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Verfahren zur Erhitzung von gestapelten dünnen Metallblechen schlechter
Wärmeleitfähigkeit Die- Notwendigkeit des Glühens dünner Metallbleche nimmt ständig
zu. Es sei hierzu nur auf die Bleche für die Herstellung von Kraftwagen, Karosserien,
Kühler usw. verwiesen, welche oft r m und; mehr als kleinstes Ausmaß aufweisen.
Die Stärke dieser Bleche beträgt etwa i,5 mm, so daß sie außerordentlich empfindlich
gegen hohe Temperaturen sind und ihre Glühung die größte Sorgfalt erfordert. Wenn
die Temperatur beim Glühen zu niedrig ist, tritt der gewünschte Erfolg nicht ein;
ist dagegen die Temperatur zu hoch, so verbrennen die Bleche, schweißen zusammen
oder werfen sich. Die Gefahr des Werfens ist zwar bereits durch Glühen der Bleche
in größeren Stapeln verhindert, jedoch wird dadurch die Schwierigkeit; des Glühens
andererseits noch erhöht,-da hierbei in erster Linie die äußeren Zonen des Stapels
erhitzt werden und- die Hitze infolge der verhältnismäßig schlechten Wärmeleitfähigkeit
der dünnen Bleche nur sehr langsam in das Innere des Stapels eindringt. Zu der durch
die schlechte Wärnieleitfähigkeit des Baustoffs bedingten Schwierigkeit der Erhitzung
kommt noch diejenige, daß es wegen der Gefahr der Oxydation und Überhitzung nicht
möglich ist, die Kanten oder die Seiten des Blechstapels unmittelbar zu erhitzen.
Versuche finit Stahlblechen haben bewiesen, daß die Zeit, während welcher ein Punkt
des Bleches infolge Wärmeleitung die gegebene Temperatur eines etwa 40 mm entfernt
liegenden Punktes von dem Blech annimmt, ungefähr eine Stunde beträgt, d. h. die
Wärmeleitung im Blech mit einer Geschwindigkeit von 4o mm in der Stunde fortschreitet.
Hieraus erklärt sich, daß beispielsweise Bleche für Automobilkarosserien eine rästündige
Glühung erfordern, bis sie eine gleichmäßige Glühtemperatur erreicht haben.
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Man hat diesen Nachteil schon dadurch zu vermeiden gesucht, daß man
in den mittels Strahlungsheizung erhitzten Blechstapel Wärmeverteilungsbleche großer
Stärke eingefügt hat, welche die Wärme gleichmäßig über den ganzen Stapel verteilen
sollten. Diese Art des Glühens hatte jedoch wiederum den Nachteil, daß dabei mit
Rücksicht auf die Tatsache, daß die von den Wärmeverteilungsblechen aufgenommene
und fortgeleitete Wärmemenge proportional der von den W äriuestrahlen getroffenen
Oberfläche ist, die Wärineverteilungsbleche entweder sehr weit über den Stapel hinausragen
oder aber innerhalb des Stapels Zwischenräume für die Einstrahlung der Wärme freigelassen
werden mußten. In beiden Fällen mußte die OfenabileS3ting erheblich vergrößert werden,
wodurch sich die Anlagekosten und auch die
Betriebskosten erhöhten,
wozu noch der weitere Nachteil hinzukam, daß die die Zwischenräume begrenzenden
Bleche der Oxydationsgefahr ausgesetzt waren.
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@s wurde auch bereits vorgeschlagen, eine gleichmäßig e Wärmeverteilung
innerhalb des Stapels dadurch zu erreichen, daß man in den Stapel mehrere plattenförmige
HeizkrPer aus Heizdrähten einfügte. welche in Porzellan o. dgl. eingebettet sind.
Diese Beheizungsait ist einmal, vom betriebstechnischen Standpunkt aus gesehen,
sehr umständlich, weil die Heizplatten dabei nicht nur ein- und ausgeschaltet, sondern
nach jeder Glühung völlig von der Stromquelle gelöst werden müssen, da man sie zwecks
Entleerung des Ofens einzeln entfernen muß, um die unter ihnen liegenden Bleche
herausnehmen zu können. Daraus ergibt sich noch als zweiter großer Nachteil, daß
die schwereren. Heizplatten in heißem Zustand herausgehoben und eingesetzt werden
müssen, wobei infolge der Schwierigkeit ihrer Handhabung heftige Brüche der aus
zerbrechlichem Baustoff bestehenden Platten unvermeidlich sind.
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Gemäß der Erfindung werden alte diese Nachteile dadurch vermieden,
daß in den zu glühenden Blechstapel Wärmeverteilungsbleche .mit guter Wärmeleitfähigkeit
eingefügt und an ihren Rändern induktiv erhitzt werden. Diese Bleche leiten dann
die Wärme schnell in das Innere des Stapels, wo sie sich dann gleichmäßig auf die
benachbarten Bleche schlechter Wärmeleitfähigkeit verteilt. Die Bleche guter Wärmeleitfähigkeit,
die zur Wärmeverteilung dienen, können entweder aus demselben Baustoff: bestehen
wie die zu glühenden Bleche und müssen dann entsprechend dicker sein, so daß ihr
Querschnitt zur schnellen Einleitung der Wärme in das Innere des Stapels ausreicht,
oder aber sie können aus gut wärmeleitendem Baustoff, wie z.B. Kupfer, bestehen.
Falls die Oberflächenbeschaffenheit der Bleche oder andere Momente die Wärmeleitung
besonders schlecht gestalten, ist es zweckmäßig, die zu glühenden Bleche mit den
gut wärmeleitenden Blechen abwechseln zu lassen, jedoch genügt es ini allgemeinen,
etwa je fünf Blechen schlechter Wärmeleitfähigkeit ein solches guter Wärmeleitfähigkeit
zuzuordnen.
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Hierbei brauchen die Ofenabmessungen nicht oder kaum größer sein,
als sie durch den zu glühenden Stapel selbst bedingt sind, da bei der induktiven
Erhitzung die Wärmeverteilungsbleche nicht oder nur wenig über die Seiten des Stapels
hinausragen müssen, uni- die erforderliche Wärmemenge auf7unehmen. An sich könnten
die Wärineverteilunhslileche auch genau dieselbe=n Abincssungen haben wie die zu
glühenden Bleche, jedoch wird man sie zweckmäßig etwas größer machen, .damit cie
induktive Erhitzung sich auf sie konzentriert. Weiterhin ist bei dem Verfahren gemäß
der Erfindung auch der Betrieb in keiner Weise umständlicher als bei der bisher
üblich gewesenen Strahlungsheizung durch an der Wandung des Ofens befestigte Heizwiderstände,
da die Wärmeverteilungsbleche hier genau so gehandhabt werden können wie die zu
glühenden Bleche und sämtliche elektrischen Teile des Ofens nach wie vor ortsfest
an der Wandung desselben angebracht sind.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt.
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In den Abb. i bis 3 sind zwischen die zu glühenden Bleche io gut wärmeleitende
Bleche ri eingesetzt, deren Ränder 12 über den Blechstapel hinausragen. Der ganze
Stapel ruht auf einer Unterlage 13, die mittels eines mit Leitungen r5 und
16 für die Zu- und Abführung von Druckwasser versehenen hydraulischen Hebezeuges
14 gehoben werden kann. Die Unterlage 13 ist auf einen Plattformwagen
17 aufgesetzt, der mittels der durch eine Achse iS verbundenen Räder icg
sich auf Schienen 2o verschieben läßt. Die Schienen 2o ruhen auf den an Trägern
22 befestigten Schwellen 21. Zwecks Glühens der Bleche wird der Wagen i7 mit dem
Blechstapel in das Hebezeug eingerollt, worauf der Stapel in die Induktionsspule
23 gehoben wird, deren Windungen 2.I so ausgebildet sind, daß sie den Stapel möglichst
dicht umschließen. Die Spule wird von der Stromquelle25 gespeist, wobei ein Kondensator
26 für die Verbesserung des Leistungsfaktors vorgesehen ist. Die Kanten 27 der LTnterlage
13 sind so ausgebildet, daß sie mit den Rändern :28' der zur Durchführung des Stapels
durch die Platte 28 dienenden öffnuiig einen dichten Abschluß bilden.
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Innerhalb der Spule ist eine elektrische Isolation 2c9 und eine aus
Asbestpappe bestehende Wärmeisolation 3o angeordnet. -Der Zwischenraum zwischen
dieser Isolation und dem Blechstapel ist mit fein verteiltem wärmeisolierendem Baustoff
3i, z. B. Zirkonsand, ausgefüllt.
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Der Spannungsabfall zwischen den einzelnen Windungen der Spule braucht
mir gering zu sein, so daß auch an die elektrische Isolation nur geringere Anforderungen
zti stellen sind. Der Deckel 32 kann entweder fest oder abnehmbar sein. In
beiden Fällen bildet er zusammen mit der Spule, falls diese an sieh nicht
dicht ist, oder mit der ciel.-.-trischen hzw. mit der Wärmeisolation eilte gasdichte
Glocke, in welche durch (las lZolir
33 Heizgase eingeführt werden
können. Der fein verteilte wärmeisolierende Baustoff 31 wird durch verschließbare
COffnungen 34. eingeführt. Nach Beendigung des Glühens und Senken cl@s Stapels mit
der Grundplatte 1ß fällt der Baustoff 31 nach unten heraus und wird in einem Behälter
35 gesammelt.
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Bei der Anordnung nach Abb. 3 a ragen die Ränder der gut wärmeleitenden
Bleche nicht über den Stapel hinaus, und in diesem Fall muß die vornehmliche Beheizung
dieser Bleche in dem Metall, aus welchem sie bestehen, begründet sein. Falls die
wärmeverteilenden Bleche über den Stapel nicht herausragen und die Heizung induktiv
erfolgt, wird in den zu erhitzenden Blechen ein stärkerer Strom induziert als beispielsweise
nach Abb. i mit über den Stapel hinausragenden wärmeverteilenden Blechen. In diesem
Fall ist es daher zweckmäßig, verhältnismäßig mehr wärmeverteilende Bleche vorzusehen
und diese abwechselnd: mit den zu glühenden Blechen anzuordnen. damit die in den
Rändern der zu glühenden Bleche erzeugte örtliche Hitze durch die eng anliegenden
wärmeverteilenden Bleche sofort abgeleitet wird.
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Bei der Anordnung nach Abb. i bis 3 induziert der in der Spule fließende
Strom einen entsprechend entgegengesetzten Strom im Rand der Bleche. Infolge des
Hervorstehens der wärmeverteilenden Bleche über die anderen. durch die eine bessere
Kupplung dieser Bleche mit der Spule verursacht wird, sowie infolg e der besseren
elektrischen Leitfähigkeit dieser Bleche wird in ihnen ein viel stärkerer Strom
induziert als in den zu erhitzenden Blechen, und demgemäß wird auch ihre Temperatur
viel höher sein. Der Stromweg in den wärmeverteilenden Blechen ist in Abb. z mit
36 angedeutet.
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Unabhängig von der Stärke des in den zu erhitzenden Blechen induzierten
Stromes wird die hauptsächliche Wärmeleitung durch die wärmeverteilenden Bleche
erfolgen, da für den Fall, daß diese aus Kupfer bestehen, die Wärme sich in ihnen
etwa zehnmal so schnell fortpflanzt wie in den Stahlblechen. Infolgedessen wird
also jedes einzelne Kupferblech sehr schnell in seiner ganzen Ausdehnung gleichmüßig
erhitzt und gibt seine Warme an die angrenzenden Stahlbleche in deren ganzer Ausdehnung
gleichmäßig ab.
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Die Art der Wä rinevertcilung ist in Abb. ; schematisch dargestellt.
Nach einer gewissen Zeit der Erhitzung erreicht die Wärme in dein aus Kupfer bestehenden
Wiirnievcrtei-ILl2lgSbleCh I r den Punkt 3; auf ihrcin Weg nach dein Innern
des Staliels. Gleichzeitig breitet sich die W;irine auch quer zur Ricltung vier
Bleche aus und erreicht zur @elheii Zeit in dieser @icl;tnng <1r11 1'iitikt 3c9
VO» n Punkt 38 ausgehend. Im Punkt 3;, welchen die gewünschte Temperatur
erst am Ende der angenommenen Zeit erreicht hat, ist eine entsprechende Erhitzung
der an das Wärmeverteilungsblech anschließenden Stahlbleche noch nicht eingetreten.
Die Linien 4o und 40' begrenzen ungefähr den Teil der Stahlbleche, der etwa auf
dieselbe Temperatur erhitzt worden ist. Bei weiterem Fortschreiten der Zeit «-erden
sich die Grundflächen der gebildeten, im Ouerschnitt dreieckigen Körper gleicher
Temperatur allmählich überlappen, wobei dann die Wärmeleitung quer zur Richtung
der Bleche am Rande des Stapels aufhört und die ganze Wärme in das Innere des Stapels
geleitet wird.
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Wenn die Ränder der Wärmeverteilungsbleche über den Stapel nicht hinausragen,
wie in Fig. 3 a dargestellt, kommt der Frequenz des Primärstromes mit Rücksicht
auf die Eindringtiefe eine erhöhte Bedeutung zu. Bei Verwendung niedriger Frequenzen
und dementsprechend erhöhter Eindringtiefe ist auch die Schicht, innerhalb welcherWärine
erzeugt wird, dicker, und dementsprechend braucht die Intensität derWärmeentwickiung
in einem gegebenen Metallvolumen geringer zu sein. Für maximale Leistungsaufnahme
soll der Widerstand des Sekundärkreises der Realtanz gleich sein. In Kupferblechen
ist der Widerstand normalerweise geringer als die Reaktanz, selbst wenn bei Verwendung
von Hochfrequenzstrom der Hauteffekt den effektiven: Widerstand erhöht. Die induktive
Reaktanz und der Widerstand gleichen sich jedoch mit Erhöhung der Temperatur mehr
und mehr ab, da der Widerstand mit der Temperatur ansteigt. Die Leistungsaufnahme
wird also mit I@.rl)ölit:ng der Temperatur immer größer. i -"m von vornherein eine
größere Leistungsaufnahme zu erzielen, ist es zweckmäßig, den Widerstand ohne Beeinflussung
der Reaktanz und der Wärineleitfähigl:eit des «Kupfers in der in Abb. 4 dargestellten
Weise zu erhöhen, indem an den Rändern der Kupferbleche Einschnitte vorgesehen sind.
durch welche der Stromweg vergrößert wird.
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In Abb.4 sind diese Einschnitte 41 und 4."= kurz, und die in der Nähe
der Ecken vorgesehenen Einschnitte 42' sind noch kürzer als die übrigen, uni eine
allzu große Behinderung des wärmeleitenden Querschnittes von den Ecken zum Innern
des Bleches zu vermeiden.
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In Abb. 5 sind lediglich in den Längskanten der Bleche tiefe Einscluiitte
4i1 vorgesehen, zwischen den Einschnitten ein verhältnismüßig .chnialcr Streifeil
..lß freigelassen ist. 111 Abb.(i sind clie l?iiischnitte -Ei= von einer Kante des
Bleches aus gcniacht und erstrecken sich fast über die ganze Breite (los
Bleclics.
Die Stromwege in den einzelnen Blechen sind durch 44,
45, 46 gekennzeichnet. Es ist ersichtlich, daß der Stromweg Schleifen beschreibt,
die jedoch infolge der zu beiden Seiten der Einschnitte entgegengesetzten Richtung
der Ströme keine Induktivität haben, weil die Einschnitte nur kurz sind. Der Spannungsunterschied
zwischen den einander gegenüberliegenden Seiten der Einschnitte ist gering und nimmt
mit der Länge der Einschnitte infolge der Erhöhung des Widerstandes zu. Es ist deshalb
bei beiden Einschnitten zweckmäßig, 'das Blech in den Einschnittkanten mit einer
Isolation zu versehen, beispielsweise mittels eines isolierenden Überzuges.
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In Abb.8 sind bei 48 mit Einschnitten versehene wärmeverteilende Bleche
dargestellt, die mit einer Isolation 47 versehen sind.
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In Abb. 9 ist eine aus Porzellan bestehende Isolation 47 mit Einschnitten
48 dargestellt. Durch die Einschnitte 44 42 wird auch gleichzeitig das Werfen der
Bleche infolge Überhitzung vermieden.