DE1012400B

DE1012400B - Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstuecke

Info

Publication number: DE1012400B
Application number: DEB37665A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Krause
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1955-10-26
Filing date: 1955-10-26
Publication date: 1957-07-18

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken. Diese Erhitzungsart wird bekanntlich angewendet, um eine Wärmebehandlung, wie beispielsweise ein Härten, Anlassen, Entspannen oder Glühen, durchzuführen. Auch für das Erhitzen von Werkstücken zum Schweißen, Walzen, Schmieden oder sonst einer spanlosen Verformung bedient man sich elektroinduktiver Heizgeräte.

Es sind Vorrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die Energiezufuhr in Abhängigkeit von dem Entnehmen und Einführen des Werkstückes selbsttätig gesteuert wird. Dies geschieht beispielsweise mittels mechanischer, durch die Werkstückbewegung betätigter Kontakte, durch die ein elektrischer Steuervorgang eingeleitet wird, wodurch entsprechende Schaltvorrichtungen, Relais od. dgl. zur Ein- und/oder Ausschaltung oder auch Reduzierung der Heizleistungszufuhr in Tätigkeit gesetzt werden.

Bei der elektroinduktiven Erhitzung ergibt sich weiter die Notwendigkeit, die Wärmezufuhr genau zu bemessen, um unerwünschte Temperaturverteilungen oder Überhitzungen zu vermeiden. Bei bekannten Vorrichtungen erfolgt beispielsweise die Steuerung der Leistungszufuhr in Abhängigkeit von der Oberflächentemperatur des Werkstückes mit Hilfe von an sich bekannten Temperaturmeßgeräten.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die sich zur Steuerung oder Regelung der Heizleistung einer oder mehrerer Meßspulen bedienen, die von einem Teil des durch den Induktor erzeugten Magnetflusses durchsetzt werden. Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist die Anordnung so getroffen, daß der die Meß spule durchsetzende Magnetfluß durch das Werkstück verläuft, so daß der Induktor die Primär- und die Meßspule die Sekundärwicklung eines Übertragers bildet, dessen Magnetschluß das Werkstück ist. Je nachdem sich während des Erhitzungsvorgangs die Permeabilität des Werkstückes ändert oder wenn infolge einer Bewegung des Werkstückes, beispielsweise beim Entfernen desselben aus der Vorrichtung, magnetische Änderungen des Übertragungssystems auftreten, ändert sich die in der Meßspule induzierte Spannung, wodurch entsprechende Regel- und Schaltvorgänge zur Steuerung der Wärmezufuhr ausgelöst werden. Diese bekannten Vorrichtungen zum Steuern oder Regeln der elektroinduktiven Erhitzung sind praktisch nur für die Erhitzung ferromagnetischer Werkstücke brauchbar.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken mit einer einfachen Vorrichtung zum Steuern oder Regeln der Heizleistung zu schaffen, die auch zur Behandlung von aus nicht ferromagnetische!!!

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstücke

Anmelder:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft, Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22

Gerhard Krause, Dortmund-Schuren,
ist als Erfinder genannt worden

Material bestehenden Werkstücken geeignet ist. Ferner soll die Vorrichtung es ermöglichen, den Erwärmungsverlauf an bestimmten Stellen des Werkstückes zu überwachen bzw. selbsttätig zu steuern.

Die Erfindung sieht hierzu bei derartigen Vorrichtungen eine solche Anordnung der Meß spule vor, daß dieselbe bei eingebrachtem und dabei zwischen Meßspule und Induktor befindlichem Werkstück im wesentlichen nur von einem nicht durch dieses verlaufenden Teil des Magnetflusses durchsetzt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders für das induktive Erhitzen von metallischen Hohlkörpern, wie Rohren u. dgl., verwendbar. Dabei kann der Induktor den Hohlkörper umgeben und die Meßspule sich innerhalb des Hohlkörpers befinden. Die Anordnung kann aber auch so getroffen werden, daß der Induktor sich innerhalb des Hohlkörpers und die Meßspule außerhalb desselben befindet.

Die Wirkungsweise und weitere Einzelheiten der Erfindung sind an Hand des im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt einer erfindungsgemäßen Erhitzungsvorrichtung zur Behandlung von Rohren,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-B der Fig. 1.

Mit 1 ist eine Induktionsspule bezeichnet, die auf einem Isolierrohr 2 aufgewickelt ist. Innerhalb des Isolierrohres befindet sich ein Trägerkörper 3 aus hitzebeständigem Stahl zur Führung und zum Halten des zu erhitzenden, aus metallischem Material bestehenden Rohres 4. Unter Zwischenschaltung geeigneter Isolierkörper 5 ist auf dem Trägerkörper eine Meß spule 6 befestigt, deren Leitermaterial vorzugsweise aus einer hoehhitzebeständigen, nichtmagnetischen Legierung besteht. Erforderlichenfalls kann die

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Meß spule 6 ebenso wie die Induktionsspule 1 aus einem kühlmitteldurchflossenen Leiter bestehen. Der Trägerkörper 3 ist auf einer Grundfläche 7 unter Zwischenschaltung einer Dämpfungsfeder 8 elastisch gelagert, um Stöße, die beim Einsetzen des Gutes auftreten können, zu mildern.

-Die in der Meßspule 6 induzierte Spannung ist von dem mit der Induktionsspule 1 und der Meß spule gemeinsam verketteten Kraftlinienfluß abhängig. Dabei wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Meß-Spulenspannung — auch wenn das Werkstück aus nichtmagnetischem Material besteht — durch die in dem Werkstück erzeugten Induktionsströme beeinflußt, und zwar erreicht die Meßspannung nicht die Höhe, die sie annehmen würde, wenn sich kein Rohr in der Einrichtung befände.

Der von der jeweiligen Temperatur abhängige ohmsche Widerstand des Werkstückes beeinflußt dabei naturgemäß ebenfalls die Höhe der Meßspulenspannung. Hieraus ergibt sich, daß bei einem Werkstück bestimmter Abmessungen und Materialeigenschaften bei einem gegebenen Wert des Primärstromes zu einer bestimmten Erwärmungsstufe eine bestimmte in der Meßspule induzierte Spannung gehört, deren Wert sich eindeutig, zumindest experimentell, feststellen läßt. Diese Spannung ist somit ein Maß für die im Gut erieichte Temperatur.

Die Spannungsänderungen in der Meßspule können zur Einleitung verschiedener Schalt- und Regelvorgänge benutzt werden. Als selbsttätiges, auf die Änderung der in der Meß spule induzierten Spannung ansprechendes Meß organ kann beispielsweise ein nicht dargestelltes Fallbügelinstrument oder ein elektronisches Gerät dienen, das an sich bekannte Schalteinrichtungen zur Steuerung der Heizleistung beeinflußt. Auf diese Weise ist eine genaue Einhaltung eines vorgeschriebenen Erhitzungsverlaufes möglich.

Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß durch den bei der Entnahme des Werkstückes auftretenden Spannungsanstieg in der Meßspule die Abschaltung der Induktorspule 1 eingeleitet wird, während das Wiedereinschalten der Anlage mittels eines beliebigen Schalters von Hand erfolgt. Das Wiedereinschalten kann aber ebenfalls selbsttätig, und zwar mit Hilfe der Meßspule 6 erfolgen, wenn bei der Entnähme des Werkstückes die Induktionsspule 1 nicht vollständig abgeschaltet wird, sondern der Strom z. B. durch einen Vorschaltwiderstand nur reduziert wird. Beim Einführen eines neuen Werkstückes gibt dann die Meßspule einen Steuerimpuls, so daß mit Hilfe der schon erwähnten, in den Figuren nicht näher dargestellten Regel- und Steuereinrichtungen die volle Einschaltung der Induktionsspule 1 bewirkt werden kann.

Kommt es bei der Wärmebehandlung von Werkstücken darauf an, die Temperatur bzw. den Temperaturverlauf an einer bestimmten Werkstückstelle zu überwachen oder zu beeinflussen, so kann dies in einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Meßspule in der Nähe derjenigen Werkstückstelle angeordnet wird, die besonders überwacht werden soll.

Selbstverständlich, eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch zur Behandlung· von Werkstücken aus ferromagnetischem Material. Dabei kann beispielsweise die Änderung der Meßspulenspannung bei Erreichung des Gurie-Punktes zur Einleitung entsprechender Schalt- und Regelvorgänge benutzt werden. Gegebenenfalls kann man auf diese Weise auch eine Änderung der Frequenz der die Induktionsspule speisenden Stromquelle bewirken.

Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vor allem braucht das Werkstück keineswegs ein kreisrundes Rohr zu sein. Die Einrichtung kann ohne Schwierigkeiten den ver- ■ schiedensten Gutformen, beispielsweise mit quadratischem oder ovalem Querschnitt, angepaßt werden. Auch geschlitzte Rohre können in der Einrichtung

behandelt werden, obwohl die in der Meßspule auf- ';

tretenden Spannungsänderungen in diesem Fall nicht ί so groß sind wie bei geschlossenen Rohren.

Unter Umständen können auch mehrere Meß spulen Verwendung finden, insbesondere wenn mehrere Stel- ,^i; '"■ len der Werkstückoberfläche besonders überwacht « werden sollen. An Stelle von das Werkstück umfas- ..,,.)i;| senden Induktionsspulen und Meß spulen können in -" entsprechender Anpassung an die Werkstückformen ti und in sinngemäßer Anordnung auch schleifenförmige 5| Induktoren, die sich über der Werkstückoberfläche ϊ schließen, und entsprechend angepaßte Meßleiter- ^ schleifen verwendet werden. i|

Die Erfindung ist nicht nur bei Einrichtungen zur :, ruhenden Erhitzung verwendbar, sondern kann mit "' entsprechenden, von jedem Sachkundigen leicht durch- % führbaren Abänderungen auch bei Anlagen zur fort- %■ schreitenden Erhitzung von Werkstücken beispiels- ~ weise im Durchlauf verfahren ohne Schwierigkeiten "; Anwendung finden. ' =

Schließlich kann in bestimmten Fällen, vor allem "■; bei geringer Beschickungshäufigkeit, auf eine Auto- ^: matisierung der Steuerungsvorgänge verzichtet wer- ΐ

den. Bei einer solchen vereinfachten Anlage genügt

es, zwecks Überwachung des Erhitzungsverlaufes an die Meßspule ein geeignetes, an sich bekanntes Meß- ΐ instrument anzuschließen und die Steuerung zur Er- ^: hitzung von Hand vorzunehmen. "

Claims

PATENTANSPRÜCHE: :

1. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken mit einer zur Steuerung >; oder Regelung der Heizleistung dienenden Meß- ',,;. spule, die von einem Teil des durch den Induktor ·,; erzeugten Magnetflusses durchsetzt wird, gekenn- Jizeichnet durch eine solche Anordnung der Meß- t spule (6), daß sie bei eingebrachtem und dabei zwi- ^f:!; sehen Meßspule und Induktor (1) befindlichem ,, Werkstück im wesentlichen nur von einem nicht j* durch dieses verlaufenden Teil des Magnetflusses ;, durchsetzt wird. .':■ ,,,Jj₁.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Erhitzen I metallischer Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, ■·; daß der Induktor (1) den Hohlkörper (4) umgibt ;,; und die Meßspule (6) sich innerhalb des Hohl- 1 körpers befindet. ^f;l

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Erhitzen ·,

metallischer Hohlkörper, dadurch gekennzeichnet, |

daß der Induktor (1) sich innerhalb des Hohl- :_i}j!:

körpers und die Meßspule außerhalb desselben be- 'f"

findet. ;:

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden i, Ansprüche, gekennzeichnet durch ein auf eine *V. Änderung der in der Meßspule induzierten Span- ■£..

nung ansprechendes Meßorgan, beispielsweise ein η Si

Fallbügelinstrument oder ein elektronisches Gerät, ;i|j!

mit dadurch beeinflußten Schalteinrichtungen zur :C

Steuerung der Heizleistung. |

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (6) in der Nähe derjenigen Stelle des Werk-

Stückes (4) angeordnet ist, deren Erwärmung besonders überwacht werden soll.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitermaterial der Meßspule (6) aus einer hochhitzebeständigeri nichtmagnetischen Legierung besteht.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßspule (6) aus einem kühlmitteldurchflossenen Leiter besteht.

8. Anwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei Werkstücken aus nicht ferromagnetischem Material.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen