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Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von Werkstücken Die Erfindung
betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von schweren, unter Druck und
Hitze zum Verschweißen neigenden Werkstücken, die in stetiger Aufeinanderfolge durch
eine Induktionsspule hindurchbefördert und von einem ortsfesten Tragsystem gehalten
werden und über Wälzkörper abrollen, welche die Werkstücke unmittelbar tragen und
die nur wenig über den Rand als Rinnen wirkender Stützelemente hinausragen.
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Derartige Vorrichtungen werden im allgemeinen als Durchstoßerhitzer
bezeichnet und vielfach zur Schmiedeerwärmung von Stahl benutzt. Bei solchen Durchstoßerhitzern
treten bei höherer Temperatur dadurch Schwierigkeiten auf, daß die Werkstücke miteinander
verschweißen. Die Neigung zum Verschweißen wird noch besonders begünstigt durch
die großen Kräfte, die vom Einstoßer auf die Stirnflächen der einzelnen Werkstücke
ausgeübt werden. Ferner ist hier von Bedeutung, daß zwischen den bereits glühenden
Werkstücken und dem Tragsystem sehr hohe Reibungskoeffizienten auftreten. Zudem
wird häufig das Tragsystem so ausgebildet, daß es das Werkstück in gewissem Grade
umfaßt, wodurch die Normalkräfte zwischen Werkstück und Tragsystem noch größer als
das Eigengewicht des Werkstückes werden. Beispielsweise ist das der Fall, wenn als
Tragsystem in der vielfach üblichen Weise zwei in einem gewissen Abstand voneinander
parallel laufende Rohre benutzt werden, die sich also rechts und links der Werkstückmittenachse
befinden, wenn es sich um ein Werkstück von rundem Querschnitt handelt. Diese Schwierigkeiten
begrenzen das Anwendungsgebiet des Durchstoßerhitzers auf kleine Werkstückquerschnitte
und Temperaturen unterhalb etwa 1100° C bei Kohlenstoffstahl.
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Es ist zwar bekannt, für Transportzwecke zur Verminderung der Reibung
Wälzkörper zu benutzen. Auch bei Vorrichtungen zur induktiven Erhitzung hat man
bereits die Werkstücke unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern, wie beispielsweise
Rädern, an einem Tragsystem geführt, so daß der Werkstücktransport ohne erheblichen
Kraftaufwand erfolgen konnte. Dabei wurden aber bisher Tragsysteme und Wälzkörper
meist außerhalb des Induktors angeordnet, und dieser mußte daher eine entsprechende,
verhältnismäßig komplizierte Formgebung erhalten. Man hat auch bereits im Innern
einer Induktionsspule eine Tragschiene -für die Werkstücke vorgesehen, die an Rollen
aufgehängt und von dieser Schiene getragen wurden, so daß sie durch die Spule hindurchbefördert
werden könnten. Hierbei ist naturgemäß nachteilig, daß die Schiene, da sie aus Metall
bestand, ebenfalls induktiv erhitzt wurde, so daß Energie in beachtlicher Menge
verlorenging und die Tragfähigkeit der Schiene verringert wurde. Außerdem ergab
sich aus rein geometrischen Gründen hierbei eine sehr lose Kopplung zwischen Induktor
und Werkstück, die ebenfalls erhebliche Energieverluste zur Folge hatte.
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Auch ist bereits eine Anordnung bekannt, bei der das Glühgut auf einer
relativ geringen Anzahl ortsfester Kugeln aufliegt, die ihrerseits auf in den Induktor
hineinragenden Stützen gelagert sind. Dabei trägt jede Kugel eine verhältnismäßig
große Last, was infolge der dabei auftretenden hohen Flächenpressungen zu Beschädigungen
des Glühgutes führen kann. Auch ist dabei die eingangs erwähnte Gefahr eines Verschweißens
der Kugeln mit dem Glühgut nicht beseitigt. Hinzu kommen die ständige Hitzeeinwirkung
auf die Kugeln, die zu einem raschen Verschleiß führt, und eine nicht zu unterschätzende
Biegebeanspruchung der Stützen.
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Darüber hinaus ist es auch bekannt, bei mit Niederfrequenz betriebenen
Erhitzungsvorrichtungen das Glühgut mittels Abstandsrollen oder -kugeln stets konzentrisch
zu halten, um eine gleichmäßige Erwärmung sicherzustellen.
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Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Lösung anzugeben, durch die
bei vertretbarem Aufwand ein Verschweißen zwischen Tragorganen und Glühgut mit Sicherheit
vermieden wird, ferner nur geringe Kräfte zum Hindurchbefördern des Glühgutes durch
den Induktor aufgebracht werden müssen und schließlich die Tragorgane nicht nur
ständig hinsichtlich ihrer Beschaffenheit überwacht, sondern im Bedarfsfalle ohne
Unterbrechung des Glühprozesses ersetzt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine ununterbrochene
Reihenfolge von rollenden Wälzkörpern in zwei durch den Innenraum der Induktionsspule
hindurchragenden, nach oben offenen Rinnen gelagert ist.
Auf diese
Weise wird der Reibungskoeffizient zwischen Werkstück und Tragsystem ganz erheblich
vermindert; die Wälzkörper werden frei in der Durchstoßrichtung mitgenommen und
am Werkstückaustritt abgeführt. Infolge der hohen Zahl der Kugeln werden die einzelnen
Auflagerpunkte nur gering belastet, so daß nicht nur deren Standzeit erhöht, sondern
auch Beschädigungen des Werkstückes vermieden werden. Infolge der Rollbewegung kann
ein Verschweißen nicht auftreten, auch werden die Kugeln nicht ständig der Glühtemperatur
ausgesetzt. Da außerdem alle Kugeln in regelmäßigen Abständen »sichtbar« werden,
ist deren Kontrolle auf Schäden und ein eventuell erforderliches Auswechseln unbrauchbarer
Kugeln jederzeit ohne Betriebsunterbrechung möglich.
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Das Tragsystem besitzt einen verhältnismäßig sehr kleinen Querschnitt
und nimmt infolgedessen aus dem Hochfrequenzfeld der Spule auch nur sehr wenig Energie
auf, so daß seine Erwärmung in Grenzen bleibt. Die Wälzkörper werden, da ihre Größe
auf die Querschnitsabmessungen des Tragsystems abgestimmt ist, ebenfalls so klein,
daß sie keine nennswerte Energie absorbieren. Mit den angegebenen Mitteln kann daher
das an sich bekannte Transportverfahren auch bei Durchstoßerhitzern angewendet werden,
wobei deren Nutzeffekt durch das geschilderte Tragsystem nur in ganz geringfügigem
Maße beeinträchtigt wird.
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Zweckmäßigerweise besteht das Tragsystem aus zwei Rohren, deren Querschnitt
so gewählt ist, daß sie die Wälzkörper aufnehmen können, und die im Bereich der
Induktionsspule längs der den Werkstücken zugewandten Mantellinie so weit weggeschnitten
sind, daß die Werkstücke auf den Wälzkörpern aufliegen.
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Die Tragrohre können nach der Erfindung zweckmäßigerweise am einen
Ende mit einer Zufuhreinrichtung für die Wälzkörper, am anderen Ende mit einer Abführeinrichtung
versehen sein, zwischen denen außerhalb der Induktionsspule eine Fördereinrichtung
angeordnet ist, die für einen geschlossenen Kreislauf der Wälzkörper sorgt.
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Als Zuführeinrichtung kann ein an das seitlich hochgebogene Ende des
Tragrohres angesetzter Trichter od. dgl. dienen, dessen Höhe über dem waagerechten
Teil des Tragrohres derart gewählt ist, daß die durch das Eigengewicht der Wälzkörper
im Trichter und Rohrbogen auf die Reihe der im waagerechten Tragrohr befindlichen
Wälzkörper ausgeübte Kraft kleiner ist als die reibungsbedingte Kraft, die zum Bewegen
der waagerechten Wälzkörperreihe benötigt wird.
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Zweckmäßigerweise kann der Querschnitt der Tragrohre kreisförmig gewählt
sein, wobei als Wälzkörper Kugeln dienen.
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In an sich bekannter Weise können ferner die das Tragsystem bildenden
Rinnen mit einer Wasserkühlung versehen sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt,
und zwar zeigt Fi g. 1 einen Schnitt durch die Vorrichtung nach der Erfindung im
Aufriß,.
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` F i g: 2 den gleichen Schnitt im Grundriß und F i g. 3 einen Schnitt
durch die Vorrichtung quer zur Durchstoßrichtung.
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Durch die Induktionsspule 1 ragen zwei parallel geführte, ein Tragsystem
bildende Rohre 2 hindurch, die am Einstoßende (in der Zeichnung rechts) in der aus
F i g. 2 ersichtlichen Weise nach außen gebogen sind, um die Zufuhr der strichpunktiert
angedeuteten Werkstücke 3 zu ermöglichen. Für deren Zufuhr sind ein Schienensystem
4 und ein Einstoßer 5 in an sich bekannter Weise vorgesehen. Die Rohre 2 des Tragsystems
sind am anderen Ende schräg nach abwärts gebogen und bilden dort eine Ablaufrutsche
für die Werkstücke.
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Im Bereich der Induktionsspule 1 sind die Tragrohre in der aus F i
g. 2 ersichtlichen Weise oben teilweise weggeschnitten, so daß ihr Innenraum frei
liegt. Die beiden einstoßseitigen Enden sind nicht nur zur Seite hin, sondern, wie
aus F i g. 1 hervorgeht, auch nach oben hin gebogen und tragen am oberen Ende je
einen Trichter 7, der für die Zufuhr der- Wälzkörper, im vorliegenden Falle kleiner
Stahlkugeln 8, dient. Diese Kugeln passen gerade in die Rohre hinein und bilden
daher im Innern der Induktionsspule 1
Auflagen für die Werkstücke 3. Am ausstoßseitigen
Ende sind die Tragrohre 2 mit einer Platte 6 verschlossen und mit einer Öffnung
9 versehen, durch die die Kugeln in einen Sammelbehälter 10 fallen können.
Der Sammelbehälter 10 ist mit dem Trichter 7 über eine nicht näher dargestellte
Vorrichtung verbunden, mit deren Hilfe die in den Behälter 10
gelangenden
Kugeln selbsttätig wieder dem Trichter 7 zugeführt werden, so daß sich ein geschlossener
Kreislauf für die Kugeln ergibt.
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Die Höhe des Trichters 7 über dem waagerechten Teil der Rohre 2 ist
so gewählt, daß die Kugeln 8 infolge der Reibung trotz des Druckes der im Trichter
7 und im Zufuhrbogen befindlichen Kugeln noch in Ruhe verbleiben.
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Aus F i g. 3 geht hervor, daß die weggeschnittenen Teile der Tragrohre
zur Werkstückachse hin gerichtet sind, so daß die Werkstücke in der aus F i g. 3
ersichtlichen Weise auf den Kugeln beider Tragrohre aufliegen. Der Werkstücke können
sich daher verhältnismäßig leicht in seitlicher Richtung verschieben, und der Einstoßer
5 braucht bei dem Zuführen eines neuen Werkstückes 3 nur die verhältnismäßig geringe
rollende Reibung zu überwinden, die die auf den Kugeln 8 aufliegenden Werkstücke
3 erfahren. Da diese Kraft nur gering ist, besteht auch bei den nahezu auf die Endtemperatur
erhitzten Werkstücken keine Gefahr des Verschweißens mehr.
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Die Zeichnung läßt erkennen, daß ein Tragsystem der hier beschriebenen
Bauart nur verhältnismäßig wenig Raum im lichten Querschnitt der Induktionsspule
in Anspruch nimmt. Daher geht in diesem Tragsystem auch nur sehr wenig Hochfrequenzenergie
verloren, die praktisch ungeschwächt für die Erhitzung der Werkstücke zur Verfügung
steht. Da aber die Rohre bzw. die Kugeln durch die auf hohe Temperatur kommenden
Werkstücke erwärmt werden können, ist jedes Tragrohr 2 mit einem aufgeschweißten
Kühlrohr 11 versehen worden, durch welches Wasser geleitet wird. Auf diese Weise
ist erreicht, daß die Tragrohre nichts an ihrer Festigkeit einbüßen.