DE1765672C3 - Niederfrequenz-Induktionserhitzer für die Wärmebehandlung von Blöcken aus Eisenwerkstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Niederfrequenz-Induktionserhitzer für die Wärmebehandlung von Blöcken aus Etsenwerkstoff, bestehend aus einer langgestreckten Spule, in deren Inneres der zu erwärmende Block sowie zusätzlich mindestens ein zum Block hin gerichteter Wärmestrahlungsschirm aus hitzebeständigem Stahlblech einfüh.bar sind, die von dem in der Spule erzeugten Magnetfeld durchsetzt sind.

Bei einem bekannten Induktionserhitzer dieser Gattung (US-PS 28 48 566) ist die Spule in Achsrichtung kürzer als die Länge des durch sie im Zuge der induktiven Erwärmung hindurchbewegten metallischen Werkstückes bemessen und der zum Werkstück hin gerichtete Wärmestrahlungsschirm zwischen Spule und Werkstück, koaxial zu diesen, angeordnet. Auf diese Weise sollen Energie- und Wärmeverluste, soweit sie von der Wärmeabstrahlung des Werkstücks selbst herrühren, vermindert und die Spule zugleich vor zu hoher Wärmeeinstrahlung geschützt werden. Um dabei eine induktive Eigenerwärmung des Wärmestrahlungsschirms zu verhindern, ist dieser an mehreren Stellen seines Umfanges axial geschlitzten bzw. aus Segmenten zusammengesetzt.

Obschon auf diese Weise durch die reflektierende Wirkung des Wärmestrahlungschirms vom induktiv erwärmten Werkstück ausgehende Wärmestrahlungsund davon herrührende Energieverluste weitgehend vermindert werden können, ist die Anwendung dieses Prinzips auf Blockerwärmungsanlagen nicht befriedigend, insbesondere soweit dabei stationär und nicht mit Durchlauferwärmung gearbeitet wird. Dies beruht einerseits darauf, daß die Dichte des Magnetfeldes der Induktionsspule an deren beiden Enden schwächer als in der Mitte des Spuleninnenraums ist und der Block folglich an seinen Enden schwächer als im Bereich seiner Längsmitte erwärmt wird. Zum anderen wird bei dem bekannten Induktionserhitzer zwar eine radiale Wärmeabstrahlung des induktiv erwärmten Werkstükkes verhindert, nicht dagegen die Wärmeabstrahlung an den Stirnenden.

Für eine einwandfreie Wärmebehandlung von Blökken ist es aber wesentlich, ein über die Längsachse des Blockes möglichst gleichmäßiges Erwärmungsbild zu erzielen und insbesondere Temperaturgefälle zu den Enden des Werkstückes hin zu verhindern,

Um eine über ihre Länge einigermaßen gleichmäßige Erwärmung der Blöcke zu erzielen, wäre es denkbar, die Spule zu verlängern, so daß ihre beiden Enden um ein genügend großes Maß über die Enden des Blockes hinausragen. Diese Lösung wäre aber sehr aufwendig und würde dennoch nicht zu einer über die Länge völlig gleichmäßigen Erwärmung des Blockes führen, ganz abgesehen davon, daß der Nachteil der zu starken

ι⁵ Wärmeabstrahlung an den Blockstirnenden dadurch nicht vermieden würde. Es wäre statt dessen denkbar, einen Kern mit ferromagnetischen Eigenschaften in die Heizspule einzuführen, um den magnetischen Fluß auf diese Weise im Bereich der Blockenden stärker zu bündeln. Auch diese Maßnahme könnte aber allein nicht befriedigen und wäre überdies noch aufwendiger, da sie es mit Rücksicht auf unterschiedliche Blocklängen erforderlich machte, den innerhalb der Induktionsspule angeordneten Kern verschieblich auszubilden, um ihn auf diese Weise an jeweils unterschiedliche Blocklängen anpassen zu können.

Um die Schwächung des Magnetfeldes an den Spulenbzw. Blockenden auszugleichen, wäre es weiterhin möglich, die Heizleistung der Induktionsspule im Bereich der Blockenden durch Parallelschaltung von Kondensatoren zu verstärken. Auch diese Maßnahme läuft aber lediglich darauf hinaus, die elektrische Leistung der Induktionsspule im Bereich der Werkstückenden zu erhöhen; sie ist mithin ganz abgesehen von dem damit verbundenen Aufwand grundsätzlich nicht dazu geeignet, das von den Wärmeabstrahlungsverlusten an den Blockstirnenden herrührende Temperaturgefälle zu unterbinden.

Um einen zu hohen Temperaturabfall an den Blockstirnenden durch deren Berührung mit der Außenluft zu verhindern, ist es bei Niederfrequenz-Induktionserhitzern für die Wärmebehandlung von Blöcken bereits bekannt (DE-AS 10 74 782), die Spule länger als die Blocklänge auszubilden und mindestens auf der Entnahmeseile der Spule ein an der Stirnfläche des Blockes anliegendes Wärmedämmkissen vorzusehen, das aus einem Behälter aus dünnwandigem, rostfreiem und hitzebeständigem Stahlblech besteht, der mit wärmedämmendem Stoff ausgefüllt und im übrigen im Interesse der Vermeidung induktiver Eigenerwärmung radial geschlitzt ist.

Dieses bekannte Wärmedämmkissen, das in der Betriebsstellung federnd an die jeweilige Blockstirnfläche angepreßt ist, verhindert zwar auf dem Wege reiner Wärmedämmung zu hohe Abstrahlungsverluste im Bereich der Blockstirnenden, ist aber von Natur aus nicht dazu geeignet, den induktionstechnisch bedingten Temperaturabfall innerhalb des Blockes zu den Blockstirnenden hin zu unterbinden.

·>" Auch auf diese Weise wird das Problem einer über die ganze Länge möglichst gleich hohen induktiven Erwärmung des Blockes mithin nicht befriedigend gelöst. Wegen des hohen Eigenwärmebedarfs der Wärmedämmkissen und deren unmittelbaren Anlage an

^h■'· der Blockstirnfläche tritt dafür beim Blodkwechsel bzw. Umchargieren der zusätzliche Nachteil auf, daß sich Wärmedämmkissen und Block infolge Wärmeleitung wechselseitig beeinflussen. Dies bedeutet,, daß das sich

beim Umchargieren an der Umgebungsluft abkühlende Wärmedammkissen zunächst die Stirnfläche des neu eingesetzten, noch kalten Blockes unter entsprechender Abkühlung aufwärmen muß, bevor es anschließend durch Wärmeleitung über den induktiv beheizten Block aufgewärmt werden kann. Allein durch Wärmeleitung läßt sich aber das Wärmedämmkissen innerhalb der relativ kurzen Wärmebehandlungszeit des Blockes durch diesen nicht auf die gewünschte gleich hohe Endtemperatur erwärmen, zumal das Dämmkissen der Blockstirnfläche im Zuge seiner Aufwärmung die dem Eigenwärmebedarf entsprechende Wärme entzieh L

Nachteilig sind dabei schließlich auch der hohe Verschleiß der Wärmedämmkissen infolge der ständigen Temperaturwechselbeanspruchungen mit großer Temperaturschwankungsbreite sowie die von der unmittelbaren Anlage des Wärmedämmkissens an der Blockstirnfläche herrührenden Oberflächenschäden, die bei der Weiterverarbeitung der Blöcke kaum oder nur mit größerem Aufwand wieder beseitigt werden können.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Niederfrequenz-Induktionserhitzer für die Wärmebehandlung von Blöcken aus Eisenwerkstoff der eingangs zuerst beschriebenen Gattung zu schaffen, der es ermöglicht, eine über die Blocklänge im wesentlichen gleich hohe Temperatur zu erzielen, und zwar mit Mitteln, die weder einem nennenswerten Verschleiß unterliegen noch zu einer Qualitätsbeeinträchtigung der Blockstirnfläche führen.

Zur Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich der Niederfrequenz-Induktionserhitzer gemäß der Erfindung dadurch, daß die Spule langer als die Blocklänge bemessen ist und mindestens auf der Entnahmeseite der Spule ein der Blockstirnfläche mit Abstand gegenüberliegendes Paket aus mehreren mit gegenseitigem Abstand in axialer Richtung der Spule hintereinander angeordneten plattenförmigen Wärmestrahlungsschirmen einführbar ist, deren Ebenen parallel zur Stirnfläche des Blockes ausgerichtet sind.

Es hat sich gezeigt, daß es auf diese Weise möglich ist, einen nennenswerten Temperaturabfall an den Blockstirnenden zu verhindern und eine mithin im wesentlichen gleich hohe Temperatur über die Blocklänge zu erzielen. Zwar kühlen sich auch bei dem erfindungsgemäßen Induktionserhitzer die Wärmestrahlungsschirme beim Blockwechsel an der Umgebungsluft ab, doch ist ihr Eingenwärmebedarf dafür so gering, daß sie sich infolge ihrer induktiven Eigenerwärmung innerhalb der Spule rasch wieder auf diejenige Temperatur aufheizen, die unter Berücksichtigung der Strahlungsgesetze notwendig ist, um über die Reflektionswirkung nennenswerte Strahlungsverluste an den Blockstirnenden zu verhindern. Wegen des bewußt eingehaltenen Abstandes zur Blockstirnfläche und der Ausnutzung der induktiven Eigenerwärmung der Wärmestrahlungsschirme findet ein wechselweiser Wärmeentzug wie im Falle des bekannten Wärmedämmkissens nicht statt Da die Wärmestrahlungsschirme andererseits aus verhältnismäßig dünnwandigem Stahlblech bestehen, unterliegen sie auch auf Grund der Temperaturwechselbeanspruchungen beim Blockwechsel selbst auf Dauer keinem nennenswerten Verschleiß. Sie können schließlich auch nicht zu einer Beschädigung oder Beeinträchti-

lu gung der Oberflächenqualität der Blockstirnenden führen.

Die Verwendung mehrerer mit gegenseitigem Abstand zu einem Paket zusammengesetzter Wärmestrahlungsschirme ist bei gattungsverwandten öfen an sich bekannt (DE-AS 12 24 761); dabei haben die Wärmestrahlungsschirme jedoch nur den Zweck des reinen Wärmestrahlungsschutzes der äußeren Behälterwandung eines gegebenenfalls widerstandsbeheizten Vakuumofens, zu welchem Zweck sie ebenfalls koaxial zwischen dei äußeren Behälterwand und dem beheizten Werkstück angeordnet sind.

Es kann sich gemäß einer zweckmäßig :n Weiterbildung der Erfindung empfehlen, die Wärmestrahlungsschirme, mindestens aber den am weitesten außen liegenden Wärmestrahlungsschirm, auf der dem Block abgekehlten Seite mit einer Platte aus keramischem Material zu versehen.

Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 in schematischer Darstellung und im Ausschnitt einen Niederfrequenz-Induktionserhitzer im achsparallelen Längsschnitt,

F i g. 2 zwei Wärmestrahlungsschirme abweichender Ausführungsform im Ausschnitt und vergrößertem

i*> Maßstab.

Gemäß Fig. 1 ist die induktionsspule 1 an ihrer Innenseite mit einer feuerfesten Schicht 2 zum Schutz vor unzulässiger Erwärmung versehen. Innerhalb der Induktionsspule 1 ist der Metallblock 3 angeordnet der durch das elektrische Feld der Induktionsspule aufgeheizt wird. Die Induktionsspule überragt den Metallblech 3 an dessen Stirnende, um dem Blockende auf diese Weise eine zusätzliche Wärmeenergie zuzuführen. Zum Schutz gegen Wärmeabstrahlung an der Stirnseite des Werkstückes sind am Ende des Spuleninnenraums vier Wärmestrahlungsschirme 4,5,6 und 7 im Abstand vor dem Metallblock 3 angeordnet. Die Wärmestrahlungsschirme bestehen aus einer hitzebeständigen Stahlplatte.

>° Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 sind die beiden aus einer hitzebeständigen Stahlplatte 7 bzw. 8 bestehenden Wärmestrahlungsschirme auf ihrer dem Block abgekehrten Seite mit je einer Platte 9 aus keramschem Material versehen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Niederfrequenz-Induktionserhitzer für die Wärmbehandlung von Blöcken aus Eisenwerkstoff, bestehend aus einer langgestreckten Spule, in deren Inneres der zu erwärmende Block sowie zusätzlich mindestens ein zum Block hin gerichteter Wärmestrahlungsschirm aus hitzebeständigem Stahlblech einführbar sind, die von dem in der Spule erzeugten Magnetfeld durchsetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (1) länger als die Blocklänge bemessen ist und mindestens auf der Entnahmeseite der Spule ein der Blockstirnfläche mit Abstand gegenüberliegendes Paket aus mehreren mit gegenseitigem Abstand in axialer Richtung der Spule hintereinander angeordneten plattenförmigen Wärmestrahlungsschirmen (4 bis 8) einführbar ist, deren Ebene parallel zur Stirnfläche des Blockes (3) ausgerichtet sind.
2. 2. Niederfrequenz-Induktionserhitzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der am weitesten außenliegende Wärmestrahlungsschirm (7, 8) auf der dem Block abgekehrten Seite mit einer Platte (9) aus keramischem Material versehen ist.