DE82192C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet ein Verfahren, gehärtete Platten oder andere Stücke von Metall, wie z. B. Stahl, an einzelnen Stellen weich zu machen, um sie dort mit Schneid- oder Bohrwerkzeugen bearbeiten zu können. Das Verfahren ist besonders für die Bearbeitung der nach dem Harvey-Procefs erzeugten Panzerplatten bestimmt, welche mitBolzenlöchern, Versenkungen, Schiefsscharten oder anderen Löchern oder Oeffnungen versehen werden müssen, wenn sie auf dem Schiffe die richtige Lage einnehmen; das Verfahren ist aber auch anwendbar bei anderen Metallplatten oder - Stücken, seien diese durch und durch oder blos an oder nahe der Oberfläche gehärtet.

Das Verfahren besteht darin, das ganze Stahloder andere Metallstück zu härten, dann den weich zu machenden Fleck oder Theil dieses Stückes mittelst eines an der betreffenden Stelle durch das Metall selbst geleiteten elektrischen Stromes auf die richtige Temperatur zu erhitzen, und hierauf den besagten Theil unter dauernder Zufuhr allmälig abnehmender, von dem Strom gelieferter Wärmemengen abkühlen zu lassen.

Bei diesem Abkühlen wird die Abnahme der Wärmezufuhr, wie nachstehend beschrieben, entsprechend dem Wärmeleitungsvermögen der umgebenden Matallmasse so geregelt, dafs die erhitzte Stelle allmälig und hinreichend langsam abgekühlt wird, um weich zu werden.

Dadurch, dafs das örtliche Erhitzen durch Erzeugung von Wärme in dem gewünschten Metalltheil selbst mittelst Durchleitens eines elektrischen Stromes durch diesen Theil bewirkt wird, wird die Erhitzung viel enger begrenzt oder · localisirt und der Grad der Abkühlung besser beherrscht.

Die Erfindung besteht ferner in gewissen Vorrichtungen, die dazu dienen, das örtliche Erhitzen durch den elektrischen Strom zu sichern und auf den gewünschten Fleck zu beschränken.

Bekanntlich kann ein gewöhnliches Stahlstück, wie z. B. Werkzeugstahl, Manganstahl u. s. w., welches infolge seiner besonderen chemischen Zusammensetzung nach Erhitzung durch Eintauchen in Wasser oder durch auf andere Art erzeugtes rasches Abkühlen gehärtet worden ist, wieder weich gemacht werden, indem man es auf die richtige Temperatur erhitzt und dann der freien Luft überläfst, worin es allmälig abkühlt. Es kann natürlich noch weicher gemacht werden, wenn man die Abkühlung verlangsamt, und zwar dadurch, dafs man das Metall mit feuerbeständigem oder Wärme nicht leitendem Stoff, wie z. B. Asche, Magnesia u.s. w., umgiebt; für alle praktischen Zwecke jedoch genügt es, ein gewöhnliches Stahlstück durch Abkühlenlassen in der Luft anzulassen oder weich zu machen.

Wenn man indessen versucht, eine einzelne Stelle einer grofsen gehärteten Metallplatte oder eines grofsen Metallstückes dadurch weich zu machen oder deren Härtegrad nachzulassen, dafs man die betreffende Stelle auf die richtige Temperatur erhitzt und dann plötzlich die Wärmezufuhr unterbricht, so erreicht man ein Weichwerden nicht, denn das umgebende Metall leitet die Wärme so schnell fort, dafs der erhitzte Theil rasch erkaltet und gehärtet

wird, wie wenn er allein in Wasser oder ein anderes Kühlmittel getaucht worden wäre. Dieses Fortleiten läfst sich auch nicht durch Bedeckung des Metalles mit irgend einem schlechten Wärmeleiter verhüten, denn es bleibt ja auch dann noch ein grofser Theil des heifsen Metalles mit kaltem Metall, von welchem er nicht durch irgend welche bekannten Mittel isolirt werden kann, in unmittelbarer Berührung. Aus diesem Grunde hat es sich z. B. bei der Herstellung von Harvey-Platten für Panzerplatten nicht bewährt, zuerst die ganze Platte dem Härteprocefs zu unterwerfen und dann den mit Schneid- oder Bohrwerkzeugen zu bearbeitenden Theil örtlich zu erhitzen. Auch wurde es nicht als praktisch befunden, die Metallplatte zuerst mit den genannten Werkzeugen zu bearbeiten und nachher zu härten, denn bei der Härteoperation verändert sich die Platte leicht oder reifst bei den Löchern ein. Es hat sich daher als nothwendig herausgestellt, entweder das gehärtete Metall unter grofsen Schwierigkeiten und hohen Kosten mit den Schneid- oder Bohrwerkzeugen zu bearbeiten oder aber auf Theile der Platte ein Material aufzutragen, das diese Theile daran verhindert, während des Härteprocesses gehärtet zu werden.

Durch Anwendung des vorliegenden Verfahrens kann eine harte Stahlplatte an einzelnen Stellen weich gemacht werden, so dafs man sie an diesen Stellen allein leicht mit Bohrern und Gewindeschneidern zu bearbeiten vermag; oder es kann die Platte längs einer fortlaufenden Linie oder ausgedehnter Flächen weich gemacht werden, um das Material längs dieser weichen fortlaufenden Stelle bearbeiten zu können.

Bei der Ausführung des Verfahrens kann für die Erzeugung der elektrischen Ströme ein Umformer benutzt werden, dessen secundäre Wickelung fähig ist, sehr viel Strom zu liefern, ein Umformer, wie er z. B. für elektrische Metallbearbeitung verwendet wird. Die Enden der secundären Wickelung dieses Umformers werden mit der vorher gehärteten Metallplatte oder Masse an beiden Seiten der anzulassenden oder weich zu machenden Stelle in Berührung gebracht. Der Strom tritt dann durch den einen Contact in die Platte ein und verläfst diese durch den anderen, den zwischen den Contacten befindlichen Theil bis zur Dunkelrothglut erhitzend. Wenn der Procefs zu dieser Zeit unterbrochen, der Strom also abgestellt würde, so würde das Metall an dieser Stelle rasch erkalten und ebenso hart werden, wie sonst überall; wenn man aber, anstatt den Strom plötzlich abzustellen, ihn in bekannter Weise, z. B. durch geeignete Regulirvorrichtungen, allmälig vermindert, so kann man die Temperatur des erhitzten Theiles so allmälig abnehmen lassen, als dies stattfinden würde, wenn jener Theil von dem ganzen Stück getrennt und für die Kühlung sich selbst überlassen wäre. Die Tiefe, bis zu welcher diese örtliche Weichmachung fortgeführt werden kann, hängt hauptsächlich von der Anordnung der Contacte ab oder von der Art, wie der elektrische Strom eingeleitet wird, dessen Hindurchgang durch die Metallmasse in dieser die Hitze erzeugt. Wenn die Metallplatte oder das Metallstück nicht blos in der obersten Schicht — der Haut —, sondern durch und durch hart ist, so läfst man den Strom an der einen Seite eintreten, ganz durch die Metallmasse hindurchgehen und an der anderen Seite austreten. Wenn dagegen nur die Haut zu behandeln ist, so werden die Contacte auf derselben Fläche neben einander angebracht.

Nachdem das Metall bis zum gewünschten Grade erhitzt worden ist, kann die Verminderung der zufliefsenden Strommenge durch irgend einen geeigneten Stromregler bewerkstelligt werden, wie z. B. mittelst einer mit dem Erhitzungsapparat in Reihe geschalteten Gegenspule oder durch einen Widerstand, der in Reihe mit dem Feld des Erzeugers geschaltet ist, welcher die Wechselströme für den Erhitzungs-Umformer liefert. Zweckmäfsig wird ein selbsttätig arbeitender Regulator benutzt, der durch die Schwerkraft oder eine andere Kraft bethätig wird. Der Gang dieses Regulators wird durch ein Uhrwerk oder eine andere Vorrichtung so bestimmt, dafs die Abnahme des Erhitzungsstromes in dem Metall in dem erforderlichen Mafse stattfindet.

Die von dem Strom gelieferte Hitzemenge kann auch dadurch allmälig vermindert oder weggeschafft werden, dafs man die Elektroden längs der Oberfläche des Metalles über jene Stellen hinführt, wo das Metall örtlich zu erhitzen ist; dies ist eine zweckmäfsige Art, in der gehärteten Masse eine fortlaufende Strecke weich zu machen; die Geschwindigkeit der Bewegung mufs natürlich den besonderen Umständen jedes Falles angepafst und dort verlangsamt werden, wo die Masse des umgebenden kalten Metalles gröfser oder schwerer ist.

Die Erfinderin hat indessen ermittelt, dafs gute Ergebnisse erlangt werden, wenn man die Wirkung eines Stromregelungswiderstandes, der an einem passenden Theil des den Erhitzungsstrom liefernden elektrischen Apparates angebracht ist, in solcher Weise beeinflufst, dafs durch sie eine Verminderung des Zuflusses des genannten Stromes verursacht wird.

Um zu verhüten, dafs der Strom sich zu weit ausbreite und das Metall jenseits der weich zu machenden Zone erhitze, ist dafür zu sorgen, dafs nicht ein zu starker oder kräftiger elektrischer Strom benutzt werde.

Hierauf hat man besonders dann zu achten,

wenn man den Strom durch das Metall von einer Seite der Platte nach der gegenüberliegenden Seite hindurchleiten will.

Bei der Bearbeitung von Harvey-Platten hat die Erfinderin gute Ergebnisse mittelst zweier Kupferelektroden erzielt, die neben einander auf der Platte ruhten und ungefähr 25 mm Abstand hatten, und von denen jede an der Stromaustrittsstelle eine quadratische Fläche aufwies, deren. Seite etwa 25 mm lang war.

Der Strom wurde mittelst dieser Elektroden durch das Metall geleitet, bis die Temperatur zwischen den Berührungsstellen so weit gestiegen warj dafs eben Rothglut sichtbar wurde. Dann wurde der Erhitzungsstrom sehr allmälig verringert, und zwar während eines Zeitraumes von ungefähr ι ο Minuten, welcher genügt, das Metall allmälig über das kritische Stadium oder die kritische Temperatur hinweg abzukühlen, bei welcher das Material eben erstarrt oder hart wird, wenn der Temperaturwechsel an diesem Punkte rasch oder plötzlich ist.

Auf der belügenden Zeichnung ist das Wesentliche eines elektrischen Apparates dargestellt, der zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens benutzt werden kann.

Fig. ι giebt eine allgemeine Seitenansicht eines Apparates, bei dem ein Umformer zum Erhitzen einer Seite eines Metallstückes an einer einzelnen Stelle benutzt wird.

Fig. 2 ist eine Endansicht des Umformers.
. Fig. 3 zeigt die Umformer-Elektroden in Stirnansicht.

Fig. 4 veranschaulicht die Art der Anlegung der Elektroden, wenn der Strom von einer Seite nach der gegenüberliegenden Seite der Platte hindurchgeleitet werden soll.

Fig. 5 zeigt im gröfseren Mafsstabe einen senkrechten Querschnitt durch den Wagen K, genommen nach der durch die Achse der Stange I gehenden Ebene.

Fig. 6 ist ein senkrechter Schnitt, genommen in der Längsrichtung des Wagens nach den durch die gebrochene Linie γ-γ der Fig. 5 angedeuteten Ebenen, und

Fig. 7 ist ein senkrechter Schnitt durch die Elektroden B B, genommen nach der durch die Achsen der Röhren C, C und c gehenden Ebene.

In Fig. ι bezeichnet A den Umformer, der irgend eine übliche Bauart haben kann, jedoch geeignet sein mufs zur Erzeugung starker Ströme. 5 ist die secundä're Wickelung und BB sind die Stromschlufsstücke, die nach ihren unteren Enden hin verjüngt sind, um kleine Berührungsflächen zu erhalten. Diese Stücke sind vorzugsweise an den Klemmen des secundären Stromkreises verstellbar, zum Zwecke, die Länge der zwischen ihnen zu erhitzenden Metallmasse verändern zu können. Die Stromschlufsstücke oder Elektroden werden zweckmäfsig hohl gestaltet und es wird durch sie mittelst der Röhren C C ein Strom einer Kühlflüssigkeit hindurchgeleitet, c ist ein Rohr, das die beiden hohlen Elektroden verbindet. Eine Montirungs- und Bauart der Elektroden B B ist in den Fig. 1, 2 und 7 veranschaulicht. Jede Elektrode ist in einer Führung untergebracht, die zwischen Vorsprüngen am unteren Ende der secundären Wickelung S gebildet ist, und hat einen Bolzen a, der durch sie und durch Schlitze in den Vorsprängen hindurchgeht , wie gezeigt ist. Auf den Enden dieser Bolzen sind Unterlegscheiben und Muttern angebracht, um die Elektroden in dem gewünschten Abstande von einander festklemmen zu können. Das Verbindungsrohr c besteht vorzugsweise aus isolirendem Material und wird mit seinem einen Ende in der Wandung der einen Elektrode sicher befestigt, während es mit seinem anderen Ende in einer Stopfbüchse gleitet, die in die Wandung der anderen Elektrode eingesetzt ist. Das Rohr c kann jedoch auch aus Metall bestehen und von den Elektroden durch passende Büchsen aus isolirendem Stoff isolirt sein. Die Wasserrohren C können mit den Elektroden starr verbunden sein und sich mit diesen zusammen bewegen; sie können jedoch auch durch Stopfbüchsen in den Wandungen der Elektroden gehen.

In der Zeichnung ist angegeben, dafs diese Röhren starr mit den Elektroden verbunden und lang genug sind, um vermöge ihrer Federkraft die Einstellung der Elektroden zu erlauben.

Dadurch, dafs die Elektroden künstlich kühl gehalten werden, wird das Erhitzen der Metallmasse auf die Theile derselben, die sich zwischen den Elektroden selbst befinden, besser beschränkt. Die Praxis hat nämlich ergeben, dafs, wenn nur ein geringer Druck zwischen den Contacten vorhanden ist, das Metall an der Oberfläche, die mit den Elektroden in Berührung ist, mehr erhitzt wird als in dem zwischen den Elektroden befindlichen Theil, durch das künstliche Abkühlen der Elektroden jedoch wird dieser Nachtheil vermieden, wie eben dargelegt wurde.

Die biegsamen Leiter, welche die primäre Wickelung des Umformers mit dem Stromerzeuger verbinden, sind mit D D bezeichnet. In diesen Stromkreis ist eine Gegenspule E von passender Bauart eingeschaltet, deren Kern F an einen einstellbaren Buffer G angehängt ist, welcher das durch die Schwerkraft veranlafste Herabsinken des Kernes in die Gegenspule regelt.

Durch diesen Buffer wird die Geschwindigkeit der Bewegung des Regulators verzögert und dadurch die Zufuhr von Strom entsprechend vermindert. Um den verschiedenen Fällen zu entsprechen, kann eine Einstellvor-

richtung vorgesehen werden, welche erlaubt, die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des beweglichen Theiles des Regulators — hier des beweglichen Kernes F—zu verändern. Wenn ein Flüssigkeitsbuffer angewendet wird, so kann diese Einstellvorrichtung dadurch erhalten werden, dafs man den Buffer mit einem Nebenkanal versieht, in den ein Hahn G¹ eingeschaltet ist. Durch Einstellung dieses Hahnes wird die Geschwindigkeit des Abflusses der Luft oder Flüssigkeit von einer Seite des Kolbens des Buffers nach der anderen geregelt, und zwar so, dafs die Stromzufuhr in dem erforderlichen Mafse vermindert wird, wobei dieses Mafs gemäfs den verschiedenen Umständen verändert werden kann.

H (Fig. i) bezeichnet eine Harvey-Platte, die behufs örtlichen Weichmachens behandelt wird; der von dem Erhitzungsstrom durchfiossene Theil ist der zwischen den Elektroden durch Schraffirung kenntlich gemachte. Um die Bewegung des Umformers über die Oberfläche der Metallplatte H zu erleichtern, ist der Umformer durch Vermittelung eines Kugelgelenkes oder einer anderen biegsamen Verbindung an einer Stange / aufgehängt. Die Stange I ist ihrerseits in einem Wagen K montirt, dessen Räder L auf den Schienen M eines Drehkranes oder einer schwingenden Stütze N laufen. Auf dem Wagen ist ein passendes Getriebe angebracht, das mit der Stange / und den Rädern L in Verbindung steht und mittelst Handräder P und R so bewegt werden kann, dafs der Umformer gesenkt oder gehoben oder längs der Schienen bewegt wird. Zu diesem Handhaben des Umformers und seines Wagens können sehr verschiedenartige Mechanismen benutzt werden. Der als Beispiel dargestellte Mechanismus ist wie folgt eingerichtet: In einer Aussparung des Wagens ist eine Stahlmutter T untergebracht. Durch diese und durch passende Bohrungen des Wagens geht eine Schraubenspindel U hindurch, welche, mittelst des Handrades R gedreht, den Wagen und den daran hangenden Umformer über die Platte bewegt. Als Mittel zum Heben und Senken des Umformers ist eine als Schneckenrad ausgebildete Mutter V angegeben, die in dem Gestell des Wagens lagert und mittelst der Schnecke W, die durch das Handrad P gedreht wird, um die Tragspindel / gedreht werden kann. Durch diese Mittel und durch den schwingenden Kran kann der Umformer über jede gewünschte Stelle der Metallplatte oder -Masse H gebracht werden.

Wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, sind die Elektroden dort, wo sie mit der Metallmasse in Berührung kommen, etwas verjüngt; dies ist zu dem Zwecke geschehen, um den Erhitzungsstrom so weit als möglich zu localisiren, während andererseits die ungehörige Erhitzung dieser Stellen durch die künstliche Kühlung verhütet wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zum theilweisen Härten von Stahlplatten u. dergl., dadurch gekennzeichnet, dafs das ganze Stück gehärtet wird und die weich zu machenden Stellen durch den elektrischen Strom erwärmt werden, worauf diese Stellen allmälig abgekühlt werden, indem ihnen durch den Strom weitere Wärme in solchem Mafse zugeführt wird, dafs die zugeführte Wärmemenge zu jeder Zeit beinahe, aber nicht ganz gleich ist der von dem umgebenden Metall absorbirten Wärmemenge.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.