-
Vorrichtung zum elektrischen Widerstandserhitzen von Metallstangen
und Rohren Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektrischen Widerstandserhitzen
von Metallstangen und Rohren mit Hilfe starker Wechselströme , die durch
bewegliche Kupferleiter den Kontaktkörpern zugeführt werden, welche mit dem zu er-Ilitzenden
Körper in Berührung stehen.
-
Die Erfindung besteht darin, daß die beweglichen Kupferleiter, welche
den Strom den Kontaktkörpern zuführen, aus sektorförmi-"enTeilen bestehen, die zusammen
einen oder mehrere konzentrische Hohlzylinder bilden.
-
In weiterer Ausbildung der Erfindung wird die zu erhitzende Stange
axial zwischen Kontaktkörpern eingespannt, die sich auf zwei Elektroden befinden,
welche gleichachsig an-eordnet sind und konzentrisch von einem P k3 otkupfermantel
um., geben sind, auf dessen Außenfläche zwei Kränze von Bürsten liegen, und die
Bürsten des einen Kranzes durch biegsame Leiter mit den Sektoren der einen Elektrode
und die Bürsten des anderen Kranzes durch biegsame Leiter mit einem der ortsfesten
Zuführungsleiter verbunden sind, und die andere Elektrode durch biegsarne Leiter
unmittelbar mit dem anderen der ortsfesten Zuführungsleiter verbunden ist. Mehrere
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend an Hand der beiliegenden
Zeichnung beschrieben.
-
Fig. i zeigt einen axialen senkrechten Schnitt durch eine erste Ausführung.
-
Fig. -9 ist ein axialer waagerechter Schnitt durch die gleiche
Ausführung.
-
Fig. 3 ist eine Endansicht einer neunteiligen Elektrode.
-
Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt durch diese Elektrode.
-
Fig. 5 ist ein senkrechter Schnitt gemäß der Linie -V-V der
Fig. i, wobei die Hebevorrichtung der Tragfinger nicht da,-gestellt ist.
-
Fig. 6 zeigt zwei senkrechte Halbschnitte jeweils gemäß den
Linien VI-VI und VIa-VIa der Fig. i.
-
Fig. 7 zeigt eine Endansicht des bewegliehen Kopfes der gleichen
Vorrichtung. Fig. 8 zeigt in vergrößertem Maßstab einen Schnitt durch eine
der Bürsten. -Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine Ausführung der Elektrode,
die aus mehreren Reihen von Teilen besteht, deren Schalen durch Sektoren mehrerer
konzentrischer Zy-
linder gebildet sind.
-
el
Fig. io ist ein diametraler Längsschnitt durch
diese Elektrode.
-
Die Fig. i i bis 15 sind axiale Schnitte durch fünf weitere
Ausführungen der Vorrichtung.
-
Fig. 16 ist eine Seitenansicht einer ande-, ren Ausführung.
-
Fig. 17 ist ein Querschnitt gemäß der Linie XVII-XVII dir Fig. 16.
-
Die Fig. 18 und ig sind axiale Teilschnitte durch zwei weitere Ausführungen,
Fig. 2o ist ein axialer schematischer Schnitt durch eine weitere Ausführung.
-
In den Figl# 3 bis 4 kann man die Scheibe a aus Rotkupfer sehen,
die den Teilen den Strom zuführt. jeder Teil ist mit dieser Scheibe durch einen
biegsamen Leiter verbunden, der z. B. aus Rotkupferblechen besteht, die an den Enden
autogen miteinander verschweißt sind und dann einerseits mit der Scheibea, und anderseits
mit den Kupferteilene der Elektrode verschweißt sind.
-
Die Leiter d sind im Fall der Fig. 3 und 4 als neun
schalenartige Sektoren ausgebildet, die geornetrisch dadurch hergestellt werden,
daß ein hohler Rotkupferzylinder in Ebenen geschnitten wird, die durch dessen Achse
hindurchgehen. Sie werden durch Sektoren fortgesetzt, welche eine ebene, rechtwinklig
zur Zylinderachse verlaufende Scheibe bilden, wobei diese Zylinderachse mit der
Achse des zu erhitzenden Gegenstandes und derjenigen der Maschine übereinstimmt.
-
Es sind somit auf diese Weise bei dem vorliegenden Beispiel neun Schalen
c, d, e aus Rotkupfer vorhanden. Auf den Teil e eines
jeden Elektrodenteiles sind einerseits der Kontaktkörper mit dem Zwischenmetall
f und das unmittelbar anliegende Kontaktstück..-, das sich gegen den zu erhitzenden
Gegenstand P stÜtzt, anderseits ein Metallstück k
festgeschweißt, mit dein
sich der Kolben ii,-gegen die Elektrode stützt, durch den das getrennte Andrücken
des Elektrodenteiles gesichert wird.
-
Aus den, Fig. 1, 2 ist ersichtlich, auf welche Weise die biegsamen
Leiter der Elektroden gegen Wärmeausstrahlung durch einen Schirm6 aus nichtmagnetischem,
Metall oder aus Metall mit hohem Widerstandskoeffizienten geschützt werden können,
wobei diese Schirme von einem Kühlmittel durchflossen werden.
-
Wenn der Ouerschnitt des Gegenstandes ein gewisses Maß übersteigt,
kann es notwendig sein, die Anzahl der Elektrodenteile zu vermehren, und -es kann,
von Vorteil sein, die Schalen über zwei oder mehr konzentrische Zylinder zu verteilen.
-
Die Fig* 9 -und io zeigen eine Elektrode, die in 36Teile geteilt
ist, deren Körper auf die Endfläche einer Stange von quadratischein Querschnitt
verteilt sind. Die Schalea bilden ärei konzentrische Hohlzylinder. Bei der Zusammenstellung
müssen die Wider--#'stände der parallel geschalteten Stromkreise und insbesondere
der Oberflächenjeffekt berücksichtigt werden, wenn es sieh um #,#'echselströme handelt.
-
Die allgemeine Anordnung der Vorrichtung zum Erhitzen ist die folgende:
Der 'elektrische Strom wird durch zwei Rotkupferscheiben 9 und
9 zugeführt, die züieinander parallel verlaufen.
-
Die innere Scheibe 8 besteht aus einem Stück mit einem Rohr
io aus Rotkupfer. das als Bürstentragrohr ausgebildet ist. Auf die Endkante dies
es Rohres sind bie.-Isame Leiter ii aus Rotkupferblechen geschweillt, die anderseits
auf Rotkupferbürsten 12 fest--es , schweißt sind. Diese Bürsten bilden einen
kreisförmigen Kranz und werden stark gegen el k# die Außenfläche eines Hohlzylinders
13 ans Rotkupfer gedrückt, der den Hauptzylinder bildet.
-
Fig. 6 zeigt auf der linken- Seite eine Ansieht des Bürstenkranzes
12. Bei diesem Kranz wird das Andrücken der Bürsten durch hydraulische Kolben für
jede Bürste bewirkt. -Man kann dies aber auch durch Federn oder durch sonstige Mittel
erzielen.
-
Aus den Fig.:2 und 8 ist die Anordnung der livdraulischeii
Kolben und die Kühlvorrichtung der Bürsten zu ersehen.
-
-Nach Verlassen der Bürsten 12 folgt der Strom dem Hauptzylinder 13
und gelangt zu einem zweiten Bürstenkranz 14. (In gewissen Fällen kann einer der
beiden Bürstenkränze oder es können sogar beide fortfallen.' )
Dieser zweite
Bürstenkranz ist nach den gleichen Grundsätzen wie der erste ausgebildet. Gemäß
der Zeichnung ist hier die Anordnung so getroffen, daß das Andrücken durch Blattfedern
15 geschieht.
-
Die Bürsten 14 sind durch einen biegsamen, aus Blechen bestehenden
Leiter mit einem zweiten Bürstentragrohr 16 verbunden, das aus einem Stück mit einer
Rotkupferscheibe 16" besteht.
-
Auf diese Scheibe 16, sind die biegsamen Leiter der Teile der ElektrodeE.,
festgeschweißt.
-
Der Strom gelangt durch diese Elektrode auf die Stange oder auf das
Rohr und tritt durch die andere Elektrode E, wiedet aus, die durch Schalen und biegsame
Leiter mit der Stromzuführungsscheibe 9 verbunden ist.
-
Durch diesen Verlauf z' des Stromes wird die Reaktionsenerigie auf
ein -Mindestmaß herabgesetzt, denn das einzige bestehende Magnetfeld ist dasjenige,
welches den ringförmigen
Raum zwischen den Bürstentragrohren und
dem Hauptzylinder einerseits und der Stange und den Elektroden anderseits ausfüllt.
-
Diese Anordnung gestattet es auch, die Durchmesser der Zylinder, Bürstentragrohre.
Elektroden derart zu wählen, daß überall zulässige Stromstärken auftreten, ohne
daß dabei die Größe der Reaktion übertrieben wird, wobei auch der Kupferquerschnitt
in möglichst -bester Weise unter Berücksichtigung des Foucaultschen Effekts und
der Oberflächenwirkung ausgenutzt wird.
-
Da der Verlauf der Kraftlinien des Magnetfeldes gut bekannt ist, so
ist es sehr leicht, die Reaktionskräfte und Foucaultschen Ströme zu berechnen.
-
Die Kühlung aller Teile erfolgt in leichter und vollkommener Weise.
Das Isolieren der elektrischen Leiter kann mit Leichtigkeit erfolgen. Die Maschine
ist gut geschützt.
-
Der Strom wird den Scheiben 8 und 9
durch Stangenpaare
verschiedener Polarität zugeführt, die sich bis zum Stromnetz oder bis zum Transformator
erstrecken. Man kann auf diese Weise die Stromdichte in den Stangen auf den gewünschten
Wert herabsetzen und die schädlichen Wirkungen der Foucaultschen Ströme, des Oberflächeneffekts
und der Reaktionskraft beseitigen.
-
Da die Länge der zu erhitzenden Stangen sich in gegebenen Grenzen
verändert. so ist es auch notwendig, daß sich der Abstand zwischen den Elektroden
verändern läßt. Dies wird durch Längsverschiebung des Hauptzylinders in bezug auf
die eine oder die andere Elektrode bewi-rkt oder auch in bezug auf beide, -was durch
die beiden Bürstenkränze ermöglicht ist, von denen jedeer fest mit einer Elektrode
verbunden ist.
-
Aus Fig. 2 ist der waagerechte Schnitt durch das Gehäuse 16b
der Elektrode E, zu ersehen. Beim dargestellten Beispiel ist dieses Gehäuse
feststehend und mit dem Gestell der Maschine verschraubt.
-
Auf dieses Gehäuse 16b sind einerseits die beiden Stromzuführungsscheiben
8 und 9 und anderseits der Deckel 17, der den Kopf T, der ElektrodeE,
trägt, aufgeschraubt.
-
Der Kopf T, und die Scheiben 8 und 9 sind auf diese
Weise freitragend angeordnet und sind für die Besichtigung des Kopfes und für die
Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen dem Stroninetz oder dem Transformator
und den Scheiben leicht zugänglich. ,
Man sieht auch einen Teil des Gehäuses
ig des H#uptzylinders sowie den Schnitt durch das Gehäuse iS der Elektrode
E., auf welcher der Deckel 2 1 befestigt ist, der den Kopf
T.
dieser Elektrode trägt, Dieser Kopf T2 ist von einer Haube 22 überdeckt,
die zur Aufnahme des Gesamtdruckes dient, der auf die Elektroden übertragen werden
soll und auch zum Hinundlierbewegen von T, dient, was durch jedes geeignete hydraulische
oder mechanische Mittel dem vorliegenden Fall entsprechend stattfinden kann.
-
Das Gehäuse 18 kann auf den Gleitführungen 23 gleiten, die
wie eine Drelibaii-kführun,-, ausgebildet sind.
-
'Das Gehäuse ig des Hauptzy»linders kann ebenfalls auf den gleichen
Gleitführungen 2' gleiten.
-
Der Hauptzylinder ist innen mit einem feuerfesten Wärmeschutzmittel
ausgekleidet, um dadurch die Ausstrahlungsverluste auf das geringste Maß zu vermindern.
-
Bei der Vorrichtung gemäß den Fig. i bis 9
ist vorausgesetzt,
daß dieBedienung wie folgt stattfindet: Das Gehäuse des Zylinders ist fest mit dem
Gehäuse des Kopfes T, verbunden, und das Ganze kann auf den Gleitführungen
23 gleiten. Tragfinger 24 (Fig. i und 5) befinden sich auf dem Gestell
25, das auf den Gleitführungen 26 gleiten ],:arm, die parallel zu
den Gleitführungen 23 verlaufen.
-
Der Hauptzylinder besitzt im unteren Teil einen Schlitz
27, durch welchen die Tragfinger 24 in den Zylinder greifen können bis sie
mit der Stange in Berührung kommen. Ihr Ende ist V-förmi- zugeschnitten, um die
Stange aufzunehmen und im Gleichgev,-icht zu halten, sob-ald der Druck- der Elektrode
aufhört die Stange zu halten.
-
Dieser Schlitz gestattet auch eine relative Längsverschiebung der
Finger in bezug auf den Zvlinder.
-
Das Aufundniedergehen der Finger wird durch jedes hydraulisches, pneumatisches
oder mechanisches Mittel bewirkt, das sich für die augenblickliche Anwendung der
Maschine am, besten eignet.
-
Während der Erhitzung eines Gegenstandes werden die Finger niederbewegt.
Wennder Gegenstand heiß ist, werden die Finger wieder gehoben, bis sie mit der Stange
in Berührun ' - kommen. Gleichzeitig wird auch der Strom ausgeschaltet. Sodann
werden die Bürsten 12 von T, angehoben, und das aus T. und Zylinder bestehende
Ganze -leitet nach rechts, so daß die Stange freigelegt -wird. Diese wird dann durch
eine nicht dargestellte Vorrichtung ausgestoßen, und eine neue Stange legt sich
auf- die Finger*. Da,-aus dem Zylinder und Tp bestehende Ganze gleitet dann nach
lüik-s, das Andrücken gegen den Gegenstand wird durch die Elektroden und die auf
T. wirkende Druckvorrichtung gesichert, sodann legen sich die Z,
Dürsten
12 gegen den Zvlinder, die Tragfinger 24 gehen nieder, und der Strom wird in die
Maschine geleitet.
-
Adl diese Vorgänge können selbsttätig mit großer Leichtigkeit geregelt
werden und erfordern nur einige Sekunden.
-
Die Gesamtanordnung der Maschine ist sauber, sie bietet keine Gefahr
und strahlt nach außen hin keine Wärme aus. Alle Materialien, mit- Ausnahme der
Elektrodenklötze, die unmittelbar an der Stange liegen, sowie das feuerfeste Material
des Zylinders, haben eine niedrige Temperatur, wodurch die Energieverluste auf ein
'Mindestmaß beschränkt werden und eine praktisch unbeschränkte Lebensdauer der Maschine
gesichert wird.
-
Man kann die -Maschine in sehr verschiedenartiger Weise anordnen,
und die Bedienungsarten sind der Anwendung entsprechend auch sehr verschieden.
-
Die Fig. i i bis 2o veranschaulichen sehematisch einige der Anordnungen,
die man treffen kann.
-
Fig. ii zeigt eine waagerechte Maschine, deren Zylinder fest mit
T. verbunden ist. Die Längsbewegung der Tragfinger ist bis züi einer gewissen
Grenze unabhängig von derjenigen von T".. Der Teil des Zylinders, der zum Längermachen
der Maschine dient, be-
findet sich auf der Seite von T, Das Einsetzen und
das Ausstoßen der Stange geschieht durch Längsverschiebung des Zylinders, der die
Stange überdeckt oder freilegt.
-
Bei der waagerechten Maschine gemäß Fig. 12 ist das System 'der Tragfinger
fest mit T. verbunden.
-
Fig. 13 zeigt eine weitere liegende Maschine: Das Gehäuse des Zylinders
steht fest und ist fest mit demjenigen von T, verbunden. Der Kopf 7# gleitet zugleich
mit dein System der Tragfinger, um die Stange aus dem Zy-
linder herauszubewegen.
Es kann eine Relativbewegung zwischen dem System der Tragfinger und dem Kopf T.
stattfinden.
-
Der Teil des Zylinders, der zum Regeln der Maschinenlänge dient, befindet
sich auf der Seite von T..
-
Eine andere liegende Maschine ist in Fig. 14 dargestellt. Das Gehäuse
des Zylinders steht -fest und ist mit T2 verbunden. Der untere Schlitz des Zylinders
ist genügend breit, um den Durchgang der Stange zu gek# statten. Die Größe des Gleitens
von T. und der Finger ist im Vergleich zu den oben beschriebenen Ausführungen
sehr beschränkt, wodurch der Raumbedarf verkleinert werden kann.
-
Gemäß Fig. 15 bietet die liegende Maschine die' gleichen Anordnungen
wie vorstehend beschrieben; dagegen bietet der untere Teil des Zylinders nur zwei
kleine öffnungen, und im oberen Teil ist ein Schlitz vorgesehen, dessen Breite genügend
groll be-ZD Z, L, messen ist, um den Durchgang der Stange züi gestatten,
Es wird eine Haube vorgesehen, welche das Schließen des Schlitzes während der Erhitzung
gestattet.
-
Die Fig. 16 und 17 zeigen eine -Maschine. die stehend oder
liegend benutzt werden kann. Der Zylinder-und T# verschieben sich der Länge nach
in solcher Weise, daß sie ganz aus den Bürstenkränzen heraustreten. Der Zylinder
öffnet sich dann und teilt sich in zwei Schalen, welche die Stange freilegen" welche
von den Fingern getragen ist, deren Verschiebung mit derjenigen des Zylinders zusammenhängt.
Der Zylinder besitzt in seinem unteren Teil nur zwei kleine Öffnungen, welche die
Finger durchtreten lassen.
-
Es ist nicht unbedingt notwendig, daß die Bürstenkränze mit dem äußeren
Umfang des Hauptzylinders in Berührung stehen, -\Ian kann sehr gut den feuerfesten
Überzug iiii .b
Innern des Zvlinders ganz oder teilweise be-
seitigen
und äie Bürsten gegen die Innenseite anlegen.
-
Fig. iL9 zeigt ein Beispiel der Art und Weise, in welcher diese Anordnung
getroffen el el werden kann. Da sich einer der Bürsteiikränze im Hauptzylinder befindet,
so kann sich der andere Kranz innen oder außen be-
finden, die Bürsten können
auch gegen die Kante des Zylinders 13 gedrückt werden.
-
Letztere Anordnung ist in Fig. ig dargestellt, und zwar in Anwendung
an der feststehenden Elektröde.
-
Ein wesentlicher Vorteil dieser Bürstenanordnung besteht darin, daß
sie den Rauinbedarf der Länge nach in erheblicher Weise verkleinert. wenn diese
zur Erhitzung von Gegenständen mit veränderlicher Länge dienen soll.
-
Eine andere Ausführung der Maschine mit Teleskopzylinder gestattet
es, unter B#eibehaltung der Außenbürsten des Hauptzylinders, den gleichen Längsraumbedarf
wie nilt Innenbürsten zu erzielen.
-
Zu diesem Zweck kann man z. B. einen der Bürstenträgerzylinder oder
auch beido derart anordnen, daß sie mit dem Hauptzylinder ein teleskopisches Gebilde
bilden, dessen ausgezogene Länge sich nach derjenigen des zu erhitzenden Gegenstandes
richten wird.
-
Fig. 2o veranschaulicht schematisch iiii Schnitt eine auf solche Art
ausgeführte 'Maschine.
-
Zur Verallgemeinerung ist vorausgesetzt, daß die beiden Elektroden
beweglich sind. Die Bürsten C, die sich gegen den Zylinder 16, von T, legen,
sind mit der Scheibe 9 verbunden,
und die Bürsten B, die
sich gegen den Zylinder 16b von T. legen, sind mit dein Hauptzylinder verbunden.
Die Verschiebung und das Andrücken der Elektroden geschieht mit Hilfe der Stangen
30, und 30b. In dieser Fig. 2o sind die Bürsten A beibehalten, welche
die Scheibe 8 mit dem Hauptzylinder 13 verbinden.
-
Betrachtet man die Fig. 2o, so stellt man ganz allgemein fest, daß
man bei jeder Maschine dieser Art durch Gleitkontakte die nachfolgenden Übertragungsstellen
sichern muß: ip -
i. Zwischen der Scheibe 8 und dem Hauptzylinder
13.
-
2. Zwischen dem Hauptzylinder 13 und dem Zylinder 16b der Elektrode
T..
-
Zwischen dem Zylinder 16" der Elektrode T, und der Scheibe g.