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Verfahren zum Härten und Anlasse>> von Federn u. dgl. auf thermoelektrischem
Wege. Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Härten und Anlassen
von Gegenständen aus Stahl, z. B. von Federn aus gewalztem oder gezogenem Stahldraht
u. dgl., und zwar unter Verwendung des elektrischen Stroms.
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Das Verfahren der Umwandlung elektrischer Energie in Wärme nach Joule
ist bekannt. Die Erfindung fußt auf dem jouleschen Prinzip, aber während bei der
üblichen Nutzbarmachung der elektrischen Energie zur Umwandlung in Wärme der dem
die Umwandlung vermittelnden Apparat erteilte Widerstand gemäß der E. M. K. des
verfügbaren Stroms berechnet wird, ändert der Strom im vorliegenden Falle seine
E. M. K. proportional dem Ohmschen Widerstande, . den das Werkstück entgegengesetzt,
und seiner Heizkraft in bezug auf die Temperatur, mit der gearbeitet werden soll.
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Das neue Verfahren vollzieht sich im wesentlichen unter Verwendung
eines Transformators zum Umwandeln hochgespannter Ströme auf solche niedriger Spannung,
einer Vorrichtung zur Erzeugung der verschiedenen, im sekundären Stromkreis erforderlichen
Spannungen und einer Vorrichtung zum Einführen des zu behandelnden Werkstückes (Stahl)
.in den sekundären Stromkreis, und ist im übrigen gekennzeichnet durch die Regelung
des Stroms nach dem Diagramm, das man aus seiner E. M. K. und der Stromstärke für
die Behandlung, der in j edem einzelnen Falle der Stahl unterworfen werden soll,
erhält.
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Aus zahlreichen Versuchen ergibt sich, daß die Eigenschaften in ver_chiedenen
Stählen, die der thermoelektrischen Behandlung unter zogen wurden, keineswegs immer
gleichgeartet sind, viehhehr entsprechend der Länge der Behandlungsdauer verschieden
ausfallen, was übrigens auch für die bisherigen Methoden zutrifft. Daraus folgt
sowohl aus wirtschaftlichen wie auch technischen Gesichtspunkten zwingend die Notwendigkeit,
die Charakteristik des Stroms in Einklang mit den Erfordernissen zu ändern.
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Stahl besitzt einen sehr hohen spezifischen elektrisch#=n Leitungswiderstand,
so daß ein starke= Potentialgefälle zwischen dem gewöhnlichen Stromleiter und dem
Werkstück eintritt. Allein infolge der Bemessung des Werkstückes wird dessen OhmGSiderstand
praktisch und in der Mehrzahl der Fälle weitaus geringer ausfallen als der Ohmwiderstand,
den der ganze elektrische Stromkreis, in den das Werkstück eingeschaltet wird, darstellt.
Angenommen, man hat eine Stahlstange von = m Länge und 209 mm, Querschnitt zu glühen:
ihr Widerstand beträgt o,00;5 Ohm, während der ganze Stromkreis bei einer normalen
Installation einen Widerstand von etwa o,oo45 Ohm, d. h. einen neunfach größeren
Widerstand aufweist. Es ist datier nötig; die Stärke des verwendeten Stroms in bestimmten
Grenzen zu halten,
in diesem Falle (und für die verschiedenen Arbeiten)
zwischen 6 bis io Amp. pro mm2 Schnittfläche des Werkstückes, so daß die durch das
Werkstück gegebene Drosselun; des Stromkreises das Joulesche Phänomen, das man wünscht,
bestimmt.
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Die erwähnte Stahlstange besaß einen Querschnitt von etwa Zoo mm2,
aber man kann auch eine Stange von nur 5o mm2 Querschnitt und dem gleichen Ohmwiderstande
wie bei ersterer nehmen, wie im Falle einer Feder von 50 mm2 Metallquerschnitt
und 25 cm Länge. Dann wird beim Durchleiten der gleichen Elektrizitätsmenge wie
bei der Stange von 20,) mm2 Querschnitt das Werkstück nicht nur zum Glühen gebracht,
sondern unter Bildung eines Kurzschlusses geschmolzen. Man kann offenbar in den
Stromkreis einen zusätzlichen Widerstand einschalten und unter passender Änderung
seines Wertes mit Bezug auf den Widerstand des Werkstückes die Stromstärke entsprechend
den Erfordernissen für verschiedene Werkstücke herabsetzen. Ein solcher Rheostat
müßte enorme Maße haben, würde un7weckmäßig_ sein und zur Aufgabe haben, den Elektrizitätsüberschuß
aufzusaugen: Offenbar stehen in solchem Fall die Kosten des Verfahrens nicht im
Verhältnis zum Gewicht des Werkstückes,, sondern sind für jedes Stück, Stangen von
i m Länge und Zoo mm2 Querschnitt, Stangen von 0,25 m Länge und 5o mm2 Querschnitt,
-dieselben, so daß das Verfahren wirtschaftlich unhaltbar ist.
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Bei dem neuen Verfahren werden die Verluste in den verschiedenen Operationen
auf die unerläßlichen beschränkt, und der Stromverbrauch hält sich proportional
den Erfordernissen des einzelnen Falles, so daß eine höchste Ausbeute erhalten und
das Verfahren einen über die bekannten Methoden hinausgehenden praktischen und wirtschaftlichen
Wert besitzt.
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Dieser Fortschritt wird mittels eines eigenartigen Transformators
erreicht, der den primäxen Strom auf eine sehr niedrige Spannung umwandelt (es handelt
sich augenscheinlich um sehr niedrige Widerstände) und alle erforderlichen Spannungsgrade
gibt, beispielsweise von Volt zu Volt oder von Halbvolt zu Halbvolt, von i zu
50 Volt, wie es für die Praxis genügt, oder auch von 0,5 zu ioo Volt,
wie für Versuche erforderlich sein könnte.
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Dieser Transformator besteht aus einer Gruppe, nämlich einem Autotransformator
und einer Reihe von vollkommen gleichen Trans= formatorelementen, deren' Primärstromkreis
mit dem Autotransformator in Reihe geschaltet ist, und deren sekundärer Stromkreis
für jedes Element in Klemmen endet, die mit Hilfe eines besonderen Kommutators gestatten,
die -Elemente in Reihe, parallel oder in Vielfachreihen zu schalten. Der Autotransformator
und die Primärwicklung der Elemente werden auf der Hauptleitung der Außenlinie in
Reihe geschaltet, und zwar um die der Kombinationen zu vergrößern, derart, daß eine
größere Anzahl von Elementen ausgeschaltet werden kann. Die Sekundärwicklung jedes
Elements endet in zwei Klemmen, die, jedes Element für sich belassend, es ermöglichen,
alle Elemente mit Hilfe von Schaltern gemäß den Erfordernissen des Falls parallel,
in Reihe oder in Vielfachreihen zu schalten.
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Verfügt man über einen Strom von 2ooo Volt und einen Autotransformator
für zehn Überspannungen von 22co, 2400, 26co bis 40C0 Volt, wobei jedes Element
einen von 2ooo Volt auf 5 Volt transformierten Strom geben kann, so ist offenbar
ein Element für jede Spannung des Autotransformators mit zehn Spannungen von 5,5,
6, 6,5 bis io begabt.
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Bei 16 Elementen kann man alle gewünschten Spannungen erhalten, zweckmäßig
in solcher Anordnung der Elemente, daß von 5 zu io Volt mit einer Änderung vor.
Halbvolt zu Halbvolt, von io zu 2o Volt mit einer Änderung von Volt zu Volt, von
2o bis 4o Volt mit einer Änderung von 2 Volt zu 2 Volt usw. gegeben ist. Durch Ausschalten
eines oder mehrerer Elemente kann man überdies noch zwischenliegende Spannungen
erhalten und damit eine große Zahl von Kombinationen verwirklichen, so daß nicht
nur jedem Arbeitserfordernis entsprochen werden kann, sondern auch den Erfordernissen
von Versuchen, die in dieser Art Arbeit unerläßlich sind.
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Auf der Zeichnung ist beispielsweise und in schematischer Darstellung
eine Ausführungsart der zur Durchführung des Verfahrens benötigten Vorrichtung veranschaulicht.
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Mit den primären Hauptleitern C ist der Autotransformator A verbunden,
dessen sekundärer Stromkreis von einer der Klemmen der Wicklung a und einem
der Zwischenpunkte b,
c, d, e mittels eines gewöhnlichen Einschalters
M o. dgl. abgezweigt ist. In dem sekundären Stromkreis des Autotransformators A
ist der Transformator T eingeschaltet, dessen Primäre in Abschnitte f, g,
h geteilt ist, die mit Hilfe geeigneter Schalter ein- und ausgeschaltet werden
können. Die Sekundäre des Transformators T ist ebenfalls in Abschnitte
1, na, n, o
geteilt, deren jeder aus einer Spule oder Wicklung besteht,
deren Enden am Schalter I' und 12 angeschlossen sind, welche gestatten, je nach
Bedarf alle Elemente in Reihe oder parallel oder auch, bei Kombinierung, in Reihe
geschaltete Eleinentengruppen parallel zu schalten.
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In dem Stromkreis S der Sekundären des Transformators T wird man zweckmäßig
den Rheostaten oder Anlaßwiderstand R mit Hilfe eines Schalters N und das
Werkstück D ein
schalten; letzteres wird zweckmäßig mit den
Klemmen oder Leitungsenden F so verbunden, daß seiner Längenausdehnung nichts im
Wege steht.
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In den primären Hauptstromkreis C ist schließlich noch ein selbsttätiger
Minimalausschalter P eingefügt, dessen Elektromagnet durch eine beliebige Stromquelle
betätigt wird, beispielsweise wie auf der Zeichnung durch die Lichtleitung L, in
die seine Wicklung mittels der Leitungen 0 parallel eingeschaltet ist. In diesen
Leitungen liegt ein Schalter i und und ein Pulsometer v nahe dem Werkstück D, so
daß sie dem Arbeiter bequem zur Hand sind.
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Während des Glühvorganges sind der Schalter i und das Pulsometer
v und daher auch der selbsttätige Schalter P geschlossen. Will der Arbeiter
am Ende des Vorgangs für einen Augenblick (um ein. neues Werkstück einzusetzen)
den Strom unterbrechen, so drückt er auf den Knopf s des Pulsometers; und da der
Strom im Elektromagneten des Minimalausschalters P aufhört, so öffnet sich letzterer
und unterbricht den Strom zum Autotransformator A. Hört der Druck auf den Knopf
s auf, so wird der Hauptstromkreis des Autotransformators A selbsttätig oder auf
Antrieb wieder geschlossen, und der Apparat ist wieder im Wirkungszustande.
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Am Ende der Arbeit unterbricht man den Strom in der Hauptleitung C
durch Öffnen des Schalters i und der Schaltmesser z.
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In der neuen Vorrichtung kann man mittels des Schalters M des Autotransformators
oder, indem man alle oder einige der Elemente der Sekundären des Transformators
T mittels der Schalter Il und 12 in Reihe oder parallel oder in Vielfachreihen schaltet,
die Stärke des in das Werkstück zu leitenden Stroms regeln, um die gewünschte Wirkung
zu erhalten.