennzeichnet, daß die aufzuheizenden metallteile sich in einer Wirbelschicht aus einem elektrisch leitenden 2ulver beiinden, daß ein elektrischer Strom durch die Wirbelschicht und die Metallteile hindurchfließt unddaß die Urhitzungstemperatur des aufzuheizenden Bereiches der Metallteile durch Einstellung der Stromstärke gewählt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lohlepulver als elektrisch leitendes Pulver dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein-oder mehrphasiger wechselstrom, Gleichstrom oder pulsierender Strom verwendet wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Wirbelschicht befindliche werkstück eine Drehbewegung erfährt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3 zum Aufheizen langgestreckter werkstücke mit gleichmäßigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück kontinuier- lich durch die Wirbelschicht hindurchgeführt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daI3 mehrere Dehël ter mit Jirbelschichten hinterein-

ander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der. irbelschicht über die Lehälterwand oder mittels besonderer Elektroden zugeführt wird.