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Verfahren zum Erhitzen elektrisch leitender Körper Es ist an sich
bekannt, zum Erhitzen elektrisch leitender Körper sich des elektrischen Gleich-
oder Wechselstromes zu bedienen. Abgesehen von der Methode indirekter Erhitzung,
bei welcher in einem stromdurchflossenen Leiter Wärme erzeugt und durch Wärmestrahlung
oder -leiturig in einem. meist gasförmigen Medium die Wärme auf den zu erhitzenden
Körper übertragen wird und die auch bei nicht elektrisch leitenden Körpern anwendbar
ist, gibt es für stromleitende Körper noch die Möglichkeit der unmittelbaren Erhitzung,
bei der die Wärme im zu erhitzenden Körper selbst erzeugt wird. Im letzten Falle
wird dem Körper der Strom durch Kontakte zugeführt, wobei der Strom den Körper entweder
in der Längsrichtung durchströmt, wie beispielsweise beim Drahtglühen od. dgl.,
oder aber in Querrichtung zugeleitet wird, wie beispielsweise beim Punktschweißen.
Der Strom kann aber auch dem zu erhitzenden Körper auf induktivem Wege mit Hilfe
elektromagnetischer Wechselfelder zugeführt werden. Durch die genannten Mittel ist
es möglich, weit größere Energiemengen und mit weit größerer Geschwindigkeit auf
das Werkstück zu übertragen als bei der von den Naturkonstanten der Wärmestrahlung
und -leiturig abhängigen indirekten Methode, so daß das Erhitzen sich im allgemeinen
bedeutend rascher vollzieht. Das induktive Erhitzen ist aber an umfangreiche Energieerzeugungseinrichtungen
gebunden und daher nur dort anwendbar, wo solche Einrichtungen zur Verfügung stehen,
während das Erhitzen durch unmittelbaren
Stromdurchgang, abgesehen
vongewissen Kontaktschwierigkeiten, noch den Nachteil aufweist, daß das Erhitzen
an sich weitestgehend von den Werkstoffkonstanten, insbesondere der elektrischen
Leitfähigkeit des zu erhitzenden Körpers,-abhängt.
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Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, dessen Anwendung
nicht an das Vorhandensein besonderer und kostspieliger Energieerzeugungsanlagen
gebunden ist und das außerdem von den Werkstoffkonstanten, insbesondere' der Leitfähigkeit
der zu erhitzenden Körper, sowie von Kontaktschwierigkeiten weitestgehend unabhängig
ist. Mit Hilfe dieses Verfahrens sollen sich außerdem die verchiedensten Sonderaufgaben
auf dem Gebiete des Erhitzens elektrisch leitender Körper mit Gleich- oder Wechselstrom
lösen lassen. Bei dem Verfahren wird ein zwischen Werkstückoberfläche und Stromanschlußkörper
eingeschalteter Stoff verwendet, der unter eigener Erhitzung Wärme auf das Werkstück
überträgt. Zwar ist es bekannt, beispielsweise bei Schweißzangen Ansatzstücke vorzusehen,
die aus verhältnismäßig schlecht leitendem Werkstoff bestehen .und die infolgedessen
unter Einfluß des hindurchgeführten Stromes erhöhte Temperatur annehmen, die auf
das Werkstück übertragen wird. Hierdurch ist aber eine gleichmäßige Temperaturerhöhung
des Werkstückes weder beabsichtigt noch möglich. Für das Verfahren gemäß der Erfindung
kommt es dagegen darauf an, daß die eingeschaltete Zwischensubstanz das Werkstück
gleichmäßig erwärmt.
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Als, Z-,vischensubstanz wird gemäß -der Erfindung ein pulverförmiger
oder körniger, elektrisch leitender Stoff verwendet. Im allgemeinen wird zweckmäßig
Kohle, Koks öder Graphit zu verwenden sein. Es ist aber auch möglich, Metallpulver,
pulverförmige Metallverbindungen,- wie Karbide, Boride od. dgl., zu verwenden, und
es besteht auch die Möglichkeit der Anwendung von Metalloiden. Welche- Stoffe als--Zwischensubstanz
zu benutzen sind, wird im Einzelfalle auf Grund der zu 1ösetden Aufgabe zu entscheiden
sein. Die Substanz kann beispielsweise vollkommen aus einem -Stoff bestehen, der
nicht nur die Eigenschaft-hat,- sich zu erhitzen, sondern auch mit der Werkstückoberfläche
in irgendwelche Wechselbeziehungen zu treten, beispielsweise in den Werkstoff einzudiffundieren
oder durch Aufschmelzen mit oder ohne Legierungsbildung besondere Oberflächenschichten
entstehen zu lassen. Die Zwischensubstanz kann dann beispielsweise solche Stoffe
in geeigneter gleichmäßiger Verteilung enthalten. Es ist aber auch möglich, die
Substanzen schichtweise aufzutragen, so daß auf der Werkstückoberfläche sich zunächst
eine Schicht aus dem Stoff befindet, der mit der Oberfläche unter Einfluß..der erhöhten
Temperatur in Wechselbeziehung treten soll. Diese Stoffe können entweder- Metalle,
Metallverbindungen, Legierungen oder auch Metalloide und deren Verbindungen darstellen.
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Gelegentlich kann es zweckmäßig sein, di.epulverförmige Zwischensubstanz
mit einer Flüssigkeit, wie- beispielsweise - Wasser, Öl od.'dgl., zu einer
' Paste anzurühren, die auf die Werkstückoberfläche aufgestrichen werden kann. So
vorzugehen empfiehlt sich dann,- wenn befürchtet werden muß, daß beispielsweise
beim -fortschreitenden Erhitzen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung die Zwischensubstanz
von der Werkstückoberfläche hinunterrieseln könnte.
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Die Temperaturhöhe, die im Werkstück erreicht werden soll und die
im wesentlichen .durch Wärmeübertragung von der Zwischenschicht aus erfolgt, kann
nach dem Verfahren gemäß der Erfindung n@:ittirgemäß zunächst durch Veränderung
der elektrischen Klemmenspannung erzielt werden, andererseits hängt aber die Höhe
der zu erzielenden Temperatur hei'--gleichbleibender Klemmenspannung davon ab, in
welcher Schichtdicke und Körnung die Zwischensubstanz zur Anwendung gelangt, da
liiervoii sehr wesentlich der Widerstand der Zwischensubstanz abhängig ist. Der
Widerstandswert der Zwischensubstanz ist aber auch abhängig von dem mechanischen
Druck, unter welchem sie steht. Der mechanische Druck wird ausgeübt durch die Anschlußkörper,
die der Stromzuführung bzw. -ableitung dienen. Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren,
bei welchen metallische Werkstücke im unmittelbaren Stromdurchgang erhitzt werden,
können bei dem Verfahren gemäß der Erfindung Kontaktschwierigkeiten nicht auftreten,
denn übergangs-,viderstände, die selbstverständlich zwischen den Stroinzufiihrungskörpern
und der Zwischenschicht sowie zwischen der Zwischenschicht und der Werkstückoberfläche
bestehen, tragen lediglich additiv zur Erhöhung der Temperatur der Zwischenschicht
bei, die ihre Wärme durch Wärmeleitung auf das Werkstück überträgt. -Der elektrische
Widerstand des zu erhitzenden Körpers spielt bei dem Verfahren gemäß der Er-Findung
eine nur untergeordnete Rolle, da er praktisch nur der Stromableitung dient. Selbst
Werkstücke aus Metallen mit hohen- elektrischer Leitfähigkeit lassen sich .daher
in kürzester Frist zur Gänze -oder nur an der Oberfläche auf die ge- i wünschte
Erhitzüngstemperatur bringen. In jedem Falle ist es möglich, die gewünschte Temperaturverteilung
zu erzielen.
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In Ausübung des Verfahrens sind grundsätzlich drei verschiedene Wege
möglich. Es kann entweder das Werkstück während der Behandlung ruhen, wobei es dann
auf seiner ganzen Ausdehnung einer Temperaturerhöhung unterworfen wird; das Werkstück
kann sich aber auch gegenüber dem Stromanschlußkörper bewegen, und zwar schrittweise
oder kontinuierlich, so daß eine mehr oder weniger zonenweise oder fortschreitende
Erhitzung des Werkstückes eintritt. Im ersten und zweiten Falle wird auf die die
Oberfläche des Werkstückes bedeckende Zwischensubstanz ein Stromanschlußkörper in
Form eines Stempels aufgedrückt, der der Gestalt der Oberfläche des Werkstückes
angepaßt ist. Im dritten Falle wird zweckmäßig ein walzenförmiger Stromanschlußkörper
benutzt, der sich fortschreitend auf der die Oberfläche des Werkstückes bedeckenden
Zwischenschicht abwälzt.
Es wurde betont, daß die Temperaturhöhe
und die Temperaturverteilung weitestgehend abhängig sind von der Schichtdicke und
der Struktur einer gegebenen Zwischensubstanz sowie von dem mechanischen Druck,
unter dem die Schicht steht. Durch geeignete Abstimmung dieser Einflußgrößen aufeinander
und auf die Abmessungen des zu behandelnden Werkstückes sowie durch Wahl einer geeigneten
Substanz ist es möglich, ein Werkstück entweder zur Gänze zu erwärmen oder nur an
seiner Oberfläche zu erhitzen, wie auch durch die Abstimmung dieser Verhältnisse
die zu erzielende Temperaturhöhe genau gesteuert werden kann. Eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit
ist dadurch gegeben, daß man die Erwärmung nicht nur von einer Zwischenschicht,
sondern auch von einer zweiten Schicht ausgehen lassen kann, die auf der Gegenfläche
des Werkstückes vorgesehen wird und mit einem Stromanschlußkörper entsprechender
Ausbildung zusammenwirkt. Der zweite Stromanschlußkörper dient der Stromableitung.
Wenn nur mit einer Schicht gearbeitet wird, so ist die Stromableitung durch einen
Anschlußkörper in Form einer am Werkstück befestigten Klemmelektrode od. dgl. herbeizuführen.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich anwenden auf das Erhitzen
von Metallen, Metalllegierungex(, Stahl und Stahllegierungen, wobei (las Erwärmen
an sich zu den verschiedensten Zwecken erfolgen kann, wie Glühen, Entspannen, Härten,
Glühen unter Eindiffundierenlassen bestimmter Substanzen in die Werkstückoberfläche,
Bildung von Oberflächenschichten durch Aufschmelzen mit und ohne Legierungsbildung
u. dgl. Die für die Durchführung des Verfahrens benötigten Vorrichtungen sind denkbar
einfachster Art, insbesondere wesentlich einfacher als Hochfrequenzeinrichtungen.
Die Stromanschlußkörper, sei es in Form der Stempel oder in Form der Walzen, können
aus Kohle, Graphit oder auch geeigneten Metallen, wie Kupfer oder Eisen, hergestellt
sein, wobei lediglich je nach den gewünschten Behandlungstemperaturen unter Umständen
eine Innenkühlung vorzusehen ist. Insbesondere, wenn die Stromanschlußkörper aus
Kohle oder Graphit hergestellt sind, lassen sie sich in einfachster Weise der Form
des zu behandelnden Werkstückes anpassen, ohne (laß hierzu schwierige Formgebungsarbeiten
notwendig sind. Die Zwischensubstanz ist im allgemeinen wiederholt benutzbar, so
daß durch ihre Anwendung irgendwelche nennenswerten Verluste nicht eintreten.