DD235275A1

DD235275A1 - Einrichtung zur steuerung von induktionswaermebehandlungsparametern

Info

Publication number: DD235275A1
Application number: DD85274228A
Authority: DD
Inventors: Guenther Kessel; Wolfgang Thamm
Original assignee: Werkzeugmaschinenbau Fz
Priority date: 1985-03-19
Filing date: 1985-03-19
Publication date: 1986-04-30

Abstract

Ziel der Erfindung ist das Erreichen optimaler und ueber die gesamte waermezubehandelnde Flaeche gleichmaessiger Waermebehandlungsergebnisse fuer jedes induktiv waermezubehandelndes Werkstueck. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung einer Einrichtung, mit der ein genaues Erfassen der Temperatur unmittelbar in der vom Induktor stets verdeckten Gluehzone des Werkstueckes erfolgt und ein konstanter Koppelabstandsbereich eingehalten wird. Erfindungsgemaess wird das dadurch erreicht, dass der Induktor einen bohrungsartigen Durchgang aufweist, von dem sich ein Ende an der Wirkseite des Induktors befindet und dabei der beim Induktionswaermebehandeln erzeugten Gluehzone gegenuebersteht und dass der Temperatursensor ueber den bohrungsartigen Durchgang mit der Gluehzone in Wirkverbindung steht. Figur

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Steuerung von Induktionswärmebehandlungsparametern, insbesondere zum Oberflächenhärten von Eisenwerkstoffen, bestehend aus einem Induktor, einem Temperatursensor, einer Auswerteeinheit mit Steuereinheit und einem Regler für die Energiezufuhr zum Induktor. Das spezielle Anwendungsgebiet erstreckt sich auf das induktive Oberflächenhärten der Führungsbahnen und Funktionsflächen von Werkzeugmaschinenteilen aus Eisenwerkstoffen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Allgemein sind Einrichtungen zum Induktionswärmebehandeln bekannt, bei denen vor Beginn des Induktionswärmebehandlungsvorganges an Werkstücken zunächst empirisch die Induktionswärmebehandlungsparameter vorgegeben werden und deren Eignung erst nach erfolgter Induktionswärmebehandlung anhand der erzielten Härten festgestellt wird, wobei die Induktionswärmebehandlungsparameter dann oft nachträglich korrigiert werden müssen. Nachteilig ist, daß dabei mindestens das erste gehärtete Werkstück gleichsam als Probestück fungieren muß, an welchem bis zur Ermittlung geeigneter Induktionswärmebehandlungsparameter Härtesollabweichungen bzw. in der Regel zu niedrige Härten in Kauf genommen werden müssen. Dies ist darin begründet, daß insbesondere beim Induktionswärmebehandeln von Eisenwerkstoffen die für das Wärmebehandlungsergebnis wichtigste Einflußgröße, die jeweilige Glühtemperatur, nicht erfaßbar ist.

Bekannt sind auch Bestrebungen, die Glühtemperatur mit Thermoelementen zu messen. Diese liefern brauchbare Meßwerte nur dann, wenn sie in die zu wärmebehandelnde Oberfläche möglichst übergangslos eingebunden werden. Dazu ist es erforderlich, die Meßspitze in einer Bohrung zu verschweißen, was aber zu einer Fehlstelle am Werkstück und zum Verlust des Thermoelementes führt. Außerdem kann damit nur die Temperatur an einer einzelnen Meßstelle erfaßt werden. Bei der Induktionswärmebehandlung ist es weiterhin nachteilig, daß sich durch den dabei oft entstehenden Verzug der Koppelabstand unkontrolliert verändert und dadurch Härteschwankungen, Oberflächenverbrennungen sowie Kurzschlüsse zwischen Induktor und Werkstück auftreten können. Der Koppelabstand wird auch meist so gewählt, daß er mit Sicherheit über dem Verzug des Werkstückes liegt. Die in das Werkstück übertragene Energie nimmt aber exponentiell mit der Vergrößerung des Koppelabstandes ab. Große Koppelabstände sind somit mit einer Verringerung des Ausnutzungsgrades der elektrischen Energie verbunden bzw. verringern die induzierbare Leistung. Nach der DE-OS 3 026 020; C21D, 1/00 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit denen bei der Wärmebehandlung von Walzstahlerzeugnissen lokale Temperaturunterschiede im Ausgangsmaterial erfaßt, mit einer vorgegebenen Solltemperatur verglichen und zur Zündung eines oder mehrerer Gasbrenner verwendet werden. Dadurch erfolgt eine einheitliche Erwärmung des Walzstahlerzeugnisses bis zur Solltemperatur. Das Erfassen der Temperatur am Ausgangsmaterial wird vor Eintritt desselben in die Glühzone mittels mehrerer Temperatursensoren vorgenommen.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist es jedoch nicht möglich, für das Induktionswärmebehandeln ein optimales und gleichmäßiges Wärmebehandlungsergebnis zu erreichen. Die Ursachen liegen darin begründet, daß die Werkstücktemperatur vor der Glühzone erfaßt wird und diese Werte beim Induktionswärmebehandeln von untergeordneter Bedeutung sind.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung sollen mit einer einfachen Einrichtung und geringem Energieverbrauch für jeden induktiv wärmezubehandelnden Werkstück optimale und über die gesamte wärmezubehandelnde Fläche gleichmäßige Wärmebehandlungsergebnisse erzielt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Steuerung von Induktionswärmebehandlungsparametern, insbesondere zum Oberflächenhärten von Eisenwerkstoffen, bestehend aus einem Induktor, einem Temperaturfühler, einer Auswerteeinheit mit Steuereinheit und einem Regler zur Energiezufuhr zum Induktor zu schaffen, mit der ein genaues Erfassen der Temperatur unmittelbar in der vom Induktor stets verdeckten Glühzone des Werkstückes erfolgt und ein vorgegebener Koppelabstandsbereich eingehalten wird.

Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Induktor einen bohrungsartigen Durchgang aufweist, von dem sich ein Ende an der Wirkseite des Induktors befindet und dabei der beim Induktionswärmebehandeln erzeugten Glühzone gegenübersteht und daß der Temperatursensor über den bohrungsartigen Durchgang mit der Glühzone in Wirkverbindung steht.

Nach einer vorteilhaften Ausführung besteht der bohrungsartige Durchgang aus einem Rohr.

Zum Erfassen der Temperatur in der Glühzone nimmt der bohrungsartige Durchgang ein Glasfaserkabel auf, dessen eines Ende zur Glühzone gerichtet und dessen anderes Ende mit dem Temperatursensor verbunden ist.

Zum Einhalten eines vorgegebenen Koppelabstandsbereiches ist dem Induktor ein Koppelabstandsbegrenzer zugeordnet, der mit einer Auswerteeinheit/Steuereinheit und einer Antriebsvorrichtung in Wirkverbindung steht.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind darin begründet, daß die Oberflächentemperatur eines induktiv erwärmten

Werkstückes direkt in der Glühzone gemessen wird und die Abweichungen von einer vorgegebenen Solltemperatur über eine kontinuierliche Regelung der durch den Induktor in das Werkstück induzierten elektrischen Leistung ausgeglichen werden. Weiterhin wird über einen Koppelabstandsbegrenzer durch einen eigenen Regelkreis gewährleistet, daß durch Wärmeverzug des Werkstückes bewirkte Koppelabstandsänderungen ständig so korrigiert werden, daß ein vorgegebener Koppelabstandsbereich nicht über- oder unterschritten wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Die zugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine erfindungsgemäße Einrichtung zum induktiven Oberflächenhärten einer Führungsbahn eines Werkzeugmaschinengestellbauteiles aus Gußeisen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einem Induktor 1 mit nachgeschalteter Abschreckbrause 2. Im Induktor 1 ist von oben nach unten durchgehend ein dünnes Rohr 3 eingelötet. Das Rohr 3 hat im Induktor 1 eine solche Lage, daß sich ein Ende an der Wirkseite des Induktors 1 befindet und dabei der beim Induktionswärmebehandeln erzeugten Glühzone 4 gegenübersteht. Durch das Rohr 3 ist ein Lichtleitkabel 5 hindurchgeführt. Ein Ende des Lichtleitkabels 5 schließt bündig mit dem Ausgang des Rohres 3 an der Wirkseite des Induktors 1 ab, befindet sich damit im Abstand von der Oberfläche der Führungsbahn 6 und steht der Glühzone 4 gegenüber. Das andere Ende des Lichtleitkabels 5 ist mit einem optischen Temperatursensor 7 verbunden. Ausgangsseitig steht der optische Temperatursensor 7 mit einem Temperaturanzeigegerät 8 und einer Auswerteeinheit/Steuereinheit 9 in Verbindung. Diese Regelstrecke wird geschlossen durch einen Regler 10 für die Energiezufuhr zum Induktor 1.

Am Induktor 1 ist ein Koppelabstandsbegrenzer 11 angeordnet, der mit einer Auswerteeinheit/Steuereinheit 12 und einer Antriebsvorrichtung 13 zur Höhenverstellung des Induktors 1 in Wirkverbindung steht.

Die Wirkungsweise der in der Zeichnung dargestellten Erfindungsgemäßen Einrichtung ist folgende:

Als Ausgangswerte werden für das mittelfrequente induktive Oberflächenhärten ein Koppelabstand von 2,5 mm und eine Glühtemperatur von 930⁰C eingestellt.

Während des Härtevorganges wird die Glühtemperatur der Führungsbahn 6 direkt unter dem Induktor 1 in der Glühzone 4 durch das Lichtleitkabel 5 ständig erfaßt und zum optischen Temperatursensor 7 geleitet. Dieser wandelt die aufgenommene Lichtstrahlung in elektrische Signale um und gibt diese dem Ternperaturanzeigegerät 8 zur direkten Temperaturanzeige und parallel dazu der Auswerteeinheit/Steuereinheit 9 zum Soll-Istwert-Vergleich weiter. Die durch den Soll-Istwert-Vergleich erhaltenen Werte gelangen als Steuersignale zum Regler 10, der abschließend die Leistungsabgabe des Induktors 1 beeinflußt.

Der Koppelabstandsbegrenzer 11 ist auf einen Koppelabstandsbereich von 2,5 ± 0,1 mm eingestellt. Erfolgt nun ein Über- oder Unterschreiten dieser vorgegebenen Werte, dann gibt die Auswerteeinheit/Steuereinheit 12 Steuersignale an die Antriebsvorrichtung 13, um eine Höhenverstellung des Induktors 1 zu bewirken und damit den Koppelabstand wieder auf den eingestellten Sollbereich zu bringen.

Tritt während des Härtevorganges ein Verziehen der Führungsbahn 6 nach unten ein und damit eine Vergrößerung des Koppelabstandes auf 2,6 mm, so ergibt sich ein Abfall der Glühtemperatur in der Glühzone 4. Diesen Zustand wirkt die Regelstrecke Lichtleitkabel 5 - optischer Temperatursensor 7 - Auswerteeinheit/Steuereinheit 9 - Regler 10 so entgegen, daß eine Erhöhung der Induktionsleistung erfolgt und damit wieder eine Glühtemperatur von 930 °C erreicht wird.

Vergrößert sich im weiteren Härteverlauf der Koppelabstand auf einen Wert größer als 2,6 mm, dann tritt der Koppelabstandsbegrenzer 11 in Funktion. Über die Regelstrecke Koppelabstandsbegrenzer 11 - Auswerteeinheit/Steuereinheit 12 Antriebsvorrichtung 13 wird der Induktor 1 entsprechend der Verzugsgröße der Führungsbahn 6 kontinuierlich so verstellt, daß ein Koppelabstand von 2,5 + 0,1 mm ständig eingehalten wird.

Parallel dazu erfolgt durch die ständige Temperaturüberwachung in der Glühzone 4 mittels des optischen Temperatursensors 7 das Nachregeln der Leistungsabgabe des Induktors 1 zur Einhaltung einer gleichmäßigen Glühtemperatur von 930⁰C.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung ist es möglich, daß eine werkstoffspezifische optimale Glühtemperatur vorgegeben und konstant gehalten werden kann. Dies geschieht dadurch, daß einerseits die Temperatur direkt in der Glühzone des Werkstückes erfaßt und damit die Regelung der vom Induktor in das Werkstück induzierten elektrischen Leistung bewirkt und andererseits über einen Koppelabstandsbegrenzer ein vorgegebener Koppelabstandsbereich kontinuierlich eingehalten werden. Diese Maßnahmen gewährleisten, daß über die gesamte Länge der Führungsbahn die erzielbare Härte sowie der Koppelabstand und dadurch die davon abhängige Einhärtetiefe weitestgehend konstant und optimal bleiben.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Einrichtung zur Steuerung von Induktionswärmebehandlungsparametern, insbesondere zum Oberflächenhärten von Eisenwerkstoffen, bestehend aus einem Induktor, einem Temperatursensor, einer Auswerteeinheit mit Steuereinheit und einem Regler zur Energiezufuhr zum Induktor, gekennzeichnet dadurch, daß der Induktor (1) einen bohrungsartigen Durchgang (3) aufweist, von dem sich ein Ende an der Wirkseite des Induktors (1) befindet und dabei der beim Induktionswärmebehandeln erzeugten Glühzone (4) gegenübersteht und daß der Temperatursensor (7) über den bohrungsartigen Durchgang (3) mit der Glühzone (4) in Wirkverbindung steht.
2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der bohrungsartige Durchgang (3) aus einem Rohr besteht.
3. Einrichtung nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der bohrungsartige Durchgang (3) ein Lichtleitkabel (5) aufnimmt, dessen eines Ende zur Glühzone (4) gerichtet und dessen anderes Ende mit dem Temperatursensor (7) verbunden ist.
4. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß dem Induktor (1) ein Koppelabstandsbegrenzer (11) zugeordnet ist, der mit einer Auswerteeinheit/Steuereinheit (12) und einer Antriebsvorrichtung (13) in Wirkverbindung steht.

Hierzu 1 Seite Zeichnung