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Mittel zum Schutz metallischer Werkstücke gegen Oberflächenoxydation
während des induktiven Erhitzens Das Induktionserliitzen von metallischen Werkstoffen
wird bekanntlich für die verschiedensten Anwendungsgebiete benutzt, so z. B. für
das Löten und Schweißen, für das Wärmebehandeln, wie Härter, Anlassen, Verhüten,
Tempern, Glühen, Entspannen u. dgl., sowie ferner zum Erhitzen für Zwecke des Warmformgebens.
Ein besonderer Vorzug des Induktionserhitzens ist darin gelegen, daß die Werkstücke
in außerordentlich kurzer Zeitdie gewünschte liolie Temperatur annehmen und eine
Folge hiervon ist, daß selbst oxydationsempfindlicher Werkstoff nur geringe Verzunderung
zeigt. Eine völlige Verliinderung der '#7erzunderung gelingt jedoch nur unter Anwendung
besonderer Hilfsmittel, und es ist in diesem Zusammenhang schon vorgeschlagen worden,
durch den Induktor hindurch dem beheizten Körper ein Schutzgas zuzuführen. Das Schutzgas
sollte hierbei aus Düsen des Induktionsheizgerätes während des Heizvorganges auf
die Werkstückoberfläche austreten. Eine Behinderung des Bedienungspersonals ließ
sich durch diese Maßnahme nicht vermeiden, ganz abgesehen davon, daß der Austritt
nicht unerheblicher Schutzgasmengen in den Arbeitsraum nicht ungefährlich ist. Auch
aufbaumäßig ergeben sich Schwierigkeiten. Andere Vorschläge gehen dahin, geschlossene
Ofenräume oder Heizkammern zur Verfügung zu stellen, in denen das induktive Erhitzen
durchgeführt wird, während der Raum oder-die Kammer mit einem Schutzgas angefüllt
oder von einem solchen durchspült
wird. Hierbei muß auf einen der
erheblichen Vorteile des Induktionserhitzens verzichtet werden, nämlich ohne Ofen
oder ofenartige Geräte erhitzen zu können, die den Zugang zu dem in Behandlung befindlichen
Werkstück behindern. Es ist umständlich und zeitraubend, ein Werkstück innerhalb
eines Ofens oder einer Kammer in die richtige Lage zum Induktor zu bringen, und
es muß mit großen Schutzgasmengen gearbeitet werden, was wiederum zu Verlusten an
Schutzgas, zur gesundheitlichen Beeinträchtigung des Bedienungspersonals und zur
Gefahr von Explosionen führt.
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Die Erfindung schlägt demgegenüber vor, den Schutz der Werkstückoberfläche
während des induktiven Erhitzens dadurch herbeizuführen, daß eng die Oberfläche
umschließende oder abdeckende Hüllen aus metallischem oder nichtmetallischem Werkstoff,
wie beispielsweise Kupfer, Messing, austenitischer Stahl, Nickel, Hartmetall oder
Keramik, Silicone, Spickstein, Zement, Metalloxyden od. dgl., vorgesehen werden.
Die Hüllen, die die Oberfläche umschließen oder abdecken, behindern die induktive
Erhitzung nicht und werden selbst nicht nennenswert erwärmt. Es ist zweckmäßig,
den metallischen Körpern eine nicht zu große Stärke zu geben und sie gegebenenfalls,
sofern sie Rohrform haben, in Längsrichtung zu schlitzen. Die Hüllen haben die Wirkung,
daß in unmittelbarer Nähe der Oberfläche kein Raum für Luft und damit Sauerstoff
vorhanden ist, der die Oberfläche angreifen könnte. Die in dem Luftspalt zwischen
Hülle und Werkstückoberfläche befindliche Luft wird infolge der einsetzenden Erwärmung
verdrängt und ist schließlich nur noch in einer solchen Verdünnung vorhanden, daß
eine Oxydation der Oberfläche praktisch nicht mehr eintritt.
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Die Maßnahme gemäß der Erfindung genügt, sofern der Werkstoff nicht
sehr stark oxydationsempfindlich ist, bereits zur Verhinderung der Oxydation, so
daß eis gelingt, beispielsweise Stahlgegenstände auf diese Weise zu erwärmen, ohne
daß auch nur Anlauffarben entstehen. Wenn der Werkstoff dagegen größere Oxydationsempfindlichkeit
aufweist, so kann es zweckmäßig sein, poröse keramische Hüllen, Decken oder Einsätze
zu verwenden, deren Poren als Zuleitung für ein Schutzgas dienen. Das Schutzgas
tritt aus den Poren auf die Werkstückoberfläche aus und schützt diese vor der geringsten
Oxydation. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, die keramischen
Körper als Hohlkörper auszubilden, durch deren poröse Wandung das Schutzgas aus
dem Hohlraum heraus auf die Werkstückoberfläche austritt. Die Mengen des Schutzgases,
die auf diese Weise der Oberfläche des Werkstückes zugeleitet werden, können äußerst
gering sein und haben trotzdem eine außerordentliche Wirkung. Es ist somit die Gefahr
vermieden, die in der Anwendung großer Schutzgasmengen liegt. Auch eine Behinderung
des Bedienungspersonals tritt nicht eizi.
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In der Zeichnung sind zwei Ausführungsformen des Erfindungsgedankens,dargestellt,
die das Grundsätzliche der Erfindung erkennen lassen, wobei Form und Ausgestaltung
sowie Abmessungen ohne weiteres für andereAnwendungsfälle sinngemäß abzuwandelnsind.
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In Abb. i soll ein Vollkörper i, etwa' eine Rundstange, an seinem
vorderen Ende 2 zum Zwecke einer Warmformgebung auf Warmformgebungstemperatur erhitzt
werden. Hierzu ist eine InduktionsheizsPule 3 vorgesehen. An Stelle der gezeigten
dreiwindigen Spule könnte selbstverständlich auch eine andere Windungszahl angewendet
werden, oder es könnte eine Heizleiterschleife benutzt werden, die sich über der
Werkstückoberfläche schließt. Innerhalb der Heizspule befindet sich die Schutzhülse
4, die so aufgebracht ist, daß zwischen der Oberfläche des Werkstückes i und der
Innenwandung der Schutzhülse nur ein Luftspalt 5 geringer Abmessung verbleibt. Die
Schutzhülse kann aus einem hitzebeständigen metallischen Werkstoff, beispielsweise
einem austenitischen Stahl, hergestellt werden. Zweckmäßigerweise wäre diese metallische
Hülse in Längsrichtung zu schlitzen, um eine Erhitzung der Hülse durch den elektrischen
Strom zu verhindern. Die Hülse kann aber auch aus keramischem Werkstoff hergestellt
werden und dann als volle Hülse vorgesehen sein. Des weiteren kann die Schutzhülse
auch mit einer Kappe zur Abdeckung der Stirnseite des zu beheizenden Werkstückes
vorgesehen werden.
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Die Wirkung dieser Hülse besteht darin, daß die Luft, die sich in
dem Luftspalt 5 befindet, bei Einsetzen der Erwärmung des Körpers i zum großen Teil
aus dem Zwischenraum 5 ausgetrieben wird. Die verbleibende Luft ist so stark verdünnt,
daß eine nennenswerte Oxydation der Werkstückoberfläche nicht mehr eintreten kann.
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Bei Anwendung der keramischen Hülse 4 .kann auch so vorgegangen werden,
daß die Keramik mindestens an der Innenfläche porös ist, so daß aus den Poren ein
Schutzgas in den Luftspalt 5 austreten kann. Das Schutzgas kann in irgendeiner geeigneten
Weise während der Erhitzung oder vor der Erhitzung in den keramischen Körper eingedrückt
werden oder sich aus Stoffen entwickeln, die in die Keramik vor der Verwendung eingebracht
sind. Wo es der Raum erlaubt, kann die keramische Hülle auch hohl ausgebildet werden,
wobei alsdann in den Hohlraum ein Schutzgas eingedrückt wird, das durch die Poren
der durchlässigen Innenwandung auf die Werkstückoberfläche austritt. Die Außenwandung
eines solchen keramischen Hohlkörpers wäre in diesem Falle durch Glasur, Anstrich
od. dgl. gasundurchlässig zu machen.
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Wie ohne weiteres ersichtlich, kann ein Körper 4 sinngemäß auch flächig
ausgeführt werden, wenn es sich beispielsweise darum handelt, ebene Körper zu erhitzen.
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Nach Abb. 2 soll auf ein Rohr 6, das im senkrechten Schnitt dargestellt
ist, eine Kappe 7 aufgelötet oder aufgeschweißt werden und zu diesem Zweck wird
im Bereich der Kappe ein spulenförmiges Induktionsheizgerät 8 aufgesetzt, das die
Verbindungsstelle zwischen Rohrende und Kappe auf die erforderliche Temperatur bringt.
Hierbei
ist viclfach die Aufgabe gestellt, daß im Rohrinnern jede
Oxydation vermieden werden soll. Gemäß der Erfindung wird zu diesem Zweck ein keramischer
Körper 9 in das Rohr eingeführt, der einen etwas geringeren Außendurchmesser
aufweist, als dem Innendurchmesser des Rohres entspricht. Dieser keramische Hohlkörper
hat poröse Wandungen und ist mit einer Zuleitung io für das Schutzgas versehen.
Das in den Hohlkörper eingeführte Schutzgas tritt durch die porösen Wandungen aus
und durchspült den Zwischenraum ii zwischen Körper y und Rohrinnenwandung. In manchen
Fällen genügt es auch, lediglich einen keramischen Körper der erwähnten Gestalt
in das Rohr einzuführen, ohne daß gleichzeitig über die Keramik ein Schutzgas zugeführt
wird, weil der Luftsauerstoff von der @Verkstückoberfläche bereits durch den Körper
verdrängt wird und der verbleibende Rest sich bei eintretender Erwärmung so weit
verdünnt, daß eine Oxydation in weitem Maße unterdrückt wird.
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Die Schutzkörper, gleichgültig ob aus keramischem oder metallischem
Werkstoff, können naturgemäß die verschiedenartigsten Ausbildungen erfahren, damit
sie dem jeweiligen Anwendungszweck besonders günstig angepaßt sind. Beim kontinuierlichen
Erhitzen im Vorschub können die-Hüllen entweder so lang sein wie das gesamte Werkstück
und dieses ruhend umschließen oder abdecken, sie können aber auch kürzer sein und
sich mit dem Induktionsgerät zusammen bewegen und zu diesem Zweck entweder mit dem
Induktor selbst verbunden sein oder ihre Bewegung selbsttätig von einem anderen
Antrieb abgeleitet, durchführen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten und Ausgestaltungen
ergeben sich unter Anwendung des grundsätzlichen Erfindungsgedankens für den Fachmarin'
von selbst.