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Einrichtung zurr Glühen von Metallteilen, insbesondere Stangenabschnitten
(Ronden) Es besteht vielfach die Aufgabe, Metallteile, z. B. Stangen, Stangenabschnitte
od. dgl., auf Glühtemperatur zu erhitzen, um diese Teile anschließend zu vergüten
oder einer Formänderung zu unterwerfen. Das Erhitzen des Gutes erfolgt zweckmäßig
auf induktivem Wege, indem das Gut durch eine längere Induktionsspule, meist waagerechter
Anordnung, hindurchbewegt wird. Die Wirkung, die bei einer derartigen Glühspule
erzeugt wird, ist nun bekanntlich so, daß bei stillstehendem Gut die höchste Temperatur
etwa in der Längenmitte der Spule erreicht wird, wogegen die Temperatur nach den
Enden der Spule hin stark abfällt. Dies ist einmal darauf zurückzuführen, daß die
Konzentration der Kraftlinien nach den Spulenenden zu stark abfällt und andererseits
darauf, daß sich das Glühgut an den Spulenenden unter der Einwirkung der Außenluft
abkühlt. Bei ein-er Bewegung des Gutes durch die Spule verschiebt sich naturgemäß
die Lage der Höchsttemperatur zu der Ausgangsseite der Spule hin. Aus den vorgenannten
Gründen läßt es sich daher nicht erreichen, daß das Gut die Spule mit der Höchsttemperatur
verläßt. Dies ist aber unbedingt erforderlich, wenn das Gut beispielsweise durch
Schmieden, Pressen, Biegen od. dgl. weiterverarbeitet werden soll.
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Wird die Induktionsspule mit Netzfrequenz (5o Hz) gespeist, so treten
die geschilderten Nachteile in verstärktem Maße auf, weil bei niedrigen Frequenzen
eine starke örtliche Leistungskonzentration
nicht in gleichem Maße
erreicht werden kann wie bei Anwendung höherer Frequenzen. Aus diesem Grunde wirken
sich auch bei Netzfrequenz die Wärmeabstrahlungs- und Wärmeleitungsverluste viel
stärker aus. Darüber hinaus ist bei Netzfrequenz auch die Streuung der Kraftlinien
an den Spulen-enden wesentlich größer als bei Verwendung höherer Frequenzen. Letzteres
ist vor allem darauf zurückzuführen, daß mit Netzfrequenz betriebene Spulen zur
Vermeidung unzulässig hoher Stromstärken in der Regel mehrlagig ausgeführt werden
müssen. Die auf die größere radiale Ausdehnung solcher mit Netzfrequenz betriebener
Spulen zurückzuführende erhöhte Streuwirkung tritt naturgemäß beim Glühen von unmagnetischem
Gut besonders stark auf, wobei es glieichgültig ist, ob es sich umn Gut handelt,
das von vornherein unmagnetisch ist, oder um ferromagnetisches Material, das bei
höherer Temperatur, d. h. beim Umwandlungspunkt seine ferromagnetischen Eigenschaften
verliert.
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Wegen all dieser Nachteile, die bei mit Netzfrequenz betriebenen Induktionsspulen
in Erscheinung treten, war man bisher in den meisten Fällen gezwungen, mit Mittel-
oder Hochfrequenz betriebene Spulen zu verwenden. Mit der Verwendung höherer Frequenzen
sind aber bekanntlich bedeutende wirtschaftliche Nachteile verbunden, da umständliche
und kostspielige Umformereinrichtungen, wie Frequenzumformer oder Hochfrequenzgeneratoren,
verwendet werden müssen. Der Erfindung liegt nun die .Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zum Glühen von Metallteilen zu schaffen, die die Anwendung von mit Netzfrequenz
betriebenen Induktionsspulen gestattet und bei der gleichzeitig erreicht wird, daß
das Glühgut die Induktionsspule mit der für die Weiterverarbeitung notwendigen höchsten
Temperatur verläßt.
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Nach der Erfindung, die eine Einrichtung zum induktiven Glühen von
Metallteilen, insbesondere Stangenabschnitten (Ronden) aus Stahl mittels Netzfrequenz
betrifft, wobei .das zu einer Säule aufgeschichtete Glühgut schrittweise oder stetig
durch eine Induktionsspule hindurchbewegt wird, wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß am Entnahmeende der Glühspule in diese ein Kern mit ferromagnetischen Eigenschaften
eingeführt wird.
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An Hand der Abb. i bis 4 wird die Erfindung im folgenden näher erläutert,
wobei in den Abb. i und 2 zum Vergleich und besseren Verständnis der durch die Erfindung
erzielten Wirkung Einrichtungen dargestellt sind, bei denen ein Eisenkern nicht
verwendet ist. Hierbei bezieht sich die Einrichtung mach Abb. i auf das Glühen von
unmagnetischem Gut, während Abb.2 das Glühen von magnetischem Gut betrifft. Die
Abb.3 und 4 zeigen demgegenüber Einrichtungen nach der Erfindung, und zwar Abb.3
für unmagnetisches und Abb. 4 für magnetisches Gut.
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In allen vier Abbildungen ist mit c das Glühgut, in diesem Fall Stangenabschnitte
(Ronden), bezeichnet, .das zu einer Säule aufgeschichtet ist und schrittweise oder
stetig durch die es umgebende Glühspule b hindurchbewegt werden soll. Mit 1a ist
das Manteleisen bezeichnet, das ähnlich wie bei einem Transformator ausgebildet
ist. Zur Führung des Glühgutes innerhalb der Spule b dient ein Führungszylinder
d aus nichtmagnetischem Material. In den Aber. 3 und ¢ ist gemäß der Erfindung ein
Kern aus ferromagnetischem Material verwendet, der am Entnahmeende der Spule ein
gewisses Stück in diese eingeführt ist. Zum besseren Verständnis der Einrichtung
ist in allen vier Abbildungen jeweils der Verlauf der magnetischen Kraftlinien eingezeichnet.
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Der Kraftlinienverlauf in der Abb. i ist, wie erwähnt, für den Fall
dargestellt, daß das Glühgut c aus unmagnetischem Material besteht. Es ergibt sich
hierbei der bekannte parabolische Verlauf der Kraftlinien im Innern der Spule b.
Dort wo das Glühgut über seinen ganzen Querschnitt in großer Konzentration von Kraftlinien
durchsetzt wird, nämlich in der Mitte der Glühgutsäule c, wird die,' höchste Temperatur
erreicht, wogegen die am unteren Entnahmeende der Spule befindlichen Gutteile infolge
der Streuung der Kraftlinien nur eine mäßige Temperatur annehmen. Es gelingt daher
bei einer derartigen Einrichtung nach Abb. i nicht, das Glühgut mit der für die
Weiterbearbeitung maximalen Glühtemperatur zu entnehmen, zumal zur Erzielung eines
wirtschaftlichen Betriebes beim Glühen von einer größeren Anzahl gleichartiger Gutstücke
das entsprechend der Darstellung zu einer Säule aufgeschichtete Glühgut kontinuierlich
durch die Induktionsspule hindurchbewegt werden soll. In Abb. 2 ist der Kraftlinienverlauf
bei einer entsprechenden Einrichtung für magnetisches Glühgut dargestellt, also
beispielsweise Eisen bei Anfangstemperaturen unterhalb des Umwandlungs-Punktes.
Der Kraftlinienverlauf nach Abb. 2 zeigt, daß oben, wo das Gut noch. verhältnismäßig
kalt ist und demgemäß eine hohe magnetische Leitfähigkeit besitzt, die Eindri@ngtiefe
der Kraftlinien nur verhältnismäßig gering ist. Mit steigender Temperatur dagegen,
d. h. also nach der Längenmitte der Glühgutsäule zu, sinkt die magnetische Leitfähigkeit
des Gutes zunächst nur wenig, dann aber immer stärker ab. Demzufolge nimmt auch
die Eindringtiefe, wie gezeichnet, erst langsam; dann immer mehr zu, umendlich beim
Erreichen des Umwandlungspunktes fast plötzlich so groß zu werden, daß praktisch
fast der ganze Querschnitt des Gutes gleichmäßig von Kraftlinien durchsetzt wird.
Weiter nach unten hin, d. h. gegen das Entnahmeende der Spule zu, werden die Kraftlinien
wieder nach außen zum Manteleisen hingezogen, so daß hier wieder weniger elektrische
Energie in Wärme umgesetzt wird, d. h. also, die Temperatur des Gutes wieder zurückgeht.
An der ausschlaggebenden Stelle der Einrichtung ist also der Verlauf der Kraftlinien
ebenso ungünstig wie bei unmagnetischem Glühgut.
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Führt man nun gemäß der Erfindung bei derartigen Glüheinrichtungen
am Entnahmeende einen magnetischen Kerne von unten in die Spule b ein, so erhält
man für unmagnetisches Gut den in
Abb. 3 und für magtictischcs Gut
den in Abb. 4 veranschaulichten Kraftlinienverlauf. In beiden Fällen bedeutet das,
daß eine kräftige Zusammenziehung der Kraftlinien zu dem Kerne erreicht wird, was
bewirkt, daß das in der Nähe des Kernes, also am Entnahmeende der Spule befindliche
Gut von einem kräftigen Feld durchsetzt und mithin am meisten erhitzt wird. Auf
diese Weise gelingt es also, gerade in den untersten Gutstücken die höchste Hitze
zu erzeugen, so daß also das Gut ohne irgendwelche Wärmeverluste mit seiner Höchsttemperatur
entnommen werden kann. Praktische Versuche haben gezeigt, daß sich hierbei Endtemperaturen
von i t oo" C und darüber erreichen lassen. Der Kern kann seine erfindungsgemäße
Wirkung nur dann behalten, wenn seine Temperatur während des Arbeitens dauernd unter
dem magnetischen Umwandlungspunkt gehalten wird. Da er einerseits durch die Induktionswirkung
der Spule, andererseits durch die Wärmeübertragung aus dem Glühgut beheizt wird,
muß er zum Schutz gegen diese Einwirkungen geschlitzt bzw. aus lamellierten Blechen
aufgebaut sein und zweckmäßig auch gekühlt werden. Hierzu erhält er z. B. eine Bohrung,
die von Kühlwasser durchströmt ist.
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Die durch die Erfindung gegebene Möglichkeit, daß gerade der letzte
Abschnitt des Glühgutes die Höchsttemperatur annimmt, schaltet gleichzeitig eine
erhebliche betriebstechnische Schwierigkeit aus. Wenn nämlich die Abschnitte in
der Mitte der Spulenlänge schon auf hohe Temperatur kommen, so schweißen sie infolge
des auf ihnen lastenden Druckes während der Zeit bis zum Erreichen des Spulenendes
so fest zusammen, daß der letzte Abschnitt nur durch Gewaltanwendung von der Säule
getrennt werden kann. Wenn dagegen nur das unterste Stück die Schweißhitze erreicht
und sie nur die kurze Zeit bis zum Ausschub aus der Einrichtung behält, so geht
das Abtrennen unschwer vor sich.
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Wie die Abbildungen zeigen, kann für die Einrichtung nach der Erfindung
zweckmäßig eine senkrechte Anordnung der Glühspule b gewählt werden, wobei also
das Glühgut, in diesem Fall flache, runde Scheiben, zu einer Säule aufgeschichtet
ist. In diesem Fall hat dann der Kerne außer seiner Hauptfunktion, nämlich am Entnahmeende
der Spule eine Kraftlinienkoneentration herbeizuführen, auch noch die Aufgabe, das
zu einer Säule artgeschichtete Glühgut zu tragen.
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Um zu verhindern, daß von dem heißen Glühgut nach dem magnetischen
Kerne eine Wärmeableitung stattfindet, wird zweckmäßig zwischen dem untersten Glühgutteil
und dem Kerne eine wärmeisolierende Schicht eingefügt, die beispielsweise auf der
oberen Stirnfläche des Kernes e aufgelegt oder befestigt ist.
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Wie eine Betrachtung der Einrichtung nach der Erfindung gemäß den
Abb. 3 und 4 zeigt, muß zur Entnahme des jeweils untersten Glühgutstückes, das sich
entsprechend der stärksten Kra.ftlinienkonzentration auf der höchst erzielbaren
Temperatur befindet, jeweils der Kerne entfernt werden. Andererseits muß dieser
Kern aber nach der Entnahme des untersten Gutstückes sofort wieder in die. Spule
eingeführt werden, damit das jeweils nächstfolgende Gutstück die gleichhohe Temperatur
annimmt.
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In Weiterbildung der Erfindung wird dies mittels einer mehrteiligen
Vorrichtung bewerkstelligt, mit deren Hilfe der Kerne mit der darauf ruhenden Glühgutsäule
c so weit abgesenkt wird, bis das zweitunterste Glühgutstück von einer zangenartigen
Vorrichtung festgehalten wird, so daß beim weiteren Absenken des Kernes das unterste
Gutstück auf dem Kern frei aufliegt, für die Weiterbearbeitung leicht entfernt werden
kann und die Einrichtung anschließend durch Anheben des Kernes wieder in ihre Betriebsstellung
übergeführt werden kann.
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Eine derartige Vorrichtung in Verbindung mit der Glüheinrichtung nach
der Erfindung ist in den Abb.5 und 6 dargestellt. Hierbei zeigt Abb.5 einen Vertikalschnitt
durch die ganze Einrichtung, während Abb.6 einen Schnitt in der Ebene der Rißlinie
A-B der Abb. 5 zeigt. Wie aus Abb. 6 ersichtlich ist, handelt es sich bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel um eine dreiphasige Anlage, bei der dementsprechend drei Glühspulen
mit drei Glühglutsäulen c vorhanden sind.
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In dien Abb. 5 und 6 bedeutet f das Gestell, in dem die gesamte Einrichtung
untergebracht ist. g ist eine Gleitrutsche, die für die Zuführung des Glühgutes
c dient. b ist eine vielteilige Glühspule in senkrechter Anordnung, in deren Innerm
sich ein Führungsrohr d befindet, welches einerseits das Glühgut c in der Spule
führt und andererseits auch die Spule b selbst hält. Unterhalb des untersten Glühgutstückes
befindet sich ein geschlitzter Kerne aus ferromagnetischem Material, der beim eigentlichen
Glühvorgang um einen gewissen Betrag in die Glühspule b eingeführt ist und zur Konzentration
der Kraftlinien am Entnahmeende der Spule dient.
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In Abb. 5 ist der Kerne in seiner Lage dargestellt, in der das unterste
Glühgutstück frei auf ihm aufliegt, während die darüber befindliche Glühgutsäule
mittels der hernach noch näher zu beschreibenden zangenartigen Vorrichtung festgehalten
ist. Mit h ist der Hubzylinder eines hydraulischen Hubwerkes bezeichnet, der zum
Anheben bzw. Absenken des Kernes e verwendet wird. i ist die erwärmte zangenähnliche
Vorrichtung, die, wie aus Abb. 6 ersichtlich ist, aus zwei miteinander gelenkig
verbundenen Hebeln* und nt besteht und dazu vorgesehen ist, die Glühgutsäule c mit
Ausnahme des untersten Glühgutstückes festzuhalten. Die beiden Zangenhebel k und
m sind in der Schließstellung an ihren Enden durch eine Federn zusammengezogen.
ZumLösen dieser Festhaltevorrichtung dient ein Keilstück , dessen schräge Flanken
sich gegen an den Zangenhebeln k und rn befestigte Rollen abstützen und das mit
Hilfe des drehbar aufgehängte» Hebels p im Sinne einer Schließung bzw. öffnung der
Festhaltevorrichtung i bewegt werden kann. Am unteren Ende des Hebels p ist ein
zweiter Hebel r so artgelenkt, daß er einen begrenzten Drehwinkel
um
den Hebel p beschreiben kann. An dem zuletzt genannten Hebel r ist eine Rolle g
befestigt, die beim Anheben bzw. Absenken des Kernes e 'auf einem am Hubzylinder
h befestigten, abgesetzten Führungslineals abläuft. Den Absatz dieses Führungslineals
bildet eine schräge Auflauffläche. Beim An- bzw. Ablaufen der Rolle q auf die bzw.
von dieser Schrägfläche des Führungslineals s wird der Hebel p um seinen Drehpunkt
ausgeschwenkt und damit das an seinem oberen Ende befestigte Keilstück o im Sinne
einer Schließung bzw. öffnung der zangenartigen Vorrichtung i betätigt. Der Hebel
r, der nach dem oben Gesagten einen begrenzten Drehwinkel beschreiben kann, hat
die Aufgabe, das Auflaufen der Rolle q veränderlich zu machen, und zwar derart,
daß der Hebel p beim Anheben des Kernes e zu seinem anderen Zeitpunkt bewegt wird
als beim Absenken des Kernes e.
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Im folgenden wird nun die Wirkungsweise der beschriebenen Einrichtung
näher erläutert: Entgegen der Darstellung der Abb. 5 sei zunächst angenommen, daß
sich die Einrichtung in ihrer Betriebsstellung für das Glühen befindet. In dieser
Stellung ist der Kerne durch Anheben vermittels des Hubwerkes um .ein gewisses Stück
in die Glühgutspule eingeführt, wobei die gesamte Glühgutsäule auf dem Kerne lastet.
Die Eintauchtiefe des Kernes e in die Spule bestimmt sich dabei durch .das für den
Glühprozeß günstigste Maß. In dieser Stellung des Kernes e nimmt die Rolle q eine
Lage auf dem erhabenen Teil des Führungslineals s ein, in welcher die z@@::genartige
Vorrichtung i durch das Keilstück entgegen der Kraft der Feder auseinandergespreizt
und damit geöffnet ist.
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Soll nunmehr das unterste auf Glühtemperatur befindliche Glühgutstück
aus der Einrichtung entnommen werden, so wird der Kerne mit der darauf lastenden
Glühgutsäule c mit Hilfe des Hubzylinders h abgesenkt. In dem Augenblick, in dem
die Rolle q beim Ablaufen auf dem erhabenen Teil des Führungslineals s dessen Schrägfläche
anläuft, wird der Hebel p in die gezeichnete Stellung übergeführt, bei der das Keilstück
c zurückgezogen und damit die Zange i durch die Kraft der Federn zusammengezogen
wird. Die Vorrichtung ist so abgestimmt, daß dabei das zweitunterste Glühgutstück
mit der darüber befindlichen Säule durch die Zange festgehalten wird. Beim weiteren
Absenken des Kernes liegt dann das unterste, .auf Glühtemperatur befindliche Glühgutstück,
wie gezeichnet, frei auf dem Kerne auf, so daß es zur Weiterbearbeitung aus der
Einrichtung entnommen werden kann. Das Absenken des Kernes erfolgt dabei bis zu
einer Stellung, bei der das frei aufliegende Glühgutstück in die Höhe des Ausstoßers
t gelangt, worauf dieser durch Anlassen des Hilfsmotors.u betätigt wird und das
Glühgutstück nach der Rutsche w ausstößt. Unmittelbar nachdem der Ausstoßer seine
Funktion erfüllt hat, wird er durch den Motor u, der nunmehr umgekehrt läuft, wieder
zurückgezogen.
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Währenddessen wird durch den Bedienungsmann oder auch durch eine automatische
Einrichtung für das am Ende der Spule entnommene heiße Gutstück ein neues kaltes
Gutstück aus der Rutsche g oben .auf die Glühgutsäule befördert. Ist der Rückgang
des Ausstoßers t beendet, so wird der Kerne mittels des hydraulischen Zylinders
h wieder angehoben. Die Wirkungsweise des Führungslineals s ist nunmehr umgekehrt.
Dadurch, daß die Rolle q an dem in gewissen Grenzen frei beweglichen Hebel r befestigt
ist, ergibt sich die Wirkung, daß der Hebel p in dem Augenblick, in dem die Rolle
die Schrägfläche des Führungslineals anläuft, noch nicht betätigt wird, sondern
erst dann, wenn beim weiteren Anheben der Hebel r bis zu seinem Anschlag verdreht
ist. Der durch diesen Anschlag begrenzte Drehwinkel des Hebels r ist dabei so zu
bemessen, daß der Hubzylinder h den Kerne, ohne daß der Hebel p betätigt wird, bis
zu einer Lage anhebt, wo der Kerne die in der Zange!
gehaltene Gutsäule beinahe
berührt. Beim weiteren Anheben des Kernes e läuft nunmehr die Roller den erhabenen
Teil des Führungslineals s an und bewegt dabei den Hebel p derart, daß das mit ihm
verbundene Keilstück o die Zange i entgegen der Kraft der Federn öffnet. Dies hat
zur Folge, daß sich nun die ganze Glühgutsäule wie zuvor wieder auf dem Kerne absetzt.
Das Anheben des Kernes wird nunmehr fortgesetzt, bis dieser wiederum seine Betriebsstellung
für das Glühen einnimmt, eine Stellung also, bei der der Kern um ein gewisses Maß
in die Spule hineinragt.
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Oberhalb der Glühgutsäule ist ein Anschlag x vorgesehen, der in seiner
Höhe so angeordnet ist, daß die Glühgutsäule in der Betriebsstellung des Kernes
e fest gegen diesen Anschlag x gepreßt wird. Das Zusammenpressen der Glühgutsäule
ist erforderlich, um das Glühgut während des Glühvorganges gegen die Erschütterungen,
die durch die Wechselinduktionen hervorgerufen werden, festzuhalten und Beschädigungen
der Spule bzw. des inneren Führungsrohres durch das Glühgut zu vermeiden. Zweckmäßigerweise
wird aus diesem Grunde ein Endschalter vorgesehen, der sicherstellt, daß die Spule
erst dann eingeschaltet werden kann, wenn dieser für den Betrieb sichere Zustand
erreicht ist.
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In der beschriebenen Weise wird so jeweils das unterste Gutstück,
das sich durch die Anwendung des Kernes e auf der höchst erzielbaren Temperatur
befindet, aus der Einrichtung .entnommen und die Glühgutsäule jeweils durch ein
oben eingeführtes kaltes Gutstück ergänzt. Auf diese Weise ergibt sich ein kontinuierlicher
Glühprozeß, wobei sichergestellt wird, daß das entnommene Glühgut ohne Wärmeverluste
der Weiterverarbeitung zugeführt werden kann.