DE3309519C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von streifen- bzw. bandförmigem Halbzeug aus NE-Metall, bei dem das Material durch wenigstens eine Induktionsspule und über Rollen, derart geführt ist, daß es an einer Kontaktstelle in elektrischem Kontakt mit der der Induktionsspule zulaufenden Materiallänge steht, um eine elektrisch in sich geschlossene Schlaufe zu bilden und eine Erwärmung des Materials auf Wärmebehandlung durch einen in der Schlaufe induzierten Strom zu erreichen. Sie betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In zahlreichen Anwendungsfällen ist eine Wärmebehandlung von Halbzeug erforderlich. Die Notwendigkeit einer Wärmebehandlung ergibt sich zur Vereinfachung der Handhabung insbeson­ dere dann, wenn das verwendete Halbzeug zur Herstellung von Wicklungen für Transformatoren, Motoren usw. dienen soll. Durch Glühen läßt sich auch die elektrische Leitfähigkeit des Materials verbessern.

Bei einem bekannten Verfahren zur Wärmebehandlung wird das Halbzeug aus NE-Metall durch Induktionswärme auf die erforderliche Temperatur erhitzt (GB 15 39 096). Es wird dabei über zwei im Abstand von einander angeordnete Rollen geführt, von denen eine einen Umfangsbereich bzw. einen Kranz aus elektrisch leitendem Material mit zwei nutenförmigen Vertiefungen aufweist. Das einlaufende Material ist dabei über die eine nutenförmige Ver­ tiefung, im Anschluß daran über die andere Rolle dann durch eine Induktionsspule hindurch und schließlich über die andere nutenförmige Vertiefung der erstgenannten Rolle geführt, wobei das streifen- bzw. bandförmige Halbzeug, welches in dieser Weise kontinuierlich über die beiden im Abstand angeordneten Rollen geführt wird, auch beim Bewegen ständig eine in sich elektrisch geschlossene Schlaufe bildet.

Beim Passieren der Induktiosspule wird in dem streifen- bzw. bandförmigen Halbzeug ein elektrischer Strom induziert und es wird dadurch auf die erforderliche, vorbestimmte Glühtemperatur erhitzt. Während des Glühens werden die Atome oder Moleküle im Metall "neu geordnet" bzw. "ausgerichtet", wodurch es weich und verformbar wird. Auf den Glüh­ vorgang fortlaufend wird es abgekühlt bzw. abgeschreckt, um die einzelnen Moleküle metallurgisch in diesem weichen Zustand "einzufrieren".

Bei einem anderen bekannten Verfahren liegen das einlaufende und das auslaufende Material zum Schließen des Stromkreises in der Schlaufe in Berührungskontakt in einer einzigen nutenförmigen Vertie­ fung, die in einer der Rollen vorgesehen ist (GB 15 39 096). Hierbei wird ein ziemlich kompliziertes System von Einlaufrollen verwendet, welches (System) zu einem unbefriedigenden Ergebnis führt, und zwar insbesondere dann, wenn flaches streifen- bzw. bandför­ miges Halbzeug behandelt werden soll.

Diese bekannten Methoden weisen gewisse grundlegende Problem bzw. Nachteile auf, die zusätzlich zu den vorgenannten darin bestehen, daß eine extrem hohe Funkenbildung bzw. Bogenentla­ dung zwischen dem streifenförmigen Halbzeug bzw. den Längen dieses Materials beim Durchlaufen der nutenförmigen Vertiefun­ gen und eine hohe mechanische Abnutzung auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Führung für das einlaufende Material zu schaffen, um das kontinuierliche Zuführen des band- bzw. streifenförmigen Halbzeugs an die zur Wärmebehandlung dienende Schlaufe zu vereinfachen und zu verbessern bzw. die nachteiligen Effekte einer Funkenbildung oder Bogen­ entladung an dem Berührungs- bzw. Kontaktbereich in der elektrischen Schlaufe zu vermeiden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist, das Verfahren zur Wärmebehandlung von NE-Metall-Halbzeug der eingangs geschil­ derten Art erfindungsgemäß so ausgeführt, daß das einlaufende Material der geschlossenen Schlaufe kontinuierlich an der Kontaktstelle auf einer spiralförmigen Bahn zugeführt wird, die das Material von der Seite her zunehmend der Ebene der Schlaufe zuleitet bzw. annähert.

Unter normalen Umständen wird das obengenannte Verfahren in einer Wärmebehandlungskammer ausgeführt. Dadurch, daß das streifen- bzw. bandförmige Halbzeug in die Schlaufe in der obenerwähnten Weise auf einer spiralför­ migen Bahn einläuft, ist es leichter, der Kammer das streifenförmige Halbzeug kontinuierlich zuzuführen. Außerdem wird hierdurch gleichzeitig in besonders vorteilhafter Weise an der kritischen Berührungs- bzw. Kontaktstelle zwischen dem einlaufenden und dem auslaufenden Halbzeug der Schlaufe ein Kontakt hergestellt, der nicht zur Funkenbildung bzw. Bogenent­ ladung neigt.

In Weiterbildung betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von NE-Metall-Halbzeug mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Rollen, über die das streifen- bzw. bandförmige Material geführt werden kann, mit wenigstens einer zwischen den Rollen angeordneten Induk­ tionsspule, durch die das Material hindurch geführt werden kann, wobei eine der Rollen eine Nut zur Aufnahme der einlau­ fenden und der auslaufenden Materiallänge aufweist, in welcher die beiden Materiallängen einander überlappen, um eine in sich elektrisch geschlossene Schlaufe um die Rollen zu bilden und dadurch eine Erwärmung des Materials auf die Wärmebehandlungs­ temperatur durch einen in der geschlossenen Schlaufe fließenden Strom zu erreichen, der beim Durchlauf des Materials durch die Induktionsspule in diesem induziert wird.

Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß Führungsmittel zum Führen der einlaufenden Materiallänge an die erwähnte eine Rolle und an den dortigen Überlappungspunkt auf einer spiralförmigen Bahn vorgesehen sind, welche das streifenförmige Material von der Seite her der Ebene der Schlaufe zuleiten.

Die Führungsmittel sind vorzugsweise von mehreren Führungs­ rollen gebildet, deren Achsen in einer Ebene oder in mehreren Ebenen liegen, welche mit der Ebene der Achse der erwähnten einen Rolle zur Aufnahme der einlaufenden und auslaufenden Materiallänge einen Winkel einschließt bzw. einschließen.

Dies hat besondere Vorteile, wenn das zu behandelnde streifen- oder bandförmige Halbzeug einen rechteckigen oder quadra­ tischen Querschnitt aufweist, wobei in diesem Falle die Füh­ rungsrollen so angeordnet sind, daß das Material eine Verdrehung erfährt, um sicherzustellen, daß an der Kontaktstelle, an der das streifenförmige Material sich in der Schlaufe berührt, einander gegenüberliegende flache Oberflächen des Materials in einem zuverlässigen elektrischen Kontakt miteinander stehen.

Die nutenförmige Vertiefung in der einen Rolle ist vorzugsweise in ihrer Größe und Form veränderbar bzw. einstellbar, um sie an unterschiedliche Querschnitte, beispielsweise an rechteckige, quadratische oder kreisförmige Querschnitte des Halbzeugs anzupassen.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Halbzeug aus NE-Metall in einem kontinuierlichen Arbeitsprozeß;

Fig. 2 und 3 in vergrößerter Detaildarstellung einen Teil­ querschnitt durch die untere Rolle der Vorrichtung nach Fig. 1, die (Rolle) die einlaufende sowie auslaufende Materiallänge aufnimmt und die eine in ihrer Größe und Form an rechteckige, quadratische oder kreisförmige Querschnitte des Halbzeugs anpaßbare nutenförmige Vertiefung besitzt;

Fig. 4 in Seitenansicht die Vorrichtung gemäß Fig. 1 in einer durch den Pfeil A angedeuteten Blickrichtung;

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine kombinierte Vor­ richtung zum Glühen und Abschrecken in einem konti­ nuierlichen Zieh- oder Walzprozeß, wobei diese Vor­ richtung die Einrichtung zur Wärmebehandlung nach Fig. 1 beinhaltet.

Die Vorrichtung zur Wärmebehandlung ist in der Fig. 1 dargestellt und besteht aus einer oberen Rolle 1 sowie aus einer hiervon im Abstand angeordneten unteren Rolle 2. Eine Induktionsspule 3 ist in der Verbindungslinie zwischen den Rollen 1 und 2 ange­ ordnet. Die Induktionsspule ist mit einer veränderbaren elektrischen Versorgungsquelle 4 verbunden, welche durch eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung gesteuert wird, und zwar in der Weise, daß eine konstante Glüh­ temperatur erzeugt wird, wie dies nachfolgend beschrie­ ben wird.

Ein streifen- oder bandförmiges Halbzeug aus NE-Metall (5), welches einer Wärmebehandlung unterzogen werden soll, wird der unteren Rolle 2 zugeführt und läuft über die obere Rolle 1 sowie durch die Induktionsspule 3 und verläßt die Anordnung als auslaufende streifen- oder bandförmige Material­ länge (6) an der unteren Rolle 2.

Die Ausbildung der unteren Rolle 2 ist in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Sie besteht aus zwei Rollenhälften 2′ und 2′′, die derart relativ zueinander einstellbar sind, daß die Größe und Form der Vertiefung bzw. Nut 7 dieser Rolle veränderbar ist.

Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, liegen das ein­ laufende Material 5 und das auslaufende Material 6 in der Nut 7 übereinander, um auf diese Weise einen elektrischen Kontakt zwischen den Materiallängen (5, 6) und eine elektrisch in sich geschlossene Schlaufe des streifenförmigen Materials um die Rollen 1 und 2 zu bilden.

Eine Einstellbarkeit der Nut 7 ist vorgesehen, so daß die Nut an das streifenförmige Material, und zwar sowohl an Material mit rechteckförmigem Querschnitt (Fig. 2), als auch an Material mit quadratischem sowie kreisförmigem Querschnitt (Fig. 3) angepaßt werden kann.

Um sicher zu stellen, daß die einander überlappenden bzw. einander berührenden Längen des einlaufenden und des aus­ laufenden Materials einen ausreichenden elektrischen Kontakt miteinander bilden, um dadurch den elektrischen Kreis in der Schlaufe um die Rollen 1 und 2 zu schließen, sind - wie dar­ gestellt - mehrere Hilfs- oder Führungsrollen 8 an der Ein­ gangsseite der unteren Rolle 2 vorgesehen, die das zugeführte Material auf einer spiralförmigen Bahn (in der Zeichenebene der Fig. 1) der Rolle 2 zuführen. Wie insbesondere die Fig. 1 zeigt, sind die einzelnen Rollen 8 auf einer Kurve mit einem sich radial verringernden Abstand von der Achse der Rolle 2 angeordnet, um so die spiralförmige Bahn zu bilden, und sind außerdem, wie bei der Ausführungsform gezeigt ist, aufeinander folgend in einer Ebene angeordnet, die einen Winkel mit der Ebene der unteren Rolle 2 einschließt, wie in der Fig. 4 dargestellt ist. Hierbei wird erreicht, daß das einlaufende und das auslaufende Material um die Rolle 2 in einer gemein­ samen Ebene liegt und sich überlappt, so daß ein kontinuier­ licher Kurzschlußkreis (in der Schlaufe um die beiden Rollen 1 und 2) gebildet ist und der in der Schlaufe induzierte Strom durch die Schlaufe fließen kann, und zwar von der einlaufenden zu der auslaufenden Materiallänge.

Dadurch, daß das einlaufende Material 5 über die Führungsrollen 8 der Rolle 2 in der oben beschriebenen Weise zugeführt wird, wird das Material seitlich bzw. von der Seite her zunehmend der Ebene der Schlaufe zubewegt, um so eine wesentlich verbesserte und vereinfachte Zuführungstechnik zu erreichen, die gleichzeitig einen besonders guten elektrischen Kontakt an dem Überlappungsbereich bzw. an der Kontaktstelle sicherstellt.

Diese Zuführungsanordnung ist besonders geeignet bei Verwendung von streifen- bzw. bandförmigen Halbzeug mit quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, da die Achsen der Hilfs- bzw. Führungsrollen 8 aufeinander folgend auf der spiralförmigen Bahn so angeordnet werden können, daß hierdurch die erfor­ derliche Verdrehung des streifen- bzw. bandförmigen Materials erreicht wird, die an der Berührungsstelle im Bereich der Rolle 2 (Einlaufrolle) einen flächigen Kontakt zwischen dem einlaufenden und dem auslau­ fenden Material sicherstellt.

Die beiden Rollenhälften 2′ und 2′′ der Rolle 2 bestehen aus isolierendem Material. Dies ist ein wesentlicher Unterschied der Erfindung zum Stand der Technik, wo der aus elektrisch leitendem Material hergestellte Radkranz zwei parallel zu einander verlaufende nutenförmige Vertiefungen aufweist, um auf diese Weise den geschlossenen elektrischen Kreis bzw. Kurz­ schluß herzustellen. Wegen der Überlappung des einlaufenden und des auslaufenden Materials sowie wegen der Tatsache, daß der Kranz bzw. Radkranz der Rolle 2 aus elektrisch isolierendem Material besteht, wird eine Lichtbogenbildung und dergleichen vermieden, wodurch die Arbeitsweise sowie die Wirksamkeit des Systems wesentlich verbessert werden.

Die Steuerung bzw. Regelung der Leistung der Induktionsspule 3 erfolgt mit Hilfe einer regelbaren bzw. veränderbaren Span­ nungsversorgung 4, und zwar in der Weise, daß eine konstante Erwärmung in dem sich bewegenden Material erzielt wird, und zwar unabhängig von Änderungen der Bewegungs­ geschwindigkeit.

Diese Steuerung wird durch eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung erreicht, welche mit der veränderbaren Spannungsversorgung 4 verbunden ist und die verschiedene Parameter mißt und auswertet, unter anderem die Geschwindigkeit des Materials, die Glühtemperatur sowie die in der Material­ schlaufe induzierte Spannung. Aufgrund dieser Parameter werden dann geeignete Korrekturen bzw. Änderungen in der der Induk­ tionsspule 3 zugeführten Leistung vorgenommen, um auf diese Weise eine konstante Glühtemperatur zu erhalten.

Eine Wärmebehandlungs- und Abschreckvorrichtung, die die Temperaturein­ richtung der Fig. 1, 2, 3 und 4 bei einem kontinuierlichen Walz- oder Ziehprozeß verwendet, ist in der Fig. 5 darge­ stellt. Diese Vorrichtung besitzt eine Temperkammer 10, die einen oberen Teil 10′ für die Aufnahme der Rolle 1 und einen unteren Teil 10′′ für die Aufnahme der Rolle 2 aufweist.

Das einlaufende streifen- bzw. bandförmige Material wird über die Hilfsrollen 8 durch eine Öffnung 12 in den unteren Teil 10′′ der Kammer 10 zugeführt und läuft über die untere Rolle 2. Das streifenförmige Material läuft dann durch die Induktionsspule 3 bei 13 an die obere Rolle 1 und im Anschluß daran über die einlaufende Materiallänge an der Rolle 2, nachdem das Material zuvor erneut durch die Spule 3 bei 14 hindurchgeführt wurde. Der so behandelte Streifen verläßt die Kammer 10 durch die Öffnung 15.

Die spiralförmige Anordnung der Hilfs- bzw. Führungsrollen 8 vereinfacht das Zuführen an die Kammer 10 und ermöglicht es, daß ein guter elektrischer Kontakt an der Überlappungsstelle hergestellt wird, und zwar ohne daß eine kompliziertere Anordnung von Zuführungsrollen oder anderen Zuführungselementen notwendig ist, und zwar dadurch, daß die einlaufende Material­ länge gegenüber dem Verlauf der Schleife geneigt ist und am Überlappungspunkt die einlaufende unter die auslaufende Materiallänge verlegt ist.

Nach der Wärmebehandlung wird das Material in einer Abschreckkammer Q abgeschreckt, die eine Kühlflüssigkeit aufweist. Diese Kühl­ flüssigkeit ist vorzugsweise Wasser. Es kann auch Öl verwendet werden. Eine Füllstandsteuereinrichtung 16 ist in einem Hilfs- bzw. Versorgungstank 17 vorgesehen, um sicher zustellen, daß der Abschreckpunkt bzw. das Niveau der Abschreckflüssigkeit 11 immer konstant bleibt.

Während des Betriebes liefert der Versorgungstank 17 konti­ nuierlich Wasser an die Kammer Q, um so einen konstanten Pegel in dieser Kammer aufrecht zu erhalten.

Das Wasser 11 ist auf einer Temperatur nahe dem Siedepunkt gehalten, um so genügend Dampf für die Verwendung in der Wärmebehandlungskammer 10 zu erzeugen und um dadurch eine glänzende und saubere Oberfläche für das zu glühende Material zu erzielen.

Die in der Fig. 5 dargestellte Vorrichtung besitzt eine Sicherheitseinrichtung mit einem nicht näher dargestellten, vorzugsweise schnell wirkenden Abschalter, der die gesamte Leistung von den Induktionsspulen abschaltet, falls es zu einem Stillstand in der Materialbewegung kommt. Ein Druckmesser 18 ist vorgesehen, der den Dampfdruck in der Wärmebehandlungskammer 10 bzw. im Teil 10′ mißt und erhöhten Druck über ein Entlastungs- bzw. Entlüftungsventil 19 ableitet.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Änderungen sowie Abwandlungen sind möglich, ohne daß dadurch der die Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Wärmebehandlung von streifen- oder bandförmigem Halbzeug aus NE-Metall, bei dem das Material durch wenigstens eine Induktionsspule und über Rollen derart geführt ist, daß es an einer Kontaktstelle in elektrischem Kontakt mit der der Induktionsspule zulaufenden Material­ länge steht, um eine elektrisch in sich geschlossene Schlaufe zu bilden und eine Erwärmung des Materials auf Wärmebehandlungstemperatur durch einen in der Schlaufe induzierten Strom zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die einlaufende Materiallänge der geschlossenen Schlaufe kontinuierlich an die Kontakt­ stelle auf einer Bahn zugeführt wird, die sich spiral­ förmig um eine der Rollen erstreckt und die das Material von der Seite her zunehmend der Ebene der Schlaufe zuleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsbahnen der einlaufenden und auslaufenden Material­ längen an der erwähnten, elektrisch in sich geschlossenen Schlaufe in einer gemeinsamen Ebene liegen.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit zwei im Abstand voneinander angeordneten Rollen, über die das Material geführt wird, mit wenigstens einer zwischen den Rollen angeordneten Induktionsspule, durch welche das Material hindurchgeführt ist, wobei eine der Rollen eine Nut zur Aufnahme der einlaufenden und auslaufenden Materiallänge aufweist, in welcher die beiden Materiallängen einander überlappen, um eine elektrisch in sich geschlossene Schlaufe um die Rollen zu bilden und eine Erwärmung des Materials auf Wärmebehandlungstemperatur durch einen in der Schlaufe induzierten Strom zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß Führungsmittel (8) zum Führen der einlaufenden Materiallänge (5) an die eine Rolle (2) und an den Überlappungspunkt vorgesehen sind, welche das band- bzw. streifenförmige Material auf einer sich um die Achse der einen Rolle (2) spiralförmig erstreckenden Bahn von der Seite her der Ebene der Schlaufe zuführen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel eine Vielzahl von Hilfsrollen (8) sind, deren Achse aufeinanderfolgend in einer Ebene oder aber in mehreren Ebenen angeordnet sind, die mit der Ebene der Achse der erwähnten einen Rolle (2) einen Winkel einschließt bzw. einschließen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (7) an der einen Rolle (2) in ihrer Ausbildung und/oder Größe an Halbzeug mit rechteckigem, quadratischem oder kreis­ förmigem Querschnitt anpaßbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (3) an eine verän­ derbare Wechselspannungsquelle (4) angeschlossen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Ausgangsleistung dieser Wechselspannungsquelle (4) zu steuern bzw. zu regeln, um so eine konstante Glühtemperatur in der geschlossenen Materialschlaufe zu erzeugen und zwar unabhängig von Änderungen in der Fördergeschwindigkeit des Materials, in der Umgebungstemperatur und in der induzierten Spannung in der Materialschlaufe.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rollen (1, 2) in einer Wärmebehandlungskammer (10) angeordnet sind, wobei die erwähnte eine Rolle (2) im unteren Teil dieser Kammer (10) und die erwähnte andere Rolle (1) im oberen Teil dieser Kammer (10) vorgesehen sind, und daß die auslaufende Materiallänge (6) sich nach der Kontaktstelle an der erwähnten einen Rolle (2) in eine Abschreckkammer (Q) erstreckt.