DE1914951B1

DE1914951B1 - High frequency induction heating coil

Info

Publication number: DE1914951B1
Application number: DE19691914951
Authority: DE
Inventors: Toshihiko Hirai; Kanagawa Kawasaki; Akio Naito
Original assignee: KOUSHUHANETSUREN KABUSHIKI KAI
Current assignee: KOUSHUHANETSUREN KABUSHIKI KAI
Priority date: 1968-05-04
Filing date: 1969-03-24
Publication date: 1970-11-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenz-Induktionsheizspule mit stellenweise verringerter magnetischer Kopplung zum aufzuheizenden Werkstück. The invention relates to a high frequency induction heating coil In places reduced magnetic coupling to the workpiece to be heated.

Beim Härten von Gegenständen mittels Induktionsheizung ist es häufig der Fall, daß die zu härtende Oberfläche einen Absatz oder eine Ausnehmung, beispielsweise eine Bohrung, aufweist. Insbesondere ist dies bei einem Kurbelwellenabschnitt mit einer durchgehenden Ölbohrung der Fall, die an der Stelle, wo die Ölbohrung an der Kurbelwelle mündet, einen abgefasten bzw. abgeschrägten Abschnitt aufweist. It is common when hardening objects using induction heating the case that the surface to be hardened has a shoulder or recess, for example has a bore. This is particularly the case with a crankshaft section a through oil hole is the case at the point where the oil hole is at the Crankshaft opens, has a chamfered or beveled portion.

Verwendet man herkömmliche Induktionsheizspulen, so wird der Abschnitt der Kurbelwelle um das abgeschrägte Ende der Ölbohrung etwa doppelt so tief wie der Rest der Oberfläche der Kurbelwelle gehärtet, was zur Folge hat, daß um diese Ölbohrung Härterisse auftreten, wenn die Kurbelwelle nach der Induktionshärtung abgeschreckt wird. Zur Abhilfe ist es schon versucht worden, durch Einsetzen von leitendem Material in das Ölloch ein Zusammendrängen der induzierten Ströme an den Rändern des Öllochs zu verhindern.Using conventional induction heating coils, the the crankshaft around the beveled end of the oil hole about twice as deep as the rest of the surface of the crankshaft hardened, with the result that around this Oil hole hardening cracks occur when the crankshaft after induction hardening is deterred. To remedy this, attempts have already been made by inserting conductive material in the oil hole forcing the induced currents to the To prevent edges of the oil hole.

Aus der deutschen Patentschrift 870 000 ist auch bereits eine Induktionsheizspule bekannt, bei der die Kopplung zwischen Heizspule und Werkstück gegenüber dem normalen Maß an den Stellen durch Aufbiegen von beweglichen Leiterteilen der Spule verringert ist, an denen sich am Werkstück Einfräsungen, Bohrungen, Aussparungen od. dgl. befinden. From the German patent specification 870 000 there is also already an induction heating coil known in which the coupling between heating coil and workpiece compared to the normal Dimension at the points reduced by bending up movable conductor parts of the coil is where there are millings, bores, recesses or the like on the workpiece.

Nun erfordert es jedoch einen erheblichen Arbeitsaufwand, jeweils probeweise die richtige Stelle und Größe der für ein bestimmtes zu härtendes Werkstück erforderlichen Aufbiegung zu finden. Dieser Aufwand wird dann besonders lästig, wenn diese Induktionsheizspule häufig an veränderte Bedingungen angepaßt werden soll, d. h., wenn sich die schwächer zu härtenden Stellen hinsichtlich ihres Ortes und ihrer Größe ändern.Now, however, it requires a significant amount of work, respectively on a trial basis, the correct location and size for a specific workpiece to be hardened to find the necessary bend. This effort becomes particularly annoying, if this induction heating coil are often adapted to changed conditions should, d. That is, if the places to be hardened weaker are different in terms of their location and change their size.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Induktionsheizspule des oben aufgeführten generellen Aufbaues zu schaffen, bei der die weniger stark zu erhitzenden Bereiche des Werkstückes einfach und schnell hinsichtlich ihres Ortes und ihrer Größe geändert werden können. The object of the present invention is therefore to provide an induction heating coil of the general structure listed above, in which the less strong Areas of the workpiece to be heated quickly and easily with regard to their location and their size can be changed.

Die erfindungsgemäße Hochfrequenz-Induktionsheizspule ist dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber den Abschnitten des zu härtenden Werkstückes, in denen der induzierte Stromfluß verringert werden soll, Magnetkörper angeordnet sind, deren Fläche 1,3- bis 2,5mal größer ist als die Fläche des Abschnittes des Werkstückes, in dem der induzierte Stromfluß verringert werden soll, und dessen Stärke wenigstens 1 mm beträgt. Dabei sollte der Abstand zwischen der freien Oberfläche des Magnetkörpers und der Oberfläche des aufzuheizenden Werkstückes etwa 1 bis 3 mm betragen. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß die magnetische Kopplung zwischen dem Werkstück und der Induktionsheizspule an den Stellen verringert, die schwächer erwärmt werden sollen. Die Magnetkörper können leicht an beliebigen Stellen der Induktionsheizspule angeordnet werden, und ihre Größe kann innerhalb der Abmessungen der Spule durch einfaches Auswechseln leicht verändert werden. The high frequency induction heating coil according to the invention is thereby characterized in that opposite the sections of the workpiece to be hardened in which the induced current flow is to be reduced, magnetic bodies are arranged whose The area is 1.3 to 2.5 times larger than the area of the section of the workpiece, in which the induced current flow is to be reduced, and its strength at least 1 mm. The distance between the free surface of the magnet body should be and the surface of the workpiece to be heated are about 1 to 3 mm. on this way, according to the invention, the magnetic coupling between the workpiece is established and the induction heating coil is reduced at the points that are less heated should. The magnetic bodies can easily be placed anywhere on the induction heating coil and their size can be within the dimensions of the coil easily changed.

Um zu vermeiden, daß der gehärtete Bereich des Werkstückes durch die durch die Magnetkörper hervorgerufenen Flußverzerrungen verändert wird, werden vorzugsweise an den gegenüberliegenden Enden der Spule Kerne aus magnetisch isolierendem Material angeordnet, die wenigstens die Abschnitte der Enden abdecken, die dem Abschnitt der Innenumfangsfläche, längs der die Magnetkörper angeordnet sind, entsprechen. Um die Grenzen des aufzuheizenden Bereiches des Werkstückes genau festzulegen, weisen die Kerne aus magnetisch isolierendem Material zweckmäßigerweise einen Vorsprung auf, der nach innen über die innere Umfangsfläche der Spule hinaus etwa 0,3 bis 1,5 mm vorsteht. Auch ist es zweckmäßig, diese Vorsprünge gegeneinander zu neigen. To avoid the hardened area of the workpiece through the flux distortions caused by the magnetic bodies are changed preferably on the opposite one Ends of the coil cores made of magnetically insulating Material arranged to cover at least the portions of the ends that form the portion correspond to the inner circumferential surface along which the magnetic bodies are arranged. In order to precisely define the limits of the area of the workpiece to be heated, have the cores made of magnetically insulating material expediently have a projection on, which is inwardly about 0.3 to about the inner circumferential surface of the coil Protrudes 1.5 mm. It is also useful to incline these projections against one another.

Die erfindungsgemäßen Magnetkörper bestehen beispielsweise aus reinem Eisen, während die Kerne aus magnetisch isolierendem Material beispielsweise aus Siliziumstahl oder Ferrit bestehen. The magnetic bodies according to the invention consist, for example, of pure Iron, while the cores are made of magnetically insulating material, for example Silicon steel or ferrite are made.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer herkömmlichen Induktionsheizspule ist, die einen Abschnitt einer zu behandelnden Kurbelwelle umgibt; Fig. 2a ist eine in gleicher Weise wie in Fig. 1 dargestellte mögliche Ausführungsform einer Induktionsspule, mit der versucht werden kann, die Nachteile bekannter Induktionsspulen zu beseitigen; Fig. 2 b ist eine Ansicht der Kurbelwelle nach der Behandlung, quer zur F i g. 2 a betrachtet; Fig. 3 a zeigt ähnlich Fig. 2 a eine weitere Ausführungsform einer Induktionsspule, die versuchsweise zur Beseitigung der bei bekannten Induktionsspulen auftretenden Schwierigkeiten verwendet wurde; Fig. 3b zeigt ähnlich F i g. 2 b die Kurbelwelle der F i g. 3 a nach der Behandlung; Fig.4 zeigt eine im Schnitt dargestellte Induktionsheizspule nach der Erfindung, die um einen Abschnitt einer zu behandelnden Kurbelwelle angeordnet ist; Fig. 5 ist ein Schnitt längs der Linie A-A der Fig. 4; Fig. 6 ist eine vergrößerte Schnittansicht ähnlich der in Fig. 4; F i g. 7 zeigt ähnlich F i g. 4 eine etwas abgeänderte Ausführungsform einer Induktionsheizspule nach der Erfindung; F i g. 8 zeigt in einer teilweise aufgeschnittenen Ansicht die Kurbelwelle der F i g. 4 nach der Behandlung. Exemplary embodiments of the invention are provided below explained in more detail with reference to the drawing, in FIG. 1 a partially cut open Figure 3 is a view of a conventional induction heating coil showing a portion of a treating crankshaft surrounds; Fig. 2a is a in the same way as in Fig. 1 shown possible embodiment of an induction coil with which tried can be to eliminate the disadvantages of known induction coils; Figure 2b is a view of the crankshaft after the treatment, transverse to FIG. 2 a considered; Fig. 3a shows, similar to Fig. 2a, a further embodiment of an induction coil, the experimental to eliminate the occurrence of known induction coils Difficulty was used; FIG. 3b shows similarly to FIG. 2 b the crankshaft the F i g. 3 a after treatment; 4 shows an induction heating coil shown in section according to the invention arranged around a portion of a crankshaft to be treated is; Figure 5 is a section on line A-A of Figure 4; Fig. 6 is an enlarged one Sectional view similar to that in Fig. 4; F i g. 7 shows similar to FIG. 4 a something modified embodiment of an induction heating coil according to the invention; F i g. 8 shows the crankshaft of FIG. 8 in a partially cut-away view. 4th after treatment.

Wenn beispielsweise die Fläche a' der Verbindungs- bzw. Lagerzone a zwischen zwei Wangen a" einer Kurbelwelle 2 (F i g. 1) mittels einer herkömmlichen Induktionsheizspule 1' aufgeheizt wird, so wird diese Induktionsspule 1', die beispielsweise aus Elektrolytkupfer bestehen kann, so angeordnet, daß ihre innere Umfangsfläche von der äußeren Umfangsfläche des Kurbelwellenabschnittes a einen Abstand von etwa 2 mm hat. Von einer Hochfrequenz-Stromquelle wird durch diese Induktionsspule 1' ein hochfrequenter Strom geleitet, wobei der durch diesen Strom erzeugte magnetische Fluß die äußere Umfangsfläche a' dieser Lagerzone a durchdringt, wodurch diese Oberfläche a' aufgeheizt wird. Diese Erwärmung erfolgt beispielsweise 5 bis 6 Sekunden lang durch iiblichen hochfrequenten Strom mit einer Frequenz von 3 bis 10 kllz bei einer Spannung von beispielsweise 500 V (110 A und 51 kW). Danach wird diese erhitzte Oberflächea' durch Besprühen mit Kühlwasser abgeschreckt. Das Kühlwasser wird durch eine nicht dargestellte Leitung in den Innenraum 1" der Induktionsspule eingeleitet, und es tritt aus diesem durch Sprühdüsen e aus, die auf dem Umfang dieses hohlen Teiles der Induktionsspule 1' in einem Abstand voneinander längs des zu erwärmenden Gegenstandes vorgesehen sind, wodurch der schraffierte Abschnitt f gehärtet wird. Nach einer Verzögerung von 0,6 Sekunden nach dem Aufheizen wird das Kühlwasser etwa 8 Sekunden lang aufgesprüht. Wenn jedoch nach dieser Verfahrensweise der Abschnitt a' der Lagerzone zwischen den Kurbelwellenwangen gehärtet wird, so treten am abgeschrägten Rand 7 einer Ölbohrung 7', die - wie durch gestrichelte Linien dargestellt - durch diese Lagerzone a verläuft, Härterisse auf. Wenn man auf diese herkömmliche Art und Weise durch Induktion aufheizt, indem man eine bekannte Induktionsheizspule verwendet, wird der gesamte Gegenstand erwärmt, und zwangläufig werden dessen ausgesparte Abschnitte, d. h. beispielsweise der abgeschrägte Rand 7 der Ölbohrung 7', etwa doppelt so tief gehärtet wie die anderen Abschnitte des erwärmten Gegenstandes, wodurch am Rand 7 der Ölbohrung Härterisse auftreten. Obgleich es möglich ist, die Stärke des Aufheizstromes so zu steuern, daß der Aufheizeffekt am gesamten Gegenstand bis zu einem solchen Ausmaß verringert wird, daß keine Härterisse im abgeschrägten Rand 7 der Ölbohrung 7' auftreten, kann festgestellt werden, daß in diesem Falle die mechanische Festigkeit der anderen Teile des erhitzten Gegenstandes nicht in ausreichendem Maße erhöht wird und demzufolge der Zweck einer solchen Wärmebehandlung nicht erreicht werden kann. For example, if the area a 'of the connection or storage zone a between two cheeks a ″ of a crankshaft 2 (FIG. 1) by means of a conventional Induction heating coil 1 'is heated, this induction coil 1', for example may be made of electrolytic copper, arranged so that its inner peripheral surface from the outer circumferential surface of the crankshaft section a a distance of about 2 mm. This induction coil 1 ' A high frequency current is passed, the magnetic current generated by this Flux penetrates the outer circumferential surface a 'of this bearing zone a, whereby this surface a 'is heated. This heating takes place, for example, for 5 to 6 seconds by the usual high-frequency current with a frequency of 3 to 10 kHz at a Voltage of, for example, 500 V (110 A and 51 kW). After that, this is heated Surface a 'by spraying quenched with cooling water. The cooling water is through a line not shown in the interior 1 "of the induction coil initiated, and it exits this through spray nozzles e on the circumference this hollow part of the induction coil 1 'at a distance from each other along the object to be heated are provided, whereby the hatched portion f is hardened. After a delay of 0.6 seconds after heating up the cooling water sprayed on for about 8 seconds. However, if following this procedure the section a 'of the bearing zone between the crankshaft cheeks is hardened, so occur at the beveled edge 7 of an oil hole 7 ', which - as indicated by dashed lines Lines shown - through this bearing zone a runs, hardening cracks on. If in this conventional manner by induction heating by using a known Using induction heating coil, the entire object is heated, and inevitably its recessed sections, d. H. for example the beveled edge 7 of the oil hole 7 ', hardened about twice as deep as the other sections of the heated object, whereby hardening cracks occur at the edge 7 of the oil hole. Although it is possible to control the strength of the heating current so that the heating effect is reduced on the entire object to such an extent that no hardening cracks occur in the beveled edge 7 of the oil hole 7 ', it can be determined that in this case the mechanical strength of the other parts of the heated object is not sufficiently increased and hence the purpose of such heat treatment cannot be achieved.

Um diese Schwierigkeit zu beseitigen, kann, wie in F i g. 2 a dargestellt, ein beispielsweise aus reinem Eisen bestehender Magnetkörper 6' gegenüber der äußeren Umfangsfläche a' der Lagerzone a zwischen den Kurbelwellenwangen in einem Abstand von weniger als 2 mm vor dieser Lagerzone a angeordnet werden, wodurch ein Teil des durch den hochfrequenten Strom hervorgerufenen magnetischen Flusses in die Umfangsfläche a' der Lagerzone a und der andere Teil in das Innere dieses Magnetkörpers 6' geleitet wird, so daß der Aufheizeffekt am abgeschrägten Rand 7 der Ölbohrung 7' gegenüber diesem Magnetkörper6' im Vergleich zu dem an den anderen Teilen des aufgeheizten Gegenstandes verringert wird. Demzufolge kann die mechanische Festigkeit des gesamten Gegenstandes verbessert werden, während gleichzeitig das Auftreten von Härterissen in diesem abgesetzten Abschnitt mit Erfolg verhindert werden kann. To overcome this difficulty, as shown in FIG. 2 a shown, a magnet body 6 'made of pure iron, for example, opposite the outer one Circumferential surface a 'of the bearing zone a between the crankshaft cheeks at a distance of less than 2 mm in front of this storage zone a, whereby a part of the magnetic flux caused by the high-frequency current into the circumferential surface a 'of the storage zone a and the other part into the interior of this magnetic body 6' is, so that the heating effect on the beveled edge 7 of the oil hole 7 'opposite this magnetic body 6 'compared to that on the other parts of the heated Item is reduced. As a result, the mechanical strength of the entire Item can be improved, while at the same time the occurrence of hardening cracks in this detached section can be prevented with success.

Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß bei dieser möglichen Verfahrensweise der Aufheizeffekt in hohem Maße von der relativen Größe dieses Magnetkörpers 6' abhängig ist. Nimmt man nämlich ein ziemlich kleines Stück 6' aus reinem Eisen, das - wie in F i g. 2 a dargestellt - etwa 2 mm dick ist, wobei die andere Abmessung kleiner ist als der Durchmesser des abgeschrägten Randes 7 der Ölbohrung 7', d. h. etwa 3 mm, und ordnet man es auf der Innenumfangsfläche der Induktionsspule 1' in einem Abstand von etwa 1,5 mm von der äußeren Umfangsfläche a' der Lagerzone a so an, daß die Mitte dieses Stückes aus reinem Eisen diesem abgeschrägten Rand 7 genau gegenüberliegt, und läßt dann hochfrequenten Strom durch die Induktionsspule 1' fließen, so wird - wie in der Fig. 2b durch die schraffierte Fläche übertrieben dargestellt ist - eine erweiterte, gehärtete Fläche d, die etwa 3 bis 4 mm breiter ist als die übrige Fläche, auf beiden Seiten des abgeschrägten Randes 7 auftreten, wodurch der gesamte Aufheizeffekt ungünstig wird. Die andere schraffierte Fläche d' zeigt den Bereich, in dem die Tiefe der Härtung durch die Verwendung des Stükkes 6' aus reinem Eisen verringert wurde. However, studies have shown that this possible procedure the heating effect depends to a large extent on the relative size of this magnetic body 6 ' is dependent. If you take a rather small piece 6 'of pure iron, that - as in Fig. 2a - is about 2mm thick, the other dimension is smaller than the diameter of the beveled edge 7 of the oil hole 7 ', i.e. H. about 3 mm, and it is arranged on the inner peripheral surface of the induction coil 1 ' at a distance of about 1.5 mm from the outer peripheral surface a 'of the bearing zone a so that the center of this piece of pure iron has this beveled edge 7 is exactly opposite, and then lets high-frequency current through the induction coil 1' flow, it is exaggerated - as in FIG. 2b by the hatched area is shown - an expanded, hardened surface d that is about 3 to 4 mm wider is than the remaining area, occur on both sides of the beveled edge 7, whereby the entire heating effect is unfavorable. The other hatched area d 'shows the area in which the depth of hardening through the use of the piece 6 'from pure iron has been reduced.

Nimmt man dagegen - wie in Fig. 3a dargestellt - ein breiteres Stück 6' aus reinem Eisen, dessen Länge und Breite größer ist als etwa 4mal der Durchmesser des abgeschrägten Randes 7, so wird lediglich - wie in F i g. 3 b dargestellt - die schraffierte Fläche d" gehärtet. Damit kann zwar die in F i g. 2 b dargestellte, nachteilige Erscheinung beseitigt werden, jedoch erreicht - man damit nicht die erwünschte, verbesserte mechanische Festigkeit der Fläche in der Umgebung des abgeschrägten Randes 7. On the other hand, if you take a wider piece - as shown in FIG. 3a 6 'of pure iron, the length and width of which is greater than about 4 times the diameter of the beveled edge 7, then only - as in FIG. 3 b shown - the hatched area d ″ hardened. disadvantageous phenomenon can be eliminated, but achieved - one does not thereby achieve the desired, improved mechanical strength of the surface in the vicinity of the beveled Edge 7.

Nach einer Vielzahl von Untersuchungen und Versuchen konnte festgestellt werden, daß durch Verwendung einer verbesserten Hochfrequenz-Induktionsheizspule, die nachfolgend näher erläutert wird, bei der Wärmebehandlung eines Gegenstandes mit einem abgesetzten bzw. ausgesparten Abschnitt wie dem abgeschrägten Rand 7 der Ölbohrung in zufriedenstellender Weise ein Aufheizeffekt erreicht werden kann, bei dem keine der nachteiligen Erscheinungen auftritt, wie es bei der Verwendung einer herkömmlichen Induktionsspule der Fall ist. After a large number of examinations and tests it was found that by using an improved high frequency induction heating coil, which is explained in more detail below, during the heat treatment of an object with a stepped or recessed portion such as the beveled edge 7 of the Oil drilling a heating effect can be achieved in a satisfactory manner which none of the adverse phenomena occurs when using a conventional induction coil is the case.

Diese Hochfrequenz-Induktionsheizspule ist wie folgt aufgebaut: Die Spulenfläche gegenüber dem Teil des aufzuheizenden Gegenstandes, der weniger als die anderen Teile gehärtet werden soll, wird mit einem Stück aus magnetischem Material, wie beispielsweise reinem Eisen, versehen, dessen Fläche etwa 1,3- bis 2,5mal größer ist als die des Teiles, der weniger gehärtet werden soll, und zwar in Abhängigkeit von der erforderlichen Verringerung des Aufheizeffektes, das ferner eine Dicke von mehr als 1 mm hat und dessen freie Oberfläche in einem Abstand von etwa 1 bis 3 mm von diesem weniger zu härtenden Teil angeordnet ist. An Stelle von reinem Eisen kann der Magnetkörper 6 eine Siliziumstahlplatte der gleichen Zusammensetzung sein. This high frequency induction heating coil is constructed as follows: The Coil area compared to the part of the object to be heated that is less than the other parts to be hardened are made with a piece of magnetic material, such as pure iron, the area of which is about 1.3 to 2.5 times larger is than that of the part that is to be hardened less, depending on of the required reduction in the heating effect, which also has a thickness of more than 1 mm and its free surface at a distance of about 1 to 3 mm from this part to be hardened less. Instead of pure iron For example, the magnetic body 6 can be a silicon steel plate of the same composition.

Die F i g. 4, 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule nach der Erfindung. Die Induktionsspule 1 besteht aus halbhartem Elektrolytkupfer aus 99,70 bis 99,90 0/o Cu. The F i g. 4, 5 and 6 show an embodiment of a high frequency induction heating coil according to the invention. The induction coil 1 consists of semi-hard electrolytic copper from 99.70 to 99.90 0 / o Cu.

Die Spule hat die Form eines Rohres mit hohlem, rechteckigem Querschnitt und einer bestimmten Breite und Dicke, das kreisförmig gebogen ist, wobei seine beiden Enden geschlossen sind und mit einem bestimmten Luftspalt S einander gegenüberliegen. An den jeweiligen Enden sind daran LeiterL' und L" für den Anschluß an eine Hochfrequenz-Stromquelle 3 vorgesehen. An die Spule ist ein Kühlwasserrohr W angeschlossen, das in deren Innenraum 1" mündet. Auf der Innenumfangsfläche 1"' der Spule ist eine Anzahl von Sprühdüsene vorgesehen, mit denen das Kühlwasser auf die äußere Umfangsfläche eines Gegenstandes 2 nach dessen Wärmebehandlung aufgesprüht wird und die radial auf diesen ausgerichtet sind. Die Form und der Aufbau der Induktionsspule ist im allgemeinen gleich dem einer bekannten Spule. In den Fig. 4, 5 und 6 ist mit a die Verbindungs- bzw. Lagerzone zwischen zwei Kurbelwellenwangen bezeichnet. Die an den Enden der Spule 1 angebrachten Siliziumstahlplatten 4 und 5 haben eine chemische Zusammensetzung, wie sie in der Tabelle 1 angegeben ist. Durch die Lagerzone a zwischen den Kurbelwellenwangena" verläuft eine Ölbohrung 7', die einen abgefasten bzw. abgeschrägten Rand 7 hat.The coil has the shape of a tube with a hollow, rectangular cross-section and of a certain width and thickness, which is curved circularly, being its both ends are closed and are opposite each other with a certain air gap S. At the respective ends there are conductors L 'and L "for connection to a high-frequency power source 3 provided. A cooling water pipe W is connected to the coil, which is in the Inner space 1 "opens. On the inner circumferential surface 1" 'of the coil is a number of Spray nozzles are provided, with which the cooling water on the outer peripheral surface of a Object 2 is sprayed after its heat treatment and the radially on this are aligned. The shape and construction of the induction coil is general equal to that of a known coil. In Figs. 4, 5 and 6, a is the connection or bearing zone between two crankshaft cheeks. The ones at the ends of the Kitchen sink 1 attached silicon steel plates 4 and 5 have a chemical composition, as indicated in Table 1. Through the bearing zone a between the crankshaft cheeks a " runs an oil bore 7 ′ which has a chamfered or beveled edge 7.

Tabelle I Si | C | Mn | S | Fe 14,5O/o <Q070/o (0,358/0 <0,35o Q040/o Rest Auf der Innenfläche der Spule 1 gegenüber dem abgeschrägten Rand 7 der Ölbohrung 7' ist ein Teil 6 aus reinem Eisen befestigt, dessen freie Oberfläche von diesem abgeschrägten Rand einen festen Abstand von etwa 1 bis 3 mm hat. Die Abmessung dieses Magnetkörpers 6 in der Richtung der Spulenachse sollte groß genug sein, damit die Ölbohrung 7' abgedeckt wird, jedoch sollte sie innerhalb des Bereiches von 1,3- bis 2,5mal der Fläche des abgeschrägten Randes 7 der Ölbohrung 7' liegen. Die Querschnittsform des Magnetkörpers 6 aus reinem Eisen kann quadratisch, rechteckig oder kreisförmig sein. Wenn sie kreisförmig ist, sollte der Durchmesser innerhalb des oben angegebenen Bereiches liegen.Table I. Si | C | Mn | S | Fe 14.5O / o <Q070 / o (0.358 / 0 <0.35o Q040 / o remainder On the inner surface of the spool 1 opposite the beveled edge 7 of the oil hole 7 ', a part 6 made of pure iron is attached, the free surface of which has a fixed distance of about 1 to 3 mm from this beveled edge. The dimension of this magnet body 6 in the direction of the coil axis should be large enough to cover the oil hole 7 ', but it should be within the range of 1.3 to 2.5 times the area of the beveled edge 7 of the oil hole 7'. The cross-sectional shape of the magnet body 6 made of pure iron may be square, rectangular or circular. If it is circular, the diameter should be within the range given above.

Zweckmäßigerweise hat der Magnetkörper eine Dicke von 1 bis 3 mm. Er kann, wie in F i g. 6 dargestellt, an der Spule 1 befestigt werden. Auf der Rück- oder Außenseite des Magnetkörpers 6 aus reinem Eisen ist ein Befestigungsteil th3 aus leitendem Material vorgesehen, das mit einem Gewinde versehen ist.The magnet body expediently has a thickness of 1 to 3 mm. As in FIG. 6, are attached to the coil 1. On the back or outside of the magnetic body 6 made of pure iron is a fastening part th3 made of conductive material provided with a thread.

Dieses Befestigungsteil th3 erstreckt sich in den Innenraum der Spule 1 und ist mit einer Mutter n befestigt.This fastening part th3 extends into the interior of the coil 1 and is fastened with a nut n.

Der Magnetkörper 6 kann direkt auf der Innenumfangsfläche der Spule befestigt werden oder es kann - wie in F i g. 6 dargestellt - eine Ausnehmungx in der Spulenfläche vorgesehen werden, in der der Magnetkörper 6 eingesetzt wird, damit der erwünschte Luftspalt zwischen der Oberfläche des Gegenstandes und dem Magnetkörper 6 frei gelassen wird. Die Befestigung der Kerne 4 ist ebenfalls in Fig. 6 dargestellt. Sie werden auf den gegenüberliegenden Enden der Spule 1 durch Schraubenbolzen 10 gehalten, die durch Buchsen B geführt und mittels Muttern n' befestigt sind. Die Kerne 5 sind in gleicher Weise befestigt. Falls erforderlich, kann der innere Umfangsrand der Kerne 4 - wie bei 12 angedeutet - in Richtung auf den abgeschrägten Rand 7 der Ölbohrung über den Innenumfang der Spule 1 etwa 0,3 bis 1,5 mm vorstehen (F i g. 6). Andererseits können auch, wie in Fig.7 dargestellt, diese Vorsprünge gegeneinander nach innen gebogen sein, wobei der Grad der Neigung von dem beabsichtigten Zweck abhängt. Vorzugsweise wird ein Absatz 11 auf der Innenfläche der Spule vorgesehen, wobei sich dieser Anschnitt axial zum Kern bis zu einer Stelle erstreckt, die mit der Innenfläche der Endwände der Spule gerade abschließt. Die vordere Spitze des Kerns 4 erstreckt sich gerade bis zu dem Absatz, und die Neigung der Vorsprünge 12 beginnt an einer Stelle, die mit der Oberfläche der inneren Umfangswand der Spule glatt abschließt, die dem Innenraum 1" der Spule gegenüberliegt. Der Kern 5 ist an den anderen Umfangsabschnitten der gegenüber- liegenden Enden der Spule 1 in der Weise befestigt, daß er den gesamten Rest der Endflächen abdeckt.The magnetic body 6 can be placed directly on the inner peripheral surface of the coil be attached or it can - as in FIG. 6 - a recessx in the coil surface are provided in which the magnet body 6 is used, so that the desired air gap between the surface of the object and the magnetic body 6 is left blank. The attachment of the cores 4 is also shown in FIG. They are attached to the opposite ends of the coil 1 by screw bolts 10 held, which are passed through sockets B and fastened by means of nuts n '. the Cores 5 are attached in the same way. If necessary, the inner peripheral edge the cores 4 - as indicated at 12 - in the direction of the beveled edge 7 of the Oil hole protrude about 0.3 to 1.5 mm beyond the inner circumference of the spool 1 (F i g. 6). On the other hand, as shown in FIG. 7, these projections can also be opposed to one another be bent inward, the degree of inclination of the intended purpose depends. Preferably, a shoulder 11 is provided on the inner surface of the coil, this cut extending axially to the core to a point with the inner surface of the end walls of the coil just ends. The front tip of the Core 4 extends straight to the heel, and the slope of the projections 12 starts at a point that corresponds to the surface of the inner peripheral wall of the spool ends smoothly, which is opposite the interior 1 "of the coil. The core 5 is on the other circumferential sections of the opposite lying ends of the coil 1 in the Fastened in such a way that it covers all of the remainder of the end faces.

Läßt man bei einem solchen Aufbau einen Strom mit einer Frequenz von etwa 3 bis 10 kHz von einer Hochfrequenz-Stromquelle 3 durch die Leiter L', L" zu der Spule 1 fließen, so durchdringt der dadurch hervorgerufene magnetische Fluß die äußere Umfangsfiäche a' der Lagerzone a zwischen den Kurbelwellenwangena". In diesem Teil wird Strom induziert, wodurch man diesen Abschnitt härten kann. If you let a current with a frequency with such a structure from about 3 to 10 kHz from a high frequency power source 3 through the conductor L ', L ″ flow to the coil 1, the magnetic caused thereby penetrates Flow the outer peripheral surface a 'of the bearing zone a between the crankshaft webs a ". Current is induced in this part, which allows this section to be hardened.

Im vorliegenden Falle wird der magnetische Fluß, der durch den dem Magnetkörper 6 gegenüberliegenden Abschnitt geht, von der Oberflächea' des erwärmten Abschnittes abgeleitet und in das Innere des Magnetkörpers 6 gelenkt, während der durch den Kern 4 gehende magnetische Fluß meist in die vordere Spitze des Kernes 4 in Richtung des aufgeheizten Gegenstandes und in die Umfangsfläche des aufgeheizten Teiles a' gegenüber den Enden der Kerne abgelenkt wird, anstatt daß er in die innere Umfangsfläche a"' der zwei Wangen der Kurbelwelle 2 fließt, die durch die Kerne 4 und 5 magnetisch vollkommen isoliert sind. Auf diese Weise kann durch Anbringen eines Magnetkörpers 6 der obigen Form der Aufheizeffekt in dem diesem Magnetkörper gegenüberliegenden Teil gerade so weit reduziert werden, daß keine Härterisse auftreten. Durch die Anordnung der Kerne 4 und 5 kann weiterhin das Auftreten eines unerwünscht gehärteten Bereiches d auf beiden Seiten des abgeschrägten Randes 7 der Ölbohrung 7', wie er in Fig. 2 b dargestellt ist, verhindert werden.In the present case, the magnetic flux generated by the Magnet body 6 opposite section goes, from the surface a 'of the heated Section derived and directed into the interior of the magnetic body 6, during the Magnetic flux going through the core 4 mostly into the front tip of the core 4 in the direction of the heated object and in the peripheral surface of the heated one Part a 'is deflected towards the ends of the nuclei instead of being in the inner Circumferential surface a "'of the two cheeks of the crankshaft 2 flows through the cores 4 and 5 are completely magnetically isolated. That way you can by attaching of a magnetic body 6 of the above form, the heating effect in this magnetic body opposite part are reduced just enough that no hardening cracks occur. Due to the arrangement of the cores 4 and 5, the occurrence of an undesirable hardened area d on both sides of the beveled edge 7 of the oil hole 7 ', as shown in Fig. 2b, can be prevented.

Dies wurde auch durch Ergebnisse von Versuchen bestätigt, die unter den folgenden Bedingungen ausgeführt wurden: Versuchsbedingungen: 1. Hochfrequenz-Induktionsheizspule: Innerhalb einer kreisförmigen Spule mit einem Innendurchmesser von 50 bis 106 mm, die aus Elektrolytkupfer mit 99,70 bis 99,90 0/o Cu bestand, wurde ein Gegenstand angeordnet, wobei ein Luftspalt von etwa 1 bis 3 mm zwischen der inneren Umfangsfläche der Spule und der Umfangsfläche dieses aufzuheizenden Gegenstandes freiblieb. This has also been confirmed by the results of tests carried out below The following conditions were carried out: Test conditions: 1. High-frequency induction heating coil: Inside a circular coil with an inner diameter of 50 to 106 mm, which consisted of electrolytic copper with 99.70 to 99.90% Cu became an object arranged with an air gap of about 1 to 3 mm between the inner peripheral surface the coil and the peripheral surface of this object to be heated remained free.

2. Aufzuheizende Gegenstände: Es wurden die äußere Oberfläche des Lagerabschnittes einer Kurbelwelle und die äußere Oberfläche des Nockenabschnittes einer Nockenwelle für einen Verbrennungsmotor gehärtet. 2. Items to be heated: The outer surface of the Bearing portion of a crankshaft and the outer surface of the cam portion hardened a camshaft for an internal combustion engine.

Beide bestanden aus Stahl (Kohlenstoffstahl, Chromstahl, Cr-Mo-Stahl oder Ni-Cr-Stahl) mit einer chemischen Zusammensetzung von 0,08 bis 0,7ovo C, 0,15 bis 0,35o Spund 0,3 bis 0,9 ovo Mn, die bis zum plastischen Zustand wärmebehandelt wurden. Both were made of steel (carbon steel, chrome steel, Cr-Mo steel or Ni-Cr steel) with a chemical composition of 0.08 to 0.7ovo C, 0.15 up to 0.35o bung 0.3 to 0.9 ovo Mn, which is heat-treated to the plastic state became.

3. Abmessungen des Magnetkörpers aus reinem Eisen: Ein Stück aus reinem Eisen mit einer Fläche von etwa 1,3- bis 2,5mal der Fläche des ausgesparten Abschnittes im Lagerteil, mit dem der Aufheizeffekt verringert werden sollte, wurde an der Innenfläche der Spule so angeordnet, daß seine Mitte der Ölbohrung 7' gegenüberlag. Die Dicke des Magnetkörpers aus reinem Eisen betrug 1 bis 3 mm, ebenso wie der Luftspalt zwischen dem Magnetkörper und der Ölbohrung 7'. 3. Dimensions of the magnetic body made of pure iron: One piece made of pure iron with an area about 1.3 to 2.5 times the area of the recessed Section in the storage part, with which the heating effect should be reduced arranged on the inner surface of the spool so that its center faced the oil hole 7 '. The thickness of the magnet body made of pure iron was 1 to 3 mm, just like the air gap between the magnet body and the oil hole 7 '.

4. Die Dicke der Siliziumstahlplatte betrug 1 bis 3 mm.4. The thickness of the silicon steel plate was 1 to 3 mm.

5. Die Härtungsbedingungen unter Verwendung einer Hochfrequenz-Induktionsheizspule, die hierbei vorlagen, sind in den Tabellen II und III wiedergegeben.5. The curing conditions using high frequency induction heating coil, which were available here are shown in Tables II and III.

Tabelle II Spulenleistung und zu härtende Fläche Zu härtende Fläche Beispiel Frequenz Volt Strom Leistungsfaktor Leistung der Durchmesser der Kurbelwelle gehärtete Breite kHz A (Blind-kVA) kW mm | mm 1 10 500 110 15- -3 51 45 22 2 10 500 198 6- -25 92 54 25 3 8 500 275 25- -32 133 70 35 4 8 430 285 23- -24 117 60 25 5 8 430 275 25- -20 114 65 30 6 3 800 300 l 30- -50 220 100 64 Tabelle III Beispiel Aufheizzeit Zeitintervall Abschreckzeit (Sek.) (Sek.) (Sek.) 1 6,0 0,6 8,0 2 2,8 0,6 8,0 3 5,5 0,6 7,0 4 2,5 0,4 9 5 4,5 0,4 9 6 12,4 1,0 20,0 Diese Ergebnisse zeigen, daß bei jedem gehärteten Gegenstand über dessen gesamte Länge ein nahezu paralleler, gehärteter Bereich, wie er in F i g. 8 durch den schraffierten Bereich f angedeutet ist, erreicht werden konnte und daß die Härtungstiefe im abgeschrägten Teil der Ölbohrung identisch mit der auf den anderen Abschnitten des gehärteten bzw. aufgeheizten Gegenstandes war. Verwendete man keine erfindungsgemäß ausgebildete Induktionsspule, so betrug das Verhältnis der Härtungstiefe des abgesetzten Abschnittes zu der der anderen Abschnitte 2: 1. Außerdem konnte in beiden Abschnitten eine nahezu gleiche mechanische Festigkeit erzielt werden, da sowohl die Zugfestigkeit als auch die Streckgrenze über 130 kg/mn2 lag.Table II Coil power and area to be cured Surface to be hardened Example frequency volts current power factor power the diameter hardened width of the crankshaft kHz A (blind kVA) kW mm | mm 1 10 500 110 15- -3 51 45 22 2 10 500 198 6- -25 92 54 25 3 8 500 275 25- -32 133 70 35 4 8 430 285 23- -24 117 60 25 5 8 430 275 25- -20 114 65 30 6 3 800 300 l 30- -50 220 100 64 Table III Example of heating-up time, time interval, quenching time (Sec.) (Sec.) (Sec.) 1 6.0 0.6 8.0 2 2.8 0.6 8.0 3 5.5 0.6 7.0 4 2.5 0.4 9 5 4.5 0.4 9 6 12.4 1.0 20.0 These results show that for each hardened article, over its entire length, a nearly parallel hardened area, as shown in FIG. 8 is indicated by the hatched area f, could be achieved and that the hardening depth in the beveled part of the oil bore was identical to that on the other sections of the hardened or heated object. If no induction coil designed according to the invention was used, the ratio of the hardening depth of the stepped section to that of the other sections was 2: 1. mn2 lay.

Für den Fall, daß eine Kurbelwelle auf diese Art und Weise gehärtet werden soll, ist auf folgenden Effekt hinzuweisen. Die an den Enden der Spule gegenüber den Innenseiten a"' der beiden Kurbelwellenwangen angebrachten Kerne 4 und 5 verhindern in wirksamer Weise eine unnötige Erwärmung der Innenflächen a"' dieser beiden Wangen. In the event that a crankshaft is hardened in this way should be pointed out to the following effect. The ones at the ends of the coil opposite the inner sides a "'of the two crankshaft cheeks attached cores 4 and 5 prevent effectively an unnecessary heating of the inner surfaces a "'of these two cheeks.

Demnach kann nach der Erfindung, wenn ein Gegenstand mit einem abgesetzten Abschnitt in der Oberfläche durch Induktion gehärtet werden soll, wie etwa der abgeschrägte Rand 7 einer Ölbohrung 7', das Auftreten von Härterissen in diesem abgesetzten Teil, das darauf beruht, daß in diesem Abschnitt die Härtungstiefe größer ist als auf den anderen Abschnitten, beseitigt werden, wodurch man auf diesem abgesetzten Abschnitt die gleiche Härtungstiefe wie auf den anderen Abschnitten erhält, was zur Folge hat, daß die mechanische Festigkeit auf beiden Teilen nahezu gleichmäßig verbessert wird und die Härtung des jeweiligen Gegenstandes über dessen gesamte Länge gleich ist. Die Erfindung bringt damit einen erheblichen technischen Fortschritt gegenüber dem bekannten Stand der Technik. Accordingly, according to the invention, when an object with a deposed Section in the surface to be hardened by induction, such as the beveled Edge 7 of an oil hole 7 ', the occurrence of hardening cracks in this stepped part, which is based on the fact that the hardening depth in this section is greater than on the other sections, will be eliminated, bringing you to this one detached section the same hardening depth as on the other sections, which results has that the mechanical strength improves almost equally on both parts and the hardening of the respective object is the same over its entire length is. The invention thus brings about a considerable technical advance the known state of the art.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen nach der Erfindung handelt es sich in erster Linie um die Hochfrequenz-Induktionshärtung des Lagerabschnittes zwischen zwei Kurbelwellenwangen, jedoch ist die Anwendbarkeit der Erfindung hierauf nicht beschränkt, vielmehr kann sie in allen möglichen Fällen der Hochfrequenz-Induktionshärtung von Stahloberflächen Verwendung finden, die einen abgesetzten bzw. ausgesparten Abschnitt wie etwa den obenerwähnten, abgeschrägten Rand einer Ölbohrung aufweisen. In the embodiments described above according to the invention it is primarily the high-frequency induction hardening of the bearing section between two crankshaft webs, however, the applicability of the invention is to this not limited, rather it can be used in all possible cases of high frequency induction hardening of steel surfaces are used that have a stepped or recessed Have portion such as the above-mentioned chamfered edge of an oil well.

Claims

Patent claims:

1. High frequency induction heating coil with reduced spots magnetic coupling to the workpiece to be heated, d u r c h g e -marked, that compared to the sections of the workpiece to be hardened in which the induced Current flow is to be reduced, the magnet body (6) are arranged, the area of which 1.3 to 2.5 times larger than the area of the section of the workpiece in which the induced current flow is to be reduced, and its thickness at least 1 mm amounts to.

2. High frequency induction heating coil according to claim 1, characterized in that that the distance between the free surface of the magnetic body (6) and the surface of the workpiece to be heated is about 1 to 3 mm.

3. High-frequency induction heating coil according to claim 1 or 2, characterized by cores (4) made of magnetically insulating material at the opposite ends of the coil covering at least the portions of the ends that to the Section of the inner circumferential surface along which the magnet bodies (6) are arranged, correspond.

4. High-frequency induction heating coil according to claim 3, characterized in that that the cores (4) made of magnetically insulating material one protrusion each (12) have, which is about 0.3 inward beyond the inner peripheral surface of the coil protrudes by 1.5 mm.

5. High frequency induction heating coil according to claim 3 or 4, characterized characterized in that the projections (12) are inclined towards one another.