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Verfahren zum Blankglühen von Metallen Das Blankglühen von Metallen,
insbesondere von Eisen, erfolgt allgemein in der Weise, daß das Glühgut in Form
von Platten oder zu Ringen gewickelten Bändern in einer Schutzgasatmosphäre durch
Widerstandsheizung erhitzt wird. Der Heizkörper besteht hierbei aus einer in den
Wänden des Ofens liegenden Heizwicklung, die das in den Ofen eingesetzte Glühgut
umgibt und durch Strahlung erhitzt. Diese Art der Heizung hat jedoch den. Nachteil,
daß die Hitze bei dem geschichteten Glühgut, wie z. B. aus Bändern oder Drähten
bestehenden Ringen, nur schwer bis zu den inneren Schichten durchdringt, weil zwischen
den einzelnen Schichten Lufträume sind, die auf die,Wärme isolierend wirken. Dies
ist außer wegen des unnötig hohen Energieverbrauches zur Erreichung der gewünschten
Temperatur auch noch deshalb ungünstig, weil infolge der Langsamkeit der Erhitzung
der inneren Schichten das in diesem befindliche Material nicht das gewünschte feinkörnige
Gefüge erhält.
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Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, das Glühgut durch Induktionsheizung
zu erhitzen, indem man es in das Feld eines eisenlosen Transformators einbringt.
Hierbei ging man von der Voraussetzung aus, daß die Erhitzung des Glühgutes hauptsächlich
durch die in ihm induzierten Wirbelströme erfolgt, während in Wirklichkeit auch
die Z..'mmagnetisierung des Eisens eine wesentliche Rolle spielt. Hieraus folgt
jedoch, daß die Erhitzung mit Hilfe der Induktionsheizung nur bis zu einer bestimmten
Temperaturgrenze wirtschaftlich ist, nämlich bis zu Jener Temperatur, bei der das
Eisen seine magnetische Durchlässigkeit ganz oder zum großen Teil verliert. Dies
findet bei etwa 7oo° C statt; sobald diese Temperatur erreicht ist. wird die Induktionsheizung
ungünstig, weil von der aufgenommenen Energie - nur ein geringer Teil in Ummagnetisierungsarbeit.
d. 1i. in Wärme umgesetzt wird und die Erhitzung fast ausschließlich durch Wirbelströme
erfolgt, die infolge ihrer durch den Skineffekt bedingenden Konzentration auf die
äußeren Schichten das Material ungleichmäßig erhitzen.
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Gemäß der Erfindung wird dieser -Nachteil dadurch beseitigt, daß das
Glühgut durch kombinierte Induktions- und Widerstandsheizung erhitzt wird. Dabei
wird das Glühgut bis zur Erreichung der Temperatur von etwa 7000 C ausschlie131ich
oder hauptsächlich durch Induktionsheizung erhitzt, während die Aufrechterhaltung
dieser Temperatur bzw. wenn gewünscht, die weitere Erhitzung durch Widerstandsheizung
erfolgt. Die Induktionsheizung bewirkt durch die Uniniagnetisierung des Eisens eine
überaus schnelle und gleichi
ni äßi-e 211 F Erhit7 nilig- Das Glühen
erfolgt 21 also hierbei unter denkbar geringestein Energieaufwand, (la ja die gesamte
Unnnagnetisierungsarbeit in Wlirme umgsetzt wird und die Erhitzung des Materials
von innen heraus erfolgt, so daß Strahlungs- und Ableitungsverluste gänzlich vermieden
werden. Infolge: der schnellen Erhitzung erhält (las Material auch (las gewünschte
feinkörnige Gefüge.
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Bei der nachfolgenden Erhitzung durch Widerstandsheizung treten dann
nunmehr sehr geringe Verluste auf, da dabei sowohl das Material als auch die Luft
bereits eine hohe Temperatur besitzen und die Temperatursteigerung nunmehr eine
verhältnismäßig geringe zu sein braucht.
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Es ist zwar bereits bekannt, Metall in einem Schmelzofen mit kombinio:rter
Induktions- und Widerstandsheizung zii schmelzen, (loch unterscheidet sich das Schmelzen
vom Glühen grundsätzlich, indem hier durch die ertindungsgemäße Erhitzung Vorteile,
wie ein leinkörniges Gefüge des Glühgutes und die Ausnutzung der magnetischen Durchlässigkeit
von magnetisierbarein Material, für den (jlüliprozeß erreicht werden, die beim Schmelzen
nicht in Frage kommen, so claß die Allwendung der beim Schmelzen bekannten Erhitzungsart
auf (las Glühen mit Rücksicht auf die besonders hierbei erzeugten Vorteile keine
einfache C'bertragung auf ein verwandtes Gebiet darstellt, sondern den Charakter
einer patentfähigen Erfindung hat.
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Man kann zu diesem Zweck den Glühofen finit zwei Wicklungen versehen,
von denen die eine als Widerstand für die Widerstandslieizung dient, während die
andere die Prinlärspule für die Induktionsheizung darstellt. :;lau kann hierbei
entweder mit beiden Wicklungen gleichzeitig heizen und die Iriduktions->hule bei
Erreichung der Temperatur von 70o° C gegebenenfalls abschalten oder aber die Wicklungen
abwechselnd benutzen, indem nian erst nur die Induktionsspule einschaltet und dann
bei Erreichung von 70o° C diese abschaltet und die Widerstandswicklung an Spannung
legt. Das Abschalten der Induktionsspule bzw. bei abwechselndem Betrieb auch gleichzeitig
das Zuschalten der Widerstandsspule kann auch selbsttätig durch ein voll einem Pyrometer
beeinflußtes Relais erfolgen.
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Gemäß der weiteren Erfindung kann man eine kombinierte Induktions-
und Widerstandsheizung auch mit Hilfe einer einzigen Wicklung erzielen. Es ist bekannt,
(laß die Leitfähigkeit der Metalle und Legierungen finit steigender Temperatur abnimmt.
Bei gleicher Leistung und steigender Temperatur wird also in einer Wicklung anfangs
ein stärkerer Strom fließen als später, wenn die Temperatur gestiegen ist. Wählt
inan nun für die Wicklung ein Metall, dessen Temperaturkoeffizient sehr groß ist,und
beniißt(lenQuerschnitt des Leiters entsprechend stark, so kann inan erreichen, (Iaß
die Wicklung bei geringen Temperaturen wenig erwärmt wird und. infolge des in ihtn
fließenden starken Stromes eine starke Induktionswirkung ausübt, während sie bei
hohen Temperaturen infolge der starken Widerstandsheizung erfolgt, also unter Verwendung
einer einzigen Wicklung zwangsläufig selbsttätig. Als geeignete Metalle für eine
solche Wicklung seien beispielsweise Stahl, Eisen, NTickel oller Monelnietall genannt,
die alle einen sehr hohen Temperaturkoeffizienten besitzen.
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Da die LTinniagnetisierungsarbeit, d. h. die im Eisen stehende Wärme
mit der Periodenzahl des induzierenden Stromes wächst. ist es vorteilhaft, bei der
Induktionsheizung mit höheren Periodenzahlen zu arbeiten, wobei jedoch darauf zu
achten ist, daß die Eindringtiefe der Wirbelströme. die ja mit steigender Periodenzahl
abnimmt, noch genügend groß bleibt. Am günstigsten ist für 1-die praktischen Verhältnisse
ein Strom von 150 Perioden. (la ein solcher aus dem \ etzstroln normaler
Frequenz durch einfache Fre(luenzformung erhalten werden kann, so daß zu seiner
Erzeugung keine besonderen Maschinen nötig sind. Wenn erforderlich, kann die Kompensation
des aufgenommenen Blindstromes in bekannter Weise durch Kondensatoren erfolgen.
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In den Abbildungen sind Ausführtnigsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Abb. i zeigt einen Blankglühofen mit der aus feuerfestem, wärmeisolierendem
Material bestehenden Haube r, die von einem Blechmantel z umgeben ist; der Blechmantel
ist nach unten verlängert und (lichtet durch Eintauchen in eine Sanddichtung 3 den
Glühraum ab. All der Wand und an der Decke des Glühraumes ist der Heizwiderstand
4 allgeordnet, und im Glühraum befindet sich (las aus beispielsweise zu Ringen gewickelten
Blechen bestehende Glühgut 5. In die feuerfeste Haube i ist die Induktionsspule
6 eingebaut, die gegen den Heizwiderstand durch eine wärmeisolierende Schicht; isoliert
ist. Die Induktionsspule besteht aus einem Leiter mit großem Querschnitt, um unnötige
Verluste durch Erwärmung des Leiters zu vermeiden.
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In Abb. a ist ein Blankglühofen dargestellt, bei dem kombinierte Induktions-
und Widerstandsheizung durch eine einzige Wicklung 8 erfolgt. Diese Wicklung bestellt
aus einem Metall mit hohem Temperaturkoeffizienten, z. I3. Monelmetall, und besitzt
einen großen Querschnitt, um zu Anfang der Glühperiode,
wenn mit
reiner Induktionsheizung gearbeitet «-erden soll, einen möglichst starken Strom
hei möglichst geringer Erwärmung des 1_eiters aufnehmen zu können. Bei steigender
Temperatur nimmt dann der Widerstand der Spule stark zu, so daß die aufgenommene
Leistung vorwiegend in @Värme umgesetzt wird. Der Leiter der Induktionsspule 8 ist
hohl ausgebildet und wird während der I.nduktionsheizperiode durch eine mittels
des Rohres g zugeführte Kühlflüssigkeit gekühlt.