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Salzbadofen, insbesondere zur Wärmebehandlung von Metallteilen Die
Erfindung bezieht sich auf einen Salzbadofen zur Durchführung von Wärmebehandlungen
insbesondere von 'Metallen zum Zwecke des Härtens, Zementierens, Zyanisierens, Kühlens
usw.
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Da die in solchen öfen verwendeten Salzbäder elektrisch leitend sind,
hat man diese Eigenschaft "chon von jeher dazu ausgenutzt, um die Bäder durch den
in ihnen auftretenden Joule-Effekt elektrisch zu erhitzen. Hierbei trat jedoch die
Schwierigkeit auf, daß in der Mehrzahl der Fälle die zu behandelnden Werkstücke,
sobald sie in das Bad eingeführt worden waren und so in den Weg der Stromlinien
gelangten, die Verteilung dieser Stronilinien beeinflußten. So trat bei dem Erhitzen
von metallischen Werkstücken, welche ja eine viel höhere Leitfähigkeit besitzen
als das sie umgebende Medium, eine Konzentration der Stromlinien auf diese Werkstücke
mit der Folge eines höheren Energieverbrauchs in der Nachbarschaft der Teile dieser
Werkstücke, die den Elektroden gegenüberlag, ein. Andererseits zeigte sich bei der
Behandlung von Werkstücken aus Stoffen, wie Z. B. Glas, nämlich solchen von
geringerer Leitfähigkeit als der des sie umgebenden Mediums, das umgekehrte Ergebnis,
d.
h. ein geringerer Energieverbrauch in der Nachbarschaft der Teile dieser Werkstücke,
die den Elektroden gegenüberlagen, gegenüber den anderen Teilen. Hieraus ergab sich,
daß die Erhitzung der Werkstücke ungleichmäßig erfolgte.
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Es ist bereits versucht worden, diesen Nachteil zu vermeiden, indem
die Elektroden so angeordnet wurden, daß das zu behandelnde Werkstück sich in einem
anderen Teil des Ofens als dem, in welchem Elektroden liegen, d. h. außerhalb
des Teiles des Bades, durch welchen die Stromlinien hindurchgehen, befindet. Der
Strom fließt hierbei zwischen den Elektroden, indem er den zwischen diesen befindlichen
Teil des Bades erhitzt, wobei dann die Erhitzung des übrigenBadinhalts, innerhalb,dessen
sich das zu behandelnde Werkstück befindet, durch die Konvektionsströmung erfolgt,
die in der unmittelbar durch den Stromdurchtritt erhitzten Zone entsteht und die
ständig die Gesamtheit des Bades durcheinanderrührt.
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Die praktische Anwendung dieses Ofentyps hat jedoch zu unvollkommenen
Ergebnissen geführt, da es sich zeigte, daß die Temperatur des Bades in der Nachbarschaft
des Werkstückes nicht an allen Punkten die gleiche ist.
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Die Erfindung geht von Salzbadöfen dieser grundsätzlichen Bauart aus
und betrifft Verbesserungen derselben, durch welche es möglich wird, eine in hohem
Maße gleichmäßige Erhitzung der zu behandelnden Werkstücke zu erzielen.
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Gemäß der Erfindung werden bei solchen Ofen einerseits die Elektroden
und andererseits der das Werkstück aufnehmende Teil des Bades so angeordnet, daß
die offen einander gegenübergestellten Elektroden und das Werkstück sich nebeneinander
in waagerechter Richtung und parallel zueinander erstrecken, derart, daß die in
dem Bad durch die Elektroden erzeugte heiße Zone auf ihrer ganzen Länge durch Konvektion
unmittelbar auf das Werkstück einwirkt. Auf diese Weise wird erzielt, daß die Ausgangspunkte
der Konvektionsströmung, die zwischen der elektrisch geheizten und der von ihr aus
zu beheizenden Zone auftreten, in einer horizontalen Linie der elektrisch geheizten
Zone liegen und diese Konvektionsströmung zu Punkten hinströmt, die ebenfalls auf
einer Horizontalen, parallel zu der ersteren liegen. Diese Ströme fließen praktisch
in voneinander verschiedenen, senkrecht zu der gemeinsamen Richtung der Elektroden
und der zu beheizenden Zone liegenden Ebenen, und die verschiedenen Ströme verlaufen
praktisch in ähnlichen Bahnen. Infolge dieser Umstände wird praktisch jeder Punkt
längs der zu I beheizenden Zone durch einen besonderen Strom beheizt, welcher von
einem besonderen Punkt der heißen Zone ausgeht. Praktisch sind die Isothermen innerhalb
des wirksamen Teiles des Bades gerade Linien, welche parallel zu der gemeinsamen
Richtung der Erzeugenden der elektrisch geheizten Zone und der zu beheizenden Zone
verlaufen. Auf diese Weise wird sehr leicht eine gleichmäßige Temperatur längs der
zu beheizenden Zone erzielt. Um diese Ergebnisse zu erhalten, genügt es I grundsätzlich,
die Temperatur längs der heißen Zone gleichmäßig zu halten.
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Wenn es andererseits erwünscht ist, einen Teil der zu beheizenden'Zone,
beispielsweise die Enden dieser Horizontalzone, stärker zu beheizen, so ermöglicht
die Erfindung es, dieses Ergebnis ohne Schwierigkeiten zu erzielen, da es hierfür
ausreicht, im g' leichen Sinne auf die entsprechenden Teile der elektrisch geheizten
Zone, d.h. in dem betrachteten Falle auf deren Enden, einzuwirken.
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Bei einigen der nachstehend beschriebenen bei-.spielsweisen Ausführungsformen
der Erfindung ist diese Art der Temperaturregelung längs der elektrisch geheizten
Zone und infolgedessen längs der zu beheizenden Zone angedeutet worden.
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. Um diese elektrisch geheizte Zone, die Quelle der Konvektionsströmung,
zu erzeugen, können I nach der Erfindung verschiedene Arten der Anordnung der Elektroden
vor-esehen sein. Bei der einen dieser Anordnungsmöglichkeiten werden die 1--,lektroden
durch stabförmige, horizontal in Art eines Käfigs angeordnete Elemente gebildet.
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Nach 2 einer -besonderen Ausführun-sforin ZD der Erfindung wird der
Umlauf der Konvektionsströmung zwischen der elektrisch geheizten und der zu beheizenden
Zone dadurch erleichtert, daß in der Dalin der Konvektionsströmung und insbesondere
in dem Teil, in welchem diese, ausgehend von der elektrisch geheizten Zone, aufsteigend
verlaufen, Hindernisse angeordnet werden, die diese Ströme ablenken, uni sie auf
die zu erhitzende Zone hin zu richten. Vorteilhafterweise können diese Hindernisse
durch die Wandungen des Ofens oder auch durch die Elektroden selbst gebildet werden.
Um die Lokalisierung der Konvektionsströmung in vertikalen Ebenen senkrecht zu der
gemeinsamen Richtung der elektrisch geheizten I b und der zu erhitzenden Zone zu
erleichtern, werden nach der Erfindung Schirme, vorzugsweise aus nicht leitfähigem
Material, in vertikalen Ebenen ,zenkrecht zu dieser Richtun-, und zwar insbesondere
in dem Teil des Bades vorgesehen, der nicht von dem zu erhitzenden Gegenstand eingenommen
wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
verschiedener beispielsweiser Ausführungsformen des neuen Salzhadofens an Hand'
der Abbildungen hervor., von denen Fig. i eine schematische, perspektivische Allsieht
eines Salzbadofens nach der Erfindung zeigt; Fig. :2 ist ein Ouerschnitt durch eine
Ausiiihrungsforin dieses Ofens, Fig. 3 ein ebensolcher Schnitt durch eine
andere Ausführungsforiii -, Fig. 4 veranschaulicht in perspektivischer Ansicht eine
andere Ausführungsforni und Fig. 5 einen Querschnitt des Ofens nach Fig.
4; Fi- ". 6 und 7 zeigen b in perspektivischer Darstellung weitere
Möglichkeiten für die Anordnung z3
der Elektroden; Fig. 8, 9 und io
veranscliaulichen schematisch in Aufsicht verschiedene Anordnungen von Elektroden,
bei
welchen der Stromdurchschnitt längs der warmen Zone in unterschiedlicher Weise geregelt
wird; Fig. ii und 12 stellen in Ansicht bzw. im Schnitt durch eine horizontale Ebene
entsprechend Linie XI-XI und im Schnitt durch eine Vertikalebene entsprechend Linie
XIT-XII einen Salzbad-Ofen dar, bei welchem die warme Zone durch eine Mehrzahl von
horizontalen Elementen gebildet . wird.
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In den Abbildungen stellt i die äußere und :2 die innere Elektrode
dar. Der zu erhitzende Gegen-#;taiid3 wird in der Salzbadniasse4 außerhalb der Elektroden
angeordnet. Die einander parallelen Elektroden i und 2 sind horizontal angeordnet.
.Sobald sie einen geeigneten Potentialunterschied aufweisen, entstehen elektrische
Ströme, die in dem zwischen ihnen befindlichen Teil des SalzbaUs von der einen zur
anderen Elektrode fließen. Dieser Teil erhitzt sich infolge des auftretenden Joule-Effekts,
und als Folge dieser Erhitzung entstehen Konvektionsströmungen zwischen diesem Teil
des Salzbades und der abseits der Elektrode befindlichen Salzbadmasse.
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Da das zu behandelnde WerkstÜck3 selbst parallel zu den Elektroden
angeordnet ist, wird es auf diese Weise gleichmäßig auf seiner ganzen-Länge erhitzt.
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Gemäß der in Fig. i dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden
die beiden Elektroden durch zylindrische Flächen mit horizontalen Erzeugenden gebildet.
Der Vertikalschnitt durch die äußere Elektrode i ergibt eine konkave, beispielsweise
kreisförmige Linie, deren Inneres nach der Elektrode:2 und dem zu beheizenden Gegenstand
3
hin liegt. Auch die Innenelektrode 2 ist konkav gestaltet und ihre Höhlung
dem züi beheizenden Gegenstand zugekehrt. Bei der dargestellten Ausführungsforin
wird die Außenelektrode durch die Innenwandung der Wanne 5 gebildet.
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Die nach innen hin konkave Form der Elektrode ergibt im Sinne der
Erfindung ein in den -Weg der Konvektionsströmung eingeschaltetes Hindernis, ,durch
welches diese Ströme ab- und auf den zu crhitzenden Gegenstand zu gelenkt werden.
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Bei der in Fig.:2 dargestellten Ausführungsform bildet die Elektrode
i nicht die Wandung selbst, ,sondern sie liegt in einem kleinen Abstand von dieser.
Die Elektrode 2 besitzt die einfache Form cines Stabes, wodurch- erzielt wird, daß
die Stromlinien zwischen den beiden Elektroden in der Nachbarschaft der Elektrode
:2 zusammengedrängt werden und infolgedessen in der Nachbarschaft dieser Elektrode
uine Zone von hoher Temperatur geschaffen wird, die besonders geeignet für die Erzeugung
von Konvektionsströniungen ist.
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Bei der weiteren, in Fi-. 3 dargestellten Ausführungsform wird
die Außenelektrode i durch eine Anzahl von horizontalen Stäben gebildet, die in
Art eines Gitters angeordnet sind.
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Gemäß der Ausführungsform nach Fig. 4 besteht der Salzbadofen aus
einer zylindrischen Wanne mit horizontalen Erzeugenden, die oben offen ist. Diese
Wanne, die aus leitenden Stoffen, wie z. B. Eisen, besteht, bildet die äußere Elektrode.
Die innere Elektrode ihrerseits ist doppelt ausgebildet und besteht aus den beiden
Stäben 2-2' in solcher Anordnung, daß die gesamte Vorrichtung symmetrisch in bezug
auf die Vertikalebene liegt, die durch die Stelle hindurchgeht, an der sich der
Gegenstand 3
befindet. Hieraus ergibt sich, daß die Beheizung des Gegenstandes
selbst in sehr vorteilhafter Weise symmetrisch in bezug auf diese Vertikalebene
erfolgt.
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Fig. 5 zeigt den Verlauf der Konvektionsströrnung in der Anordnung
nach Fig, 4. Die bei-' den Teile i und i' drücken in besonders wirksamer Weise die
Konvektionsströmung nach unten nach (lern zu beheizenden Gegenstand 3 hin.
Die Stromversorgung der Außenelektrode kann über Verlängerungen 6 und
6' der Teile i und i' erfolgen. Ebenso kann die Stromversorgung der Innenelektrode
:2-2' durch an die umgebogenen Teile dieser Elektroden angeschweißte Stangen
7 und 7'
erfolgen, die eine Art Rahmen bilden. Diese rahmenartige Ausbildung
der inneren Elektrode schützt in Art eines Käfigs den mittleren Teil des Bades gegen
jeden Durchgang von elektrischen Strömen durch diese Zone.
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Die Fig. 6 zeigt einen Teil einer Anordnung Z,
nach der
Erfindung, bei welcher der Teil der Wandung der Wanne, der die Außenelektrode bildet,
auf zwei gewölbte Platten i und i' beschränkt ist.
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Fig. 7 bezieht sich auf eine besondere Ausführungsform der
Elektroden :z und 2', die hiernach als horizontale Stäbe ausgebildet sind, die außen
an die gleiche Stromquelle angeschlossen sind.
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Die Fig. 8 bis io beziehen sich auf Elektrodenanordnungen,
welche es ermöglichen, sei es, verschiedenartige beheizte Zonen in bezug auf den
zu behandelnden Gegenstand zu schaffen, sei es lediglich, die Temperaturunterschiede
zwischen den Enden der heißen Zone und ihrem mittleren Teil auszugleichen.
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Gemäß Fig. 8 ist die Innenelektrode 2 derart umgebogen, daß
drei Teile gebildet werden, von denen die äußeren, 2 a und 2 c, näher
an der Elektrode i liegen als der mittlere Teil :2 b. Der mittlere Teil der
heißen Zone, der also zwischen dem Teil 2 b
und der Außenelektrode
i liegt, ist weniger warm als die den Teilen 2 a und 2 c entsprechenden
Teile. Man kann hierdurch erreichen, daß der zu erhitzende, parallel zu den Elektroden
angeordnete Gegenstand 3 in seinem mittleren Teil weniger stark erhitzt wird
als an seinen Enden.
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Bei der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsforrn wird die innere
zylindrische Elektrode durch eine M.ehrzahl von Stümpfen 2a, 2b und
2c von verschiedenen Durchmessern gebildet. Diese Anordnung ergibt eine längs der
heißen Zone verschieden intensive Beheizung.
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Bei der in Fig. io dargestellten Ausführungsform wird die Innenelektrode
2 von gleichmäßigem Querschnitt aus verschiedenen Abschnitten 2 a, 2
b
und 2C gebildet, die elektrisch gegeneinander
isoliert
sind und denen ein voneinander verschiedenes Potential erteilt wird.
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Um das Auftreten vagabundierender Ströme zwischen den verschiedenen
Teilen der Elektrode 2 zu verhindern und um gleichzeitig die Konvektionsströmung
in zu den Elektroden rechtwinkliger Richtung zu leiten, können hierbei Schirme
8 aus elektrisch nichtleitendem Werkstoff vorgesehen sein. Diese Anordnung,
welche es einerseits ermöglicht, die verschiedenen Zonen zwischen den Elementen
der Elektroden:2 und der Außenelektrode i verschieden stark zu beheizen, ermöglicht
es außerdem, die Unterschiede des Erhitzungsgrades, die zwischen diesen verschiedenen
Zonen bestehen, nach Belieben einzustellen bzw. zu regeln.
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Allgemein gesagt kann die Inbetriebsetzung der Salzbadöfen nach der
Erfindung erfolgen, indem man den Enden der Innenelektrode Strom unter einer geeigneten
Spannung zuführt, so daß diese als Widerstand wirkt.
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Bei den schematisch in den Fig. i i und 12 dargestellten Ausführungsformen
der Erfindung wird die heiße Zone durch Elektroden gebildet, von denen wieder jede
aus einer Mehrzahl von Elementen besteht. Bei der Ausführungsform nach den Fig.
ii und 12 sind die Elemente i und 2 horizontal angeordnet. Alle Elemente i sind
an ein und demselben Pol einer Stromquelle angeschlossen und alle Elemente2 an den
anderen Pol dieser Stromquelle.
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In den vorstehenden Beispielen von Öfen nach der Erfindung sind als
zu erhitzende Werkstücke solche von im wesentlichen geradliniger Form angenommen
worden. Selbstverständlich ermöglicht es aber die Erfindung in gleicher Weise auch,
öfen für die Erhitzung von Werkstücken beliebiger Form beispielsweise gebogenen
Werkstücken, Kurbelwellen usw., auszuführen, wobei es genügt, jeweils der warmen
Zone eine Form zu geben, die un-efähr der des zu erhitzenden Werkstückes entspricht.
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Ferner ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung nicht lediglich auf
Salzbadöfen zur Bellandhing von Gegenständen aus leitfälligen Werkstoffen beschränkt,
sondern auf die von wenig oder gar nicht elektrisch leitfähigen Stoffen, beispielsweise
Gegenständen aus Glas, in gleicher Weise anwendbar ist.