Verfahren und Einrichtung zur gleichmässigen Beheizung eines Werkstückes mittels hochfrequenter Wirbelströme. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gleichmässigen Beheizung eines Werkstücks mittels hochfrequenter Wirbelströme, bei welchem mindestens ein Paar einander gegen überliegender Flanken des Werkstückes mit einem Induktionsschleifenpaar gekoppelt ist, das durch einen Hochfrequenzgenerator ge speist wird. Beispielsweise handelt es sich darum, die Zähne eines Zahnrades, die Schaufeln einer Turbine,
die Messer einer Fräse oder andere ähnliche Gegenstände mit tels hochfrequenter Wirbelströme für die Härtung in der Nähe ihrer Oberfläche auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Es kann dabei wesentlich ;sein, zur Vermeidung von einseitigen Deformationen, dass zwei ein ander gegenüberliegende Flanken des, Werk stückes, z. B. die beiden Flanken eines sym metrischen Zahnes, während des ganzen Pro zesses gleichmässig beheizt werden. Es. ist deshalb notwendig, dass die an die beiden Flanken abgegebene Leistung dauernd über wacht und gegebenenfalls abgeglichen wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht nun darin, dass die elektrische Kopplung des Hochfrequenzgenerators über die Induktions schleifen an die beiden Werkstückflanken entsprechend der Differenz des Spannungs abfalls an den beiden Schleifen. des Induk- tionsschleifenpaares verändert wird, bis beide Schleifen dieselbe Leistung an die entspre- chenden Werkstückflanken übertragen.
Es kann dabei die Differenz dieses Span nungsabfalls zur automatischen Abgleichung der Leistungsabgabe verwendet werden, in dem beispielsweise mit Hilfe eines elektro mechanischen Systems das Induktionsschlei- fenpaar gegenüber dem ruhenden Werkstück verschoben wird, bis der gewünschte Aus gleich erreicht ist.
Natürlich kann auch das Werkstück gegenüber dem ruhenden Induk- tionsschleifenpaar verschoben werden, oder es kann auch die Kopplung der beiden Zweige des Induktions:schleifenpaares gegenüber dem Senderausgangskreis- entsprechend verändert werden.
Selbstverständlich können auch gleich zeitig mehrere Schleifenpaare abgeglichen werden. .So kann z. B. ein zylindrischen Werk stück innerhalb einer Induktionsspule, die aus mehreren Paaren von Induktionsschleifen besteht, genau zentriert werden, wie an Hand eines Ausführungsbeispiels weiter unten ge zeigt werden wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Einrich tung zur Durchführung des, Verfahrens. Dieselbe zeichnet sich aus durch eine Mess- brücke zur Messung der Differenz des Span nungsabfalls an den beiden Schleifen, wobei das Anzeigeinstrument der Brücke bei glei cher Leistungsabgabe der beiden Schleifen des kontrollierten Induktionsschleifenpaares stromlos bleibt.
Die bei ungleicher Leistungsabgabe am Anzeigeinstrument der Messbrücke auftretende Spannung kann beispielsweise zur Steuerung eines Motores dienen, der automatisch die Verschiebung des Werkstückes, des Induk- tionsschleifenpaares oder der Koppelspulen vornimmt. Selbstverständlich kann die Lei stungsabgabe auch manuell. entsprechend den Ausschlägen des Instrumentes der Messbrücke reguliert werden.
Die Zeichnung veranschaulicht beispiels weise Ausführungsformen des Verfahrens und der Einrichtung nach der Erfindung.
Fig.1 zeigt eine Anordnung des Induk- tionsschleifenpaares gegenüber den Flanken des Zahnes eines Zahnrades.
Fig.2 gibt ein Sehaltungsbeispiel einer Messbrücke zur Kontrolle der Leistungs- abgabe wieder.
Fig. $, stellt eine der Fig. 1 ähnliche An- ordnung bei spezieller Kopplung der Induk- tionsschleifen mit dem Ausgangskreis des Hochfrequenzgenerators dar,.
Fig.4 und 5 zeigen je eine Anordnung zur Zentrierung eines; Werkstücke inner halb einer Induktionsspule.
In Fig. 1 ist als Werkstück ein zu här tendes Zahnrad gewählt. Der gerade beheizte Zahn liegt zwischen den beiden ,Schleifen 2 und 3, die von einem hochfrequenten Strom durchflossen sind, der von einem an den Klemmen 8 und 9 angeschlossenen, aber nicht gezeichneten Sender geliefert wird. Die von jeder Schleife auf die Zahnflanke über tragene Leistung ist proportional dem Qua drat des Spannungsabfalls. zwischen den Punkten 4 und 5 bzw. 6 und 7 der beiden Schleifen.
Eine gleichmässige Leistungsab gabe an beide Zahnflanken bedingt somit lediglich die Kontrolle dieses Spannungs- abfalls. Wird beispielsweise der Zahn nicht exakt symmetrisch zwischen den Schleifen 2 und 3. gelagert, so macht ,sich dies bemerkbar in einer Differenz des Spannungsabfalls, zwi schen den Punkten 4 und 5 und des .Span nungsabfalls zwischen den Punkten 6 und 7.
Diese Spannungsdifferenz wird vorzugs weise mittels einer Messbrücke M, wie sie Fig.2 zeigt, festgestellt. Die Klemmen 14 und 1.5 des Koppeltransformators 10 sind mit den Punkten 4 und 5 der Schleife 2 und die Klemmen 16 und 17 des Koppeltransforma tors 11 mit den Punkten. 6 und 7 der Schleife 3 verbunden. Die Kondensatoren 12 und 13 werden über die Gleichrichter 18 und 19 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen.
Parallel zu den Kondensatoren 12 und 13 liegt ein Anzeigeinstrument 20, dessen Emp findlichkeit durch den Shunt 21 verändert werden kann. Der Widerstand 22, der par allel zu den Kondensatoren 12 und 13 liegt, dient zur Abgleichung der beiden Gleich- richterkreise, so dass nach genauer Einstel lung des: Kontaktes 23 bei gleicher Span nung an den. Eingängen der beiden Koppel transformatoren 10 und 11 das Instrument 20 stromlos bleibt.
Falls nun die Leistungsabgabe von den beiden Schleifen 2 und 3 an die Zahnflanken verschieden gross ist, wird dies durch den Zeigerausschlag des, Instrumentes 20 fest stellbar, und im einfachsten Fall kann rein manuell das Werkstück 1 innerhalb der bei den .Schleifen 2 und 3 verschoben werden. bis das Instrument 20 wieder stromlos wird. Ganz nach Belieben kann zur Abstimmung der Leistungsabgabe das Werkstück oder das Schleifenpaar verlagert werden.
Fig. 3 zeigt eine etwas andere Anord nung des Induktionsschleifenpaares. Gemäss diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Schleifen 32 und 33 zur Beheizung des Werkstückes 31 getrennt mit dem Aus gangskreis 34 des Senders über die Spulen 35 bzw. 36 gekoppelt. An den Klemmen 37 und 38 ist der nicht gezeichnete Hochfrequenz sender angeschlossen.
Wird durch das Mess- instrument M an den Klemmen 39 und 40 eine andere Spannung als an den Klemmen 41 und 42 festgestellt, so erfolgt die Kor- rektur durch Verschiebung der Spulen 35 und 3,6 gegenüber der Spule 34.
Vorzugsweise wird dabei, wie in der Zeichnung durch Doppelpfeil angedeutet, die Spule 34 verschoben, aber .selbstverständlich können auch die Spulen 35 und 36 in irgend- einer bekannten, zwecl-#dienlichen Weise gegenüber der Spule 34 verlagert werden.
Soll die Korrektur der Leistungsabgabe automatisch erfolgen, so wird die am Instru ment: 20 der Messbrücke i11 liegende Spannung, eventuell nach Verstärkung, zur Steuerung irgendeine; bekannten elektromechanischen Wandler., z. B. eines Servomotors, verwen det, der dann die Verschiebung des Werk stückes, der Induktionsschleifen oder der hoppehpulen vornimmt.
Fig. 4 zeigt, wie ein kreiszylinderförmi- ges Werkstück 41 innerhalb einer Induktions spule 42 zentriert werden kann. Die Induk- tionsspule 42 weist längs ihres Umfanges vier -in ihren Enden mit den Klemmen 43-50 versehene Schleifen auf (ähnlich 23, Fig. 1), wobei je zwei diametral gegenüberliegende, gleich grosse Schleifen ein Paar bilden.
An dun Klemmen 43 und 44 :sowie den, Klem- nien 47 und 48 des einen Induktionsschlei- fenpaares ist eine erste Messbrücke 31,, wie sie. in Fig. 1 erläutert wurde, angeschlossen und in den Klemmen 45 und 46 bzw.
den Klemmen 49 und 50 des andern Induktions- ,-#clileifenpaares ist eine zweite Messbrücke 111" angeschlossen. Entsprechend den Ausschlä gen der Instrumente der Messbrücke 111, und 3I_ wird das Werkstück manuell oder auto- nia.ti.sch in Richtung der Achse x-x bzw.
y-y verschoben, bis die Leistungsabgabe von allen vier Induktionsspulenteilen gleich ist und somit eine gleichmässige Beheizung des Werkstückesi von allen Seiten ist. Fig.5 zeigt eine zur Fig.4 analoge Anordnung mit rechteckiger Spule inid Werkstückform, wobei die zu Fig.4 gemachten Erläuterungen ohne weiteres Gel tung haben.
Es kann ein Werkstück ausser in zwei zueinander .senkrechten Richtungen<I>x</I> und y, wie in Fig.4 oder 5, auch noch in einer dritten Richtung, die zu den beiden Rich tungen<I>x</I> und y senkrecht steht, mit gleicher Leistung zu beheizen sein. Zu diesem Zweck ist lediglich auch noch das Induktionsschlei- fenpaa r,welches das Werkstück in der drit ten.
Richtung beheizt, auf gleichen Span- nungsabfall an den beiden Schleifen beid seitig des, Werkstückes zu überprüfen und durch Kopplungsänderung dafür zu sorgen, da.ss auch diese beiden Schleifen untereinan der gleiche Leistungen abgeben.
Method and device for uniform heating of a workpiece by means of high-frequency eddy currents. The invention relates to a method for uniform heating of a workpiece by means of high-frequency eddy currents, in which at least one pair of mutually opposite flanks of the workpiece is coupled to a pair of induction loops which is fed by a high-frequency generator. For example, the teeth of a gear wheel, the blades of a turbine,
To heat the knives of a milling machine or other similar objects with means of high-frequency eddy currents for hardening in the vicinity of their surface to a certain temperature. It can be essential to avoid one-sided deformations that two opposite flanks of the work piece, for. B. the two flanks of a symmetrical tooth are heated evenly throughout the process. It. It is therefore necessary that the power delivered to the two edges is continuously monitored and, if necessary, adjusted.
The method according to the invention now consists in that the electrical coupling of the high-frequency generator via the induction loops on the two workpiece flanks according to the difference in the voltage drop across the two loops. of the induction loop pair is changed until both loops transmit the same power to the corresponding workpiece flanks.
The difference in this voltage drop can be used to automatically adjust the power output, for example by using an electro-mechanical system to shift the pair of induction loops relative to the stationary workpiece until the desired compensation is achieved.
Of course, the workpiece can also be shifted relative to the stationary induction loop pair, or the coupling of the two branches of the induction loop pair can also be changed accordingly in relation to the transmitter output circuit.
Of course, several pairs of loops can be synchronized at the same time. .So z. B. a cylindrical work piece within an induction coil, which consists of several pairs of induction loops, are centered exactly, as will be shown on the basis of an exemplary embodiment below ge.
The invention also relates to a device for implementing the method. It is characterized by a measuring bridge for measuring the difference in the voltage drop on the two loops, the display instrument of the bridge remaining currentless with the same power output of the two loops of the controlled induction loop pair.
The voltage that occurs at the display instrument of the measuring bridge when the power output is uneven can be used, for example, to control a motor which automatically moves the workpiece, the induction loop pair or the coupling coils. Of course, the power delivery can also be done manually. adjusted according to the deflections of the instrument of the measuring bridge.
The drawing illustrates example embodiments of the method and the device according to the invention.
1 shows an arrangement of the induction loop pair opposite the flanks of the tooth of a gear.
Fig. 2 shows an example of a measuring bridge for checking the power output.
FIG. 1 shows an arrangement similar to FIG. 1 with a special coupling of the induction loops to the output circuit of the high-frequency generator.
4 and 5 each show an arrangement for centering one; Workpieces within an induction coil.
In Fig. 1, a gear to här tend is selected as the workpiece. The currently heated tooth lies between the two, loops 2 and 3, through which a high-frequency current flows, which is supplied by a transmitter connected to terminals 8 and 9, but not shown. The power transferred from each loop to the tooth flank is proportional to the square of the voltage drop. between points 4 and 5 or 6 and 7 of the two loops.
A uniform output of power to both tooth flanks therefore only requires the control of this voltage drop. For example, if the tooth is not positioned exactly symmetrically between loops 2 and 3, this becomes noticeable in a difference in the voltage drop between points 4 and 5 and the voltage drop between points 6 and 7.
This voltage difference is preferably determined by means of a measuring bridge M, as shown in FIG. The terminals 14 and 1.5 of the coupling transformer 10 are with the points 4 and 5 of the loop 2 and the terminals 16 and 17 of the Koppeltransforma sector 11 with the points. 6 and 7 of loop 3 connected. The capacitors 12 and 13 are charged to a specific voltage via the rectifiers 18 and 19.
In parallel with the capacitors 12 and 13 is a display instrument 20, the sensitivity of which can be changed by the shunt 21. The resistor 22, which is parallel to the capacitors 12 and 13, is used to balance the two rectifier circuits, so that after precise adjustment of the: contact 23 with the same voltage on the. Inputs of the two coupling transformers 10 and 11, the instrument 20 remains de-energized.
If the power output from the two loops 2 and 3 to the tooth flanks is different, this can be determined by the pointer deflection of the instrument 20, and in the simplest case the workpiece 1 can be shifted manually within the loops 2 and 3 will. until the instrument 20 is again de-energized. The workpiece or the pair of loops can be relocated as desired to adjust the power output.
Fig. 3 shows a slightly different arrangement of the induction loop pair Anord. According to this exemplary embodiment, the two loops 32 and 33 for heating the workpiece 31 are coupled separately to the output circuit 34 of the transmitter via the coils 35 and 36, respectively. The high-frequency transmitter, not shown, is connected to terminals 37 and 38.
If the measuring instrument M detects a different voltage at terminals 39 and 40 than at terminals 41 and 42, the correction is made by shifting coils 35 and 3, 6 with respect to coil 34.
The coil 34 is preferably displaced, as indicated by the double arrow in the drawing, but of course the coils 35 and 36 can also be displaced relative to the coil 34 in any known, expedient manner.
If the power output is to be corrected automatically, the voltage on the instrument: 20 of the measuring bridge i11, possibly after amplification, is used to control any; known electromechanical converter., z. B. a servo motor, verwen det, which then makes the shift of the work piece, the induction loops or the hoppehpulen.
4 shows how a circular cylindrical workpiece 41 can be centered within an induction coil 42. The induction coil 42 has along its circumference four loops provided at its ends with the terminals 43-50 (similar to 23, FIG. 1), two loops of the same size lying diametrically opposite each other forming a pair.
At terminals 43 and 44: as well as terminals 47 and 48 of the one induction loop pair is a first measuring bridge 31, like them. in Fig. 1, connected and in terminals 45 and 46 or
A second measuring bridge 111 ″ is connected to terminals 49 and 50 of the other pair of induction and # clile loops. According to the deflections of the instruments of measuring bridge 111 and 3I_, the workpiece is moved manually or automatically in the direction of axis xx or.
y-y shifted until the power output from all four induction coil parts is the same and thus the workpiecei is evenly heated from all sides. FIG. 5 shows an arrangement analogous to FIG. 4 with a rectangular coil in the form of a workpiece, the explanations given in relation to FIG. 4 without further ado.
As well as in two mutually perpendicular directions <I> x </I> and y, as in FIG. 4 or 5, a workpiece can also be used in a third direction, which leads to the two directions <I> x </I> > and y is vertical, must be heated with the same output. For this purpose only the induction loop pair, which the workpiece in the third.
Direction heated, check for the same voltage drop on both loops on both sides of the workpiece and by changing the coupling to ensure that these two loops also deliver the same power among each other.