CH300103A - Verfahren und Einrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken. - Google Patents

Description

  Verfahren und Einrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken.    Bekanntlich kann man die für die Härtung  von einzelnen Teilen bzw. Oberflächen von  Werkstücken erforderliche Erhitzung dieser  Teile dadurch herstellen, dass man eine In  duktionsheizung an der zu erhitzenden Fläche  entlangführt. Je nach der Tiefe, bis zu  der die Hitze in das Werkstück eindringen  soll, wird die induktive Heizvorrichtung mit  einer höheren oder einer geringeren Frequenz  gespeist.  



  Die Erfindung betrifft ein besonders  zweckmässiges Verfahren zum induktiven Er  hitzen von     Werkstücken,    bei welchem Verfah  ren eine Induktionsspule mit wenigstens einer       Induktionsheizschleife    und die zu erhitzende  Fläche des     Werkstüekes    relativ zueinander  aneinander entlanggeführt werden. Erfin  dungsgemäss wird zwischen der aus sich in  zwei parallelen Ebenen erstreckenden Lei  tern und zu diesen senkrecht verlaufenden  Verbindungen bestehenden     Heizschleife    und  dem Werkstück eine Relativbewegung senk  recht     ztt    diesen Ebenen erzeugt.

   Die erfin  dungsgemässe Einrichtung zur Durchfüh  rung des Verfahrens ist dabei so ausgebildet,  dass zur Überleitung des magnetischen Flus  ses auf das Werkstück neben dem Heizleiter  der Schleife Eisenbleche vorhanden sind. Die  das magnetische Feld erzeugenden Leiter der       Induktionsheizung    können dabei parallel zu       der        Umrisslinie    der zu beheizenden     @V        erkstück-          fläche    verlaufen, wobei insbesondere diese Lei-         ter    und die zu diesen senkrecht verlaufenden  Verbindungen eine nahezu geschlossene  Schleife bilden können und sich die von die  ser Schleife umgrenzte Fläche bzw.

   deren Ver  lauf zweckmässig dem     Querschnittsverlauf    der  z. B. gekrümmten oder gebrochenen Fläche  des Werkstückes anschmiegt.  



  Im folgenden wird das erfindungsgemässe  Verfahren     beispielsweise    an Hand einiger in  der Zeichnung dargestellter Ausführungsbei  spiele erfindungsgemässer Einrichtungen  näher erläutert. In     Fig.    1 soll ein lang  gestrecktes Stahlstück mit     rechteckigem.    Quer  schnitt an der obern und an der rechten Seite  der Oberfläche gehärtet werden, und zwar  gemäss dem schraffierten Querschnitt 1 der  zu härtenden Schicht. Zu diesem Zweck wird  die     Induktionsheizeinrichtung    2 an dieser zu  härtenden Oberfläche des Werkstückes ent  langgeführt, was entweder durch Bewegen  der Induktionsheizung oder durch Bewegen  des Stahlstabes erreicht werden kann.

   Die  Induktionsheizung besteht nun wie ersichtlich  aus zwei quer zur Richtung der Bewegung  nebeneinander angeordneten Hin- und Rück  leitern 3 und 4, die sich mit ihrer Längs  erstreckung der unter einem rechten Winkel  gebrochenen, zu härtenden Fläche anschmie  gen. Die beiden Leiter 3 und 4 stellen dabei  eine flache Spule dar, deren Querschnitts  fläche parallel zur zu härtenden Oberfläche  verläuft, so dass der diese     Querschnittsfläche         durchsetzende magnetische Fluss annähernd  senkrecht in die zu     härtende    Oberfläche ein  dringt.

   Um eine genügend starke Ausbildung  dieses Flusses zu begünstigen, wird man  namentlich bei der Verwendung von     Mittel-          oder    Niederfrequenz den magnetischen Fluss  auch ausserhalb des Werkstückes in Eisen ver  laufen lassen, indem man die Leiter 3 und  4 mit Eisenblechen umgibt, wie dies in     Fig.    2  dargestellt ist.     Fig.    2 stellt dabei einen Quer  schnitt durch die Leiter 3 und 4 und durch  die angrenzende Seite des Werkstückes gemäss  der Linie     A-B    der     Fig.    1 dar.

   3 und 4  sind wiederum die nunmehr im Querschnitt  dargestellten Leiter der     Induktionsheizung.    5  ist das diese beiden Leiter mit Ausnahme der  dem Werkstück zugewandten Seite allseitig  umgebende Eisenblech. 1 ist die zu härtende  Oberfläche. Die Leiter sind Hohlleiter mit  rechteckigem Querschnitt. Da der Strom in  den Leitern 3 und 4. in entgegengesetzter Rich  tung fliesst, so wird der magnetische Fluss  an den beiden Aussenschenkeln des Bleches 5  ebenfalls die entgegengesetzte Richtung auf  weisen als an dem Innenschenkel, an dem er  ausserdem die doppelte Grösse aufweist. In       Fig.    2 hat das umgebende Blech 5 die Form  des Eisens eines Manteltransformators.

   Unter  Umständen genügt jedoch die Blechform eines  gewöhnlichen     Einphasentransformators,    so  dass also in     Fig.    2 der an den Mittelschenkel  des Bleches 5 nach rechts sich anschliessende  Jochteil und der rechte Aussenschenkel weg  fallen können. Bei der Verwendung von Hoch  frequenz kann man das die beiden Leiter um  gebende Eisen noch weiter vereinfachen, in  dem man gemäss der     Fig.    3 nur rechteckige  Eisenbleche 6 zwischen den beiden Leitern  3 und 4 vorsieht, während an den nach oben  und nach aussen     gekehrten    Seiten dieser Leiter  kein Eisenblech vorhanden ist.  



       Fig.    4 zeigt eine weitere Ausbildung der       Induktionsheizeinrichtung,    wenn die Ober  seite und zwei einander gegenüberliegende  Seiten eines Werkstückes mit rechteckigem  Querschnitt. aufgeheizt werden sollen. Die  Hin- und Rückleiter 3 und 4 der Induktions  heizung bilden hier zwei in der Bewegungs-         richtung    der Induktionsheizung nebenein  ander angeordnete und in Querebenen zu die  ser Bewegungsrichtung liegende     U-Formen,     die an den Enden der     U-Schenkel    (bei 7 und  8) ineinander übergehen, wobei die Verbin  dungsflächen zwischen den Linienzügen der  beiden     U    die von der Spule umfasste, vom  magnetischen Fluss durchsetzte Querschnitts  fläche bilden.

   Diese     Querschnittsfläche    ver  läuft dabei parallel zu der am Werkstück zu  härtenden Schicht 1. Sie bildet also eben  falls die Form eines<B>U.</B>  



  Bei 9 ist die     Stromzu-    und     -ableitung    an  die Induktionsheizung angeschlossen, wobei  das von den Leitern 4 gebildete<B>U</B> am Grund  des     @U    geöffnet und an die Zu- und Ableitung  angeschlossen ist. Die Zu- und Ableitung  könnte jedoch auch an einer andern Stelle der       Heizspule    angeschlossen sein, beispielsweise  zeigen die gestrichelten Zu- und Ableitungen  10 einen Anschluss an die Mitte am Grunde des  einen  Der Querschnitt des zu beheizenden Werk  stückes der     Fig.    4 ist nur als Beispiel gewählt.

    Das Werkstück kann alle Querschnitte auf  weisen, bei denen sich die annähernd<B>U-</B> oder  V-förmig gestaltete     Induktionsheizeinrichtung     dem     Quersehnittsv    erlauf des Werkstückes ge  nügend gut anschmiegt. Beispielsweise kann  man die Einrichtung der     Fig.    4 für das Här  ten der Oberfläche von Zahnrädern benutzen,  wobei durch die Induktionsheizung gleich  zeitig beide Flanken eines Zahnes sowie ausser  dem der Zahnkopf erhitzt werden. Wenn  man nur die beiden Zahnflanken härten  will, so kann man dies dadurch erreichen, dass  man die dem Zahnkopf gegenüberliegenden  Teile der Leiter 3 und 4 nicht mit Eisenble  chen     iungibt,    so dass hier der magnetische  Fluss nur gering ist.  



       Fig.    5 zeigt eine Anwendung der wie  derum :U-förmig gestalteten Spule der Induk  tionsheizung, bei der man die benachbarten  Zahnflanken zweier Zähne gleichzeitig här  ten kann sowie     evtl.    den Zahngrund. Die     U-          Form.    der Induktionsspule ist hier um 180   gedreht und füllt eine Lücke zwischen zwei  Zähnen aus. Die Zu- und Ableitung kann      dadurch hergestellt sein, dass die eine Über  gangsstelle an den Enden der     IU-Schenkel    3  und 4 geöffnet und an die Zu- und Ab  leitungen 11 angeschlossen ist. Man könnte  aber ähnlich wie in     Fig.    4 die Zu- und Ablei  tungen auch (gestrichelt angedeutet) an den  Grund des<B>U</B> (bei 12) anschliessen.  



  Wünscht man nur die Zahnflanken des  Zahnrades zu härten, so kann man die An  ordnung nach     Fig.    6 wählen, bei der die In  duktionsheizung ähnlich wie in     Fig.    4 aus  gebildet ist, jedoch mit der annähernden     U-          Form    nicht einen Zahn umfasst, sondern eine  Zahnlücke. In diesem Fall wird man die die       beiden        U-Schenkel    verbindenden Teile der  Leiter 3 und 4 nicht mit Eisenblech umgeben,  da ihnen keine zu erhitzende     Werkstückober-          fläche    gegenübersteht.

   Wählt man den An  schluss der Zu- und Ableitungen 9 gemäss der       Fig.    6a, wobei also das durch die Leiter 4  gebildete<B>U</B> am Grunde des<B>U</B> geöffnet und  an die Zu- und Ableitungen angeschlossen ist,  so kann man in Schwierigkeiten geraten     bzgl.     der Unterbringung der die Leiter 3 und 4  umgebenden Eisenbleche, da der Raum der  Zahnlücke dafür unter Umständen nicht  breit. genug ist. Diese Schwierigkeit lässt  sieh wesentlich vermindern, wenn man die  Anschlüsse gemäss der     Fig.    6b wählt, wobei  von den Zu- und Ableitungen 9 der eine Leiter  an dem nach vorn gelegenen Heizleiter 4 des  <B>U</B> angeschlossen ist, während der andere Leiter  an dem. rückwärts gelegenen Heizleiter 3 ange  schlossen ist.

   In diesem Fall sind die den  Zahnflanken gegenüberliegenden Leiter 3 und  4 an der einen Zahnflanke gegenüber der  andern in der Bewegungsrichtung der Induk  tionsheizung versetzt, so dass die die     Heiz-          leiter    umgebenden Eisenbleche sich gegenseitig  nicht mehr derart stark behindern wie bei  der Anordnung nach     Fig.    6a.  



  Wie bereits geschildert, ist es meist er  forderlich, die Leiter der Induktionsheizung  als Hohlleiter auszubilden und eine Kühl  flüssigkeit durch den Hohlleiter     hindurchzu-          schicken.    Man hat nun bereits vorgeschlagen,  derartige Hohlleiter mit Öffnungen zu ver  sehen, so dass die aus     diesen    Öffnungen aus-    tretende Kühlflüssigkeit gleichzeitig zum Ab  schrecken der bereits erhitzten Oberfläche des  Werkstückes     benutzt    werden kann. Bei den  gezeigten Anordnungen kann man nun die  jenigen Teile der Hohlleiter, die bei der Be  wegung der Induktionsheizung sich rückwärts  befinden, mit Öffnungen für das Austreten  der Kühlflüssigkeit versehen.

   Wenn also in  den     Fig.    4, 5 und 6 die     Induktionsheizein-          richtung    sich von rückwärts nach vorwärts       bewegt,    so wird man die rückwärtigen Leiter  3 mit derartigen Öffnungen ausrüsten. In  einem derartigen Fall kann man die Zu- und  Ableitungen der Induktionsheizung und damit  auch die Zu- und Ableitungen der Kühlflüs  sigkeit gemäss der gestrichelten Darstellung  der     Fig.    5 oder gemäss der Darstellung der       Fig.6c   <B>(Zu-</B> und Ableiter 13) anordnen.

    Man kann auch die Kühlflüssigkeit gleich  zeitig durch die elektrische Zuleitung und  durch die elektrische Ableitung der Induk  tionsheizung zuführen, wobei in der Mitte der  Induktionsheizleiter (an dem Leiter 3) eine  Trennwand in den     Hohlraum    des Leiters einge  baut ist. Die gleichzeitige Benutzung der  Kühlflüssigkeit für das Abschrecken hat auch  eine bessere Kühlung der     Induktionsleiter    zur  Folge, da man durch die Leiter bei sonst     glei-          ehen    Verhältnissen die doppelte Wassermenge  führen kann.  



  In den Ausführungsbeispielen besteht die  Spule der Induktionsheizung nur aus einer  einzigen Windung. Man kann aber auch Spu  len mit mehreren Windungen anwenden. In  den Ausführungsbeispielen bestehen dann die  Leiter 3 und 4 aus mehreren unmittelbar  nebeneinander angeordneten Leitern, die zu  mehreren Windungen geschlossen sind. Für  den Anschluss der Zu- und Ableitung ist dann  nur eine Windung an den bereits geschilderten  Stellen geöffnet. Bei den Ausführungsbei  spielen bilden die Hin- und Rückleiter mit dem  ihren Zwischenraum durchsetzenden Fluss  einen Pol.

   Man kann natürlich auch zwei  oder mehrere solcher Pole vorsehen, indem  man etwa mehrere Spulen der     Fig.    1 bis 6 in  der Bewegungsrichtung der     Induktionsheizung     nebeneinander angeordnet und sie hinter-           einanderschaltet.    Die die Spule umgebenden  Eisenbleche können dabei für alle Spulen ge  neinsam vorgesehen sein.

Claims (1)

1' ATENTAI'TSPRÜCHE I. Verfahren zum induktiven Erhitzen von \Verkstüeken, bei dem eine Induktionsspule mit wenigstens einer Induktionsheizsehleife und die zu erhitzende Fläche des Werkstückes relativ zueinander aneinander entlanggeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen. der aus sieh in zwei parallelen Ebenen er streckenden Leitern und zu diesen senkrecht verlaufenden Verbindungen bestehenden Heiz- schleife und dem VN erkstüek eine Relativ bewegung senkreeht zu diesen Ebenen erzeugt wird.

1I. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, da,ss zur Überleitung des ma gnetischen Flusses auf das Werkstück neben dem Heizleiter der Schleife Eisenbleche vor gesehen sind. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die genannten Lei ter parallel zu der I'mrisslinie der zu behei zenden Werkstückfläche verlaufen. . Verfahren nach Unteranspruch 1, da. durch gekennzeichnet, dass die Leiter und die zu diesen senkrecht verlaufenden Verbin dungen eine nahezu geschlossene Schleife bil den. 3.

Verfahren nach Patentanspruch I, für die Härtungserhitzung der Oberfläche von Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass die IIeizeinriehtung mit einer U-Form jeweils einen Zahn umfasst, wobei der magnetische Fluss von den Innenseiten des U auf die Zahnflanken und auf den Zahnkopf übertritt. Verfahren nach Patentanspruch I, für die Härtungserhitzung der Oberfläche von Zahnrädern, dadurch gekennzeichnet, dass eine U-Form der Heizeinriehtung zwischen zwei Zähnen angeordnet ist, wobei der magnetische Fluss von den Aussenseiten des U auf die Zahnflanken und auf den Zahngrund über tritt. 5.

Einrichtung naeh Patentansprueh 1I, dadureh gekennzeichnet, dass bei Frequenzen bis zur Nennfrequenz von ?0 kHz der Induk tionsheizung diese Eisenbleehe die Form eines wenigstens einen Teil der Leiterlängen bis auf die dem Werkstüek zuzekehrte Seite voll ständi- umsehliessenden 1Tanteltransformator- bleehes haben (Fig. ? ). 6.

Einrichtung nach Patentansprneh 1I, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nennfre quenzen über ?0 kHz der Induktionsheizung nur zwischen den Leitern wenigstens auf einem Teil deren Länge Eisenblechkerne vor- ,-gesehen sind (Fig. 3). 7.

Einrichtung naeh Patentansprtteh 1I, dadurch -ekennzeiehnet, dass die Leiter zwei in der Bewegungsrichtung der Induktions heizung nebeneinander angeordnete und in Querebenen zu dieser Bewegungsrichtung lie gende U-Formen bilden, die an dem freien Ende der U-Sehenkel mit einer Verbindung versehen sind.

B. Einrichtung- nach j\nteransprueh 7, da durch -ekennzeiehnet, dass die eine Heizein- wirkung, auf die gegenüberliegende Werk stückfläehe auszuüben bestimmten Teile der Leiter durch Eisenbleehe auf drei Seiten um- fa.sst sind. 9. Einrichtung nach I\nteransprueh 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine [-Form am CTrunde des<B>U</B> geöffnet und hier an die Zu- und Ableitung der Induktionsheizung ange schlossen ist. 10.

Einrichtung nach I-nteransprueh 7, dadureh g@ekemlzeiehnet, dass die Enden der einen U-Schenkel an die Ztt- und die Ab leitung der Induktionsheizung angeschlossen sind.

11. Einriehtung nach Patentansprueh 1I, bei der die Leiter der Induktionsheizung für das Hindurehleiten einer Kühlflüssigkeit als Hohlleiter ausgebildet sind, dadurch gekenn zeichnet, dass diejenigen Hohlleiter, die bei der Bewegung der Induktionsheizung als die rückwärts befindlichen vorgesehen sind, mit Öffnungen für das Austreten von Kühlflüssig- keit zwecks Abschreckung der erhitzten Fläche des Werkstückes versehen sind. 1?.

Einrichtung nach Unteranspruch i, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel der U-Formen durch Eisenbleche auf drei Seiten umfasst sind. 13. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule aus mehreren Windungen besteht.