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Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken mit einer die Werk- stücke in stetigem Fluss durch eine Induktionsspule fördernden beweglichen Gleitbahn. die mechanisch an- getrieben wird und die Werkstücke sowohl trägt wie auch befördert. Derartige Vorrichtungen sind bekannt, und man hat sie im allgemeinen so ausgebildet, dass die einzelnen, gleichartig geformten Werkstücke, die beispielsweise aus Stangenabschnitten bestehen können, auf eine feststehende Gleitbahn gelegt und nacheinander in stetigem Fluss durch die Induktionsspule geschoben werden, wobei immer ein Werkstück das andere vor sich her schiebt.
Bei einer andern bekannten Ausführung einer derartigen induktiven Er- wärmungsvorrichtung hat man die an sich im Glühofenbau seit langem bekannten Hubbalken-Förderein- richtungen dazu benutzt, um die Werkstücke durch die Induktionsspule zu transportieren. Eine solche Hubbalken-Fördereinrichtung besteht im wesentlichen aus zwei in einer senkrechten Ebene kreisförmige Bewegungen ausführenden Tragorganen für die Werkstücke, von denen jeweils das eine das bzw. die
Werkstücke etwas anhebt und in Transportrichtung weiterbefördert, während das andere, um etwa 1800 phasenverschobene Bewegungen durchführende Tragorgan die Werkstücke aufnimmt, worauf sich das Spiel unter Vertauschung der beiden Tragorgan wiederholt. Dabei kann das eine der beiden Tragorgan auch feststehend angeordnet sein.
Derartige Hubbalken-Transporteinrichtungen sind aber gerade für Induktionserhitzung nicht besonders gut geeignet, da sie die Werkstücke nicht nur in Achsrichtung der Induktionsspule sondern auch senkrecht dazu bewegen. Es muss daher für die senkrecht zur Transportrichtung erfolgende Bewegung der nötige Platz vorgesehen werden, d. h. die Spule muss weit genug gebaut sein, um diese Bewegung zuzulassen. Infolgedessen ergibt sich eine verhältnismässig schlechte Kopplung zwischen Induktionsspule und Werkstück und ein nicht optimaler Wirkungsgrad.
Dieser Nachteil wird bei der bekannten Förderung vermieden, bei der die Werkstücke auf einer ruhenden Gleitbahn durch die Induktionsspule geschoben werden. Hier tritt jedoch ein anderer Nachteil in Erscheinung. Insbesondere beim Erreichen höherer Temperaturen bewirkt der durch die Reibung zwischen Werkstück und Gleitbahn bedingte, nicht unerhebliche Druck, der aufgewandt werden muss, um die Werkstücke zu transportieren, dass diese mit den aneinander anliegenden Stirnflächen in eine zu innige Berührung gelangen. Die Werkstücke bleiben nicht mehr voneinander getrennt, sondern sintern in gewissem Grade zusammen. Es liegt auf der Hand, dass dies unerwünscht ist, da es nach dem Erreichen der gewünschten Endtemperatur eine zusätzliche Behandlung erfordert, die die einzelnen Werkstücke wieder voneinander trennt.
Nach der Erfindung wird daher die Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken so ausgebildet, dass die Gleitbahn mit einem Antrieb gekuppelt ist, der sie in geradlinige Schwingungen so hoher Frequenz versetzt, dass die Werkstücke infolge ihrer Masse der Gleitbahnbewegung nicht mehr folgen können, und dass die Werkstücke gleichzeitig einem sie mit der gewünschten Geschwindigkeit durch die Induktionsspule fördernden Vortrieb ausgesetzt sind. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Reibung zwischen Gleitbahn und Werkstück auf einen Bruchteil der beiruhenderGleitbahn auftretenden Reibung sinkt.
Zum Hindurchfördern durch die Induktionsspule ist dann nur mehr ein so geringer Vortrieb notwendig, dass die oben erörterten Schwierigkeiten nicht mehr auftreten. Der zum Hindurchfördern benötigte Vortrieb kann bei einer Vorrichtung nach der Erfindung dadurch erzielt werden, dass die Gleitbahn in Förderrichtung
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abwärts geneigt angeordnet ist. Dann wird der Vortrieb von der Schwerkraft geliefert, und bei geeigneter
Wahl des Gleitbahnneigungswinkels wandern die Werkstücke in stetigem Fluss durch die Induktionsspule, wobei der Vortrieb an jedem einzelnen Werkstück angreift, ein Gegeneinanderpressender Werkstücke also nicht mehr auftreten kann, das die oben geschilderten Schwierigkeiten im Gefolge haben würden.
Eine andere Möglichkeit zum Erzielen des benötigten Vortriebs besteht nach einer Ausgestaltung der
Erfindung darin, dass die Gleitbahn in Schwingungsbewegungen versetzt wird, die sich in ihrer Längs- richtung abspielen und nur während des der Förderrichtung entgegengesetzten Hubes schnell genug sind, um eine Mitnahme der Werkstücke zu verhindern.
In diesem Falle ist also eine Neigung der Gleitbahn nicht erforderlich, und es ist durch die Art der verwendeten Schwingungen erreicht, dass die Werkstücke während des Hubes in Förderrichtung auf der Gleitbahn liegen bleiben und durch die Reibung in Förder- richtung mitgenommen werden, während bei dem darauffolgenden, entgegengesetzt gerichteten Hub durch
Anwendung einer wesentlich höheren Geschwindigkeit die verringerte Reibung wirksam wird, die die
Werkstücke dank ihrer Trägheit in der beim ersten Hub erreichten Lage verharren lässt.
Zweckmässig besteht die Gleitbahn in an sich bekannter Weise aus wenigstens zwei langgestreckten parallelen, von einem Kühlmittel durchströmten Rohren. Die Gleitbahn kann aber auch als eine hin- sichtlich ihrer Querschnittsform den Werkstückabmessungen angepasste Rinne ausgeführt sein. Da sich bei dieser Gestaltung in den meisten Fällen eine ausreichende Tragkraft der Gleitbahn bei recht geringer
Wandstärke der Rinne erzielen lässt, kommt man häufig ohne eine besondere Wasserkühlung der Rinne aus.
Es steht jedoch nichts im Wege, erforderlichenfalls auch diese Rinne mit einer Wasserkühlung zu versehen.
Durch die Anwendung der Erfindung wird zwar die Reibung zwischen der Gleitbahn und den Werkstücken ganz erheblich herabgesetzt, doch kann sie naturgemäss den Wert Null nicht erreichen. Daher ist es von Vorteil wenn man die Gleitbahn an der den Werkstücken zugewandten Seite mit einer abriebfesten Auflage versieht. Dies gilt sowohl für die Anwendung paralleler Rohre als auch Rinne, wobei im allgemeinen nur eine schmale Spur aus abriebfestem Material angebracht zu werden braucht, da zwischen ihnen und den Werkstücken eine praktisch linienhafte Berührung vorliegt.
Zweckmässig wird die Gleitbahn von annähernd senkrecht zur Achse der Induktionsspule angeordnetenFedern getragen. Hiebei sind die Federn verhältnismässig lang auszugestalten, da eine auf solchen Federn schwingend angebrachte Gleitbahnbeim Ausführen der Schwingungen Kreisbögen beschreibt, die demnach ein gewisses Anheben der Gleitbahn bzw. der darauf liegenden Werkstücke in der Mitte des einzelnen Hubes ergeben. Der Betrag, um den die Gleitbahn jeweils angehoben wird, ist naturgemäss umso geringer, je länger die Federn bemessen werden, und im Interesse einer möglichst engen Kopplung zwischen Induktionsspule und Werkstücke ist daher die Anwendung nicht zu kurzer Federn ratsam.
Dabei kann es Vorteile bieten, wenn die die Gleitbahn tragenden Federn an der Induktionsspule befestigt sind. Man kann dann nämlich die Induktionsspule nebst Federn und Gleitbahn an einem Grundgestell leicht lösbar anbringen, das den Antrieb für die Gleitbahn trägt. Dabei muss natürlich die Kupplung des Antriebs mit der Gleitbahn ebenfalls leicht lösbar gestaltet sein. Bekanntlich ist in den weitaus meisten Fällen eine Auswechslung der Induktionsspule erforderlich, wenn man die zu erhitzenden Werkstücke gegen andere geformte auswechseln will. Infolgedessen ist man bestrebt, Umstellzeiten für die Induktionserhitzungseinrichtung möglichst kurz zu gestalten, und hiefür erweisen sich die vorstehend aufgeführten Merkmale als besonders zweckmässig.
Als Antrieb kann hiebei ein mit Wechselströmen der jeweils benötigten Kurvenform gespeister Elektromagnet dienen, der auf einen an einer der Gleitbahntragfedern befestigten Anker einwirkt. Bei einem solchen Antrieb lässt sich auf besonders einfache Weise erreichen, dass die Induktionsspule nebst Federn und Gleitbahn vom Grundgestell und dem Antrieb leicht zu entfernen ist. Verwendet man eine schräg abwärts geneigte Gleitbahn, so genügt es, den Elektromagneten mit einer annähernd sinusförmigen Wechselspannung passender Frequenz zu speisen. Bei waagrecht angeordneter Gleitbahn kann man dem Elektromagneten einen sägezahnförmigen Wechselstrom zuführen, dessen Flanken verschiedene Steilheit aufweisen.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung zum induktiven Erhitzen mit einer horizontal angeordneten Gleitbahn aus wassergekühlten Rohren, Fig. 2 eine Vorrichtung mit schräg liegender, rinnenförmige Gleitbahn, Fig. 3 eine Vorrichtung nach Fig. 2, bei der die Rinne von Blattfedern getragen wird und Fig. 4 eine Vorrichtung mit leicht auswechselbarer Induktionsspule.
Bei der in Fig. 1 dargestellten induktiven Erhitzungseinrichtung ist die Induktionsspule 1 auf einem Grundgestell 2 befestigt, und ein sich unter der Induktionsspule parallel zu deren Achse erstreckender Träger 3 ist auf Rollen 4 längsverschiebbar gelagert. Dieser Träger dient zur Aufnahme zweier parallel angeordneter langgestreckter Rohre 5, von denen in der Zeichnung nur eines zu sehen ist, die als Gleit-
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bahn für die Werkstücke 6, 6'bzw. 6" dienen. Die Rohre sind zwecks ausreichender Kühlung auf nicht näher dargestellte Weise an eine Kühlmittelleitung angeschlossen, die das zur Kühlung erforderliche Kühlmittel durch die Rohre hindurchtreibt.
Dabei werden sie vom Träger 3 mittels Stützen 7 gehalten, und das Austrittsende der Rohre ist, wie an der rechten Seite erkennbar, schräg nach abwärts geneigt, um die erhitzten Werkstücke schnell aus dem Bereich der Spule zu entfernen und ihrer weiteren Verwendung zu-
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dem linken Ende der Spule bzw. dem linken Ende der aus den Rohren 5 bestehenden Gleitbahn zugeführt werden können.
Zum Antrieb der Gleitbahn ist ein Elektromotor 9 vorgesehen, der auf dem Grundgestell 2 befestigt ist und eine Vorrichtung 10 antreibt, mit deren Hilfe der Träger 3 unter Vermittlung des Schwenkhebels
11 in axiale Schwingungen versetzt werden kann. Dabei ist das in der Vorrichtung 10 enthaltene Getriebe so ausgestaltet, beispielsweise in Form einer Nockenanordnung, dass der Schwenkhebel 11 seine von links nach rechts gerichtete Bewegung verhältnismässig langsam, die entgegengesetzte Bewegung aber sehr schnell ausführt.
Beim Betrieb der Einrichtung wird demnach die Gleitbahn 5 in periodische Wechsel langsam nach rechts und schnell nach links bewegt. Bei der nach rechts gerichteten Bewegung verharren die auf der Gleitbahn befindlichen Werkstücke 6, 6'in ihrer Lage, bezogen auf die Gleitbahn, werden also nach rechts befördert. Die anschliessende Rückwärtsbewegung der Gleitbahn erfolgt so schnell, dass die Werkstücke infolge ihrer Masse der Gleitbahnbewegung nicht mehr folgen können. Sie bleiben also relativ zur Induktionsspule 1 in Ruhe, bis die Bewegungsumkehr erfolgt und die Gleitbahn zusammen mit den Werkstücken aufs neue nach rechts wandert. Auf diese Weise wirkt der die Werkstücke transportierende Vortrieb auf jedes einzelne Werkstück und unmittelbar ein.
Sie werden daher nicht mehr gegeneinander gedrückt und haben keine Veranlassung, bei Erreichen einer höheren Temperatur eine mechanische Verbindung miteinander einzugehen. Ist das einzelne, auf seine Endtemperatur erhitzte Werkstück am Ende der Spule angelangt, so gerät es auf den abgewinkelten Teil der Gleitbahn und wird schnell hinweg befördert, beispielsweise auf ein Förderband, das sich am rechten Ende des Induktionsofens befinden kann.
Gleichzeitig oder annähernd gleichzeitig muss von einer Bedienungsperson am linken Ende ein frisches Werkstück eingelegt werden, das hiebei etwa in die punktiert und mit 6'bezeichnete Lage gebracht wird, worauf man es mit Hilfe des Einstossers 8 in die Spule 1 hineinschiebt, bis es am vorangehenden Werkstück anliegt. Gegebenenfalls kann hiebei auch ein gewisser kleiner Abstand zwischen den Stirnflächen der Werkstücke eingehalten werden, um jede gegenseitige Berührung zu vermeiden, und dieser Abstand wird bei der Art des angewendeten Transportsystems während der Hindurchbeförderung durch die Induktionsspule selbsttätig beibehalten.
Eine einfachere Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung zeigt Fig. 2. Hiebei ist die Induktionsspule 1 etwas nach rechts geneigt angeordnet, und als Gleitbahn dient eine aus verhältnismässig schwachem Blech gefertigte Rinne 12, die die gleiche Neigung aufweist. Sie ist ebenfalls am rechten Ende der Induktionsspule mit einem steiler abfallenden Teil versehen, der dem gleichen Zweck dient wie das abgewinkelte Ende der Rohre 5 bei einer Vorrichtung nach Fig. 1. Die Rinne 12 wird ähnlich wie bei Fig. l die Gleitbahn mittels der Stützen 7 von einem Träger 3 gehalten, der im Grundgestell 2 längsverschiebbar gelagert ist. Zum Antrieb wird hier ein einfacher Elektromagnet 13 benutzt, der auf den Träger 3 einwirkt und mit einem Wechselstrom von verhältnismässig niedriger Frequenz gespeist wird.
Der Elektromagnet versetzt den Träger 3 in annähernd sinusförmige Axialschwingungen, die sich auf die Rinne 12 übertragen und deren Frequenz so gewählt ist, dass die Werkstücke 6 infolge ihrer Masse der Gleitbahnbewegung nicht mehr folgen können. Damit ergibt sich eine erhebliche Verringerung der Reibung zwischen Gleitbahn und Werkstück, so dass die Werkstücke unter dem Einfluss der Schwerkraft mit ganz bestimmter Geschwindigkeit durch die Induktionsspule 1 hindurch gleiten. Dabei hängt die Gleitgeschwindigkeit hauptsächlich vom Neigungswinkel der Rinne 12 ab, in gewissen Grenzen aber auch davon, wie stark durch den schwingenden Antrieb der Reibung zwischen den Werkstücken und der Gleitbahn verringert werden konnte. Durch einfache Versuche lässt sich stets ein Winkel ermitteln, der die gewünsche Transportgeschwindigkeit der Werkstücke ergibt.
Das Einbringen eines frischen Werkstückes 6' kannhierohneeinenEinstosser erfolgen, da es sich bei schwingender Gleitbahn nach dem Auflegen in etwa der dargestellten Stellung leicht von Hand in die Induktionsspule 1 hineinbefördern lässt. Vorteilhaft an dieser Ausführungsform der Erfindung ist die vereinfachte und daher verbilligte Ausführung, verglichen mit einer Vorrichtung nach Fig. 1.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist in Fig. 3 gezeigt, wobei ebenfalls eine geneigte Induk- : ionsspule l und eine Rinne 12 als Gleitbahn benutzt sind. Die Rinne 12 ist hier aber auf einfachere Weise
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längsbeweglich gelagert, u. zw. mit Hilfe von Blattfedern 14,15, die am Grundgestell 2 befestigt sind.
Sie erstrecken sich annähernd rechtwinklig zur Längsausdehnung der Rinne 12 und sind so lang bemessen, dass sich bei dem verhältnismässig kurzen Schwinghub der Rinne 12 keine nennenswerte Höhe der Bogen- bewegung ergibt, die eine unnötig lose Kopplung zwischen der Induktionsspule 1 und dem Werkstücken 6 erfordern würde. Als Antrieb dient auch hier ein Elektromagnet 13, der mit sinusförmigem Wechselstrom gespeist wird, und dessen Anker mit der Blattfeder 15 gekuppelt ist. Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung entspricht im übrigen der gemäss Fig. 2.
Schliesslich ist in Fig. 4 noch eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der die In- duktionsspule 1 mit den Federn 14,15 und der Gleitbahn 12 leicht auswechselbar angeordnet sind. Hie- zu ist die Induktionsspule 1 an ihren Enden mit je einer Armatur 16 versehen. Diese Armatur trägt jeweils die zugehörige Blattfeder 14 bzw. 15 und einen oder mehrere Zentrierzapfen 17, mit denen die Spule im
Grundgestell 2 fixiert ist. Die Federn sind hiebei etwa in Form eines Rohrflansches ausgebildet, um den
Durchtritt der Werkstücke 6 zu ermöglichen. Als Antrieb dient ein Elektromagnet 13, der auf einen an der Feder 15 befestigten Anker 18 einwirkt. Die Figur zeigt, dass die Induktionsspule nebst Zubehör durch einfaches Abheben vom Grundgestell ausgewechselt werden kann.
Dabei ist, weil die Rinne 12 hier waag- recht liegt, der Elektromagnet 13 mit einem sägezahnförmigen Wechselstrom zu speisen, der eine steile
Anfangsflanke und eine verhältnismässig flache Ausgangsflanke besitzt, um der Rinne 12 und den Werkstücken die für den Transport nötigen Bewegungen zu verleihen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken mit einer die Werkstücke in stetigem Fluss durch eine Induktionsspule fördernden beweglichen Gleitbahn, die mechanisch angetrieben wird und die Werkstücke sowohl trägt wie auch befördert, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitbahn (5) mit einem Antrieb (9,10) gekuppelt ist, der sie in geradlinige Schwingungen so hoher Frequenz versetzt, dass die Werkstücke (6) infolge ihrer Masse der Gleitbahnbewegung nicht mehr folgen können, und dass die Werkstücke gleichzeitig einem sie mit der gewünschten Geschwindigkeit durch die Induktionsspule (1) fördernden Vortrieb ausgesetzt sind.