DE3309519C2 - - Google Patents
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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.
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