Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken. Beim elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken, sei es zum Zweck, diese nur oberflächlich oder durchgehend auf be stimmte Temperatur zu bringen, sind in gro ssen Zügen gesehen zwei Verfahren möglich und auch bereits angewendet worden. Es können nämlich entweder Heizeinrichtung und Werkstück während des Aufheizens ruhen oder beide können eine Relativbewe- gung in bezug aufeinander ausführen.
Was das Verfahren anbelangt, bei welchem eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung stattfindet, so hat sich die ses dort eingeführt, wo es sich darum han delte, Werkstücke mit Abmessungen zu be handeln, deren Ausdehnung grösser ist als die Fläche, die vom Induktor überdeckt werden kann.
Das Verfahren, bei welchem das Auf heizen von der Oberfläche ausgeht, ist ein kontinuierlich fortschreitendes, das heisst die Wanderungsgeschwindigkeit der Heizeinrich- tung, bezogen auf die Oberfläche des Werk stückes, wird so eingestellt, dass jeweils beim Verlassen eines bestimmten Werkstückab schnittes dieser auf die gewünschte Tem peratur gebracht ist und sofern der Zweck des Aufheizens ein oberflächliches Härten ist, er folgt unmittelbar das Abschrecken.
Beim Erhitzen zylindrischer Körper oder anderer Rotationskörper oder auch bei spielsweise von Körpern mit elliptischem Querschnitt oder dergleichen ist das konti nuierlich fortschreitende Erhitzen nur dort benutzt worden, wo es sich darum handelte, die gesamte Oberfläche eines Werkstückes oder Werkstückabschnittes grosser axialer Länge zu behandeln. Der Induktor ist hier bei als Spule ausgebildet und umfasst den Körper und die Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung erfolgt in axialer Richtung.
,Im allgemeinen sind indessen zylindrische oder ähnliche Rotationskörper im kontinuierlichen Verfahren nicht behandelt worden, weil es bei diesen, wie beispielsweise Wellenzapfen von Kurbelwellen oder der gleichen, darauf ankommt, Abschnitte ver- hältnismässig geringer axialer Länge zu be handeln. Werkstück und Spule ruhen wäh rend der Behandlung und die Spule umfasst den gesamten Umfang der zu bearbeitenden Stelle ringförmig und besitzt eine Breite, die der axialen Länge der zu behandelnden Stelle entspricht.
Mit Vorrichtungen dieser Art sind für den angegebenen Zweck gute Erfolge erzielt worden und insbesondere, was die Behandlung der Lagerzapfen von Kurbelwellen oder son stiger Wellen anbelangt, wurde es von der Fachwelt als besonderer Vorzug dieses Ver fahrens begrüsst, dass ein Umlaufen des Werk stückes nicht erforderlich ist. Auch entfielen Schwierigkeiten, wie sie sich dann ergeben können, wenn Werkstücke mit zylindrischen Teilen, die jedoch zur Hauptsache ausmittig angeordnet sind, wie beispielsweise die Hub lager einer Kurbelwelle, so eingespannt wer den müssen, dass nur ein axialer Umlauf in bezug auf einen Festpunkt stattfindet, wie dies beispielsweise bei der Flammenerhitzung von Kurbelwellenlagerzapfen der Fall ist.
Das Verfahren, zylindrische Körper oder ähnliche Rotationskörper im ruhenden Ver fahren mit einer das Werkstück umfassen den Spule elektroinduktiv zu erhitzen, hat sich daher in weitestgehendem Masse in die Praxis eingeführt. Indes besitzt dieses Ver fahren Nachteile, und zwar sowohl elektri scher als auch metallurgischer Art. Die elek trischen Nachteile sind beispielsweise darin gelegen, dass die zu verwendenden Spulen im allgemeinen aufklappbar gemacht werden müssen, um das Werkstück in die Heizein- richtung einbringen zu können. Die Kontakt stellen verschleissen und geben zu Störungen Veranlassung, .die sich auch in einem un gleichmässigen Aufheizen auswirken können.
Für jede Werkstückabmessung muss eine ge sonderte Spule vorrätig gehalten werden. Ins besondere bei grossen Durchmessern der Werkstücke müssen grosse Spulen verwendet werden, für die eine hohe Leistung erforder lich ist, die entweder überhaupt nicht oder nur unter grossen Schwierigkeiten zur Ver fügung gestellt werden kann. Sofern der Zweck des Aufheizens die Erzeugung einer oberflächlichen Härteschicht ist, ergeben sich häufig Schwierigkeiten dadurch, dass sich die Stromfäden in der Nähe der Mitte der Spulenbreite zusammendrängen und infolge dessen an dieser Stelle des Werkstückes eine grosse Erhitzungstiefe und damit eine grosse Einhärtung hervorrufen, während in der Nähe der Ränder der Spule die Eindringtiefe der Erhitzung zu wünschen übrig lässt.
Wenn sich ausserdem an die zu behandelnde Stelle Hohlkehlen anschliessen, so gelingt es häufig nur unter Anwendung zusätzlicher Mittel, die Ströme zu zwingen, auch in diesen Hohl kehlen zu fliessen und dort eine Heizwirkung hervorzurufen. Diese Erscheinung ist die Folge davon, dass die induzierten Ströme parallel zum Werkstückumfang verlaufen. Dieser Stromverlauf ist auch dafür verant wortlich zu machen, dass beispielsweise au den Rändern schrägverlaufender Öllöcher Überhitzungen und damit Verbrennungen des Werkstoffes eintreten.
Des weiteren entste hen gewisse Schwierigkeiten dadurch, dass beispielsweise bei Kurbelwellen sich an die zu behandelnden Stellen ausmittige Werk stoffanhäufungen in Form von Kurbelwan gen, Exzenterscheiben oder dergleichen an schliessen. Diese exzentrischen Teile stören den Verlauf der induzierten Ströme, so dass Ungleichmässigkeiten in der Erhitzung ein treten. Um diese auszuschalten, ist schon vor geschlagen worden. Ausgleichstücke auf die Wangen bezw. Arme aufzusetzen: dies be deutet eine umständlichere Handhabung, ohne dass eine in jeder Beziehung wirksame Besei tigung der Schwierigkeiten möglich war.
Auch gewisse Unbequemlichkeiten muss ten in auf genommen werden, so insbeson dere die Tatsache, dass die umschliessende Spule eine Beobachtung der erzielten Tem peraturhöhe nicht gestattet. Störungen in der elektrischen Anlage, die ein mangelhaftes Aufheizen zur Folge haben, werden daher erst erkannt, wenn das fertige Werkstück der Prüfung unterworfen wird.
Es hat sich nun gezeigt, dass beim Er hitzen von Werkstücken, zum Beispiel in Form von Rotationskörpern, diese Schwierig keiten vermieden werden können, wenn vom ruhenden Verfahren mit einer das Werkstück umfassenden Spule abgegangen und statt dessen eine Leiterschleife verwendet wird, die in Umfangsrichtung gesehen höchstens die Hälfte der Mantelfläche überdeckt und das Werkstück während des Erhitzens mehrmals um seine Achse umläuft. Erfindungsgemäss wird daher eine Leiterschleife vorgeschlagen, die nachgiebig mit Abstand gegen die Ober fläche des Werkstückes angedrückt wird.
Die Leiterschleife überdeckt höchstens die Hälfte der Mantelfläche. Das Werkstück läuft wäh rend des Erhitzens mehrmals um seine Achse um, und zwar so lange, bis die erwünschte Temperatur erzielt ist.
Im nachfolgenden wird an Hand der bei gefügten Zeichnung, die Ausführungsbei spiele einer Vorrichtung gemäss der Erfin dung darstellt, die Erfindung näher erläu tert, in Einzelheiten ergänzt und die Vorteile aufgezeigt, die mit einer solchen Vorrichtung gegenüber den bekannten Massnahmen zu er zielen sind.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausbildungs form der Erfindung dargestellt, wobei Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch die Heiz- vorrichtung und gleichzeitig durch das Werk stück darstellt. Das Werkstück ist im Bei spiel der Lagerzapfen einer Kurbelwelle, an den sich exzentrische Wangen anschliessen. Fig. 1 stellt einen Schnitt längs der Linie A -B (Fix. 2) in Pfeilrichtung gesehen dar. Der Lagerzapfen 1, der seitlich von den un symmetrischen Wangen 2 begrenzt wird, soll auf seiner ganzen Länge oberflächlich er wärmt und durch Abschrecken gehärtet wer den.
Hierzu ist eine Leiterschleife 3 vor gesehen, die aus flachem Kupferrohr ge bogen ist. Der Strom wird durch die Zu leitungen 4 zugeführt, die bei 5 gegenein ander isoliert sind. Die Zuführungen diener gleiehzeitig zur Zuführung des Kühlmittels, das bei 4a abgeleitet wird.
Die Leiterschleife 3 ist in einen Kasten 6 aus flüssigkeitsfestem Isolierwerkstoff ein gelassen und wird von diesem getragen. Der gasten besitzt eine Zuleitung 9 für die Ab schreckflüssigkeit, die durch das siebartig durchlöcherte Teil 7 auf die Werkstückober fläche austreten kann. Der gasten 6 ist mit Abstandhaltern 8 versehen, die dafür sorgen, dass ein. Abstand zwischen Leiterschleife und Werkstückoberfläche aufrecht erhalten bleibt. Sie haben im Beispiel die Form von Rollen; sie können aber auch als Kugeln, Gleitschie nen oder dergleichen ausgebildet sein.
Die Heizeinrichtung wird mit den Abstandhal tern an die Werkstückoberfläche angedrückt, und zwar entweder unter Vermittlung von Federn, die der Einfachheit halber nicht dar gestellt sind oder hydraulisch, wie dies im Zusammenhang mit der noch zu beschreiben den Fig. 3 vorgesehen ist.
Die Wirkungsweise ist folgende: Gleich zeitig mit dem Einschalten des Erregerstro mes für die Leiterschleife 3 wird der Zapfen 1 in Umdrehung versetzt und läuft so lange um, bis die gewünschte Temperatur erreicht ist. Die Erreichung der gewünschten Tem peraturhöhe kann, da der grösste Teil des Zapfens ereiliegt, beobachtet werden. Es kann aber auch mit Hilfe eines optischen Pyro- meters die erreichte Temperaturhöhe selbst tätig festgestellt und dies zur selbsttätigen Schaltung der Einrichtung ausgenutzt wer den.
Ist die Temperatur erreicht, wird unter praktisch gleichzeitiger Abschaltung des Stromes das Abschreckmittel über die Zu leitung 9 bezw. das siebartige Teil 7 zuge führt, wobei der Umlauf des Zapfens auf recht erhalten wird. Je nach der Umlauf- geschwindigkeit des Werkstückes ist es in manchen Fällen zweckmässig, den Strom erst abzuschalten, nachdem bereits das Spritz- mittel austritt, um in allen Oberflächenteilen ein Abschrecken von der gleichen Tempera turhöhe zu gewährleisten.
Mit einer derartigen Leiterschleife und der grundsätzlichen Abkehr von dem ruhen den Verfahren ergeben sich erhebliche Vor teile, die zunächst darin gelegen sind, dass mit bedeutend geringeren Energien auszu kommen ist, da die induzierten Ströme nicht wie bisher gezwungen werden müssen, in der gesamten Oberfläche, sondern nur in Teilabschnitten zu fliessen.
Es ergibt sich zwar hierdurch eine Verlängerung der Be handlungszeit, die jedoch nur Bruchteile von Minuten ausmacht und somit nicht ins Ge wicht fällt. Vorteile ergeben sich noch insofern, als die Oberfläche und damit die erzielte Temperatur beobachtet werden kann und der Arbeiter sofort einschreiten kann, wenn sich Unregelmässigkeiten in der Zufuhr der elektrischen Energie ergeben, die eine mangelhafte Aufheizung zur Folge hätten.
Die Ungleichmässigkeiten, die durch die un symmetrischen Anschlussstücke 2 bei den bekannten Verfahren ausgelöst werden, glei chen sich von selbst aus, da der Verschieden artigkeit der Wärmeabfuhr im Bereich gro sser Begrenzungsmassen eine im entgegenge setzten Sinne verschiedenartige Leistungsauf nahme der Heizleiterschleife gegenübersteht.
Bei dem ruhenden Verfahren war es stets eine schwierige Aufgabe, ein aus konstruk tiven Gründen vielfach verlangtes Aufheizen bis in die Hohlkehlen hinein zu erreichen. Diese Aufgabe lässt sich bei dem beschrie benen Ausführungsbeispiel gemäss der Erfin dung in einfachster Weise dadurch lösen, dass die Seitenteile 3a der Leiterschleife, wie in Fig. 1- und 2 angedeutet, an den Begrenzungs flächen (Wangen 2) aufgebogen werden. Auch die Eindringtiefe der Ströme und damit die Eindringtiefe der Heizwirkung bezw. der Härtung lässt sich in einfachster Weise be einflussen.
Während bisher die Kopplung zwischen Werkstückoberfläche und Heizein- richtung verändert werden musste, wodurch der Leistungsfaktor ungünstig beeinflusst wurde, ergibt sich die Möglichkeit, durch ein Abstimmen des Verhältnisses der Länge der Schleife in Umfangsrichtung, das heisst also der Länge der Teile 3a zur Breite der Schleife, das heisst also zur Länge der Teile 3 die Ausbildung der Temperaturverteilung und entsprechend der Härteschicht zu beein flussen.
Je nachdem, wie dieses Verhältnis gewählt wird, ergibt sich eine starke Heiz- wirkung in der Zapfenmitte oder an den Zapfenenden. Diese Wirkungen können unterstützt werden durch geeignete Wahl der Eigenbreite der Teile 3 und 3a, die un tereinander verschieden gewählt werden kön nen. Weiterhin kann die Beeinflussung des Erhitzungsverlaufes und damit der Einhärte tiefe in axialer Richtung durch ungleiche Ausbildung des gegenseitigen lichten Abstan des der in axialer Richtung angeordneten, von Strömen entgegengesetzter Richtung durchflossenen Heizleiterteile (Fig. 1, 3) vor genommen werden.
Die Erzeugung verschiedener Eindring tiefen des Erhitzens kann in einfachster Weise ohne die Gefahr des Überhitzens an der Oberfläche durchgeführt werden, indem die Umlaufzeiten geändert werden. Es kann mithin selbst mit sehr hoher Frequenz der Stromerzeugungsanlage und dem damit ver bundenen hohen elektrischen Wirkungsgrad ohne Gefahr unter weitgehender Ausnutzung des Wärmeflusses gearbeitet werden. Über hitzungen und damit Überhärtungen an Boh rungen, Aussparungen und dergleichen sind infolge der Lage der induzierten Ströme in der Oberflächenschicht so gut wie ausge schlossen.
Rein mechanisch ergibt sich der Vorteil, dass für eine ganze Reihe von Rotations körpern, deren Durchmesser nicht zu grosse Unterschiede aufweist, die gleiche Leiter schleife benutzt werden kann, da die Abwei chungen in der Krümmung der Oberfläche und der Krümmung der Leiterschleife und damit die Erzeugung eines ungleichmässigen Kopplungsspaltes nicht schwerwiegend ins Cewicht fallen. In der Heizvorrichtung selbst entfallen Kontaktstellen mit den daraus erwachsenden Schwierigkeiten mechanischer und elektrischer Art und die Inbetriebnahme ist ausserordentlich einfach.
Es ist ferner im Gegensatz zu den früheren Vorrichtungen nicht erforderlich, an den Wangen, Bünden und dergleichen, sofern sie unsymmetrisch sind, mit Ausgleiehsstiicken zu arbeiten, die eine erhebliche Stromaufnahme aufweisen und ihrerseits zu Kontaktschwierigkeiten (Verschmoren an den Berührungsflächen zwi- sehen Wangen und Ausgleichsstücken und dergleichen) Veranlassung geben.
Gewisse Nachteile, die darin gesehen wer den könnten, dass das Werkstück axial um laufen und zu diesem Zweck besonders ein- gespannt werden muss, sind durch die ge gebenen Vorteile bei weitem aufgewogen. Durchbiegungen des Werkstückes werden durch das nachgiebige Anpressen der Heiz- einrichtung an die Oberfläche selbsttätig aus geglichen.
Bei der Behandlung beispielsweise von ausmittigen Hublagern bei Kurbelwellen ist es noch nicht einmal erforderlich, die Kurbelwelle exzentrisch einzuspannen, da die Heizeinrichtung gezwungen werden kann, die Bewegung eines solchen Hublagers mit zumachen. Zu diesem Zwecke werden die Ab standhalter um 120 versetzt auf dem Um fang aufgesetzt, so dass die Heizeinrichtung am Zapfen abgestützt ist.
Vornehmlich im letztgenannten Fall ist es zweckmässig, für besonders nachgiebige elektrische Zuleitungen zu sorgen. Eine sol che Vorrichtung ist in Fig. 3 dargestellt. Die Vorrichtung besteht aus einer Leiterschleife 10, die, wie gemäss Fig. 1 und 2 vorgeschla gen, auch in einem Kasten angeordnet sein könnte. Die Zuleitungen der Leiterschleife 10 führen zu Anschlussstücken 11, die bei 12 gegeneinander isoliert sind. Diesen Anschluss stücken wird der Strom durch bewegliche ge winkelte Bänder 13 zugeführt, die bei 14 gegeneinander isoliert sind. Sie enden an den eigentlichen feststehenden Zuleitungsstücken 15, die bei 16 gegeneinander isoliert sind.
Der Raum zwischen den mit -der Heizleiter- schleife beweglichen Teilen 11 und den fest stehenden Teilen 15 wird von einem Falten balg 17 umschlossen, der zweckmässigerweise aus schweissbarem Kunststoff, wie er bei spielsweise unter dem Namen Mipolam be kannt geworden ist, besteht.
Das Kühlmittel zum Kühlen der Heiz- leiterschleife wird bei 18 zugeführt und tritt nach Durchlaufen der Heizleiterschleife in den Faltenbalg ein, wodurch eine zusätzliche Kühlung der Zuführungen 13 erreicht wird. Die Kühlflüssigkeit tritt anschliessend durch die Stutzen 19 aus, die in den feststehenden Anschlussstücken 15 vorgesehen sind.
Auf diese Weise wird eine genügende Be weglichkeit der Heizeinrichtung gegenüber den Anschlüssen gewährleistet und darüber hinaus ist es möglich, das strömende Kühl mittel für die Heizleiterschleife zur Erzeu gung des notwendigen Anpressdruckes auszu nutzen. Wenn nämlich die Ablaufstutzen 19 mit verengten Querschnitten gegenüber den sonstigen Strömungsquerschnitten oder noch zweckmässiger mit einstellbaren Drossel ventilen versehen werden, ist es möglich, in dem Faltenbalg einen mechanischen Rück druck auf die Teile 11 bezw. der daran be festigten Heizleiterschleife in Richtung auf das Werkstück zu erreichen.
Die axiale Länge des zu behandelnden Werkstückes bezw. Werkstückabschnittes spielt keine wesentliche Rolle; denn im all gemeinen kann ohne Schwierigkeiten elek trischer Art die Abmessung der Heizleiter- schleife beliebigen axialen Längen des Werk stückes bezw. des zu behandelnden Werk stückabschnittes angepasst werden. Indes sind Fälle denkbar, in denen es zweckmässig erscheint, über eine bestimmte Länge der Heizleiterschleife in.
Achsrichtung des Werk stückes nicht hinauszugehen. In. einem sol chen Falle empfiehlt es sich, die Reizein- richtung auf einer Leitspindel zu führen, die eine Bewegung der Heizleiterschleife in Achsrichtung des Werkstückes ermöglicht.
Die Arbeitsweise mit einer derartigen Vor- richtung wäre die, dass während des Auf heizens das Werkstück um seine Achse um läuft und gleichzeitig die Heizeinrichtung eine Vorschubbewegung in Achsrichtung aus führt. Sofern der Zweck der Behandlung ein. Härten der Oberfläche ist, wird das Ab schrecken unmittelbar hinter der Heizvorrich tung zu erfolgen haben, wobei die Abschreck- vorrichtung den Vorschub der Heizeinrich- tung in an sich bekannter Weise mitmacht.
Es kann auch derart verfahren werden, dass die Heizvorrichtung in Richtung der Achse des Werkstückes an diesem ständig hin- und hergeführt wird, während das Werkstück umläuft. Diese doppelte Relativbewegung von Heizeinrichtung und Werkstück zueinan der wird so lange aufrecht erhalten, bis das Werkstück insgesamt die gewünschte Tem peratur angenommen hat, worauf, wenn eine Härtung erfolgen soll, das Abschrecken durchgeführt wird, wobei zweckmässig die Bewegung von Werkstück und Abschreck vorrichtung zueinander in entsprechender Weise aufrecht erhalten wird.
Vorrichtungen gemäss der Erfindung kön nen sowohl zur Behandlung von zylindri schen Körpern als auch zur Behandlung sol cher Körper benutzt werden, die einen nicht kreisförmigen Querschnitt, wie beispielsweise einen elliptischen Querschnitt oder derglei chen aufweisen. Besondere Vorteile bringt die Anwendung von Heizleiterschleifen ge mäss der Erfindung ausser bei der bereits er wähnten Behandlung von Kurbelwellen ins besondere bei Walzen, Rollen, Bolzen (bei spielsweise Kolbenbolzen) oder dergleichen. Ferner können sie Anwendung finden bei der Herstellung von Gleitlagern ohne oder mit Stützringen.
Im letztgenannten Fall können besondere Vorzüge deshalb erreicht werden, weil es möglich ist, das Lagermetall während des Erhitzens und während des Erstarrens nicht dauernd unter Einwirkung des Hoch frequenzfeldes zu halten, so dass hierdurch eine ständige gleichmässige Magnetisierung des gesamten Werkstückes nicht stattfindet. Auch bei der Behandlung von Werkstücken aus Stahl ist es vorteilhaft, dass sich das Werkstückteil nicht dauernd unter Einwir kung des Magnetfeldes befindet, sondern dass die Kraftlinien dauernd in andern Teilen der Oberfläche in verschiedenen Richtungen ver laufen.
Device for electroinductive heating of workpieces. In the case of electroinductive heating of workpieces, be it for the purpose of bringing them to a certain temperature only superficially or continuously, two methods are broadly possible and have already been used. This is because either the heating device and the workpiece can rest during the heating process, or both can move relative to one another.
As far as the process is concerned, in which a relative movement takes place between the workpiece and the heating device, this has been introduced where it is a matter of treating workpieces with dimensions that are larger than the area covered by the inductor can.
The process in which the heating starts from the surface is a continuously progressing one, that is to say the migration speed of the heating device, based on the surface of the workpiece, is set in such a way that each time a certain workpiece section is left, this is on the The desired temperature is brought and if the purpose of the heating is superficial hardening, quenching immediately follows.
When heating cylindrical bodies or other rotating bodies or, for example, bodies with an elliptical cross-section or the like, the continuously progressive heating has only been used where it was a question of treating the entire surface of a workpiece or workpiece section of great axial length. The inductor is designed here as a coil and encompasses the body and the relative movement between workpiece and heating device takes place in the axial direction.
In general, however, cylindrical or similar rotating bodies have not been treated in the continuous process, because with these, for example shaft journals of crankshafts or the like, it is important to treat sections of relatively short axial length. Workpiece and coil rest during the treatment and the coil encompasses the entire circumference of the point to be processed in an annular manner and has a width which corresponds to the axial length of the point to be treated.
With devices of this type good results have been achieved for the stated purpose and, in particular, as far as the treatment of the bearing journals of crankshafts or other shafts is concerned, it was welcomed by the experts as a special advantage of this process that rotating the workpiece is not required is. Difficulties such as can arise when workpieces with cylindrical parts, which are mainly arranged off-center, such as the hub bearing of a crankshaft, were also eliminated, so who must be clamped in such a way that only one axial rotation takes place with respect to a fixed point As is the case, for example, with flame heating of crankshaft journals.
The method of driving cylindrical bodies or similar rotating bodies in the resting process with a workpiece encompassing the coil to electroinductively heat it has therefore largely been introduced into practice. However, this method has disadvantages, both electrical and metallurgical. The electrical disadvantages are, for example, that the coils to be used generally have to be opened so that the workpiece can be brought into the heating device. The contacts are worn out and cause malfunctions, which can also result in uneven heating.
A separate coil must be kept in stock for each workpiece dimension. In particular with large diameters of the workpieces, large coils must be used for which a high performance is required, which can either not be made available at all or only with great difficulty. If the purpose of the heating is to create a superficial layer of hardness, difficulties often arise from the fact that the current filaments squeeze together near the center of the coil width and, as a result, cause a great heating depth and thus a great hardening at this point on the workpiece, while in the proximity of the edges of the coil, the depth of penetration of the heating leaves something to be desired.
If, in addition, fillets adjoin the area to be treated, it is often only possible to use additional means to force the currents to flow also in these fillets and cause a heating effect there. This phenomenon is the result of the fact that the induced currents run parallel to the workpiece circumference. This current course is also responsible for the fact that, for example, overheating and thus burns of the material occur on the edges of inclined oil holes.
Furthermore, certain difficulties arise from the fact that in the case of crankshafts, for example, off-center material accumulations in the form of crank arms, eccentric disks or the like attach to the areas to be treated. These eccentric parts disturb the course of the induced currents, so that irregularities in the heating occur. To turn this off, has already been suggested. Compensating pieces on the cheeks respectively. Putting arms on: this means a more cumbersome handling, without an effective elimination of the difficulties in every respect was possible.
Certain inconveniences also had to be taken into account, in particular the fact that the surrounding coil does not allow observation of the temperature level achieved. Faults in the electrical system that result in inadequate heating are therefore only recognized when the finished workpiece is subjected to the test.
It has now been shown that when he heats workpieces, for example in the form of rotating bodies, these difficulties can be avoided if the dormant process with a coil comprising the workpiece is abandoned and instead a conductor loop is used which is seen in the circumferential direction covers at most half of the surface area and the workpiece revolves around its axis several times during heating. According to the invention, therefore, a conductor loop is proposed which is resiliently pressed at a distance against the upper surface of the workpiece.
The conductor loop covers at most half of the surface area. The workpiece rotates around its axis several times during heating, until the desired temperature is reached.
In the following, with reference to the accompanying drawing, the Ausführungsbei plays a device according to the inven tion, the invention tert erläu, added in details and shown the advantages that are to be achieved with such a device over the known measures.
In FIGS. 1 and 2, a training form of the invention is shown, FIG. 2 showing a vertical section through the heating device and at the same time through the work piece. In the example, the workpiece is the bearing journal of a crankshaft to which eccentric cheeks are attached. Fig. 1 shows a section along the line A -B (Fix. 2) seen in the direction of the arrow. The bearing pin 1, which is laterally bounded by the un symmetrical cheeks 2, should over its entire length superficially it warms and who hardened by quenching the.
For this purpose, a conductor loop 3 is seen before, which is bent ge from flat copper pipe. The current is fed through the lines 4, which are isolated from each other at 5. The feeds serve at the same time to feed the coolant, which is discharged at 4a.
The conductor loop 3 is let into a box 6 made of liquid-proof insulating material and is carried by this. The guest has a feed line 9 for the quenching liquid from which can escape through the sieve-like perforated part 7 on the workpiece upper surface. The guest 6 is provided with spacers 8, which ensure that a. The distance between the conductor loop and the workpiece surface is maintained. In the example they take the form of roles; but they can also be designed as balls, sliding rails or the like.
The heating device is pressed against the workpiece surface with the spacers, either with the intermediation of springs, which are not provided for the sake of simplicity, or hydraulically, as is provided in connection with FIG. 3 to be described.
The mode of operation is as follows: Simultaneously with the switching on of the exciter current for the conductor loop 3, the pin 1 is set in rotation and rotates until the desired temperature is reached. The achievement of the desired temperature level can be observed, since the largest part of the pin occurs. However, the reached temperature level can also be actively determined with the help of an optical pyrometer and this can be used for the automatic switching of the device.
Once the temperature has been reached, the quenching agent via the line to 9 respectively is switched off at the same time. the sieve-like part 7 leads, the rotation of the pin being maintained. Depending on the speed of rotation of the workpiece, in some cases it is advisable to switch off the current only after the spray has emerged in order to ensure that all parts of the surface are quenched from the same temperature level.
With such a conductor loop and the fundamental departure from the dormant process, there are considerable advantages, which are initially located in the fact that significantly lower energies can be used, since the induced currents do not have to be forced over the entire surface as before, but only to flow in partial sections.
Although this results in an extension of the treatment time, it only accounts for a fraction of a minute and is therefore irrelevant. There are advantages in that the surface and thus the temperature achieved can be observed and the worker can intervene immediately if there are irregularities in the supply of electrical energy which would result in insufficient heating.
The irregularities that are triggered by the unsymmetrical connectors 2 in the known methods, compensate for themselves, since the different types of heat dissipation in the area of large limiting masses is opposed to a different power consumption of the heating conductor loop in the opposite sense.
In the dormant process, it was always a difficult task to achieve a heating up into the fillets, which is often required for structural reasons. This object can be solved in the simplest way in the described embodiment according to the inven tion that the side parts 3a of the conductor loop, as indicated in Fig. 1- and 2, are bent open at the boundary surfaces (cheeks 2). The penetration depth of the currents and thus the penetration depth of the heating effect respectively. the hardening can be influenced in the simplest way.
While previously the coupling between the workpiece surface and the heating device had to be changed, which had an adverse effect on the power factor, there is the option of adjusting the ratio of the length of the loop in the circumferential direction, i.e. the length of the parts 3a to the width of the loop That is, the length of the parts 3 to influence the formation of the temperature distribution and according to the hardness layer.
Depending on how this ratio is selected, there is a strong heating effect in the center of the pin or at the ends of the pin. These effects can be supported by a suitable choice of the inherent width of parts 3 and 3a, which can be chosen differently from one another. Furthermore, the heating process and thus the hardness can be influenced in the axial direction by the unequal formation of the mutual clearance between the heat conductor parts (Fig. 1, 3) arranged in the axial direction and traversed by currents in the opposite direction.
The generation of different penetration depths of the heating can be carried out in the simplest manner without the risk of overheating on the surface by changing the circulation times. It can therefore be worked even with a very high frequency of the power generation system and the associated high electrical efficiency without risk with extensive utilization of the heat flow. Overheating and thus overhardening of bores, recesses and the like are as good as closed due to the location of the induced currents in the surface layer.
Purely mechanically, there is the advantage that the same conductor loop can be used for a whole series of rotational bodies whose diameter does not differ too much, since the deviations in the curvature of the surface and the curvature of the conductor loop and thus the generation an uneven coupling gap do not have a serious impact. In the heating device itself, there are no contact points with the resulting mechanical and electrical difficulties, and commissioning is extremely simple.
Furthermore, in contrast to the earlier devices, it is not necessary to work with compensating pieces on the cheeks, collars and the like, provided they are asymmetrical, which have a considerable current consumption and in turn cause contact difficulties (scorching on the contact surfaces between cheeks and compensating pieces and the like) give cause.
Certain disadvantages, which could be seen in the fact that the workpiece revolves axially and must be specially clamped for this purpose, are by far outweighed by the advantages given. Deflections of the workpiece are automatically compensated for by the resilient pressing of the heating device against the surface.
When treating eccentric pin bearings in crankshafts, for example, it is not even necessary to clamp the crankshaft eccentrically, since the heating device can be forced to close the movement of such a pin bearing. For this purpose, the spacers are offset by 120 on the order placed so that the heater is supported on the pin.
Especially in the latter case, it is advisable to ensure that the electrical leads are particularly flexible. Such a device is shown in FIG. The device consists of a conductor loop 10 which, as proposed in FIGS. 1 and 2, could also be arranged in a box. The supply lines of the conductor loop 10 lead to connection pieces 11 which are insulated from one another at 12. The current is fed to these connection pieces by movable angled belts 13 which are isolated from one another at 14. They end at the actual stationary supply line pieces 15, which are isolated from one another at 16.
The space between the movable parts 11 with the heating conductor loop and the stationary parts 15 is enclosed by a bellows 17, which is expediently made of weldable plastic, as it has become known for example under the name Mipolam.
The coolant for cooling the heating conductor loop is supplied at 18 and, after passing through the heating conductor loop, enters the bellows, whereby additional cooling of the supply lines 13 is achieved. The cooling liquid then exits through the connecting pieces 19 which are provided in the fixed connection pieces 15.
In this way, sufficient mobility of the heating device with respect to the connections is guaranteed and it is also possible to use the flowing coolant for the heating conductor loop to generate the necessary contact pressure. Namely, if the outlet nozzle 19 are provided with narrowed cross-sections compared to the other flow cross-sections or more useful with adjustable throttle valves, it is possible in the bellows a mechanical back pressure on the parts 11 respectively. to achieve the heat conductor loop attached to it in the direction of the workpiece.
The axial length of the workpiece to be treated BEZW. Workpiece section does not play an essential role; because in general, the dimensions of the heating conductor loop can be without difficulties of an electrical type any axial lengths of the work piece. of the workpiece section to be treated. However, cases are conceivable in which it appears expedient to use a certain length of the heating conductor loop in.
Axial direction of the workpiece not to go beyond. In. In such a case, it is advisable to guide the stimulus device on a lead screw that enables the heating conductor loop to move in the axial direction of the workpiece.
The mode of operation with such a device would be that the workpiece rotates around its axis during the heating up and at the same time the heating device carries out a feed movement in the axial direction. Unless the purpose of the treatment is one. If the surface is hardening, the quenching will have to take place immediately behind the heating device, the quenching device taking part in the advance of the heating device in a manner known per se.
It is also possible to proceed in such a way that the heating device is continuously guided back and forth on the workpiece in the direction of the axis thereof while the workpiece is rotating. This double relative movement of the heater and workpiece zueinan is maintained until the workpiece has assumed the desired temperature as a whole, whereupon, if hardening is to take place, quenching is carried out, with the movement of workpiece and quenching device in relation to each other is maintained in a corresponding manner.
Devices according to the invention can be used both for the treatment of cylindri's bodies and for the treatment of such bodies which have a non-circular cross section, such as an elliptical cross section or the like. The use of heating conductor loops according to the invention brings particular advantages, except for the treatment of crankshafts already mentioned, in particular for rollers, rollers, bolts (for example piston bolts) or the like. They can also be used in the manufacture of plain bearings with or without support rings.
In the latter case, special advantages can be achieved because it is possible not to keep the bearing metal under the influence of the high-frequency field during heating and solidification, so that constant, uniform magnetization of the entire workpiece does not take place. When treating workpieces made of steel, it is also advantageous that the workpiece part is not constantly under the influence of the magnetic field, but that the lines of force continuously run in different directions in other parts of the surface.