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Vorrichtung zur elektrischen Erhitzung bewegter Stangen, Rohre- und
ähnlich geformter stab- oder bandförmiger Gegenstände Gegenstand der Erfindung ist
eine Vorrichtung zur elektrischen Erhitzung bewegter Stangen, Rohre und ähnlich
geformter Stab- oder bandförmiger Gegenstände. Bei solchen Vorrichtungen ist bereits
vorgeschlagen worden, durch das zu erhitzende Gut in seiner Längsrichtung Wechselstrom
von vorzugsweise hoher Frequenz hindurchzuleiten, und zwar mittels einer Anzahl
parallel zueinander angeordneter Kontakte, an deren Anschlußleitungen Reaktanzen
eingeschaltet sind. Bei dieser Einrichtung besteht die Gefahr, daß bei Schwankungen
des Übergangswiderstandes an den Kontaktstellen eine Funkenbildung eintritt und
dadurch ein Verbrennen der Kontaktflächen erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt nun diesen Übelstand dadurch,
daß die Reaktanzen im Vergleich zu den Übergangswiderständen an den Kontaktstellen
so groß bemessen werden, daß die Schwankungen des Übergangswiderstandes ohne wesentlichen
Einfluß auf den Stromfluß bleiben, also auch an den Kontaktstellen eine Funkenbildung
nicht eintritt.
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Die Zeichnung zeigt schematisch eine beispielsweise Ausführungsform
der Erfindung. Die zu erhitzende Stange 8 ist auf Rollen g o. dgl. gelagert und
wird durch diese Rollen oder gegebenenfalls auch durch besondere Fördermittel in
der Längsrichtung vorbewegt. Die Zuführung bzw. Ableitung des durch die Stange 8
geleiteten Stromes erfolgt durch Kontakte zo bzw. rol. Bei der dargestellten Ausführungsform
sind beispielsweise je drei solcher Kontakte vorgesehen. In jede Zweigleitung ist
eine Reaktanz iz eingeschaltet. Gemäß der Erfindung ist nun diese Reaktanz im Vergleich
zu den Übergangswiderständen an den Kontaktstellen so groß, daß die Stärke des Stromflusses
nahezu unabhängig von dem Übergangswiderstand ist.
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Der zur Erhitzung der Stange 8 dienende Strom wird durch einen Generator
G erzeugt, dessen Pole mit den Zweigleitungen =z, rat und i22 der Stromzuführungskontakte
zo und Zweigleitungen =3, =31 und z32 der, Stromableitungskontakte zol in Verbindung
stehen. Da durch die Anordnung der Reaktanzen rz der Leistungsfaktor des Stromkreises
stark herabgesetzt wird, ist zum Zwecke der Korrektur ein veränderlicher Kondensator
C vorgesehen. Infolge der verhältnismäßig hohen Reaktanz der Stromkreise ist die
Verwendung wesentlich höherer Spannungen möglich als bisher, und es kann infolgedessen
auch ein entsprechend stärkerer Stromfluß durch den abgestimmten Stromkreis und;
die zu erhitzende Stange erreicht werden. Der Grad der Erhitzung der an den Kontakten
vorbeibewegten Stange 8 ist abhängig von dem Widerstand, der magnetischen Beschaffenheit
und, wenn die Stange aus einem magnetischen Stoff besteht, auch von dem magnetischen
Widerstand der Stange. Weiterhin wird die Erhitzung beeinflußt durch die Abkühlung
der Stange, die wiederum von der Größe der kühlenden Oberfläche abhängig ist, die
Fördergeschwindigkeit der Stange und die Stromart und Frequenz des die Stange durchfließenden
Stromes.
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Nachstehend sollen die elektrischen Beziehungen an Hand eines Zahlenbeispiels
noch näher
erläutert werden. Es sei angenommen, daß der Querschnitt
q der zu erhitzenden Stange o. dgl. ioo mm2 und die mittlere Länge L zwischen den
beiden Kontaktgruppen i m beträgt. Der Wert des spezifischen Widerstandes ist an
verschiedenen Stellen des Querschnittes und der Länge der Stange infolge der Temperaturunterschiede
verschieden; es sei jedoch ein Durchschnittswert von p = i angenommen. Dann ist
bei der dargestellten Schaltung der Widerstand
Wenn die bei der Erhitzung der Stange verbrauchte elektrische Leistung io Kilowatt
beträgt, so beträgt die Stromstärke i = iooo Ampere bei einer zur Unterhaltung des
Stromflusses in der Stange erforderlichen Spannung von io Volt. Nimmt man ferner
an, daß je zehn parallel igeschaltete Kontakte vorhanden sind und der Übergangswiderstand
eines jeden Kontaktes y = 0,025 Ohm beträgt, so ist der gesamte Widerstand der Übergangsstellen
beider Kontaktgruppen 0,0025 # 2 = o,oo5 Ohm. Hiermit ergibt sich der gesamte
Widerstand des Stromkreises zu Rl = o,oi + 0,005 = 0,o15 Ohm.
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Die zur Durchleitung des Stromes durch diesen Widerstand erforderliche
Spannung beträgt demnach E=0,o15#1ooo=15Volt und die verbrauchte Leistung 15 Kilowatt.
Um den Durchfluß eines Stromes von gleicher Stärke durch jeden der Kontakte zu gewährleisten,
sei die Reaktanz einer jeden Spule x zu dem vierfachen Werte des Kontaktwiderstandes,
also o,1 Ohm angenommen. Für die beiden hintereinandergeschalteten Gruppen von je
io parallelen Reaktanzen ergibt sich demnach ein Gesamtwert von 0,o2 Ohm.
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Die bei einer Stromstärke von iooo Ampere erforderliche gesamte elektromotorische
Kraft ist daher
Der Leistungsfaktor ist
Bei der Verwendung einer Frequenz von beispielsweise 500 Wechseln/sek. und
bei Verbesserung des Leistungsfaktors durch statische Kondensatoren ist der Widerstand
der Stange o. dgl. wesentlich höher als bei einer Frequenz von beispielsweise nur
6o Wechseln/sek.
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Obwohl die Stromstärke des durch die Stange fließenden Stromes iooo
Ampere beträgt, fließt durch jeden Kontakt nur ein Strom von ioo Ampere, welcher
auch bei weitgehender Veränderung des Kontaktwiderstandes annähernd konstant bleibt.
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Bei der Verwendung dieser höheren Frequenz können die in Reihe mit
den Kontakten geschalteten Reaktanzen beliebig groß gewählt werden, und es kann
auch die Spannung des Generators verhältnismäßig hoch sein, beispielsweise iio Volt
betragen. Der die Stange durchfließende starke Strom wird dann durch Resonanz hervorgerufen
und braucht nicht durch den Generator in seiner vollen Stärke zu fließen.
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Gemäß der Erfindung können Stangen oder ähnliche stabförmige Gegenstände
beliebigen Querschnittes, wie sie beispielsweise zur Herstellung von Bolzen oder
Nieten verwendet werden, oder auch zu Rollen aufgewickelte Bänder oder Metallstreifen,
beispielsweise für Bandsägen u. dgl., erhitzt werden. Ferner kann die Erfindung
auch für verschiedene andere Zwecke, beispielsweise zum Glühen und Tempern von Rohren,
Stangen u. dgl., Anwendung finden. Wenn die zu erhitzenden Stoffe nichtmagnetisch
sind, wie es beispielsweise bei der Erhitzung von Rohren zum Zwecke ihrer Bearbeitung
der Fall ist, wird durch den Skineffekt eine Erhöhung des effektiven Widerstandes
bewirkt, die um so stärker ist, je höher die Frequenz ist. Wenn es sich um magnetische
Stoffe handelt, wird die durch die Erhöhung des effektiven Widerstandes bewirkte
zusätzliche Erhitzung noch durch die Hysteresis unterstützt.