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Verfahnen zur konduktiven Erhitzung gckrümmter oder geknickter Werkstücke
mittels Wechselstrom.
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Gegenstand der vorliegenden Erfin<bing ist ein Verfahren zur konduktiven
Beheizung langgestreckter, mindostens eine Krümmung oder einen Knick aufweisender
metallischer Werkstücke mittels eines die Werkstücklänge im Werkstückquerschnitt
mindestens im Bereich der Krümmung beziehungsweise des Knicks auf unterschiedlich
langen Strompfaden durchfließendon Wechselstroms unter Verwendung von im Werkstückquerschnitt
der Krümmung beziehungsweise des Knicks lrirksaine Beheizungsunterschilde ausgleichenden
Maßnahmen am Werkstück.
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Die Erwärmung langgestreckter Werkstücke wird mit Erfolg durch direkte
Beheizung mit Wechselstrom relativ niedriger Spannung und hoher Stromstärke durchgeführt.
Bekanntlich eignet sich ein solches Erwärmungsverfahren gut nur für Werkstücke relativ
großer Länge, deren Widerstandswert aufgrund des gegebenen Verhältnisses zwischen
der Länge und dem Querschnitt des Werkstücks geniigend groß ist.
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So ist das Verfahren für Rohre, Stäbe, Vierkantknüppel, Sec1iskantstangen
und dergleichen im großen Maßstab in die Industrie eingeführt, wobei allerdings
die bisher behandelten langen Werkstücks relativ gerade sein müssen. Sind die Werkstücke
geknickt oder weisen sie eine größere Krümmung auf, so läßt sich auf konduktivem
Wege, das heißt auf dem Wege der Widerstandserwärmung, eine gleichmäßige Werkstückerwärmung
nicht erreichen. Die Werkstücke: nehmen im Bereich der Knickung beziehungsweise
der Krümmung ihrer Längsachse an
der dem Knick beziehungsweise der
Krümmung zugewandten Oberfläche eine höhere Temperatur als auf der anderen Werkstückseite
an. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß an der Innenseite eines abgeknickten Werkstückteils
die Stromweglänge kürzer als an der zugchörigen Außenseite ist, wodurch stärkere
Temperaturunterschiede während des Aufheizens beziehungsweise am Ende der Beheizungsperiode
eintreten.
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Je kleiner der Winkel oder Radius des Bogens wird, desto ungünstiger
werden die Verhältnisse. Desgleichen spielt bei abgebogenen Werkstücken der Bogendurchmesser
beziehungsweise der Krümmungsdurchmesser eine Rolle.
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Um bei solchen Werkstücken eine gleichmäßige Erwärmung zu erreichen,
ist es bereits bekannt, an den gekrümmten Innenseiten der Oberfläche des Werkstückes
zu kühlen Die Oberflächenkühlung wird durch Druekluft, vernebelte Flüssigkeitsströme
oder durch Flüssigkeitsstöße, die in gesteuerter Folge den zu kühlenden Teilen der
Oberfläche zugefithrt werden, Vorgenommen.
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Dabei zeigt sich, daß diese Art der Vergieichmäßigung der Temperatur
am Werkstück nicht nur aufwendig sondern technisch auch nicht einwandfrei ist, da
die Oberflächenbeschaffenheit der einzelnen Werkstücke sehr stark in die Kühlung
eingeht.
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Bei Stücken mit stärkerer Walzhaut oder einer Zunderschicht ist bei
gleicher Kiihleinstellung der Abkühlungs effekt geringer als bei solchen Werkstücken,
die walzhautfrei oder zunderfrei sind. Auch zeigt sich, daß eine einwandfreie Brmittlung
der Oberflächeutemperatur der zu kühlenden Werkstücke zum Zwecke der geregelten
Zuführung des Kühlmittels wegen der unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheit
der einzelnen Werkstücke nicht möglich ist.
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Zur Reduzierung des Aufwands derartiger Anordnungen und zur Verbesserung
der Gleichmäßigkeit der Beheizung entsprechender Werkstücke wird ein Verfahren der
eingangs näher bezeichneien
Art vorgeschlag@n, das sich orfindungsgemäß
durch die im Kennzeichen des anliegenden Anspruchs 1 näher erläuterten Maßnahmen
kennzeichnet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird bevorzugt dadurch ausgeführt,
daß am Werkstück angeordnete, aus magnotisch leitfähigem Material, insbesondere
aus Eisenblechen bestehende Dämpfungsvorrichtungen zur Beeinflussung der induktiven
Widerstandskompunenten in Strompfaden des Werkstücks zur Vergleichmäßigung der Werkstückbeheizung
verwendet werden.
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Es ist jedoch auch denkbar, das Verfahren unter Verwendung von das
Werkstück umfassenden Kurzschlußringen unsymmetrischer Ausbildung auszuführen, die
den Stromfluß durch das Werkstück an betroffenen Werkstückteilen auf dem Wege der
Gegeninduktion beeinflussen.
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Die anliegende Zeichnung dient zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Verfahrens und zur Erläuterung geeigneter Anordnungen zur Ausführung des Verfahrens.
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Fig. 1 zeigt eine erste Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Fig. 2 erläutert eine Einzelheit der Fig. 1.
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Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung zur Ausübung des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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In Fig. 1 bezeichnen 1 einen gckrümmten, aus Stahl bestehenden Rundstab,
der über die Anschlüsse 2 und 3 an seinen Stabenden an eine Wechselstromquelle 4
angeschlossen und von dort aus mit einem Wechse] strom hoher Stromstärke der Frequenz
f = 2000 Hz speisbar ist.
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Wie in der Zeichnung angedentet, fließt der Wechselstrom auf der der
Krümmung des Werkstücks abgewandten Seite über einen Strompfad 1 dessen Länge aufgrund
der Werkstückkrümmung und der zugehörigen Werkstückdicke länger ist als auf der
5 i te der Werkstückkrümmung selbst, wobei dies er zugehörige Strompfad mit 6 bezeichnet
ist. Die Wegdifferenz zwischen den beiden Stromflußpfaden hängt auch von der Krümmung
des Werkstücks 1 ab. Das Werkstück wird deshalb in Teilen seincr Oberfläche, die
dem Strompfad 6 benachbart angeordnet sind, wesentlich stärker erhitzt als in den
übrigen Teilen der Werkstückoberfläche.
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Zum Ausgleich dieser inhomogenen Erwärmung des Werkstücks, die unerwünscht
ist, ist im Bereich der Werkstückkrümmung eine im wesentlichen auf die induktiven
Widerstandskomponenten im Stromflußpfad 6 einwirkende Dämpfungsvorrichtung 7 angeordnet.
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Die Vorrichtung 7 besteht aus einer Halterung 8, die zur Aufnahme
und Lagerung einzelner Bleche 9, 10, 11 ... aus ferromagnetischem Material dient.
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Die Bleche, zum Beispiel 9, weisen (vergleiche Fig. 2) eine halbkreisförmige
Ausnehmung 12 auf, mit der sie die Oberfläche 13 des Werkstücks 1 im Luftabstand
und in einem Überlappungswinkel von l80° umfassen. Die Bleche sind dabei in ausreichender
Anzahl und in geeignetem Abstand voneinander im Bereich der Krümmung des Werkstücks
im Abstand vom Werkstück angeordnet, und sie sorgen dafür, daß. der über den Stromflußpfad
6 (beziehungsweise über Nachbarpfade) fließende Wechselstrom derart gedämpft wird,
daß die zugehörige Werkstückerwärmung im Querschnitt des Werkstücks und im Bereich
der Krümmung vergleichmäßigt wird.
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Die dazu geeignete Anzahl der Bleche, ihre Ausbildung und der Ort
ihrer Anordnung im Bereich der Kriimmung beziehungsweisc in den übrigen Bereichen
der Werkstücklänge wird
dabei zweckmäßig experimentell ermittelt.
Die experimentell ermittelte Ausbildung der Dämpfungsvorrichtung 7 gilt dann für
sämtliche Werkstücke gleicher Ausbildung und Krümmung.
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Zur Homogenisierung der thermischen Verhältnisse im Querschnitt des
Werkstücks kann es dabei zweckmäßig sein, den Überlappungswinkel, mit dem die Bleche,
zum Beispiel 9, das Werkstück 1 umfassen, abweichend von 1800 zu wählen.
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Die Bleche können dann das Werkstück zum Beispiel über ein Drittel
oder ein Viertel seines Umfanges umfassen.
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Um die Bleche 9, 10, 11 ... vor übermäßiger Erwärmung zu bewahren,
werden die Bleche über eine Kühlvorrichtung 15 mit Kühlluft oder einem nebligen
Wasser-Luft-Gemisch gekühlt.
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Die Fig. 3 zeigt eine entsprechende Anordnung zum Durchwärmen eines
geknickten eisernen Vierkantstabes. Hier besteht die Dämpfungsvorrichtung aus Blechlamellen
geschichteten Kernen 20 und 21, die mit entsprechenden Ausnehmungen den Stab 22
im Abstand von seiner Knickstelle 23 an zvei benachbarten Seiten seiner Oberfläche
umfassen. Die Anordnung kann wieder derart getroffen sein, daß eine Kiihlung der
Blechkerne 20 und 21 stattfindet.
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Im Regelfall sind die Dämpfungsvorrichtungen, die zur Beeinflussung
der induktiven Komponenten des elektrischen Widerstandes in den betroffenen Stromflußpfaden
dienen, in bezug auf die Oberfläche des Werkstücks und seine Länge unsymmetrisch
ausgebildet. Ist ihre Form jedoch, zum Beispiel durch Versuche, befriedigend festgelegt,
so führt die Anordnung entsprechender Dämpfungsvorrichtungen am zu erwärmenden Werkstück
zu einer wesentlichen Vergleichmäßi gung des gesamten Erwärmungsvorganges am Werkstück.
Die Mtsbildung der Dämpfungsvorrichtungen ist dabei selbstverstündlich auch von
der Wahl der Frequenz des Erwärmungsstroms abhängig. Die Wahl dieser Speisefrequenz,
die zwischen 10 Hz und ooo IIz etwa gelegen ist, ist auch in Abhängigkeit
von
der Längenerstreckung und dem Querschnitt der Werkstücke passend zu wählen, wobei
die Dämpfungskörper eine geeignete Permeabilität und Formgehung sowie einen passendèn
Abstand zum erwärmten Werkstück aufweisen müssen.
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Dabei geht die Form der zu erwärmenden Werkstücke in starkem Maße
in die Ausbildung und den Abstand der Dämpfungskörper ein.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist deshalb an Werkstücken unterschiedlicher
Formgebung im Regelfall nur bei Anwendung beziehungsweise Verwendung unterschiedlich
geformt er Dämpfungskörper beziehungsweise Dämpfungsvorrichtungen ausführbar. Es
eignet sich jedoch ausgezeichnet zur Wärmebehandlung von Werkstücken, die in ständig
gleicher Ausbildung in großen 5 tückzahlen einer entsprechenden Wärmebehandlung
zu unterziehen sind.
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1 Zeichnung 6 Ansprüche