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Verfahren zum Glühen oder Erwärmen bzw. Warmhalten von Werkstücken
aus magnetisierbaren Werkstoffen in magnetischen Frequenzstromfeldern und hierzu
dienende Vorrichtung Bekannterweise können ferromagnetische Werkstücke aus Eisen
oder Stahl oder auch solche aus anderen Werkstoffen in magnetischen Wechselstromfeldern
bis zur Glühtemperatur erwärmt werden. Hierbei verfährt man derart, daß die zu erwärmenden
ferromagnetischen Werkstücke entweder an den Magnetpolen eines von Wechselstrom
normaler oder auch hoher Frequenz erregten Magnetsystems von den magnetischen Kraftlinien
des Wechselstromfeldes mittelbar beeinflußt werden, oder derart, daß die zu erwärmenden
ferromagnetischen Gegenstände von von Wechselstrom durchflossenen Erregerwicklungen
umgeben und erregt werden, wobei die Werkstücke selbst das Magnetsystem darstellen
und von den magnetischen Kraftlinien des sich bildenden Wechselstromfeldes unmittelbar
beeinflußt werden.
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Bei Durchführung beider Verfahren zeigt sich der gleiche Nachteil,
nämlich der, daß bei Einbringung der ferromagnetischen Werkstücke in die
Wechselstromfelder
der die Wicklungen durchfließende Erregerstrom um einen beträchtlichen Betrag abfällt.
Dieser Erregerstromabfali ist einerseits auf den hohen induktiven Widerstand der
Erregerwindungen und andererseits auf den der in der Vorrichtung befindlichen ferromagnetischen
Werkstücke zurückzuführen, welch letzterer um so größer ist, je größer die Querschnitte
der eingebrachten und zu behandelnden Werkstücke sind. Dieses hat zur Folge, daß
die Kraftliniendichte der magnetischen Wechselstromfelder erheblich geschwächt wird
und daß sich das Anwärmen von Werkstücken in derartigen Feldern gegebenenfalls äußerst
unwirtschaftlich gestaltet.
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Gemäß der Erfindung wird nun dieser Nachteil beim Anwärmen und Glühen
von ferromagnetischen Werkstücken dadurch behoben, daß die für die Erzeugung der
magnetischen Wechsel- oder Drehstromfelder vorgesehenen primären Erregerwicklungen
durch Anordnung von Windungen an ihrem inneren oder äußeren Umfang eine sekundäre
Wicklung erhalten, welche unmittelbar oder durch Zwischenschalten von Stromverbrauchern
kurzgeschlossen werden, wodurch die Erregerwicklung transformatorisch belastet und
der in den Erregerwicklungen fließende Erregerstrom erhöht wird.
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Als sekundäre Windungen können entweder am inneren oder äußeren Umfang
der Erregerwicklungen beispielsweise auswechselbare Zylinder aus elektrisch leitendem,
nicht magnetisierbarem Werkstoff angeordnet sein, welche in sich elektrisch kurzgeschlossen
sind und deren Länge der Länge der Erregerwicklungen entspricht, oder es können
über der ganzen Länge der Erregerwicklungen eine beliebige Anzahl in sich elektrisch
kurzgeschlossener Einzelringe von entsprechendem Querschnitt aus elektrisch leitendem
Werkstoff axial nebeneinander angeordnet sein, deren metallische Berührung miteinander
durch Anordnung von elektrischen Isolationen unterbunden wird.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß an Stelle
dieser kurzgeschlossenen Einzelringe jeweils zwei oder mehrere nebeneinander und
elektrisch voneinander isoliert verlaufende Windungen vorgesehen sind, deren aus
der Vorrichtung herausgeführte Enden durch Zwischenschalten eines Stromverbrauchers
beliebiger Art kurzgeschlossen werden.
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Während sich in den beiden zuerst angeführten Fällen die sekundärseitig
sich entwickelnde Energie in Wärme umsetzt, die durch Kühlmittel von den Zylindern
bzw. - Einzelringen abgeführt werden kann, wird im letzten Falle die sich bildende
Energie in den sekundären Wicklungen durch das I Zwischenschalten von Stromverbrauchern
wirtschaftlich ausgenutzt.
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Um es nun zu ermöglichen, daß in ein und derselben Vorrichtung ferromagnetische
Werkstücke von verschiedenen Querschnitten mit gleicher Kraftliniendichte pro Quadratzentimeter
Querschnittsgröße behandelt und beispielsweise in gleichen Zeiten auf die gleiche
Temperatur gebracht werden können, erstreckt sich die Erfindung weiterhin noch darauf,
durch regelbare Änderung des Querschnittes bzw. der Windungszahl der Sekundärwicklung
die in den primären Erregerwicklungen dadurch hervorgerufene transformatorische
Belastung und damit den Grad der Verstärkung der Stomaüfnahme planmäßig zu ändern
und regelbar zu beeinflussen. So können bei einer besonders günstigen Ausführungsform
der Erfindung beispielsweise sekundärseitige Einzelringe aus blankem, elektrisch
leitendem Flachband, z. B. Kupfer, angeordnet sein, deren Gesamtquerschnitte durch
Zu- oder Abwickeln von Windungen des Flachbandes planmäßig größer oder kleiner gehalten
werden können. Hierbei wird derart verfahren, daß der gesamte Querschnitt der sekundärseitig
angeordneten Einzelringe jedesmal so eingestellt wird, daß der die Erregerwindungen
durchfließende Erregerstrom in seiner Stärke den Querschnitten der zu behandelnden
Eisen- oder Stahlgegenstände entspricht und die Stärke des magnetischen Wechselstro:mfeldes
dadurch so ge-' regelt wird, daß die Dichte der magnetischen Kraftlinien im Wechselstromfeld
in jedem Querschnitt der zu behandelnden Gegenstände pro Quadratzentimeter jedesmal
mit gleicher Größe wirken kann.
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In der Zeichnung ist in Abb. i im Längsschnitt und in Abb..2 im Querschnitt
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
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Die zu behandelnden Gegenstände beispielsweise aus magnetisierbarem
Stahl oder Eisen werden in das Innere des aus unmagnetisierbarem Werkstoff hergestellten
Zylinders 2 gebracht, der so durchgebildet ist, daß er entweder in sich elektrisch
leitend kurzgeschlossen ist und als Zylinder eine sekundäre Windung darstellt, die
beim Einführen von Eisen oder Stahl in den .Zylinder 2 auf die Erregerwicklung i
transformatorisch wirkt, oder aber daß er in Richtung seiner Längsachse elektrisch
leitend unterbrochen ist und mithin keine transformatorische Wirkung ausübt. Außen
um die Erregerwicklung i ist ein weiterer Zylinder 3 ebenfalls aus unmagnetisierbarem
Werkstoff angeordnet und mit einem Zahnkranz 6 derart versehen, daß er durch das
Antriebsritzel7 rund um die Erregerwicklung i drehend fortbewegt werden kann. Je
nach Art seiner Wirkung kann dieser Zylinder 3 auch elektrisch leitend in sich kurzgeschlossen
ausgebildet sein und beim Einbringen von Eisen oder Stahl in den Innenzylinder 2
als sekundäre Wicklung transformatorisch auf die Erregerwicklung i wirken, oder
er kann in Richtung seiner ganzen Längsachse elektrisch leitend unterbrochen sein
und übt dann keine transformatorische Wirkung aus.
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Bei Ausbildung der Zylinder 2 und 3 als sekundäre Wicklungen kann
die durch ihre transformatorische Wirkung auftretende Erwärmung durch Kühlmittel
abgeleitet werden. Ebenso wird die an der Erregerwicklung i auftretende Erwärmung
in an sich bekannter Weise durch Kühlmittel abgeführt.
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Der Innenzylinder 2 mit der darüber angeordneten Erregerwicklung i
ist durch die Zentriervorrichtungen 4 und 5 genau zentrisch lagernd mit dem
zugleich
als Ständer dienenden Gehäuse 12 fest verbunden, während der Zylinder 3 in dem Gehäuse
12 drehbar gelagert ist. Der im Innern des Gehäuses 12 zwischen diesem und dem Zylinder
3 gebildete Hohlraum ist durch Dichtungen 17 nach außen hin abgedichtet und dient
zur Aufnahme von Kühlmitteln, wie Luft oder Wasser, die in Richtung der eingezeichneten
Pfeile ein- und ausströmen und die zum Kühlen des Zylinders 3 und der auf diesen
aufzuwickelnden Metallbänder i9 dienen.
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Mit dem Gehäuse 12 sind Lagervorrichtungen 9 und io starr verbunden,
in welchen eine Welle i i gelagert ist, auf welcher Trommeln 13 und 14 mit Abstandsscheiben
18 mittels eines Keiles 15 fest angeordnet sind. Auf den Trommeln 13 und 14, deren
Durchmesser etwa dem des Zylinders 3 entspricht (auf der Zeichnung sind der Deutlichkeit
halber die Trommeln kleiner dargestellt), sind Metallbänder i9 aufgewickelt, deren
eines Ende mit den Trommeln 13 und 14 und deren anderes Ende mit dem Zylinder 3
fest verbunden sind. Vor der Lagervorrichtung 9 ist auf dem Ende der Welle i i mittels
eines Keiles und einer auf dem Gewindezapfen 23 sitzenden Mutter 24 ein Zahnrad
8 fest angeordnet. Zwischen dem Zahnkranz 6 des Zylinders 3 und dem Zahnrad 8 ist
auf einem in der Lagervorrichtung 9 eingesetzten Lagerzapfen 25 ein Ritzel 7 mit
einem damit verbundenen Handrad 16 drehbar angeordnet, welches den Zweck hat, den
mit dem Ritzel 7 zahnenden Zahnkranz 6 und Zahnrad 8 in Drehung zu versetzen, wodurch
die Metallbänder i9 von den Trommeln 13 und 14 ab-und auf den Zylinder 3 aufgewickelt
werden oder umgekehrt.
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Bei einer Rechtsdrehung des Handrades 16 wird sowohl der Zylinder
3 durch den darauf sitzenden Zahnkranz 6 als auch mittels des Zahnrades 8 und der
Welle- i i die Trommeln 13 und 14 mit den darauf aufgewickelten Metallbändern i9
in Bewegung gesetzt, wobei die Metallbänder i9 sich von den Trommeln 13 und 14 abwickeln
und auf den Zylinder 3 aufwickeln. Die hierbei sich bildende Querschnittsvergrößerung
wird so lange durchgeführt, bis der in der Erregerwicklung i fließende Erregerstrom
durch die so sich bildende sekundäre Belastung für die Erregerwicklung i die erwünschte
Höhe erreicht hat, was durch ein in der Vorrichtung angeordnetes Amperemeter angezeigt
werden kann. Durch Aufwickeln von mehr oder weniger Windungen der Metallbänder auf
den Zylinder 3 wird es erreicht, daß der in der Erregerwicklung fließende Erregerstrom
bei den zu behandelnden Eisen- oder Stahlgegenständen verschiedener Querschnittsgrößen
jedesmal konstant gehalten werden kann, so daß das magnetische Wechselstromfeld
in jedem Quadratzentimeter Querschrlittsgröße mit gleicher Stärke wirken kann.
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Sehr wesentlich ist es, daß dadurch bei allen Querschnittsgrößen der
zu behandelnden Gegenstände das Verfahren in ein und derselben Zeit durchgeführt
werden kann, während bei den bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen für jeden
Querschnitt der zu behandelnden Gegenstände jeweils verschiedene Behandlungszeiten
erforderlich waren. Während ferner das magnetische Wechselstromfeld bei den bisher
bekannten Verfahren durch die verschiedenen Querschnitte der zu behandelnden Gegenstände
sehr stark beeinflußt wurde und bei kleineren Querschnitten stärker war als bei
größeren Querschnitten, kann beim Erfindungsgegenstand für alle Querschnitte stets
ein gleich starkes magnetisches Wechselstromfeld erzeugt und aufrechterhalten werden.
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Da die Windungen des zur Verwendung kommenden Metallbandes i9 beim
Aufwickeln sich metallisch gut berühren müssen, können vorzugsweise diese Bänder
beim Ab- und Aufwickeln mittels der Druckvorrichtung aus den Teilen 20, 21 und 22
stramm geführt werden, wobei die Bänder i9 über Rollen 22, die in Gabeln 2o gelagert
sind, geführt und durch Federn 21 unter Spannung gehalten werden. Schädliche Erwärmungen
des Zylinders 3 sowie der Bänder i9 werden durch Zuführung von Kühlmitteln, die
in Pfeilrichtung von oben ein- und seitlich abfließen können, abgeleitet, wobei
der hohle Raum im Innern des Gehäuses 12, in welchem der Zylinder 3, auf dem die
Metallbänder i9 sich aufwickeln, von Kühlmitteln durchspült wird.
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An Stelle der in den Abbildungen dargestellten Straffhaltung einer
aus den Teilen 20, 21 und 22 bestehenden federnden Druckvorrichtung können beispielsweise
die Bänder auch dadurch straff gehalten werden, daß die Welle i i von spiralförmigen
Rückholfedern umgeben ist, deren eines Ende mit der Welle i i und deren andere Enden
etwa mit dem Gehäuse 12 der Vorrichtung fest verbunden sind. Bei dieser Anordnung
kann das Zahnrad 8 fortfallen, da die- Welle i i mit den aufgewickelten Metallbändern
beim Drehen des Zylinders 3 durch das Antriebsritzel 7 in dem Sinne, daß die Metallhänder
auf den Zylinder 3 aufgewickelt werden, durch den Zug der Metallbänder mit in Drehung
versetzt wird, wobei sich die die Welle i i umgebenden Rückholfedern auf dieser
aufwickeln, während im anderen. Drehsinne durch die Entspannung der Rückholfedern
die Metallbänder auf den Trommeln 13 und 14 aufgewickelt werden. Hierbei können
die, Durchmesser der Trommeln 13 und 14 von dem Durchmesser des Zylinders 3 verschieden
sein, da die Straffung der Bänder in diesem Falle stets durch die Zugkraft der Rückholfedern
bewirkt wird.
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Um den Zylinder 3 in jeder Stellung festlegen und sein ungewolltes
Zurückdrehen durch die Rückholfedern verhindern zu können, sind in diesem Falle
besondere Sperrvorrichtungen beispielsweise an dem Ritzel 7 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Erhöhung des Erregerstromes kann im übrigen nicht
nur bei solchen Verfahren durchgeführt werden, bei denen das zu behandelnde Werkstück
selbst das Magnetsystem darstellt, sondern sie kann auch dort angewandt werden,
wo ein von Wechselstrom erregtes Magnetsystem verwandt wird, an dessen Magnetpolflächen
die zu behandelnden Gegenstände den magnetischen
Kraftlinien ausgesetzt
werden. Hierbei werden natürlich die Erregerwicklungen in dem Magnetsystem mit den
sekundären Einrichtungen versehen.