DE1003368B - Zylinderfoermige oder andere prismatische Induktionsspule - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf den Aufbau von Induktionsspulen.

Bei Anwendung von Induktionsspulen für induktives Erwärmen, wobei vorzugsweise Mittelfrequenzoder Hochfrequenzenergie benutzt wird, besteht das Einsatzgut meist aus Metallkörpern von zylindrischer oder zu seiner Längsachse symmetrischer Form. Für einen guten Wirkungsgrad der Einrichtung sollte z. B. die zylindrisch gewickelte Spule das beispielsweise zylindrische Einsatzgut so nahe wie möglich umschließen. Ein etwa exzentrisch in die Induktionsspule eingebrachtes Einsatzgut würde eine ungleichförmige Randerwärmung erfahren. Bei gewissen Erwärmungsaufgaben, wie z. B. für Härtezwecke, oft aber auch für Hartlötungen, ist eine bevorzugt einseitige Erwärmung unzulässig. Für eine entsprechende Zentrierung oder Haltung des Einsatzgutes im Hohlraum der Spule mußte man bisher Distanzrohre oder Leisten aus elektrisch nichtleitendem sowie unmagnetischem Material verwenden. Verhältnismäßig dünnwandige Rohre, deren Länge und Durchmesser mit verhältnismäßig großen Abmessungen in Frage kommen für die Haltung bzw. Führung, sind z. B. bei ■Verwendung von hochwertiger Keramik oder Quarz als Werkstoff schwierig in der Fertigung wegen der Erscheinung eines Krummwerdens bei Rohren oder erfordern einen hohen Kostenaufwand für eckige Formen, und außerdem sind sie im Betrieb gegen Bruch gefährdet. Etwa angewendete billigere Leisten bringen aber Befestigungsschwierigkeiten, denn metallische Hilfsmittel können im hochkonzentrierten Spulenfeld nicht benutzt werden. Sonstige Bandagen aber würden hohen Temperaturen ausgesetzt sein und können dadurch leicht zerstört werden.

Es ist andererseits auch bekannt, zur Distanzierung des Einsatzgutes von der Spule die Abstandhalter mit heranzuziehen, die den Abstand der einzelnen Spulenwindungen voneinander gewährleisten. Bei den bekannten Anordnungen dieser Art ist aber eine gegenseitige Verschiebung der einzelnen Windungen in radialer Richtung möglich. Der Abstand der einzelnen Windungen von der Spulenachse und damit auch von dem eingeführten, zu behandelnden Werkstück kann daher verschieden groß werden, was einerseits eine ungleichmäßige Beeinflussung des Werkstückes zur Folge hätte und andererseits die Einhaltung eines unerwünscht großen Abstandes zwischen Spulenwindungen und Werkstück bedingt.

Erfindungsgemäß werden deshalb bei zyfinderförmigen oder anderen prismatischen Induktionsspulen für die Behandlung, vorzugsweise Wärmebehandlung, von Werkstücken mit zur gegenseitigen Distanzierung der Spulenwindung und zur Führung des in die Wicklung einzuführenden oder durch sie Zylinderförmige oder andere
prismatische Induktionsspule

Anmelder:

Siemens -S chuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Arthur Seekamp, Berlin-Siemensstadt,
ist als Erfinder genannt worden

hindurchführenden Gutes dienenden Zwischenstücken diese Zwischenstücke zwischen die Windungen derart eingesetzt und so geformt, daß sie gleichzeitig Windungsabstand und Spulenfarm ohne weitere Formmittel bestimmen.

Die genannten Zwischenstücke können in geeigneter Weise in der Umfangsrichtung zwischen den Windungen verteilt angeordnet werden. Sie können jeweils nur zwischen je zwei oder auch mehreren aufeinanderfolgenden Windungen der Anordnung wirksam sein. Ferner können sie auch zwischen Windungen verschiedener Lagen der Spulenanordnung als Abstandsstücke wirken im Falle des Vorliegens einer mehrlagigen Spulenanordnung. Für ihre sichere Haltung können die Zwischenstücke unmittelbar der Querschnitts- bzw. Umfangsform des Wickelleiters angepaßt sein. Sie können aber auch nur eine geeignete Grundform für den Sitz des Wickelleiters aufweisen, welche eine ausreichende Paßform mit der Form des Wickelleiters eingeht. So lassen sich z. B.

kreisförmige Querschnitte recht gut in V-förmigen Aussparungen bzw. Sitzen halten, wobei sich der Vorzug ergibt, daß diese V-Form unmittelbar für Kreisformen verschiedenen Durchmessers geeignet ist.
Diese Zwischenstücke sind erfindungsgemäß vorzugsweise so gestaltet, daß sie sich leicht zwischen den einzelnen Windungen einsetzen lassen und nach dem Einsetzen betriebsmäßig trotzdem sicher gehalten sind. Das kann erreicht werden durch eine Einführung der Distanzstücke zwischen die Windungen gemäß einer vorgeschriebenen Bahn, auf welcher sie durch die betriebsmäßige Benutzung der Anordnung in ihrer Einstellung selbsttätig verriegelt werden oder durch eine solche Formgebung mit Wülsten od. dgl., daß bei der Aufdehnung der Spulenwin-

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düngen in der Längsrichtung der Spule die Zwischen- Nach Fig. 2 ist statt dessen für das dargestellte stücke wohl eingeführt, in der betriebsmäßigen Ein- Zwischenstück 8 zwischen den \¥icklungsleiterquerstellung der Spulenwindungen jedoch nicht mehr schnitten 9 und 10 ein unsymmetrischer Aufbau zu zwischen diesen herausgezogen bzw. -gedruckt der genannten vertikalen Mittellinie dieser Querwerden können. 5 schnitte gewählt. Die Ausdehnung des Zwischen-Die einzelnen Spulenwindungen können erfindungs- Stückes in der dargestellten Lage nach links hat den gemäß durch eine geeignete Oberflächengestaltung, Betrag b, nach rechts den Betrag c. Durch Umstecken gegebenenfalls an vorbestimmten Stellen, mit den des Zwischenstückes lassen sich also im Innenraum Zwischenstücken eine Reibungsverbindung oder auch der Spulenanordnung zwei Führungssylinder vergegenseitigen Eingriff eingehen, der sie auch in Rieh- io schiedenen Durchmessers gewinnen, entsprechend den tung des Verlaufes der Spulenwindungen betriebs- beiden eingetragenen Maßzeichen d_x und d_o. mäßig in ihrer Lage sichert. Bei einer Ausbildung der Zwischenstücke gemäß Die Abstandsstücke können weiterhin erfindungs- den Fig. 1 und 2 muß die Spulenanordnung für das gemäß derart gestaltet sein, daß sie je nach ihrem Einsetzen oder Umsetzen der Zwischenstücke in der Einsetzen Zwischenstücke verschiedenen Abstands- 15 Achsrichtung der Spule aufgedehnt werden, zuminwertes zwischen den Windungen der Spulenanord- destens jeweils zwischen den beiden Windungen, nung bilden können. zwischen welche das Abstandsstück eingeführt Abgesehen von ihrer Funktion, die Windungen werden soll. Falls es zweckmäßig oder erwünscht ist, untereinander in einem bestimmten gegenseitigen Ab- läßt sich dieser Ausdehnungsbetrag erfindungsgemäß stand zu halten, lassen sich erfindungsgemäß diese 20 herabsetzen durch eine Gestaltung der Zwischenstücke Zwischenstücke auch unmittelbar benutzen als inte- im Sinne des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3. grierende Bestandteile einer Führung für die Hin- Die Zwischenstücke 11 bis 13 für die Distanzierung durchleitung von Gütern oder Werkstücken, welche der Windungen 14 bis 18 weisen hier einen bogeneiner Wärmebehandlung unterworfen werden sollen, förmigen Schaftteil auf, der sie leicht und praktisch durch den Hohlraum der Spule oder Teile einer 25 ohne Veränderung des Abstandes der Windungen Halteeinrichtung für ein in die Spulenanordnung ein- zwischen diese einführen läßt, bis sie sich mit ihren gesetztes Teil bzw. Werkstück. Durch entsprechende Übergangsstellen zu dem jeweiligen Kopfteil 11" bis Bemessung der Zwischenstücke in radialer Richtung 13^a des Zwischenstückes gegen die Windungen legen, in bezug auf die Achse der Spulenanordnung läßt sich Das Zwischenstück zwischen den Windungen 16 und auch, wenn erwünscht, eine verhältnismäßig dichte 30 17 ist der Anschaulichkeit halber fortgelassen Führung eines Werkstückes nahe den Spulenwin- worden, um das Einführen des Distanzstückes 13 düngen in zentrischer Lage bzw. mit allseitig gleichem besser darstellen zu können, welches sich gerade in Abstand von den Windungen erreichen. Bei einem der Anfangsstellung seines Einführungsweges entsprechenden erfindungsgemäßen unsymmetrischen zwischen den Windungen 17 und 18 befindet. Die Aufbau der Zwischenstücke in bezug auf die durch 35 inneren Grenzflächen II⁶ bis 13^& der Zwischenstücke, die Mittelpunkte der Spulenwindungen verlaufende bezogen auf die Spulenanordnungsachse, bilden wieder gemeinsame Mittellinie lassen sich diese Zwischen- gemeinsam eine Zylindermantelfläche gemäß der stücke durch ein jeweiliges entsprechendes Ein- bzw. strichpunktiert eingetragenen Leitlinie mit demDurch-Umsetzen auch für die unmittelbare wahlweise BiI- messer gemäß dem eingetragenen Maß d₃. Wird ein dung von Führungen mit \^rerschiedenem Abstand von 40 zu behandelndes Werkstück in Fig. 3 von oben nach den Spulenwindungen benutzen. unten durch den Spulenhohlraum geführt, so streben Schließlich können die Zwischenstücke auch so aus- bei einer Berührung oder Reibung zwischen dem gebildet sein, daß sie für die Führung bzw. Leitung Werkstück und den Zwischenstücken diese durch die oder Haltung eines Körpers in dem Spulenhohlraum Mitnahme stets nur ihrer betriebsmäßigen Endmit sehr großem Abstand von den Windungen für be- ⁴S stellung zu.

sonders eingesetzte Führungen oder Haltestücke ihrer- Bei der Anordnung nach Fig. 3 hat das jeweilige

seits den Träger oder Halter bilden können. Zwischenstück, z. B. 12, mit der einen Windung, z. B.

Ausführungsbeispiele für die Anwendung der Er- 15, einen Bogen, z. B. 12^C, gemeinsam, der sich findung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung. beiderseits der vertikalen Mittellinie ν durch die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt einer Spulenanord- 5° Mittelpunkte der Windungen 14 bis 18 erstreckt, mit nung aus rohrförmigen Spulenwindungen 1 bis 4. der anderen Windung dagegen, z. B. 16, nur ein Zwischen diesen Windungen sind Zwischenstücke 5 Bogenstück, welches nur auf einer Seite dieser bis 7, z. B. aus keramischem oder magnetisch und Mittellinie liegt. Es ist also nicht, wie bei den Auselektrisch nichtleitendem Material, eingesetzt. Sie führungsbeispielen gemäß den Fig. 1 und 2, eine einhaben eine Doppel-T-Form, so daß sie nur nach einem 35 deutige Lageabhängigkeit in beiden radialen Richgewissen gegenseitigen Entfernen zweier Spulenwin- tungen, bezogen auf die Spulenachse für beide Windungen zwischen diese einsetzbar, nach deren Rück- düngen, festgelegt. Dieser Effekt läßt sich jedoch erkehr in ihre ursprüngliche gegenseitige Lage aber fmdungsgemäß erreichen, wenn aufeinanderfolgende gleichzeitig sicher zwischen diesen gehalten sind. Die ,,^ Zwischenstücke mit ihren Schaftteilen abwechselnd Stücke 5 bis 7 haben eine solche Form, daß sie um ein ^6o im Uhrzeigersinn, bezogen auf den Mittelpunkt der bestimmtes Maß α von der Zylinderfläche, welche von darüberliegenden Windung, und entgegengesetzt dem den Spulenwindungen gemeinsam innen umschlossen Uhrzeigersinn, bezogen auf den Mittelpunkt der darwird, in den Hohlraum der Spulenanordnung ein- unterliegenden Windung, zwischen je zwei Wintauchen. Auf diese Weise können sie mit ihren inneren düngen eingeführt werden.

Flächen 5^a bis 7^a unmittelbar eine Führung für die ⁶5 Von dieser Maßnahme ist in ähnlicher Weise bei Leitung eines Körpers durch den Spulenhohlraum dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 Gebrauch gebilden. macht. Bei dieser Anordnung hat der Spulenleiter die

Nach Fig. 1 haben die Zwischenstücke 5 bis 7, be- Form eines rechteckigen Rohres, welches die im zogen auf die vertikale Mittellinie ν der Wicklungs- Schnitt dargestellten Windungen 19 bis 22 bildet, leiterquerschnitte 1 bis 4 symmetrischen Aufbau. 7o zwischen denen Zwischenstücke von Formgebungen

benutzt sind, wie sie die mit 23 und 24 bezeichneten Stücke zwischen den Windungen 19 und 20 bzw. 20 und 21 veranschaulichen. Diese Stücke haben Hammerform mit einem Hammerkörperteil 23^ß und 24" und einem Stielteil 23⁶ bzw. 24^ft, der am freien Ende einseitig einen Wulstteil 23^C bzw. 24^C aufweist. Es liegt zunächst wieder nicht in beiden radialen Richtungen, bezogen auf die Spulenachse, die eindeutige starre gegenseitige Lagebestimmung zwischen in der Achsrichtung der Spule aufeinanderfolgenden Windungen vor, die sich aber gewinnen läßt, wenn in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgende Zwischenstücke mit ihrem Stielteil abwechselnd derart eingesetzt werden, daß der Wulst am freien Ende des Stieles einmal mit der darüber- und einmal mit der darunterliegenden Windung zusammenwirkt, wie es schematisch durch die eingetragenen strichpunktierten Linien 25^C und 26^C angedeutet ist, gemäß welchen ein nachfolgendes Zwischenstück in die Lage des vorausgehenden verschoben wiedergegeben ist.

Die Hammerkörper 23° und 24^a zeigen auch verschiedene Paßformen an ihrer Führungsfläche 23^d bzw. 24^rf für eine gute Führung des relativ zur Spulenanordnung zu bewegenden Werkstückes.

Bei den bisher gezeigten Ausführungsbeispielen stimmten die Paßflächen der Zwischenstücke und der Spulenwindungen in ihrer Form praktisch genau überein. Die Anwendung der Zwischenstücke ist daher auf diese Form des Spulenleiters beschränkt.

Die Anwendbarkeit der Zwischenstücke läßt sich erfindungsgemäß mannigfaltiger gestalten, wenn man an ihnen z. B. eine V-förmige Sitzfläche mit der Kreisform der Windungen zusammenwirken läßt, wie es das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 veranschaulicht. 27 bis 30 bezeichnen wieder Windungen des Spulenleiters. Zwischen den Leitern 27 und 28 bzw. 28 und 29 sind Zwischenstücke 31 bzw. 32 mit symmetrischer Ausbildung, bezogen auf die Vertikale ν durch die Mittelpunkte der Leiter der Spulenwindungen, wiedergegeben mit der Ausladung J in das Spuleninnere. Zwischen den Leitern 29 und 30 ist ein bezogen auf die genannte Mittellinie unsymmetrisch aufgebautes Zwischenstück 33 gezeigt, welches gemäß der oben gegebenen Erläuterung für zwei z. B. zylinderförmige Führungen mit den Durchmessern d_A bzw. d_s innerhalb der Spulenform ausgenutzt werden kann wegen der verschiedenen Ausladungen S₁ bzw. J₂ in radialer Richtung.

Fig. 6 veranschaulicht, wie erfindungsgemäß Zwischenstücke nicht nur für die Distanzierung von Windungen in der gleichen Spulenlage, sondern auch zwischen solchen verschiedener Spulenlagen bei einer mehrlagigen Spule benutzt werden können. Bei der gezeigten Anordnung bildet z. B. das Teil 38 das Zwischenstück zwischen den Windungen 34 und 35 der inneren Spulenlage sowie der Windung 41 der äußeren Spulenlage gegenüber jenen Windungen der inneren Spulenlage und mit seiner Fläche 38° die Führung für einen relativ zu der Spulenanordnung durch deren Hohlraum hindurchzuleitenden Körper. Die gleichen Verhältnisse liegen vor zwischen den Windungen 35 und 36 der inneren Lage, der Windung 42 der äußeren Lage und dem Zwischenstück 39 sowie den Leitern 36 und 37 der inneren Lage, dem Leiter 43 der äußeren Spulenlage und dem Zwischenstück 40. Statt der Stücke 38 bis 40 symmetrischer Formgebung, bezogen auf die Vertikale ν durch die Mittelpunkte der Kreisquerschnitte von 34 bis 37, können wieder unsymmetrische Stücke gemäß der bereits gegebenen Erläuterung benutzt werden bei gleichzeitiger Anwendung von besonderen Stücken für die Distanzierung der inneren und äußeren Lagen oder solchen, die für den Leitzylinder des einen Durchmesserwertes im Spulenhohlraum nicht umgesetzt werden.

Die Zahl der erfindungsgemäß in der Umfangsrichtung zwischen den Windungen benutzten Zwischenstücke beträgt bei zylindrischer Form des Spulenhohlraumes mindestens drei, in symmetrischer ίο Verteilung und bei rechteckiger Formgebung des Spulenhohlraumes mindestens vier für eine eindeutig bestimmte Führung eines hindurchzuleitenden oder im Spulenhohlraum zu haltenden Werkstückes. Die Mindestzahl der Zwischenstücke bestimmt sich durch die zu erhaltende mechanische Stabilität der Spule sowie die sichere Führung des zu leitenden Körpers.

Beschädigte Zwischenstücke können nach der Erfindung leicht ausgewechselt werden, gegebenenfalls auch ohne die Spule von ihren Anschlüssen zu lösen.

Ferner läßt sich eine erfindungsgemäße entsprechend aufgebaute Spulenanordnung vielseitig für verschiedene Leitzylinderdurchmesser oder Leitquerschnitte im Spulenraum ausnutzen und leicht umändern.
Durch eine entsprechende Gestaltung der Kopfflächen der Zwischenstücke, welche an der Bildung des Leitzylinders bzw. der Führung im Spuleninnenraunj beteiligt sind, läßt sich die Größe der Berührungsfläche zwischen dem leitenden und dem geleiteten Körper in bestimmter erwünschter Weise bemessen, wie z. B. die Kopfformen 23° und 24° an ihren Flächen 23^ und 24^ώ in Fig. 4 erkennen lassen. Die Flächenform 24^rf ergibt nur eine punktförmige Berührung in dem wiedergegebenen Querschnitt mit dem von ihm zu leitenden, nicht dargestellten Körper.

Damit ist die durch Wärmeleitung über ein solches Zwischenstück übertragene Wärmemenge zwischen dem induktiv durch die Wicklung mit den Windungen 19 bis 22 erhitzten Körper und diesen Windungen wesentlich geringer, so daß diese wärmemäßig nicht so stark beansprucht werden bzw. nicht so intensiv gekühlt zu werden brauchen.

Zur Stabilisierung der Spulenanordnung und der in ihr gebildeten Führung kann es zweckmäßig sein, erfindungsgemäß in Richtung der Spulenachse übereinanderliegende Zwischenstücke derart mit Spiel ineinandergreifen zu lassen, daß sie sich gegen eine radiale Verschiebung und/oder eine Verschiebung in der Umfangsrichtung der Spulenwindungen sichern. Zu diesem Zweck kann z. B. eine Rippe an dem einen Distanzstück in eine Nut an dem anderen benachbarten Distanzstück eintauchen oder auch ein kreuzförmiges Rippensystem in ein entsprechendes kreuzförmiges Gegennutsystem.

Für Glüh- oder Hartlötaufgaben kann als Werkstoff für die Zwischenstücke hochwertiges Glas Anwendung finden, das sich leicht und billig in den benötigten und geeigneten Formen fertigen läßt. Für Härteaufgaben wird erfindungsgemäß vorzugsweise keramisches Material als Werkstoff für die Zwischenstücke benutzt.

Eine Anpassung der Zwischenstücke für die Leitung eines Werkstückes kann erfindungsgemäß gegebenenfalls auch durch ein Nachschleifen der Führungsflächen der Zwischenstücke stattfinden, was erleichtert ist, wenn erfindungsgemäß die Führungsflächen Führungsrippen aufweisen.

Der lichte Querschnitt der Spulenform ist erfindungsgemäß beliebig wählbar, kann also z. B. statt kreisförmig auch vieleckig, z. B. quadratisch oder rechteckig sein.

Claims (11)

1 003 363 Patentansprüche=

1. Zylinderförmige oder andere prismatische Induktionsspule für die Behandlung, vorzugsweise Wärmebehandlung, von Werkstücken mit zur gegenseitigen Distanzierung der Spulenwindung und zur Führung des in die Wicklung einzuführenden oder durch sie hindurchführenden Gutes dienenden Zwischenstücken, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke zwischen die Windungen derart eingesetzt sind und eine solche Form haben, daß sie gleichzeitig Windüngsabstand und Spulenform ohne weitere Formmittel bestimmen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Formgebung der Zwischenstücke diese radial (bezogen auf die Achse der Spulenanordnung) in ihrer Lage gesichert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke ohne Änderung des Windungsabstandes der Spulenanordnung zwischen die Windungen bis zu einer ihrer Lage sichernden Endstellung bzw. Betriebslage einführbar sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke eine nicht durchmessergebundene Sitzform aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen der Zwischenstücke für das Werkstück eine Form besitzen, daß sie die Wärmeableitung vom Werkstück beschränken.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke und die Spulenwindungen durch

eine entsprechende Anpassung oder Bearbeitung ihrer Oberfläche an den Sitzstellen der Zwischenstücke eine gesteigerte Reibungswirkung oder einen gegenseitigen Eingriff für die Lagesicherung der Stücke in der Umfangsrichtung der Spule eingehen können.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke in der Achsrichtung der Spulenanordnung einen gegenseitigen Eingriff gegen radiale Verschiebung eingehen können.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke in der Achsrichtung der Spulenanordnung einen gegenseitigen Eingriff gegen relative Verschiebung in der Umfangsrichtung der Spulenanordnung miteinander eingehen können.

9. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Zwischenstücke hochwertiges Glas benutzt ist.

10. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden bis Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkstoff für die Zwischenstücke keramisches Material benutzt ist.

11. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen der Zwischenstücke für die Leitung oder Halterung eines Werkstückes mit Leitrippen versehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 2 435 242; Brown und Boveri-Mitteilungen, Nr. 11, 35 vember 1951;

deutsche Patentschrift Nr. 116 960.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen