DE102011008999A1 - Device for inductively hardening a workpiece, comprises induction units, which are movable relative to a workpiece received in the device, in a plate-shaped base body of the device and independently of one another relative to the base body - Google Patents

Device for inductively hardening a workpiece, comprises induction units, which are movable relative to a workpiece received in the device, in a plate-shaped base body of the device and independently of one another relative to the base body Download PDF

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Abstract

The device (10) comprises induction units, which are movable relative to a workpiece received in the device. The induction units (16) are movable: in a plate-shaped base body of the device; independently of one another relative to the base body; and in a direction of a normal surface of the base body relative to the base body. The induction units are accommodated in a regular grid pattern in the base body. The base body is made of a non-conductive material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Beheizen eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a device for inductive heating of a workpiece according to the preamble of patent claim 1.

Das induktive Beheizen ist ein Verfahren zum gezielten und lokalisierten Wärmebehandeln von Werkstücken. Hierbei werden mittels Induktionsspulen Wirbelströme in einem metallischen Werkstück erzeugt, die zu einer lokalen Aufheizung des Werkstückes führen. Die Materialeigenschaften des Werkstücks können so auch bereichsweise eingestellt werden. Ein Nachteil bekannter Induktionsvorrichtungen liegt darin, dass diese sehr genau an die Form eines zu bearbeitenden Werkstückes angepasst werden müssen. Dies lässt sich oftmals nicht rechnerisch durchführen, so dass aufwändige Vorversuche durchgeführt werden müssen, um die richtige Geometrie der verwendeten Induktionsspulen und deren korrekt räumliche Anordnung bezüglich des Werkstückes zu ermitteln.Inductive heating is a process for the targeted and localized heat treatment of workpieces. In this case, eddy currents are generated in a metallic workpiece by means of induction coils, which lead to a local heating of the workpiece. The material properties of the workpiece can also be adjusted in areas. A disadvantage of known induction devices is that they must be adapted very precisely to the shape of a workpiece to be machined. This can often not be done by calculation, so that complex preliminary tests must be performed in order to determine the correct geometry of the induction coils used and their correct spatial arrangement with respect to the workpiece.

Aus der DE 28 47 983 ist eine Vorrichtung zum induktiven Beheizen von flachen, rechteckigen Metallrohlingen bekannt. Die zu heizenden Rohlinge werden dabei auf Rollen durch die Vorrichtung bewegt. Mit den Rollen gekoppelt sind bewegliche Induktionsspulen. Durch die Beweglichkeit der Spulen relativ zum Werkstück soll hierbei sichergestellt werden, dass der Abstand zwischen Induktionsspule und Werkstück immer einer vorgegebenen Solldistanz entspricht.From the DE 28 47 983 a device for inductive heating of flat, rectangular metal blanks is known. The blanks to be heated are moved on rollers through the device. Coupled with the rollers are moving induction coils. Due to the mobility of the coils relative to the workpiece in this case it should be ensured that the distance between the induction coil and the workpiece always corresponds to a predetermined nominal distance.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum induktiven Beheizen eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welche eine einfache Anpassung der Anordnung einzelner Induktionseinheiten an die Geometrie eines zu beheizenden Werkstücks erlaubt.The present invention has for its object to provide a device for inductive heating of a workpiece according to the preamble of claim 1, which allows a simple adjustment of the arrangement of individual induction units to the geometry of a workpiece to be heated.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1.

Bei einer derartigen Vorrichtung zum induktiven Beheizen eines Werkstücks, insbesondere zum Induktionshärten, ist eine Mehrzahl von Induktionseinheiten vorgesehen, welche relativ zu einem in der Vorrichtung aufgenommenen Werkstück bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Induktionseinheiten in einem Grundkörper der Vorrichtung aufgenommen und unabhängig voneinander relativ zu dem Grundkörper bewegbar sind. Damit kann eine hohe Anzahl unterschiedlicher Lagepositionierungen der Induktionseinheiten bezüglich des Grundkörpers und damit auch bezüglich eines in der Vorrichtung aufgenommenen Werkstücks realisiert werden. Dies ermöglicht eine problemlose Anpassung der Lage der einzelnen Induktionseinheiten relativ zum Werkstück. Versuche zur Ermittlung der optimalen Anordnung der Induktionseinheiten können mit einer derartigen Vorrichtung besonders schnell und einfach durchgeführt werden. Die Vorrichtung eignet sich somit insbesondere zur Ermittlung der Induktorgeometrie für das Beheizen eines neuen Werkstückes, wobei die aus Versuchen mit einer derartigen Vorrichtung gewonnenen Daten genutzt werden können, um schließlich eine endgültige Vorrichtung zum induktiven Beheizen zu konstruieren, in welcher die Induktionseinheiten fest aufgenommen sind. Selbstverständlich eignet sich die Vorrichtung auch zur Wärmebehandlung von Werkstücken in der normalen Serienfertigung.In such a device for inductive heating of a workpiece, in particular for induction hardening, a plurality of induction units is provided, which are movable relative to a workpiece received in the device. According to the invention, it is provided that the induction units are accommodated in a base body of the device and are movable relative to the base body independently of each other. Thus, a high number of different positional positioning of the induction units with respect to the base body and thus also with respect to a recorded in the device workpiece can be realized. This allows easy adjustment of the position of the individual induction units relative to the workpiece. Attempts to determine the optimal arrangement of the induction units can be carried out particularly quickly and easily with such a device. The device is thus particularly suitable for determining the inductor geometry for heating a new workpiece, wherein the data obtained from experiments with such a device can be used to finally construct a final device for inductive heating, in which the induction units are firmly housed. Of course, the device is also suitable for the heat treatment of workpieces in normal mass production.

Vorzugsweise sind hierbei die Induktionseinheiten in einem regelmäßigen Gitterraster im Grundkörper aufgenommen. Der Grundkörper ist also nach Art einer Lochplatte aufgebaut, wobei die einzelnen Aufnahmeöffnungen der Lochplatte jeweils eine Induktionseinheit aufnehmen können. Durch die variable Bestückung der Lochplatte des Grundkörpers mit Induktionseinheiten sowie durch die Verstellung der Induktionseinheiten relativ zur Grundplatte kann eine Vielzahl möglicher Induktorgeometrien geschaffen werden. – Alternativ können die Induktionseinheiten auch in einem unregelmäßigen Gitterraster im Grundkörper aufgenommen sein.Preferably, in this case the induction units are accommodated in a regular grid in the main body. The main body is thus constructed in the manner of a perforated plate, wherein the individual receiving openings of the perforated plate can each accommodate an induction unit. By the variable equipping of the perforated plate of the base body with induction units as well as by the adjustment of the induction units relative to the base plate, a large number of possible inductor geometries can be created. - Alternatively, the induction units may be included in an irregular grid in the base body.

Der Grundkörper ist dabei vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und besteht aus einem nicht leitenden Material, um so Verluste durch Wirbelströme im Grundkörper zu vermeiden.The main body is preferably plate-shaped and consists of a non-conductive material so as to avoid losses due to eddy currents in the body.

Vorzugsweise sind die Induktionseinheiten ferner in Richtung einer Flächennormalen des plattenförmigen Grundkörpers relativ zu diesem bewegbar. Mit anderen Worten kann die Höhe der Induktionseinheiten relativ zum Grundkörper eingestellt werden, um so eine Anpassung an die Werkstückgeometrie zu ermöglichen bzw. für jeden Induktor den Abstand zum Werkstück stufenlos variieren zu können.Preferably, the induction units are further movable in the direction of a surface normal of the plate-shaped base body relative thereto. In other words, the height of the induction units can be adjusted relative to the main body, so as to allow adaptation to the workpiece geometry or to be able to vary the distance to the workpiece for each inductor continuously.

Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing.

Hierbei zeigen:Hereby show:

1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 a perspective view of an embodiment of a device according to the invention;

2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1; 2 a side view of the device according to 1 ;

3 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und 3 a perspective view of an alternative embodiment of a device according to the invention; and

4 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 3. 4 a side view of the device according to 3 ,

Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum induktiven Beheizen, insbesondere zum Induktionshärten eines Werkstückes umfasst eine Grundplatte 12, die ein regelmäßiges Raster von Aufnahmeöffnungen 14 aufweist. Diese sind der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet. In die Aufnahmeöffnungen 14 sind Induktionseinheiten 16 eingesetzt, die ebenfalls nicht alle bezeichnet sind. Die Induktionseinheiten 16 umfassen einen Anschlussbereich 18 sowie einen Spulenbereich 20, der im gezeigten Beispiel drei Windungen aufweist. Die gesamten Induktionseinheiten 18 sind aus einem leitfähigen Metall, beispielsweise aus Kupfer gefertigt, während die Grundplatte 12 aus einem nicht leitenden Material, beispielsweise Kunststoff oder einer Keramik gefertigt ist.One in total with 10 designated device for inductive heating, in particular for induction hardening of a workpiece comprises a base plate 12 which has a regular grid of receiving openings 14 having. These are not all designated for clarity. In the receiving openings 14 are induction units 16 used, which are also not all designated. The induction units 16 include a connection area 18 and a coil area 20 which has three turns in the example shown. The entire induction units 18 are made of a conductive metal, such as copper, while the base plate 12 is made of a non-conductive material, such as plastic or a ceramic.

Durch Bestromen der Induktionseinheiten 16 können Wirbelströme in metallischen Werkstücken induziert werden, die zu einer lokalisierten Aufheizung des Werkstückes führen. Damit kann eine gezielte, lokalisierte Wärmebehandlung des Werkstückes durchgeführt werden. Um die Relativlage der Induktionseinheiten 16 zum Werkstück einstellen zu können, sind die Induktionseinheiten 16 in den Aufnahmeöffnungen 14 in Richtung zu einer Flächennormalen der Grundplatte 12, also in Richtung des Pfeiles 22 bewegbar.By energizing the induction units 16 For example, eddy currents can be induced in metallic workpieces which lead to localized heating of the workpiece. Thus, a targeted, localized heat treatment of the workpiece can be performed. To the relative position of the induction units 16 to be able to adjust to the workpiece, are the induction units 16 in the receiving openings 14 towards a surface normal of the base plate 12 so in the direction of the arrow 22 movable.

Durch die Auswahl, welche Aufnahmeöffnungen 14 mit Induktionseinheiten 16 bestückt werden und durch die Einstellung der Relativlage der Induktionseinheiten 16 zur Grundplatte können daher mittels der Vorrichtung 10 eine Vielzahl unterschiedlicher Induktorgeometrien geschaffen werden, die eine Anpassung auch an komplexe Werkstücke ermöglicht. Insbesondere können mit der Vorrichtung 10 unterschiedliche Induktoranordnungen für ein einzelnes Werkstück getestet werden, um so die Anordnung der Induktionseinheiten 16 relativ zum Werkstück zu optimieren.By choosing which intake openings 14 with induction units 16 be equipped and by adjusting the relative position of the induction units 16 to the base plate can therefore by means of the device 10 a variety of different inductor geometries are created, which allows an adaptation to complex workpieces. In particular, with the device 10 different inductor arrangements are tested for a single workpiece, so as to arrange the induction units 16 to optimize relative to the workpiece.

3 und 4 zeigen eine alternative Vorrichtung 10', die sich lediglich in der Ausbildung der Induktionseinheiten 16' von der Ausführungsform gemäß 1 und 2 unterscheidet. Der Induktionsbereich 20 wird hier durch eine rechteckige Spule mit lediglich einer Windung gebildet. Auch der Anschlussbereich 18 ist rechteckig ausgeführt und in rechteckigen Aufnahmeöffnungen 14 der Grundplatte 12 aufgenommen. Auch hier kann die Geometrie der Vorrichtung 10' durch die Auswahl der mit Induktionseinheiten 16' zu bestückenden Aufnahmeöffnungen sowie durch die Relativlage der Induktionseinheiten 16' zur Grundplatte 12 beliebig variiert werden, um so unterschiedliche Induktorgeometrien für unterschiedliche Werkstücke einstellen zu können bzw. die Induktoranordnung für ein einzelnes Werkstück in Versuchsreihen zu optimieren. 3 and 4 show an alternative device 10 ' , which are only in the training of the induction units 16 ' from the embodiment according to 1 and 2 different. The induction area 20 is formed here by a rectangular coil with only one turn. Also the connection area 18 is rectangular and in rectangular receiving openings 14 the base plate 12 added. Again, the geometry of the device 10 ' through the selection of induction units 16 ' to be loaded receiving openings and by the relative position of the induction units 16 ' to the base plate 12 can be varied as desired in order to be able to set different inductor geometries for different workpieces or to optimize the inductor arrangement for a single workpiece in test series.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 2847983 [0003] DE 2847983 [0003]

Claims (5)

Vorrichtung (10, 10') zum induktiven Beheizen eines Werkstückes, insbesondere zum Induktionshärten, mit einer Mehrzahl von Induktionseinheiten (16, 16'), welche relativ zu einem in der Vorrichtung (10, 10') aufgenommenen Werkstück bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionseinheiten (16, 16') in einem Grundkörper (12) der Vorrichtung (10, 10') aufgenommen und unabhängig voneinander relativ zu dem Grundkörper (12) bewegbar sind.Contraption ( 10 . 10 ' ) for inductive heating of a workpiece, in particular for induction hardening, with a plurality of induction units ( 16 . 16 ' ), which relative to one in the device ( 10 . 10 ' ) are movable workpiece, characterized in that the induction units ( 16 . 16 ' ) in a basic body ( 12 ) of the device ( 10 . 10 ' ) and independently relative to the main body ( 12 ) are movable. Vorrichtung (10, 10') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionseinheiten (16, 16') in einem regelmäßigen Gitterraster im Grundkörper (12) aufgenommen sind.Contraption ( 10 . 10 ' ) according to claim 1, characterized in that the induction units ( 16 . 16 ' ) in a regular grid in the base body ( 12 ) are included. Vorrichtung (10, 10') nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) plattenförmig ausgebildet ist.Contraption ( 10 . 10 ' ) according to claim 1 or 2, characterized in that the basic body ( 12 ) is plate-shaped. Vorrichtung (10, 10') nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12) aus einem nichtleitenden Material ausgebildet ist.Contraption ( 10 . 10 ' ) according to claim 3, characterized in that the basic body ( 12 ) is formed of a non-conductive material. Vorrichtung (10, 10') nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionseinheiten (16, 16') in Richtung einer Flächennormalen des plattenförmigen Grundkörpers (12) relativ zu diesem bewegbar sind.Contraption ( 10 . 10 ' ) according to claim 3 or 4, characterized in that the induction units ( 16 . 16 ' ) in the direction of a surface normal of the plate-shaped basic body ( 12 ) are movable relative to this.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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