Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken, wobei eine Temperaturbeeinflussung senkrecht zur Stromflußrichtung vorgenommen wird.

[0002] Bei der direkten elektrischen Widerstandsenwärmung erfolgt die Erwärmung durch direkte Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme im stromdurchflossenen Werkstück. Die Temperaturverteilung im erwärmten Werkstück hängt bekanntlich ab

- von der Stromstärke, der Dichte, der spezifischen Wärme und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen Materials bezüglich der Umwandlung elektrischer Energie in Wärme und

- vom Wärmeleitungskoeffizient, der Wärmeübergangszahl, der Dichte und der spezifischen Wärme des jeweiligen Materials bezüglich der Abtstrahlbedingungen der Wärme an die Umgebung.

[0003] Bisher wurde grundsätzlich die sich einstellende Oberflächentemperatur des Werkstückes zur Festlegung der elektrischen Parameter verwendet, ohne auf die Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflußrichtung Rücksicht zu nehmen, die die Resultierende aus Erwärmungs- und Abstrahlbedingungen ist. Das trifft zu für alle bekannten Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken.

[0004] Im Resultat von Erwärmungs- und Abstrahlbedingungen stellt sich stets über dem Querschnitt eine ganz bestimmte Temperaturverteilung ein, die man als gegeben hinnimmt. Das ist zugleich der Nachteil des Standes der Technik, da bezüglich eines zu lösenden Erwärmungsproblems die sich einstellende Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflußrichtung in der Mehrzahl aller Fälle nicht diejenige ist, die zur optimalen Problemlösung führt.

[0005] Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der Mängel des Standes der Technik durch Anwendung eines Verfahrens, das die Einstellung gezielter Temperaturverteilungen in einem metallischen Werkstück senkrecht zur Stromflußrichtung ermöglicht.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dem Endzweck optimal angepaßte Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflußrichtung bei direkter elektrischer Widerstandserwärmung metallischer Werkstücke zu erzeugen, wobei die Abhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes von der Temperatur zur Beeinflussung der Temperaturverteilung gezielt genutzt wird.

[0007] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das zu erwärmende Werkstück zunächst durch n an sich bekannte Erwärmungs-und/oder Abkühlvorrichtungen (n ≥ 0)geführt wird, die eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück senkrecht zur Stromflußrichtung bewirken, daß anschließend das Werkstück in an sich bekannter Weise mittels direkten elektrischen Stromdurchganges erwärmt wird, wobei während der direkten elektrischen Widerstandsenvärmung in der Ezwärmungsstrecke auf das Werkstück m Erwärmungs- bzw. Abkühlvorrichtungen (m ≥0) mit definierten Energieangeboten pro Zeiteinheit gleichzeitig oder nacheinander einwirken, und zwar so kurzzeitig, daß kein Temperaturausgleich über dem Querschnitt möglich ist, wobei m + n>0 sein muß.

[0008] Beispiel:

Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläutert werden. Ein Stahldraht M 45, 0 4mm und 500mm Länge, mit einer Ausgangstemperatur von beispielsweise 0°C wird durch Anlegen zweier Kontakte direkt elektrisch widerstandseiwärmt. Vor Beginn der Stromeiwärmung wird durch eine äußere Envärmungsvorrichtung in Form eines zylindrischen, elektrisch beheizten Hochleistungsofens die Oberflächentemperatur bis in eine Tiefe von 0,5 mm auf 200°C eiwärmt. Nach Einschalten der Stromversorgungseinheit für die direkte elektrische Widerstandserwärmung mit einer Spannung von 40 V und einer Einwirkungszeit von 40 s ergibt sich eine Endtemperaturverteilung von 950°C im ursprünglich wärmeunbeeinflußten Querschnitt und 720°C in der wärmebeeinflußten Randzone.

Ansprüche

Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erwärmende Werkstück zunächst durch n an sich bekannte Envärmungs- und/ oder Abkühlvorrichtungen (n≥0) geführt wird, die eine ungleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück senkrecht zur Stromflußrichtung bewirken, daß anschließend das Werkstück in an sich bekannter Weise mittels direkten elektrischen Stromdurchganges erwärmt wird, wobei während der direkten elektrischen Widerstandserwärmung in der Erwärmungsstrecke auf das Werkstück m Erwärmungs- bzw. Abkühlvorrichtungen (m ≥0, m + n>0) mit definierten Energieangeboten pro Zeiteinheit gleichzeitig oder nacheinander einwirken, und zwar so kurzzeitig, daß kein Temperaturausgleich über den Querschnitt möglich ist.