DE10158507B4 - Protective device for an induction coil and method for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Schutzvorrichtung für eine Induktionsspule zur Erwärmung von Metallblöcken, dadurch gekennzeichnet, dass in der Induktionsspule (12) ein der Form des Metallblocks (14) angepasstes Schutzrohr (16) aus einem faserverstärktem, keramischen Werkstoff lösbar befestigt ist.guard for one Induction coil for heating of metal blocks, characterized in that in the induction coil (12) one of Shape of the metal block (14) adapted protective tube (16) made of a fiber-reinforced, ceramic Material detachable is attached.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine Induktionsspule zur Erwärmung von Metallblöcken unter Verwendung eines feuerfesten Werkstoffes sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schutzvorrichtung.The The invention relates to a protective device for an induction coil for warming of metal blocks using a refractory material and a method for producing such a protective device.
Metallblöcke, insbesondere Eisen- oder Stahlblöcke, werden in Gesenkschmieden vor ihrer Verformung durch Induktionsspulen erwärmt. Dabei muss zwischen der Induktionsspule und dem Eisen- oder Stahlblock eine deutliche Trennung bestehen, damit der bei einer Erwärmung des Blocks auf eine Temperatur im Bereich zwischen 1200 ° C und 1300 ° C entstehende Zunder keinen Kontakt mit der Induktionsspule bekommen kann, der zu Kurzschlüssen und damit zu einem Ausfall der Anlage führen würde.Metal blocks, in particular Iron or steel blocks, are in die forging before their deformation by induction coils heated. It must be between the induction coil and the iron or steel block a clear separation exist, so that in a warming of the Blocks to a temperature ranging between 1200 ° C and 1300 ° C resulting Tinder can not get in contact with the induction coil, the to short circuits and thus lead to a failure of the system.
Um diesen Kontakt auszuschließen, wird die Induktionsspule, in der Regel eine wassergekühlte Kupferspule, mit einer Feuerfestmasse vollständig ausgeschmiert bzw. ausgekleidet. Diese Masse muss in einem langwierigen Vorgang sehr sorgfältig getrocknet werden, so dass die Reparatur einer solchen Induktionsspule einschließlich Auskleidung mit der Feuerfestmasse in der Regel mindestens vier Wochen dauert.Around to exclude this contact is the induction coil, usually a water-cooled copper coil, completely smeared with a refractory material or lined. This mass must be in a lengthy process dried very carefully so that the repair of such an induction coil including lining with the refractory mass usually takes at least four weeks.
Da es aufgrund der variierenden Form der Blöcke immer wieder zu Kontakten zwischen dem Block und der ausgekleideten Spule kommt, lassen sich im Laufe eines längeren Betriebs die erwähnten Kurzschlüsse nicht vermeiden, die wiederum eine Reparatur der Einheit aus Induktionsspule und Feuerfestmasse bedingen. Wegen der erwähnten Reparaturdauer von etwa vier Wochen muss man sich solche Einheiten aus Induktionsspule und Feuerfestmasse auf Vorrat halten, damit die Produktion problemlos weiterlaufen kann.There it always contacts because of the varying shape of the blocks comes between the block and the lined coil can be in the course of a longer one Do not operate the mentioned short circuits avoid, in turn, a repair of the unit from induction coil and refractory mass condition. Because of the mentioned repair time of about four weeks you have to get such units from induction coil and Keep refractory stock in stock, so that production is easy can continue.
Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass der Ersatz der Auskleidung in der Regel nicht vor Ort, sondern nur bei den Spulenherstellern durchgeführt wird, d.h. die Induktionsspule muss zum Hersteller zurückgeschickt und dort erneut ausgekleidet werden. Der dadurch entstehende Kostenaufwand ist ebenfalls beträchtlich.One Another disadvantage is that the replacement of the lining in usually not on site, but only on the coil manufacturers, i. e. the induction coil must be returned to the manufacturer and there again be lined. The resulting cost is also considerable.
Aus
der
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Aus
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Die
vorliegende Erfindung geht von der
Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.This is achieved by the features of claim 1.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die zugehörigen Unteransprüche definiert.Expedient embodiments be through the associated under claims Are defined.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schutzvorrichtung zu schaffen, die sich leicht, auch in Massenfertigung, herstellen und problemlos austauschen lässt.It also lies The invention is based on the object, a method for producing to provide such a protection device, which is easy, too in mass production, manufacture and exchange easily.
Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 9 erreicht.This is achieved by the features of claim 9.
Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die zugehörigen Unteransprüche definiert.Expedient embodiments be through the associated under claims Are defined.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, dass sich in einem Massenfertigungsverfahren und damit relativ preisgünstig ein Schutzrohr für die Induktionsschule herstellen lässt, das man beispielsweise auf Vorrat in einer Gesenkschmiede halten kann. Der Austausch dieses Schutzrohrs gegen ein defektes Schutzrohr ist problemlos möglich, so dass die hierzu erforderliche Betriebsunterbrechung vernachlässigbar ist. So wurde bei ersten Untersuchungen festgestellt, dass man den Austausch eines beschädigten Schutzrohrs gegen ein neues, intaktes Schutzrohrs vor Ort, also ohne Zurücksendung zum Hersteller, innerhalb von etwa 15 bis etwa 30 min vornehmen kann. Diese Zeitspanne lässt sich nach Erfahrungen mit dieser neuen Technologie sicher noch verringern.The advantages achieved by the invention are based on the fact that can be produced in a mass production process and thus relatively inexpensive a protective tube for the induction school, which can hold, for example, in stock in a drop forge. The replacement of this protective tube against a defective protective tube is easily possible, so that the necessary business interruption is negligible. For example, during initial investigations it was found that the replacement of a damaged protective tube with a new, in Clock protection tube on site, so without returning to the manufacturer, within about 15 to about 30 minutes can make. This time span can certainly be reduced after experiencing this new technology.
Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die Herstellung des Schutzrohrs, die jedoch, wie erwähnt, unabhängig von der Induktionsspule ist, so dass nur eine ausreichende Zahl von Schutzrohren, die gegebenenfalls auf Vorrat gefertigt werden können, zur Verfügung stehen muss.Of the rate-limiting step is the manufacture of the protective tube, however, as mentioned, independently from the induction coil is, so only a sufficient number of protective tubes, which may be made in stock can, to disposal must stand.
Ein weiterer Vorteil dieses Schutzrohrs aus faserverstärkter Keramik liegt darin, dass man solche Schutzrohre mit einer sehr viel geringeren Wandstärke herstellen kann als die Auskleidung der Induktionsspule mit der bisher üblichen Feuerfestmasse. Dadurch ergibt sich eine Intensivierung der Wirkung der Induktionsspule, die bisher durch die dicke Auskleidung stark abgeschirmt wurde, so dass die Blöcke sehr viel schneller auf die für die Verarbeitung, z.B. das Schmieden erforderliche Temperatur gebracht werden können und sich damit die Produktionsrate um beinahe 25 % steigern lässt.One Another advantage of this protective tube made of fiber-reinforced ceramic lies in the fact that one such protective tubes with a much smaller Wall thickness can manufacture as the lining of the induction coil with the usual Refractory material. This results in an intensification of the effect of Induction coil, previously shielded by the thick lining was, so the blocks much faster on the for the processing, e.g. brought the forging required temperature can be and thereby increase the production rate by almost 25%.
Auch der erzielte Kostenvorteil ist beträchtlich, da die Kosten für ein in Massenfertigung hergestelltes Schutzrohr nur etwa ein Drittel der Kosten für eine durch den Hersteller reparierte und ausgekleidete Induktionsspule betragen.Also the cost advantage achieved is considerable, as the cost of an in Mass produced protection tube only about one third of the Cost of one induction coil repaired and lined by the manufacturer be.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird das aus faserverstärkter Keramik bestehende Schutzrohr mit einem hochtemperaturfesten Band, insbesondere einem Gewebeband auf der Basis von SiO2, Al2O3 und Na2O umwickelt, so dass es selbst bei Rissen im Keramikrohr bei entstehendem Zunder zu keiner Berührung zwischen dem geerdeten Käfigrohr/Metallblock und der Induktionsspule kommen kann.According to a preferred embodiment, the existing of fiber-reinforced ceramic thermowell is wrapped with a high temperature resistant band, in particular a fabric tape based on SiO 2 , Al 2 O 3 and Na 2 O, so that it even with cracks in the ceramic tube in the resulting scale to no contact between the earthed cage tube / metal block and the induction coil can come.
Durch Druckversuche wurde festgestellt, dass der Verbund aus dem faserverstärkten, keramischen Werkstoff durch thermische Einflüsse Haarrisse bekommt, dass dieser Verbund jedoch trotz der Haarrisse nicht mehr auseinander fällt, wie es bei der Auskleidung mit einer Feuerfestmasse der Fall war, und zwar selbst dann nicht, wenn der Verbund im Druckversuch mechanisch belastet wird. Zwar reißt er in einem solchen Fall, fällt jedoch nicht mehr auseinander.By Compression tests found that the composite of the fiber reinforced, ceramic Material due to thermal influences Hairline cracks, however, that this composite, despite the hairline cracks no longer falling apart, as was the case with a refractory lining, and although not even if the composite in the compression test mechanically is charged. Although he tears in such a case, falls but not apart.
Obwohl als Werkstoff für ein solches Schutzrohr im Prinzip jeder keramische Werkstoff in Frage kommt, wird nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Aluminiumsilikat verwendet, insbesondere der unter der Bezeichnung Mullit bekannte, hochtemperaturstabile Werkstoff, der aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid besteht. Mullit weist die beste Temperaturschockbeständigkeit unter den Oxidkeramiken sowie eine gute Temperaturstabilität und Korrosionsbeständigkeit auf und wird durch die Formel 3 Al2O3 × 2SiO2 definiert.Although, in principle, any ceramic material is suitable as the material for such a protective tube, according to a preferred embodiment, an aluminum silicate is used, in particular the high-temperature-stable material known as mullite, which consists of aluminum oxide and silicon oxide. Mullite exhibits the best thermal shock resistance among oxide ceramics, as well as good temperature stability and corrosion resistance, and is defined by the formula 3 Al 2 O 3 .2SiO 2 .
Auch die Faserverstärkung des Schutzrohrs kann aus einem Aluminumsilikat-Gewebe, insbesondere einem Mulit-Gewebe hergestellt sein.Also the fiber reinforcement of the protective tube may be made of an aluminosilicate tissue, in particular be made of a multi-fabric.
Sehr gute Ergebnisse wurden bei ersten Praxistests in einer Gesenkschmiede mit einem Schutzrohr erzielt, das durch Plasmaspritzen hergestellt wurde. Dabei wurde auf ein Kernwerkzeug mit einer der Innenfläche des Schutzrohrs entsprechenden Form eine Grundschicht aus Mullit durch ein Plasmaspritzverfahren aufgespritzt; anschließend wurde auf diese Grundschicht ein Fasergewebe aus Mullit aufgelegt, und schließlich wurde das Fasergewebe mit einer Deckschicht aus Mullit durch ein Plasmaspritzverfahren eingespritzt. Dann wurde das so gefertigte Schutzrohr nach dem Abkühlen von dem Kernwerkzeug abgezogen.Very Good results were obtained during initial field tests in a drop forge achieved with a protective tube that was produced by plasma spraying. It was based on a core tool with one of the inner surface of the Protective tube corresponding form a base layer of mullite sprayed a plasma spraying process; subsequently was on this base layer a fibrous tissue of mullite was applied, and finally the fibrous tissue was with a topcoat of mullite injected by a plasma spraying process. Then the protective tube was made after cooling from subtracted from the core tool.
Wegen der auftretenden, hohen Temperaturen muss das Kernwerkzeug während des Spritzvorgangs gekühlt werden, wozu Wasserdampf besonders geeignet ist, der eine sehr hohe Temperaturstabilität ergibt.Because of the occurring, high temperatures must be the core tool during the Cooling process cooled which is particularly suitable for water vapor, which is a very high temperature stability results.
Bei der Trennung des fertigen Schutzrohrs von dem Kernwerkzeug muss das Kernwerkzeug geschrumpft werden. Hierzu bietet sich ebenfalls die Kühlung des Kernwerkzeugs an, insbesondere mit einer Tieftemperaturflüssigkeit, wie beispielsweise flüssigem Stickstoff.at the separation of the finished protective tube from the core tool must the core tool shrunk. This also offers the cooling the core tool, in particular with a cryogenic liquid, such as liquid Nitrogen.
Verfahren zum Plasmaspritzen solcher Rohre mit verschiedenen, dem jeweils zu erwärmenden Metallblock angepassten Formen und Abmessungen stehen zur Verfügung, so dass auch die Massenfertigung solcher Schutzrohre keine Probleme bereitet.method for plasma spraying of such tubes with different ones, respectively to be heated metal block customized shapes and dimensions are available, so that even the mass production of such protective tubes no problems prepares.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference explained in more detail on the accompanying schematic drawings. It demonstrate:
Mit
diesem Induktionsofen
Das
Schutzrohr
Am
Boden des Schutzrohrs
Das
Schutzrohr
Das
Schutzrohr
Die
Anlage zur Herstellung dieses Schutzrohrs
Dieses Verfahren beginnt mit einem Kernwerkzeug, das in diesem Beispiel ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt hat. Dieses Kernwerkzeug wird während des Spritzvorgangs mit Wasserdampf gekühlt.This Procedure begins with a core tool, which in this example also a circular one Cross section has. This core tool is used during the injection process Steam cooled.
Auf
das Kernwerkzeug wird durch die Anlage nach
Nach
dem Abkühlen
der Grundschicht wird ein Fasergewebe aus Mullit auf die plasmagespritzte Mullit-Grundschicht
aufgelegt, und dann wird das Fasergewebe mit einer Deckschicht aus
Mullit ebenfalls mit der Anlage nach
Nach
dem Abkühlen
des so hergestellten Mullit-Verbundkörpers wird das Kernwerkzeug
mit flüssigem
Stickstoff gekühlt,
wodurch es schrumpft, so dass nun das Schutzrohr
Anschließend wird das Schutzrohr mit einem hochtemperaturfesten Gewebeband auf der Basis von SiO2, Al2O3 und Na2O umwickelt.Subsequently, the protective tube is wrapped with a high temperature-resistant fabric tape based on SiO 2 , Al 2 O 3 and Na 2 O.
Beim
Ausfall eines Schutzrohrs
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