CH360739A - Device with an induction heating device for heating a metal workpiece with teeth and with this workpiece - Google Patents

Device with an induction heating device for heating a metal workpiece with teeth and with this workpiece

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CH360739A
CH360739A CH360739DA CH360739A CH 360739 A CH360739 A CH 360739A CH 360739D A CH360739D A CH 360739DA CH 360739 A CH360739 A CH 360739A
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CH
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inductor
tooth
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workpiece
turns
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German (de)
Inventor
Griffiths Jones David
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Delapena & Son Limited
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
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Description

       

  Einrichtung mit einer     Induktionsheizvorrichtung    zur Erhitzung     eines    metallenen,  mit Zähnen versehenen Werkstückes     und    mit diesem Werkstück    Die     Erfindung    bezieht sich auf eine     Einrichtung     mit einer     Induktionsheizvorrichtung    zur Erhitzung       eines        metallenen,    mit Zähnen versehenen Werkstückes  und mit diesem Werkstück.

   Derartige     Einrichtungen          arbeiten    mit normalen     Hochfrequenzen,    beispielsweise       im        Bereich    von 10 000 Hz, und den üblichen     Rund-          funkfrequenzen.        Zweckmässigerweise    ist der Induk  tor so     ausgebildet,    dass er dicht passend in die Zahn  lücke des Gegenstandes     eingeführt    werden     kann    und  ohne     Berührung,

      an Flanken und     Grund    der Zahn  lücke bei     einer    Relativbewegung zwischen Gegenstand  und Induktor die Zahnlücke durch den Induktor     .ge-          wissermassen        abgetastet        wird.     



  Zweck der     Erfindung    ist, bei einer derartigen  Einrichtung einen Induktor     für    die     Induktionsheizvor-          richtung    der oben beschriebenen     Art    zu schaffen, die  ermöglicht,

       eine        überhibzung    der Kanten der     Zähme     oder     Einkerbungen    bei Ein- und Austritt des     Induk-          tors        in    die     Zahnlücke    zu     vermeiden    und eine gerin  gere     Erhitzung    an den Zahnkronen     Aals    an den Flan  ken     und    am Zahngrund zu erhalten,

   so dass sich die  Wärme nicht über die Kronen     verteilt        erstreckt    und       benachbarte    Teile der     bereits        wärmebehandelten          Oberfläche        unbeeinflusst    bleiben.  



  Eine     bekannte        Einrichtung    weist einen     Induktor     mit mindestens zwei     m    einer Ebene     aufeinanderfol-          genden    Windungen auf, bei     welcher        Einrichtung    das  Werkstück und der Induktor in     bezug    aufeinander  eine Relativbewegung in     Richtung    der     Zähne    aus  führen können, so dass die Windungen nacheinander  in     eine    Zahnlücke eintreten und     diese        wieder    ver  lassen.

       Gemäss    der     Erfindung    sind zwei     einander          benachbarte    Windungen so an eine     Hochfrequenz-          @stromquelle        angeschlossen,    dass die von diesen Win  dungen     induzierten    Felder entgegengesetzt     verlaufen     und dadurch die     induzierten    Ströme in     einander    be-         nachbarten    Teilen der     Stromschleifen    im Werkstück       dn    gleicher     Richtung        fliessen,

      so d ass sich deren Wir  kung an dieser Stelle     addiert.     



  In der beiliegenden     Zeichnung    ist     ein        Ausfüh-          rungsbeispiel    einer     Einrichtung        gernäss    der     Erfindung          dargestellt,    und zwar zeigt:

         Fig.    1     eine    perspektivische Ansicht des Induk  tors, dessen     oberer        Teil    zur     Veranschaulichung    des       Induktorinneren    zum Teil weggebrochen     dargestellt     ist,       Fig.2    eine     Schemadarstellung    der elektrischen       Stromwege    und -richtengen des in     Fig.    1 dargestell  ten     Induktors    sowie den     induzierten        Magnehfluss,

            Fig.    3     in    perspektivischer Ansicht zwei     benach-          barte    Zähne eines Werkstückes, z. B.     eines        Zahnrades,     mit den     in    den Flanken dieser     Zähne        induzierten     Strömen und       Fig.    4 in perspektivischer Ansicht den     Härtungs-          bereich        des    Werkstückes nach der Luft- oder Flüssig  keitsabschreckung.  



  Der in     Fig.    1 und 2 der Zeichnung     dargestellte     Induktor     enthält        einen    Hauptteil 10 von im wesent  lichen V     förnnigem    Grundriss, so     dass    er     in    die Zahn  lücken des zu     behandelnden    Gegenstandes,     beispiels-          weise        eines    Zahnrades 11     (Fig.    3 und 4), leicht     ein-          geführt    werden kann.

   Der     Hauptkörper    10     mit    seinen  geneigten Seiten 13     entspricht    dabei     in    seiner Form       annähernd    der von den     Zahnflanken    14 und dem       Zahngrund    15     begrenzten        Zahnlücke.    Der Induktor  9 weist zwei     plattenartige        getrennte    Aussenleiter 16,

    17     aus    Kupfer     und    einen     ebenfalls        laus    Kupfer be  stehenden gemeinsamen Mittelleiter 18 zwischen den       beiden    Aussenleitern auf.     Mittel-    und Aussenleiter  sind     jeweils    durch dünne Isolierplatten 19,     ben@spiels-          weise    aus     Glimmer,        isoliert.    Wie aus     Fig.    1 hervor  geht, haben die Aussenleiter 16, 17     L-förmigen    Quer-      schnitt und liegen Rücken an Rücken.

   Die     Endteile     16a, 17a sind nach aussen gerichtet und der obere       Leiter    16 ist etwas schwächer als der     untere    Leiter 17.  An seinem breiteren Ende 20 ist der     Mittelleiter    18  nach oben gebogen und liegt     parallel    zu der verti  kalen Endfläche 21 des nach oben     stehenden    Endes  16a des oberen Leiters 16, von dem er durch die  Isolierplatte 22     isoliert    ist.

   Die äussere     Abschluss-          fläche    20a des Mittelleiters ist dabei mit der verti  kalen     Endfläche    23 des nach aussen vorstehenden  Endes 17a des unteren Leiters 17 sowie     derselben          Endfläche        :des    Leiters 16 bündig.  



  Ein Leiterband 24 liegt um den     Induktorkörper     10 und verbindet die beiden äusseren Leiter 16, 17       elektrisch    miteinander. In den Bohrungen 26 in den  äusseren     Leitern    und     im        Mittelleiter    sitzen Klemm  schrauben 25 und halten die     Anordnung    zusammen.  Die Schrauben 25 sind durch     Isolierbüchsen    27 im       Mittelleiter    von diesem isoliert.

   Am schmalen Nasen  ende 28 -des     Induktors    9 nimmt eine V-förmige     Rinne     29     ein        Nasenstück    30 aus Kupfer auf, welches mit  den drei Leitern 16, 17, 18     verschweisst    ist.  



  Der von einer     Hochfrequenzstromquelle    kommende       elektrische    Strom     wird    dem     Mittelleiter    18     und    den       beiden    äusseren Leitern 16, 17     beispielsweise    durch  die derart an einen     Hochfrequenztransformator    ange  schlossenen     Endteile    16a, 17a bzw.

   20 des     Induktor-          körpers        zugeführt,    dass     die        Bohrungen    31 in den  Enden 16a, 17a und 20 in den Leiterenden     zum     Einführen von Schrauben zum     Ansetzen    des     Leiters     an die     Transformatorsekundärwicklung    dienen. Das       Loch    im Ende 16a des oberen Leiters 16 weist eine       eingesetzte    Isolierbüchse 32 auf, um einen Kurz  schluss an dieser Stelle zu verhindern.  



  Der     momentane        Stromfluss        im    Induktor 9 ent  spricht den Stromwegen nach     Fig.    2, :d. h. er verläuft  vom Transformator beispielsweise längs der Aussen  leiter 17 bzw. 16, über das Nasenstück 13 nach oben  bzw.     unten    und über den Mittelleiter 18 zum Hoch  frequenztransformator zurück.

   Somit enthält der In  duktor 9 zwei     offene,    in     einer    Ebene aufeinander  folgende     Schleifen    32, 33 mit     einem    gemeinsamen  Mittelschenkel, dem Mittelleiter 18, wobei der Strom  in den oberen und unteren, aus den Leitern 16, 17  und 18 gebildeten     Schleifen    32, 33 in entgegenge  setzter Richtung fliesst und der     Stromfluss    durch den  Mittelleiter 18 im wesentlichen doppelt so :gross wie       im    oberen oder unteren Leiter 16 bzw. 17 ist.  



  Da der Induktor 9 beim     Eindringen    in die Zahn  lücke 12     in    den benachbarten Oberflächen der Flan  ken 14 und des Grundes 15 einen     Stromfluss    und       ,damit        :eine    Wärmewirkung     längs    einer     Bahn    erzeugt,  ,die     im        wesentlichen    der Bahn des Stromes durch den  Induktor entspricht, folgt daraus,     da.ss    die     Erhitzung     auf jeder Flanke der Zahnlücke in Form einer Dop  pelschleife 34 entsprechend     Fig.    3 erfolgt.  



  Nach     Fig.3    verläuft jede     Einzelschleife    35, 36  jeder Doppelschleife 34 von der Zahnkrone 37 nach  unten über .die Flanke 14     zum    Zahngrund 15 und die  Teile 35a, 36a der getrennten     Schleifen        verlaufen        in            unmittelbarer    Nachbarschaft auf dem     Zahngrund.     Wegen des     zusätzlichen    Stromflusses     im    Mittelleiter  18 wird im wesentlichen     in    den     im        Bereich    dieses       Mittelleiters        

  liegenden    Teilen der     Zahnflanken    14 und  des     Zahngrundes    15 das Vierfache der Wärmemenge  in den Teilen der Flanken und des Zahngrundes       erzeugt,    die in der Nähe der äusseren Leiter 16, 17  liegen. Somit     induzieren    die Mittelteile 34a jeder der       Doppelheizschleifen    34 im wesentlichen das Vier  fache .der durch die Aussenteile 34b jeder Doppel  schleife 34     erzeugten    Wärmemenge.

   Diese Steigerung  der Heizungswirkung durch den Mittelleiter 18 wird       jedoch    erst wirksam, wenn im wesentlichen der     gle-          samte        Induktorkörper    10 von einem Ende her in die       Zahnlücke    12 eingedrungen ist, da ja bis zu diesem       Eintritt    die Doppelschleifen 34     in    den     Flanken    14       nicht        induziert        sind.     



  Wegen dieser Art :der     Induktionsbeheizung    wird  :beim seitlichen Eintritt :des Induktors 9 in die Zahn  lücke 12 nur ungefähr ein Viertel der     Wärme    in den  Kanten 39 des Zahnes     @am    Eintrittsende der Zahn  lücke induziert, die dann längs der     Zahnflanken    14  durch den     Mittelleiter    18 des     Induktors    induziert  wird, wenn dieser vollständig in die Zahnlücke ein  getreten ist. Die     Heizwirkung    vermindert sich dabei  in     ähnlicher    Weise, wenn er Induktor die gegen  überliegenden     Endkanten    40 der Zähne zu verlassen  beginnt.

   Durch Verwendung     eines    derart konstruier  ten Induktors kann man     somit    eine Überhitzung oder       ein    Durchbrennen der Kanten 39, 40 der Zähne 38,  38 vermeiden.  



  Die benachbarten unteren Teile 35a, 36a jeder       Doppelheizschleife    34     verlaufen    längs des Zahn  grundes 15, so dass sich die     Heizwirkung    dieser     Heiz-          .schleifen    am Grunde der     Zahnlücke    12     addiert    und  dadurch     eine    angemessene     Beheizung    des     Zahngrun-          des    ermöglicht wird.

   Die Flächen 13 des Induktor  körpers 10 sind so zueinander geneigt, dass     der    Ab  stand dieser Flächen von den Flanken 14 der     Zähne.     38, 38 an :den Zahnkronen 37 etwas :grösser als     am          Grunde    15 der Zahnlücke     isst    und grössenordnungs  mässig zwischen 0,8 und 0,25 mm liegt.  



  An den Kronen 37 der die Zahnlücke 12 be  grenzenden, benachbarten     Zähne    38, 38 sind die       Heizschleifen    34 durch den     Zahnabstand    getrennt,  so dass keine additive     Heizwirkung    an den Kronen  auftritt.

       Dort    tritt nur     annähernd    die     Hälfte    der       Heizwirkung    in     Erscheinung,    die mit einem üblichen       Induktor        erzeugt    würde, der eine Wärmemenge längs  der Flanke 14 der Zähne     induziert,    die mit der  Wärme     vergleichbar    ist, die durch den Mittelinduktor  18 des     beschriebenen    Induktors erzielbar ist.  



  Bevor der Induktor 9 in ,die Zahnlücke 13 ein  geführt wird, ist das     die    Zahnlücke umgebende Mate  rial     des    Zahnrades 11 kalt und     wird        beim    Durchgang  des Induktors durch die Zahnlücke allmählich er  wärmt.     Infolgedessen    werden :

  die Kanten 39, 39 der  Zähne 38, 38 an der     Induktoreintritbsseite    des     Zahn-          rades    11 weniger     erhitzt,    während die Kanten 40, 40  an der     Induktoraustrittsseite    stärker erhitzt     werden.         Eine solche ungleichmässige Erwärmung .an den ge  genüberliegenden Kanten 39, 40 der Zähne 38, 38  lässt     sich    :

  dadurch ausgleichen, dass man die äusseren  Leiter 16, 17 des Induktors ungleichmässig     stark          macht,    wobei der zuerst     in    die Zahnlücke     eintretende     äussere     Leiter        stärker    und die Lücke zuletzt     ver-          lassende    Leiter schwächer ausgebildet wird, so dass  durch den stärkeren Leiter mehr     Wärme        auf    die  kalten Kanten 39, 39 an der Eintrittsseite der Zahn  lücke übertragen wird als durch den schwächeren       Leiter    auf die bereits erwärmten     Kanten    40,

   40 .an  der Austrittsseite.    Zur     Verbesserung    der Konzentration der     durch     den     Induktorkörper    10     auf,die        Zahnflanken    14 und  den     Zahngrund    15 des Zahnrades 11     übertragenen          Hochfrequenzenergie    .ist jede     Schleife    32, 33 des       Induktors    mit     einem        flusskonzentrierenden        Kerne    41,  42 versehen.

   Diese Kerne     können    Pulverkerne     sein,     d. h. aus isoliertem,     gepulvertem    magnetischem Mate  rial bestehen, oder aus     Ferritmaterial    oder, wie beim  dargestellten     Ausführungsbeispiel,    -aus dünnen, läng  lichen     Lamellen    hergestellt sein.

   Jeder     Kern    41, 42  besteht     paus    dünnen, voneinander     isolierten,        kegel-          stumpfförmigen    Lamellen solcher     Anordnung,    dass  die geneigten Seiten mit den geneigten Saiten 13, 13  des     Induktorkörpers    10 fluchten     und        Arbeitsflächen     43, 44 entstehen (vgl.     Fig.    2). Die     Flusswege    in den  Kernen 41, 42 sind durch die Pfeile 41a, 42a ange  deutet.  



       Nach        Fig.    1 weist die untere     Absahlussfläche    des  oberen äusseren     Leiters    16 einen länglichen Aus  schnitt 45 auf, dem ein     ähnlicher        Ausschnitt    auf der  oberen     Abschlussflächc    des unteren äusseren     Leiters     17 entspricht, so dass ein Spalt 46 innerhalb des       Induktorkörpers    10 entsteht,

   durch den ein durch  die     Einlassleitung    47 eintretendes     und    durch eine       Auslassleitung    48     ausfliessendes        Kühlmittel    strömt.

    Am Nasenende 28 des     Induktorkörpers    10     nimmt     die     Tiefe    des     Ausschnittes    45 bei 45a zu, so dass  ein     vertiefter    Raum 46a entsteht, in     dem    die     Kernte     41, 42 montiert     und    durch die     Keile    49 befestigt     sind     und ebenfalls vom     Kühlmittel    umströmt und damit  gekühlt werden.

   Ferner fliesst das     Kühlmittel    durch  einen Kanal 50 in jedem Kern, der durch     schlüssel-          lochartige        Aussparungen    in jeder Lamelle entsteht,       deren    schmale     Enden    in die V-förmigen     Rillen    29  übergehen.  



  Da die oberen     und    unteren     Leiter    16, 17 ver  schieden stark sind, sind     auch    die Kerne 41, 42 ver  schieden dick. Es hat sich herausgestellt, dass bei Ver  wendung eines     Kerninduktors    mit stärkerem vorderem  und schwächerem hinterem Kern     bei    der     Wärme-          behandlung    von Zahnrädern mit kleinem     Teilkreis-          durchmesser    in zusätzlich vorteilhafter Weise voll  ständig vermieden wird,

   dass die in den Kanten der       Zahnkronen        beim    Ein- und Austritt des     Induktors    in  der     Zahnlücke        induzierte    Wärme     nicht    ausreicht,  diese Kanten auf die     erwünschte    Temperatur zu brin  gen.

           Fig.    4 zeigt .bei 51     schematisch    die Härtung längs  der     Zahnflanken    14, 14 und des     Zahngrundes    15 bei  der vorher beschriebenen Erhitzung des     Zahnrades     mit     Hilfe    des in     Fig.    1     gezeigten    Induktors, an die  sich :in üblicher Weise ein Abschrecken mit einem  Gas oder einer Flüssigkeit anschliesst. Die Härtung  ist am Grunde 15 und an den unteren Teilen der       Flanken    14 im     wesentlichen        gleichmässig    tief,     nimmt     jedoch zu den Kronen 37 hin etwas ab.  



  Zur Wärmebehandlung von     geaahnten    Gegen  ständen, bei denen die Breite der     Zahnlücke        im    Ver  gleich der Länge beträchtlich ist, beispielsweise bei       Kettenzahnrädern,    können die beiden Schleifen 32, 33  des     Induktors    9     gekrümmt    oder     in    anderer Weise       .geformt    sein, damit sie mit den     Konturen    der Flanken  und     :des    Grundes benachbarter,     die        Zahnlücke    be  grenzender Zähne     :

  übereinstimmen.    Die entsprechende  Relativbewegung zwischen Gegenstand     und    Induktor  lässt sich dadurch     hervorrufen,    dass der     Induktor    in  Längsrichtung der     Zahnlücke    wie bei den vorher       beschriebenen    Anordnungen bewegt wird, wobei die  beiden     Schleifen    32, 33     jedoch    um 90  um     eine    zum       Zahngrund        senkrechte        Achse        gedreht    und     gekrümmt          sind,    so     :

  dass    die äusseren     Schenkel    eng längs der  Konturen oder     Flanken    und des Grundes     :benachbar-          ter    Zähne     verlaufen.  



  Device with an induction heating device for heating a metal workpiece provided with teeth and with this workpiece. The invention relates to a device with an induction heating device for heating a metal workpiece provided with teeth and with this workpiece.

   Such devices work with normal high frequencies, for example in the range of 10,000 Hz, and the usual radio frequencies. The inductor is expediently designed so that it can be inserted tightly into the tooth gap of the object and without contact,

      on the flanks and base of the tooth gap, the tooth gap is scanned to a certain extent by the inductor during a relative movement between the object and the inductor.



  The purpose of the invention is to create an inductor for the induction heating device of the type described above in such a device, which allows

       To avoid overheating of the edges of the tame or notches when the inductor enters and exits the tooth gap and to obtain less heating on the tooth crowns on the flanks and on the tooth base,

   so that the heat is not spread over the crowns and neighboring parts of the already heat-treated surface remain unaffected.



  A known device has an inductor with at least two turns successively in a plane, in which device the workpiece and the inductor can perform a relative movement in the direction of the teeth with respect to each other, so that the turns successively enter a tooth gap and this leave again.

       According to the invention, two adjacent turns are connected to a high-frequency current source in such a way that the fields induced by these turns run in opposite directions and the induced currents flow in the same direction in adjacent parts of the current loops in the workpiece,

      so that their effects add up at this point.



  In the accompanying drawing, an embodiment of a device according to the invention is shown, namely shows:

         Fig. 1 is a perspective view of the inductor, the upper part of which is shown broken away to illustrate the inductor interior, Fig. 2 is a schematic representation of the electrical current paths and directions of the inductor shown in Fig. 1 and the induced magnetic flux,

            3 shows a perspective view of two adjacent teeth of a workpiece, e.g. B. a gear, with the currents induced in the flanks of these teeth and FIG. 4 is a perspective view of the hardening area of the workpiece after the air or liquid quenching.



  The inductor shown in FIGS. 1 and 2 of the drawing contains a main part 10 of essentially V-shaped plan, so that it can easily be inserted into the tooth gaps of the object to be treated, for example a gear 11 (FIGS. 3 and 4) can be introduced.

   The main body 10 with its inclined sides 13 corresponds in its shape approximately to the tooth gap delimited by the tooth flanks 14 and the tooth base 15. The inductor 9 has two plate-like separate outer conductors 16,

    17 made of copper and a common center conductor 18 also be made of copper between the two outer conductors. The middle and outer conductors are each insulated by thin insulating plates 19, for example made of mica. As can be seen from FIG. 1, the outer conductors 16, 17 have an L-shaped cross section and lie back to back.

   The end parts 16a, 17a are directed outwards and the upper conductor 16 is slightly weaker than the lower conductor 17. At its wider end 20, the central conductor 18 is bent upwards and is parallel to the verti cal end surface 21 of the upstanding end 16a of the upper conductor 16, from which it is insulated by the insulating plate 22.

   The outer end surface 20a of the central conductor is flush with the vertical end surface 23 of the outwardly protruding end 17a of the lower conductor 17 and the same end surface: of the conductor 16.



  A conductor strip 24 lies around the inductor body 10 and electrically connects the two outer conductors 16, 17 to one another. In the bores 26 in the outer conductors and in the center conductor sit clamping screws 25 and hold the arrangement together. The screws 25 are isolated from the central conductor by insulating bushes 27.

   At the narrow nose end 28 of the inductor 9, a V-shaped channel 29 receives a nose piece 30 made of copper, which is welded to the three conductors 16, 17, 18.



  The electric current coming from a high-frequency power source is fed to the center conductor 18 and the two outer conductors 16, 17, for example, through the end parts 16a, 17a and 17a respectively connected to a high-frequency transformer.

   20 of the inductor body so that the bores 31 in the ends 16a, 17a and 20 in the conductor ends are used to insert screws for attaching the conductor to the transformer secondary winding. The hole in the end 16a of the upper conductor 16 has an inserted insulating sleeve 32 to prevent a short circuit at this point.



  The instantaneous current flow in the inductor 9 corresponds to the current paths according to FIG. 2: d. H. it runs from the transformer, for example, along the outer conductor 17 or 16, over the nose piece 13 up or down and over the center conductor 18 back to the high-frequency transformer.

   Thus, the inductor 9 contains two open loops 32, 33 following one another in a plane with a common central limb, the central conductor 18, the current in the upper and lower loops 32, 33 formed by the conductors 16, 17 and 18 in FIG flows in the opposite direction and the current flow through the central conductor 18 is essentially twice as large as in the upper or lower conductor 16 or 17.



  Since the inductor 9 upon penetration into the tooth gap 12 in the adjacent surfaces of the flanks 14 and the base 15, a current flow and, thus: generates a thermal effect along a path, which essentially corresponds to the path of the current through the inductor, follows from the fact that the heating takes place on each flank of the tooth gap in the form of a double loop 34 according to FIG.



  According to Figure 3, each individual loop 35, 36 of each double loop 34 runs from the tooth crown 37 downwards over .die flank 14 to the tooth base 15 and the parts 35a, 36a of the separate loops run in the immediate vicinity on the tooth base. Because of the additional current flow in the center conductor 18, it is essentially in the area of this center conductor

  lying parts of the tooth flanks 14 and the tooth base 15 generates four times the amount of heat in the parts of the flanks and the tooth base which are in the vicinity of the outer conductors 16, 17. Thus, the middle parts 34a of each of the double heating loops 34 induce substantially four times the amount of heat generated by the outer parts 34b of each double loop 34.

   This increase in the heating effect through the center conductor 18 is only effective when essentially the entire inductor body 10 has penetrated the tooth gap 12 from one end, since the double loops 34 are not induced in the flanks 14 up to this point.



  Because of this type of induction heating, when the inductor 9 enters the tooth gap 12 from the side, only about a quarter of the heat is induced in the edges 39 of the tooth @ at the entry end of the tooth gap, which is then induced along the tooth flanks 14 by the central conductor 18 of the inductor is induced when it has completely entered the tooth gap. The heating effect is reduced in a similar way when the inductor begins to leave the opposite end edges 40 of the teeth.

   By using an inductor constructed in this way, overheating or burning through of the edges 39, 40 of the teeth 38, 38 can thus be avoided.



  The adjacent lower parts 35a, 36a of each double heating loop 34 run along the tooth base 15, so that the heating effect of these heating loops at the base of the tooth gap 12 is added and this enables adequate heating of the tooth base.

   The surfaces 13 of the inductor body 10 are inclined to each other that the Ab stood from these surfaces of the flanks 14 of the teeth. 38, 38 on: the tooth crowns 37 somewhat: larger than the base 15 of the tooth gap and is on the order of magnitude between 0.8 and 0.25 mm.



  On the crowns 37 of the adjacent teeth 38, 38 bordering the tooth gap 12, the heating loops 34 are separated by the tooth spacing, so that no additive heating effect occurs on the crowns.

       There occurs only approximately half of the heating effect that would be generated with a conventional inductor that induces an amount of heat along the flank 14 of the teeth that is comparable to the heat that can be achieved by the central inductor 18 of the inductor described.



  Before the inductor 9 in, the tooth gap 13 is performed, the mate rial of the gear 11 surrounding the tooth gap is cold and gradually heats up when the inductor passes through the tooth gap. As a result:

  the edges 39, 39 of the teeth 38, 38 on the inductor inlet side of the gear wheel 11 are heated less, while the edges 40, 40 on the inductor outlet side are heated more strongly. Such uneven heating .an the opposite edges 39, 40 of the teeth 38, 38 can be:

  compensate by making the outer conductors 16, 17 of the inductor unevenly strong, whereby the outer conductor entering the tooth gap first is made stronger and the conductor leaving the gap last is made weaker, so that more heat on the cold ones through the stronger conductor Edges 39, 39 on the entry side of the tooth gap is transferred than through the weaker conductor on the already heated edges 40,

   40. On the exit side. To improve the concentration of the high-frequency energy transmitted through the inductor body 10 to the tooth flanks 14 and the tooth base 15 of the gear wheel 11, each loop 32, 33 of the inductor is provided with a flux-concentrating core 41, 42.

   These cores can be powder cores, i. H. consist of insulated, powdered magnetic mate rial, or of ferrite material or, as in the illustrated embodiment, be made of thin, elongated lamellae.

   Each core 41, 42 consists of thin, mutually isolated, frustoconical lamellae in such an arrangement that the inclined sides are aligned with the inclined strings 13, 13 of the inductor body 10 and working surfaces 43, 44 are created (see FIG. 2). The flow paths in the cores 41, 42 are indicated by the arrows 41a, 42a.



       According to FIG. 1, the lower enclosure surface of the upper outer conductor 16 has an elongated cutout 45, which corresponds to a similar cutout on the upper end surface of the lower outer conductor 17, so that a gap 46 arises within the inductor body 10,

   through which a coolant entering through the inlet line 47 and flowing out through an outlet line 48 flows.

    At the nose end 28 of the inductor body 10, the depth of the cutout 45 increases at 45a, so that a deepened space 46a is created in which the cores 41, 42 are mounted and fastened by the wedges 49 and are also surrounded by coolant and thus cooled.

   Furthermore, the coolant flows through a channel 50 in each core, which is created by keyhole-like recesses in each lamella, the narrow ends of which merge into the V-shaped grooves 29.



  Since the upper and lower conductors 16, 17 are differently strong, the cores 41, 42 are also differently thick. It has been found that when using a core inductor with a stronger front and weaker rear core in the heat treatment of gears with a small pitch circle diameter, it is also advantageously avoided that

   that the heat induced in the edges of the tooth crowns when the inductor enters and exits the tooth gap is not sufficient to bring these edges to the desired temperature.

           Fig. 4 shows. Bei 51 schematically the hardening along the tooth flanks 14, 14 and the tooth base 15 during the previously described heating of the gear with the aid of the inductor shown in Fig. 1, to which: in the usual way a quenching with a gas or connects to a liquid. The hardening is essentially uniformly deep at the base 15 and at the lower parts of the flanks 14, but decreases somewhat towards the crowns 37.



  For the heat treatment of geaahnten items, in which the width of the tooth gap in the comparison is considerable equal to the length, for example in the case of sprockets, the two loops 32, 33 of the inductor 9 can be curved or otherwise .formt so that they match the contours of the Flanks and: the base of adjacent teeth that delimit the tooth gap:

  to match. The corresponding relative movement between the object and the inductor can be brought about by moving the inductor in the longitudinal direction of the tooth gap as in the arrangements described above, with the two loops 32, 33, however, being rotated and curved by 90 about an axis perpendicular to the tooth base, see above :

  that the outer legs run closely along the contours or flanks and the base of neighboring teeth.


    

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Einrichtung :mit einer Induktionsheizvorrichtung zur Erhitzung eines metallenen, mit Zähnen versehe- nen Werkstückes und mit diesem Werkstück, wobei der Induktor mindestens zwei in einer Ebene auf einanderfolgende Windungen aufweist und das Werk stück und der Induktor in bezug aufeinander eine Relativbewegung in Richtung der Zähne ausführen können, so dass die Windungen nacheinander in eine Zahnlücke eintreten und diese wieder verlassen, dadurch gekennzeichnet, dass zwei einander benach barte Windungen so an eine Hochfrequenzstrom- quelle angeschlossen sind, dass die von diesen Win dungen induzierten Felder (41a, 42a) PATENT CLAIM Device: with an induction heating device for heating a metal workpiece provided with teeth and with this workpiece, the inductor having at least two consecutive turns in one plane and the workpiece and the inductor moving relative to one another in the direction of the teeth so that the turns enter and leave a tooth gap one after the other, characterized in that two adjacent turns are connected to a high-frequency current source in such a way that the fields (41a, 42a) induced by these turns entgegenge setzt verlaufen und dadurch die induzierten Ströme in den einander benachbarten Teilen der Strom schleifen (34) im Werkstück in gleicher Richtung fliessen, so dass sich deren Wirkung an :dieser Stelle addiert. UNTERANSPRÜCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch zwei nebeneinander in W-Form ange ordnete Windungen (32, 33), deren beide äussere Wendungsteile (16, 17) elektrisch miteinander (24) verbunden sind. 2. run in the opposite direction and thereby the induced currents in the adjacent parts of the current loop (34) flow in the workpiece in the same direction, so that their effect is added at this point. SUBClaims 1. Device according to claim, characterized by two side by side in W-shape arranged turns (32, 33), the two outer turn parts (16, 17) are electrically connected to each other (24). 2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden mittleren Wendungs teile zu einem gemeinsamen Mittelleiter (18) vereinigt sind, dessen eines Ende elektrisch an den Aussen windungsteilen liegt, während das andere Ende einer seits und die freien Enden der äusseren Wendungs teile anderseits an der Hochfrequenzquelle ange schlossen sind. 3. Einrichtung nach den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen Plat ten von V-Form besitzen, deren Seitenflächen min destens annähernd entsprechend den die Zahnlücke begrenzenden Zahnflanken und Zahnboden des Werkstückes geneigt sind. 4. Device according to dependent claim 1, characterized in that the two middle turn parts are combined into a common center conductor (18), one end of which is electrically connected to the outer turn parts, while the other end on the one hand and the free ends of the outer turn parts on the other are connected to the high-frequency source. 3. Device according to the dependent claims 1 and 2, characterized in that the turns have Plat th of V-shape, the side surfaces of which are inclined at least approximately in accordance with the tooth flanks and tooth bottom of the workpiece delimiting the tooth gap. 4th Einrichtung nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen des keilförmi gen Induktors so geneigt sind, dass der Abstand zwi schen dem Induktor und dem Zahn des Werkstücks an der Zahnkrone grösser als am Zahngrund ist. 5. Einrichtung nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungen (32, 33) des Induktors stellenweise ungleichen Querschnitt be sitzen. 6. Einrichtung nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zuerst in die Zahnlücke ein zudringen bestimmte Leiter stärker als der die Zahn lücke zuletzt zu verlassen bestimmte Leiter der Win dungen (32, 33) ist. 7. Einrichtung nach Unteranspruch 6, gekenn zeichnet durch einen flusskonzentrierenden Kern (41, 42) zwischen den Teilen jeder Windung (32, 33). B. Device according to dependent claim 3, characterized in that the side surfaces of the wedge-shaped inductor are inclined so that the distance between the inductor and the tooth of the workpiece is greater on the tooth crown than on the tooth base. 5. Device according to dependent claim 4, characterized in that the turns (32, 33) of the inductor sit in places with unequal cross-section be. 6. Device according to dependent claim 5, characterized in that the first in the tooth gap to penetrate a certain head stronger than the last to leave the tooth gap certain head of the Win connections (32, 33). 7. Device according to dependent claim 6, characterized by a flux-concentrating core (41, 42) between the parts of each turn (32, 33). B. Einrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Kern mit Flächen der Windungsleiter bündige Seitenflächen besitzt. 9. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorkörper drei V-för- mige Platten (16-18) aus elektrisch leitendem Ma terial besitzt, die voneinander durch ähnlich geformte Isolierplatten (19) getrennt sind, wobei die Scheitel der V-förmigen Platten mit einem Nasenstück (30) Device according to dependent claim 7, characterized in that each core has side surfaces flush with the surfaces of the winding conductors. 9. Device according to dependent claim 8, characterized in that the inductor body has three V-shaped plates (16-18) made of electrically conductive material, which are separated from one another by similarly shaped insulating plates (19), the apices of the V- shaped plates with a nosepiece (30) aus elektrisch leitendem Material verbunden sind und die Kerne in der Nähe des Nasenstückes beider seits der Mittelplatte angeordnet sind und sich von der einen zur anderen Seite der Platten erstrecken und damit mit den Seiten der Platten fluchtende und mit den Flanken der Zahnlücke übereinstimmende Arbeitsflächen bilden. 10. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Induktorkörper hohl und eine Zuführung für ein flüssiges Kühlmittel in den In duktorkörper vorgesehen ist. 11. are connected from electrically conductive material and the cores are arranged in the vicinity of the nose piece on both sides of the middle plate and extend from one side to the other of the plates and thus form aligned working surfaces with the sides of the plates and with the flanks of the tooth gap. 10. Device according to dependent claim 8, characterized in that the inductor body is hollow and a feed for a liquid coolant is provided in the duct body. 11. Einrichtung nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne aus voneinander iso lierten Lamellen aus ferromagnetischem Material bestehen. Device according to dependent claim 8, characterized in that the cores consist of lamellas made of ferromagnetic material and insulated from one another.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0132980A2 (en) * 1983-07-22 1985-02-13 Vickers Shipbuilding & Engineering Limited Induction hardening of gear teeth
CN108048644A (en) * 2017-12-28 2018-05-18 南京高速齿轮制造有限公司 Quenching inducer is scanned along tooth socket

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