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Verfahren zur Wärmebehandlung von Werkstücken aus magnetisierbaren
Werkstoffen und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens Es ist bekannt, das Warmhalten
oder das Glühen von Werkstücken aus magnetisierbaren Werkstoffen, wie Eisen oder
Stahl, dadurch zu bewerkstelligen, daß .die zu erwärmenden Werkstücke, wie z. B.
Hohlkörper, Rohre, Draht od. dgl., in ein elektrisch erzeugtes magnetisches Wechselstromfeld
gebracht werden, in welchem sie selbst das Magnetsystem bilden, wobei durch die
sie umgebenden, von Erregerwechselstrom durchflossenen Erregerwindungen ein magnetisches
Wechselstromfeld erzeugt wird, durch welches die Erwäjrmung dier Werkstücke hervorgerufen
wird.
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Die Erfindung betrifft eine Verbesserung des vorstehend beschriebenen
Verfahrens und bestehtdarin, daß durch ,Anordnung von in sich geschlossenen, den
zu erwärmenden Körper entweder gleichfalls umgebenden oder/und in ihm angeordneten
vorzugsweise als Innenbewehrung für die Erregerwindungen ausgebildeten Hohlkörpern
aus unmagnetisierbarem Werkstoff, wie insbesondere Hartstahl, die durch den Polwechsel
der Erregerwindungen hervorgerufene unmittelbare magnetische Erwärmung der zu erwärmenden
Werkstücke durch die in den unmagnetischen Hohlkörpern induktiv erzeugte Wärme durch
Strahlung mittelbar erhöht wird.
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Von wesentlicher Bedeutung ist das neue Verfahren zum Erwärmen bzw.
Glühen von Werkstücken größerenUmfanges und größerenGewichtes
in.
ofenartigen Vorrichtungen, welche entweder als Tieföfen oder als Horizontalöfen
ausgebildet sein können. Nach der Einbringung der Werkstücke in derartige Ofen,
deren Ofenwandung aus vom E.rregerwechselstrom durchflossenenErregerwindungen gebildet
werden, werden durch die den Ofenraum beliebiger Hohlform umgrenzendenInnenbewehrungen
aus unmagnetisierbarem Werkstoff in diesen Bewehrungen Induktions- und Wirbelströme
erzeugt, wodurch die Bewehrungen eine hohe Temperatur annehmen, welche durch Strahlung
die magnetische Erwärmung der Werkstücke erhöht, Das Verfahren gemäß der Erfindung
kann auch dazu verwendet werden, Werkstücke aus magnetisierbaren Werkstoffen in
erwärmtem Zustand mit erwärmten überzugsstoffen zu überziehen, wobei durch besondere
Ausbildung des Ofens der Überzugsstoff in diesen auch dann flüssig gehalten wird,
wenn sich keime Werkstücke in dem Ofen befinden. Dieses wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, daß innerhalb des von dem zu erwärmenden Werkstück eingeschlossenen Raumes
ein weiterer in sich geschlossener, aus magnetisierbarem Werkstoff bestehender Hohlzylinder
angeordnet wird, so daß der zwischen den Erregerwindungen bzw. deren Hohlzylimderbewehrung
und diesem Hohlzylinder befindliche Füll- bzw. Tauchraum für den Überzugsstoff auch
ohne in diesen Füllraum eingebrachten zu überziehenden Körper durch unmittelbare
magnetischeErwärmung dieses inneren Hohlzylinders auf entsprechender Temperatur
gehalten werden kann.
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Mittels dieses neuen Verfahrens lassen sich beispielsweise Rohre oder
Rohrformstücke großer Abmessungen in einwandfreier Weise mit Überzügen aus Teer,
Bitumen oder anderen durch Wärme flüssig werdenden Stoffe überziehen, was bisher
infolge der Schwierigkeit einer gleichmäßigen Anwärmung der zu überziehenden Werkstücke
auf Schwierigkeiten stieß.
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In der Zeichnung sind_zur Erläuterung der Erfindung und Veranschaulichung
weiterer Einzelheiten derselben drei Ausführungsbeispiele dargestellt, und zwar
zeigen die Abh. i, 3 und 5 Längsschnitte durch Tieföfen, während. die Abb. 2, 4
und 6 Horizontalschnitte durch diese Ofen darstellen.
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Bei allen Ausführungsbeispielen ist der als Tiefofen ausgebildete
Ofen- in einer unter Werkflur angeordneten ausbetonierten Grube untergebracht.
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Beim Beispiel gemäß den Abb. i und :2. ist in der Ofenwandung die
Erregerspule 2 angeordnet, um welche herum ein Luftraum i bestehen bleibt, der zum
-Schutze der Erregerspule 2 .gegen Eindringen von Feuchtigkeit mit einer entsprechenden
Isolation ausgefüllt ist. Der eigentliche Ofenraum 5 ist von einer zylindrischen
Bewehrung 4 mit Flanschen 7 und 8 umgrenzt, deren äußere Manteloberfläche und inneren
Flanschoberflächen mit einer hoch hitzebeständigen elektrischen Isolation 3 versehen
sind, über welche die Erregerspule 2 so angeordnet ist, daß eine Berührung mit der
aus unmagnetisierbarem Hartstahl hergestellten Bewehrung 4, 7 und 8 vermieden wird.
Je nach Einbringung, Größe, Menge, Förm und Art der zu behandelnden Werkstücke kann
der Ofenraum in seinem Innern durch eine feste oder auch auswechselbare Anordnung
eines hohlen oder massiven, aus unmagnetisierbarem Werkstoff bestehenden Kernkörpers
6 entsprechend begrenzt sein. Bei einer Anordnung eines massiven Körpers kann dieser
aus unmagnetisierb arem Werkstoff, z. @B. Beton; bestehen, während bei einem zylindrischen
Kernhohlkörper dieser vorzugsweise aus unmagnetisierbarem Metall, wie z. B. unmagnetisierbarem
Hartstahl, gebildet werden kann. Um umwirtschaftliche Wärmeverluste vermeiden zu
können, ist die für die Einbringung der Werkstücke vorgesehene Ofenöffnung im Betriebszustand
des Ofens durch einen Deckel i i geschlossen, der mittels auf dem Deckel vorgesehenen
Ösen io mit Offnung9 fortbewegt werden kann.
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Wird nun in dem für die Aufnahme der zu behandelnden Werkstücke vorgesehenen
eigentlichen Ofenraum 5 ein aus einem magnetisierbaren Werkstoff bestehendes Werkstück
eingebracht und die für die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes vorgesehene
Erregerspule :2 mittels eines Wechselstroms erregt, dann wird das in dem Ofenraum
5 eingebrachte Werkstück durch den durch die Frequenz bestimmten Polwechsel der
in dem Werkstück verlaufenden magnetischen Kraftlinien erwärmt. Dabei bilden sich
in der Bewehrung 4, 7 und. 8 und in dem Formkörper 6, falls dieser als zylindrischer
Hohlkörper ausgebildet ist, Induktions- und Wirbelströme, wodurch die Bewehrung
,4, 7 und 8 und der zylindrische Kernhohlkörper 6 gleichfalls erwärmt werden. Hierdurch
wird es erreicht, daß der für die Aufnahme der Werkstücke vorgesehene eigentliche
Ofenraum 5 mit Ausnahme der Oberfläche unter dem Deckel i i allseitig zusätzlich
durch Wärmestrahlung gleichmäßig aufgeheizt wird, wobei der in -dem zylindrischen
Hohlkörper 6 befindliche Hohlraum, um Wärmeverluste zu vermeiden, mit einem unmagnetisierbaren
und elektrisch nicht leitenden Werkstoff ausgefüllt sein kann.
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Die Abb. 3 und 4 veranschaulichen ein Beispiel, bei welchem die Werkstücke
nicht nur allein erwärmt werden,, sondern gleichzeitig mit ihrer Erwärmung auch
noch mit einem Überzug aus Teer, Bitumen oder anderen durch Wärme flüssig werdenden
Stoffen überzogen werden.
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Hierbei wird so verfahren, daß die Überzugsstoffe in kaltem Zustande
stückweise in den eigentlichen Ofenraum 5 eingebracht werden. Sobald nun die Erregerspulen
12 durch einen Wechselstrom erregt werden, wird der innerhalb des eigentlichen Ofenraumes
5 angeordnete zylindrische Hohlkörper 13
mit Flansch i4., der aus einem magnetisierbaren
Werkstoff, wie Stahl oder Eisen, hergestellt ist, durch fortwährende Ummagnetisierung
erwärmt, wobei in der im Ofenraum 5 vorgesehenen zylindrischen Bewehrung 4 mit Flansch
8 und auch in dem Körper 15, der als zylindrischer Kernhohlkörper ausgebildet den
Ofenraum 5 innen begrenzt, Induktions- und Wirbelströme erzeugt werden, durch
welche
beide Teile .I, 8 und 15 zugleich miterwärmt werden. Von den sich so erwärmenden
Teilen .I, 8 und 15 wird die Wärme auf den beispielsweise in kalten Zustand stückweise
eingebrachten überzugsstoff Übertragen, wodurch die kalten Überzugsstoffe zu einem
tauchfertigen Bad geschmolzen und in diesem Zustand gehalten werden. In dieses so
fertig gestellte Tauchbad werden die aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden
zu überziehenden Werkstücke 16 in kaltem Zustand eingebracht und so lange in dem
Bad gelassen, bis in dem Werkstück durch den Polwechsel der magnetischen Kraftlinien
des Wechselfeldes und durch die Wärmeabgabe von den Teilen 4, 8 und 13 sowie 15
die Temperatur erreicht ist, die erforderlich ist, einen einwandfreien überzug herstellen
zu können.
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Das Anwärmen des zylindrischen Hohlkörpers 13 mit Flansch 14 und des
Werkstückes 16, die beide aus magnetisierbarem Werkstoff bestehen, gestaltet sich
derart, daß, solange das Werkstück 16 nicht in das Bad eingebracht ist, die magnetischen
Kraftlinien des Wechselfeldes sich nur auf den zylindrischen Hohlkörper 13 mit Flansch
14 konzentrieren, während sich nach Einbringen des Werkstückes 16 in das Bad der
größte Teil der magnetischen Kraftlinien von dem zylindrischen Hohlkörper 13 mit
Flansch 14 auf das Werkstück 16 konzentriert wird. Dieser Vorgang erbringt den Vorteil,
daß sich hierdurch in dem Bad keine schädlich wirkende übertemperatur bilden kann.
Auch kann diese noch durch Parallel- oder @ Serienschaltung an den einzelnen Erregerspulen
12 reguliert werden.
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Die hoch hitzebeständige elektrische Isolation 3 unterbindet auch
bei dieser Ausführung eine direkte Berührung der Erregerspulen 12 mit der aus dem
Zylinder 4 und Flansch 8 bestehenden. unmagnetisierbaren Bewehrung, wobei die Erregerspulen
12 durch Anwendung einer entsprechenden Isolation in dem Raum i um die Erregerspule
12 herum gegen Eindringen von Feuchtigkeit geschützt sind.
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Sobald nun das zu behandelnde Werkstück 16 in dem Tauchbad die erforderliche
Temperatur zum Anhaften des überzugsstoffes erhalten hat, wird das Werkstück mittels
einer geeigneten Hebevorrichtung aus dem Bad herausgehoben und nach Abtropfen der
überschüssig anhaftenden überzugsmasse zum Erkalten und Trocknen abgestellt. Dieser
Vorgang wird im ausgeschalteten Zustand des Ofens durchgeführt, da anderenfalls
das Werkstück 16 von dem noch magnetisierten zylindrischen Hohlkörper 13 mit Flansch
14 magnetisch Angezogen und festgehalten würde. Um ein Absetzen der dem Bad zugegebenen
Füllstoffe zu vermeiden, sind in dem zylindrischen Hohlkörper 13 Öffnungen 17 angeordnet,
durch die das flüssige Bad beim Erwärmen sowie auch beim Ein- und Ausbringen der
Werkstücke in Bewegung gehalten wird. Vorteilhaft werden diese Öffnungen 17 von
nächster Nähe des Flansches 14 aus auf dem ganzen Umfang und der ganzen Länge des
Hohlkörpers 13 in reichlicher Anzahl angeordnet, um dadurch das Bad immer in einem
einwandfreien Zustand halten zu können. Um auch bei dieser Ausführungsform Wärmeverluste
zu vermeiden, ist die zum Einführen der Werkstücke vorgesehene Öffnung am Ofen durch
einen mit Osen io und Öffnung 9 versehenen Deckel i i verschlossen, wodurch auch
zugleich das Tauchbad in dem Ofen gegen Eindringen von Fremdkörpern geschützt wird.
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Da Wärme- und Glühöfen gemäß der Erfindung mit höchster Höhe gebaut
und betrieben werden können, wobei es gleich ist, ob der eigentliche Ofenraum für
die Aufnahme der zu behandelnden Werkstücke runde, quadratische oder rechteckige
Querschnittsform erhält und ob die Werkstücke als einzelne große oder als kleinere,
in größter Anzahl in Körben oder sonstige Behälter zusammengelegt in die Ofen eingebracht
werden, wird die Durchbildung der Ofen im Innern so getroffen, daß selbst bei Einbringung
mehrerer Einzelkörper jeder Einzelkörper von der Einwirkung der Ummagnetisierung
so getroffen wird, daß sämtliche Stellen des Werkstoffes an den Körpern eine gleichmäßige
und gleich hohe Temperatur erhalten.
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Hierdurch eignen sich derartige Ofen, wie in den Abb. 5 und 6 dargestellt,
auch vorteilhaft zum Anwärmen und Glühen von Massenartikeln, wie beispielsweise
Geschoßkörpern od. dgl., die in. diesen Ofen bis zu ihrer Unmagn.etisierbarkeit
(etwa 700° C) angewärmt bzw. geglüht werden können.
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Hierbei wird so verfahren, daß die zu behandelnden Körper 18 in nächster
Nähe der aus einem unmagnetisierbaren Werkstoff bestehenden und von einer elektrischen
Isolation 3 und Erregerspulen 12 und ig umgebenden Bewehrung 4 mit Flanschen 7 und
8 übereinander aufgeschichtet eingebracht werden, um dadurch 7u erreichen, daß jeder
Körper 18 einer gleich starken Wirkung des Wechselfeldes der magnetischen Kraftlinien
ausgesetzt wird, wobei die in dem fest oder auch auswechselbar angeordneten und
aus einem unmagnetisierbaren Werkstoff hergestellten Zylinder 2o durch Induktions-
und Wirbelströme sich bildende Wärme ebenfalls auf die in den eigentlichen Ofenraum
5 eingebrachten Körper 18 einwirkt, wodurch der Anwärme- bzw. Glühprozeß noch beschleunigt
wird: Um auch hierbei die Erregerspulen 12 und i9 gegen Eindringen von Feuchtigkeit
schützen zu können, wird der um die Erregerspulen herum vorgesehene Raum i mit einer
diesem Zweck entsprechenden Isolation ausgefüllt. Durch - Anordnung eines Deckels
i1 mit Ösen io und Öffnung 9 wird auch hierbei ein Wärmeverlust unterbunden.
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Gegenüber den bekannten Anwärme- und Glühverfahren, die mittels Gas,
Holz, Kohle und ähnlichen Heizmitteln durchgeführt werden, bietet das vorliegende
kombinierte Anwärme- oder Glühverfahren folgende wesentliche Vorteile: Alle Stellen
des Werkstoffes der Werkstücke werden mit gleichmäßiger Temperatur zugleich erfaßt,
wodurch die beim Anwärmen und Glühen sich einstellenden physikalischen Eigenschaften
an allen Stellen der Werkstücke gleich werden.
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Ein Zerspringen von hohlwandigen Werkstücken durch einseitiges Erwärmen
kann nicht eintreten, da sämtliche Werkstücke bei einer magnetischen
Wirme-
oder Glühbehandlung in allen Stellen ihrer Querschnitte gleichmäßig erwärmt werden.
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-Die den Werkstücken zuzuführende Wärme wird nicht allein wie bei
den bisher bekannten Verfahren von einem aufgeheizten Ofenraum her durch Strahlung
und Konvektion auf die Oberflächen der Werkstücke übertragen, sondern ein wesentlicher
Teil der Wärme wird unmittelbar im Querschnitt der zu behandelnden Werkstücke durch
die Ummagnetisierung bewirkt, wobei diese Wärme dann von den Oberflächen der Werkstücke
aus nach dem Ofenraum hin abstrahlt.