DE2356135C3

DE2356135C3 - Einlagige zylindrische Induktionsspule

Info

Publication number: DE2356135C3
Application number: DE19732356135
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Aichi Morisaki (Japan)
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2356135A1; DE2356135B2; GB1453076A; JPS5035734A; JPS5332548B2

Description

Dit Erfindung be trifft eine einlagige zylindrische Induktionsspule mit f- usnehmungen zur hochfrequenten Erwärmurg zylindris ;her Körper, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zylindrischen Körper gegenüberlieger,, in den;n der magnetische Fluß beeinflußt wird.

Bei einer derartigen aus der DE-AS 19 14 951 bekannten Induktionsspule dienen die Aussparungen ₍,_o dazu, eine stellenwei.'e verringerte magnetische Kopplung zum ί ufzuhei; e-den Werkstück zu erzielen, wobei zur weiteren Verrtiierung der Kopplung teilweise in die Aussparungen Inchpermeable Metallteile eingebracht sind. Dadurch sollen Härterisse durch Überhit- (,_s zung von durch Envii -rnung auszuhärtenden Werkstükken vermieden werde i.

Aus der DE-OS '.'.2 )0 473 ist es weiterhin bekannt, an den Stellen von Induktionsspulen, die Werkstückteilen gegenüberliegen, bei denen die Gefahr einer Überhitzung gegeben ist, sowohl größen; Abstände vom Werkstück als auch Aussparungen und Bohrungen vorzusehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt demgegenüber darin, eine Induktionsüpule der eingangs genannten Art so auszubilden, daß beim Erwärmen von mit Flanschen versehenen Körpern eine gleichmäßige Temperaturverteilung in allen Teilen des Werkstückes erreicht wird, insbesondere eine Überhitzung der Flansch teile vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemlß dadurch gelöst, daß zum Erwärmen von zylindrischen, mit Endflanschen versehenen Körpern die Induktionsspule den zylindrischen Körper vollständig umgibt und die axiale Länge der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an elen den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule gleichmäßig am Umfang verteilte rechteckige Aussparungen vorgesehen sind, deren atiale Länge ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge des Flansches beträgt und deren Breite in Umfangsrichtung ein Viertel bis drei Viertel der Umfang« länge des Flansches beträgt.

Eine weitere Lösung der obengenannten Aufgabe besteht darin, dal.) zum Erwärmen von drehbar gelagerten zylindrischen, mit Endflansehen versehenen Körpern die Induktionsspule den zyli el· ischen Körper vollständig umgibt ind die axiale Läng? der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule eine rechteckige Aussparung vorgesehen ist, deren axiale Länge ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge des Flansches beträgt und deren Breite in Umfangsrichtung ein Viertel bis drei Viertel der Umfangslänge des Flansches beträgt.

Durch diese Ausgestaltung wird e ie Verringerung der magnetischen Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem zylindrischen Körper im Bereich der Flansche und dadurch eine we^;'geliend homogene Temperaturverteilung im gesamten Werkstück erreicht.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung eine herkömmliche Induktionsspule und Ausführungsbeispiele der erfindungsjremäßen Induktionsspulen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht den wesentlichen Teil einer herkömmlichen Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen,

Fig.2 eine Schnittansicht längs der Linie Ii-Il in Fig. 1.

Fig. 3 eine Abwicklung der in Fi ja. 1 dargestellten Induktionsspule,

Fig.4 in einer perspektivischen Ansicht den wesentlichen Teil einer Ausl'ührungsform der erfindungsgemä-Qen Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen,

Fig.5 eine Schnittansicht längs d<r Linie V-V in F i g. 4,

F i g. 6 eine Abwicklung der in Fig 4 dargestellten Induktionsspule,

Fig. 7, 8a, 8b und 9 bis 11 AbwicHungen anderer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Induktionsspulen,

F i g. 8c, die .Schnittansicht eines zu heizenden Werkstücks,

Fi g. 12 in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Größe einer Aussparung und dem Temperaturunterschied zwischen den Flanschen und dem Hauptkörper des zu heizenden Gegenstandes.

Anhand der Fig. I bis 3 wird im folgenden eine herkömmliche Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen erläutert.

Auf dem Induktionskörper 1 ist eine Kühlleitung 2 vorgesehen. Der Induktionskörper 1 ist so aufgebaut, daß er im allgemeinen die gesamte Außenfläche des zu heizenden Gegenstandes 4 umgibt Es hat sich gezeigt, daß beim Anlegen eines bestimmten Hochfrequenzstro mes an die Stromschiene 3 des herkömmlichen Induktionsköipers 1 die Stärke der Konzentration der magnetischen Kraftlinien im Flanschbereich T1 des zu heizenden Gegenstandes 4 in der Praxis zu groß wird. Als Folge davon steigt die Temperatur in den Flanschbereichen TX im Verhältnis zur Temperatur des Hauptkörpers TI des zu heizenden Gegenstandes 4 übermäßig an. Daher war es bisher nicht möglich, eine einheitliche Aufheizung über den gesamten Körper des zu heizenden Gegenstandes zu erreichen.

In den Zeichnungen sind die folgenden Bezugszeichen verwandt worden:

1 Induktionskörper zum Hochfrequenzheizen.

2 Kühlleitung, die auf dem InduktionskIVper zum Hochfrequenzheizen vorgesehen ist,

3 Stromschiene des Induktionskörpers zum Hochfrequenzheizen,

4 zu heizender Gegenstand,

Ti Flansch des zu heizenden Gegenstandes,

T2 Hauptkörper des zu heizenden Gegenstandes.

E Aussparung des Induktionskörpers zum Hochfrequenzheizen,

D Außendurchmesser des Flansches des zu heizenden Gegenstandes,

G Breite des Flansches des zu heizenden Gegenstandes,

H Höhe des Flansches des zu heizenden Gegenstandes.

Gemäß Fig.4 bis 6 sind Aussparungen E in geeignetem Abstand voneinander an beiden Enden des Induktionskörpers 1 gegenüber den beiden Flanschen 71 des zu heizenden Gegenstandes vorgesehen. Es wurde festgestellt, daß beim Anlegen eines bestimmten Hochfrequenzstromes an die Stromschiene 3 des Induktionskörpers 1 die Stärke der magnetischen Kraftlinien, die auf die Flansche Π des zu heizenden Gegenstandes 4 wirken, und die Stärke der magnetischen Kraftlinien, die auf den Hauptkörper Tl des zu heizenden Gegenstandes 4 wirken, nahezu ausgeglichen sind und damit eine einheitliche Temperaturverteilung sowohl über die Flansche Ti als auch Ober den Hauptkörper Γ2 erreicht wird. Auf dieser Grundlage wurden die in den Fig. 7 bis Il dargestellten Konstruktionen entwickelt.

Der in Fig. 7 dargestellte Induktionskörper ί wird dann verwandt, wenn der zu heizende Gegenstand nur einen Flansch aufweist. Der in Fig. 8a dargestellte Induktionskörper 1 weist in seinem mittleren Abschnitt Aussparungen /Tauf. Dieser Induktionskörper 1 ist zur Verwendung bei einem zu heizenden zylindrischen Gegenstand bestimmt, der in seinem mittleren Abschnitt mit einem Flansch versehen ist. Der in Fig. 8b dargestellte Induktionskörper 1 weist vier Aussparungen E über die Breite F auf. Her zu hei/ende Gegenstand, bei dem der in F i g. 8b dargestellte Induktionskörper 1 verwandt worden soll, enthält vier Flansche, wie es in F i g. 8c dargestellt ist. Vorzugsweise ist die Form der Aussparungen des Induktionskörpers 1 rechtwinklig, wenn sich die Aussparungen am Fncle des Induktionskörners I be.'siden, und kreisförmig, wenn sie sich innerhalb der Breite P befinden, um sie durch einfaches Bohren ausbilden zu können. Wie oben beschrieben, besteht jedoch keine Notwendigkeit, die Form der Aussparungen auf diesen Bereich einzu- schränken. Der in der Fig.9a dargestellte Induktionskörper ist ein herkömmlicher Typ, an dessen beiden Enden entlang des Umfanges Segmente N aus dem gleichen Material, aus dem der Induktionskörper 1 besteht, angebracht sind. Das Anbringen der Segmente

ίο N am Induktionskörper 1 kann durch Löten oder ein anderes Verfahren geschehen. Wie es in der Figur dargestellt ist, sind damit Aussparungen E ausgebildet Die Fig.9b und 9c zeigen Schnittansichten längs der Linie C-Cund D-D in Fig.9a. Mit iv ist die Dicke des Induktionskörpers bezeichnet. Der in Fig.9d dargestellte Induktionskörper I, dessen Form der des in F i g. 6 dargestellten Induktionskörpers ähnlich ist, weist eine Breite P auf und enthält Segmente Q, die durch Löten daran (R) angebracht sind und Aussparungen E bilden, wie es in der Figur dargestellt ist. F i g. 9e zeigt eine Schnittansicht längs der Linie -.· -AmVX g. 9d. Der in Fig. 10 dargestellte induktionskör;er weist eine Aussparung E auf, die dadurch gebildet ist, daß die in F i g. 6 dargestellten Aussparungen zu einer Aussparung ausgebildet sind. Es ist offensichtlich, daß auf die gleiche Weise -'ie in F i g. 11 dargestellte Aussparung Edadurch gebildet ist, daß die in Fig. 7 dargestellten Aussparungen zu einer einzigen Aussparung ausgebildet sind. Wenn ein Induktionskörper verwandt wird, der — wie oben beschrieben — nur eine Aussparung aufweist, ist es notwendig, den zu heizenden Gegenstand während des Heizvorganges zu drehen.

Im folgenden werden Versuche erläutert. Bei den Versuchen bestand der zu heizende Gegenstand aus

.15 Flußeisen und hatte die folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser Oder zwei Flansche 112 mm Gesamtlänge (Breite) Fdes Zylinders

mit zwei Flanschen 61mm

Breite Gder beiden Flansche 3.5 mm

Höhe Hder beiden Flansche 7,5 mm

Die bei den Versuchen verwandten Induktionskörper 1 bestanden aus Kupfer, und ihre Aussparungen hatten die folgenden Abmessungen:
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Tiefe λ der Aussparung:

2 mm, 4 mm, 5 mm und Omm (herkömmlicher Induktionskörper),
Breiteyder Aussparung:

die Hälfte der Umfangslänge des Induktionskörpers und 0 mm (herkömmlicher Induk'.ionskörper), Abstand K zwischen dem Induktionskörper 1 und dem Flansch 7"I:
'5 mm (siehe Fi g. 5).

Wenn der zu heizende Gegenstand auf -;twa 1000⁰C durch Anlegen eines Hochfrequenzstromes an die Stromschiene 3 aufgeheizt war, wurde der Temperaturunterschied zwischen dem Flansch Ti und dem Hauptkörper 72 ;;emessen, und es wurde die in F i g. 12 dargestellte Beziehung erhalten. Auf der Ordinate ist der Temperaturunterschied in ⁵C aufgetragen, während auf der Abszisse der Wert von κ in mm aufgetragen ist. Wie oben erwähnt, betrug während sämtlicher Versuche der Wert von y die Hälfte der Umfangslänge des induktionskörpers, u'ißer wenn im Falle der Verwendung eines herkömmlichen Induktionskörpers keine Aussparungen vorgesehen waren.

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Aus Fig. 12 ergibt sich, da" der Temperaturunterschied zwischen den Flanschen 7 1 und dein Hauptkörper T2 25(TC betragt, wenn ein herkömmlicher Induktionskörper I verwandt wird, und daß der Temperaturunterschied merklich geringer wird und eine einheitliche Aufheizung erfolgt, wenn eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionskörpers verwandt wird. lis zeig: sich, daß es zur Minimaüsierung des Temperaturunterschiedes zwischen den Flanschen Ti und dem Hauptkörper T2 notwendig ist. die Abmessungswerte ν und \ der Aussparung /;"des Induktions körpers, die sich dem Flansch 71 des zu heizenden Gegenstandes gegenüber befindet, so groß wie möglich zu machen. Die F.rgebnisse einer großen Anzahl von durchgeführten Versuchen haben gezeigt, daß zum Erreichen des günstigsten F.rgebnisses der Wert für ν in einem Bereich zwischen einem Drittel und dem Vierfachen der Breite Gdes Flansches des zu heizenden Gegenstandes und der Wert fur ν m einem Bereich /wischen einem Viertel und drei Viertel der Umfangslangt· des /u heizenden (iegenstandcs liegen sollten.

Is wurde ein Lager aus einer Bleikupferlcgienine durch Schleuderi/tin hei gestellt, indem das «eschmoize ne Metall in d.is Innere eines Flußstalilzylindcrs gegossen wurde, der zwei Flansche aufwies und der eine einheitliche Temperaiurverteilung zeigte. Das gegossene Lager wurde abgeschreckt und einer mikroskopischen Prüfung der Oberfläche unterworfen, die eine sehr einheitliche und ausgezeichnete Beschaffenheit der Metalloberflache ergab. Wenn ein herkömmlicher Indiiktionskörper unter denselben Bedingungen, wie bei dem obigen Versuch verwandt wurde, wurde deutlich beobachtet, daß die Beschaffenheit der Oberfläche des Produktes bei weitem schlechter als die des zuerst genannten Produktes war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einiagige zylindrische Induktionsspule mit Ausnehmungen zur hochfrequenten Erwärmung zylindrischer I Lei -per, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zyline rischen Körper gegenüberliegen, in denen der magnetische Fluß beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen von zylinilri ichen, mit Endflanschen versehenen to Körpern die nc uktionsspule (1) den zylindrischen Körper (4) vo lüändig umgibt und die axiale Länge der Induktiors!.)ule gleich der des zylindrischen Körpers ist und i η den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule gleichmäßig am Umfang verteilte rechteckige Aussparungen (E) vorgesehen she. deren axiale Länge (x) ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge (G) des Flansches (Ti) beträgt und deren Breite in Umfangsrichti n[ (y) ein Viertel bis drei Viertel der Umfang?'5nge^!tr)des Flansches (Tl) beträgt

2. Einiägigi: zylindrische Induktionsspule mit Ausnehmungen zur hochfrequenten Erwärmung zylindrischer l< c: per, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zyli id ischen Körper gegenüberliegen, in denen der Magnetische Fluß beeinflußt wird, dadurch gekeiineichnet, daß zum Erwärmen von drehbar gelagert ;n zylindrischen, mit Endflanschen versehenen Körpern die Induktionsspule (1) den zylindrischen Körper (4) vollständig umgibt und die axiale Länge d:r Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule eine rechteckig·! Aussparung (E) vorgesehen ist, deren axiale Li.nje (x)-Sm Drittel bis zum Vierfachen der axialen Linie (G) des F-' msches (TX) beträgt und deren Bre te in Umfangsrichtung (y)e'm Viertel bis drei Vierte: der Umfangslänge (Dn) des Flansches (Tl) bf trägt.

3. liinlagige iylindrische Induktionsspule nach Anspruch I od;r 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlich auf den zylindrischen Körper in dessen mittleren Be^-ei:h angeordneten ringförmigen Flanschteilen gleichmäßig am Umfang verteilte kreisförmige, s.ch in radialer Richtung erstreckende Loche- in den de ;en Flanschteilen gegenüberliegenden Bereichen.de Induktionsspule angeordnet sind.