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Flächeninduktor
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Flächeninduktor für eine Induktionserwärmungsanlage
zur induktiven Oberflächenhärtung von unregelmäßig gekrümmten Oberflächen an Werkstücken,
insbesondere an Turbinenschaufeln.
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In einer Induktionserwärmungsanlage wird mit Hilfe der induktiven
Erwärmung Material erwärmt, wobei zur Energieübertragung das elektromagnetische
Wechselfeld einer Spule bzw.
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eines Induktors benutzt wird. Dabei wird Wärme direkt im Material
erzeugt. Die Erwärmung des Materials (Werkstücks) ist u.a. vom Abstand zwischen
Induktor und Werkstück abhängig. Um einen möglichst hohen Übertragungswirkungsgrad
(thermischen Wirkungsgrad) zu erreichen, müssen Induktor und Werkstück gut aneinander
angepaßt sein, d.h. der Rohrleiter des Induktors soll möglichst genau der Krümmung
der
Werkstückoberfläche folgen. Dies ist aber auch erforderlich
zur Erzielung einer Oberflächenhärtung hoher Qualität.
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Da die Form des Induktors zur Ausbildung der Heizzone an die Form
des Werkstücks angepaßt sein muß, sind die Ausführungsformen für Induktoren sehr
vielfältig. Außerdem unterscheidet man grundsätzlich zwei Arten der Anwendung.
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Die Vorschubhärtung: Es wird nur eine kleine Zone aufgeheizt, wobei
der Induktor im Vorschub über das Werkstück oder das Werkstück durch den Induktor
hindurchgeführt wird.
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Die Standhärtung: Die zu erwärmende Zone eines Werkstücks wird insgesamt
mit einem stillstehenden Induktor aufgeheizt.
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Es sind Induktionserwärmungsanlagen zur induktiven Oberflächenhärtung
von unregelmäßig gekrümmten Werkstückoberflächen bekannt geworden, mit einem Induktor,
der nach dem Prinzip der Vorschubhärtung mit Hilfe einer komplizierten Steuerung
über die aufzuheizende Werkstückoberfläche geführt wird. Hierbei wird ein gleichmäßiger
Kopplungsabstand (Abstand zwischen Induktor und Werkstückoberfläche) nur annähernd
erreicht. Weiterhin erweist sich die Steuerung als relativ aufwendig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zuqrunde. mit einfachen Mitteln einen
Flächeninduktor zu schaffen, dessen Windungen auch bei unregelmäßig gekrümmten Werkstückoberflächen
einen gleichmäßigen Kopplungsabstand ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Mittel vorgesehen
sind, mit denen die Windungen des Flächenindktors entsprechend der Oberflächenkrümmung
einstellbar sind.
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Eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung besteht darin, daß die Windungen
zur Einstellung mit Führungsorganen versehen sind, die mit ihrem freien Ende in
Öffnungen einer Halteplatte axial geführt und fixierbar sind.
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Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die einzelnen Windungen vorgeformt
sind, und daß durch die Führungsorgane eine Feineinstellung an die Oberflächenkrümmung
erfolgt.
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Ebenfalls erweist es sich als sinnvoll, daß die Führungsorgane als
Gewindebolzen ausgebildet sind, und daß zur axialen Führung der Gewindebolzen, in
der Halteplatte Gewindemuttern axial fixiert, drehbar gelagert sind.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die Windungen des Flächeninduktors auf einfache Art und Weise an die Oberflächenkrümmung
des Werkstücks angepaßt werden können, und damit ein gleichmäßiger Kopplungsabstand
auch bei unregelmäßig gekrümmten Werkstückoberflächen erreicht wird, was neben einem
verbesserten thermischen wirkungsgrad weiterhin zu einer erhöhten Qualität der Oberflächenhärtung
führt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 einen Flächeninduktor mit an die Werkstückkontur
einstellbaren Windungen; Fig. 2 einen Flächeninduktor gemäß Fig. 1 mit vorgeformten
Windungen; Fig. 3 eine Induktionserwärmungsanlage mit dem in Fig. 2 dargestellten
Flächeninduktor.
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Der Fig. 1 ist ein aus einer Spule gebildeter Flächeninduktor 1 zu
entnehmen, dessen Windungen 2 aus Kupferrohr bestehen, die zur Abfuhr der Stromwärmeverluste
von Kühlwasser durchströmt werden. Die Anschlußkontakte des Flächen-
induktors
sind gleichzeitig als Armaturen 3 ausgebildet für den Anschluß an ein Kühlsystem.
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Der Flächeninduktor hat Rechteckform und ist in der Mitte windungsfrei.
Er wird vorwiegend als einseitiger Flächeninduktor angewendet, d.h. die elektromagnetische
Kopplung zwischen Induktor und Werkstück geschieht nur über. eine Längsseite des
Induktors.
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Zur Anpassung des Induktors an eine unregelmäßig gekrümmte Werkstückoberfläche,
sind die einzelnen Windungen2 desselben einstellbar. Dies geschieht so, indem die
Windungen 2 an ihrer der Werkstückoberfläche abgewandten Seite mit als Gewindebolzen
4 ausgebildeten Führungsbolzen versehen sind, die in den Bohrungen 5 einer Halteplatte
6 geführt, und beidseitig durch Gewindemuttern 7 fixierbar sind.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, daß zur axialen Führung der
Gewindebolzen 4, in der Halteplatte 6 Gewindemuttern axial fixiert, drehbar gelagert
sind.
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Zur Anpassung des Induktors an die Werkstückkontur, kann es zweckmäßig
sein, daß die Windungen 2 desselben vorgeformt sind (Fig. 2), wobei eine Feineinstellung
an die Oberflächenkrümmung durch Hubverstellung der einzelnen Führungsbolzen erfolgt.
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In Fig. 3 ist zu erkennen, daß der Induktor über seine Halteplatte
6 an einem Träger 8 der Induktionserwärmungsanlage befestigt, und über die Armaturen
3 elektrisch und kühlungsmäßig mit derselben verbunden ist. Auf einen in der Höhe
einstellbaren Aufspanntisch 9 der Induktionserwärmunqsanlage ist eine Turbinenschaufel
10 befestigt. Zur Quer- und Längseinstellung ist der Aufspanntisch mit einem Quersupport
11 und einen Längssupport 12 versehen. Der Flächeninduktor 1 befindet sich über
dem Stirnprofil am freien Ende der
Turbinenschaufel. Zur Anpassung
des Flächeninduktors an das Profil der Turbinenschaufel, wird der Aufspanntisch
9 so weit hochgefahren, daß es an irgendeiner Stelle zu einer Berührung zwischen
dem Flächeninduktor 1 und dem Profil der Turbinenschaufel 10 kommt. Anschließend
werden mit Hilfe der Gewindebolzen 4 die einzelnen Windungen des Flächeninduktors
auf das Profil der Turbinenschaufel 10 abgesenkt. Dies geschieht so, daß nach dem
Lösen der oberen Gewindemutter 7, die untere Gewindemutter 7 soweit angezogen wird,
bis es zu einer Berührung zwischen der entsprechenden Windung und dem Profil kommt.
Danach wird die obere Gewindemutter gegengekontert. Nachdem nun auch die anderen
Windungen auf die gleiche Art und Weise abgesenkt wurden, ist der Induktor an das
Profil der Turbinenschaufel angepaßt. Zur genauen Einstellung des Kopplungsabstandes
wird der Aufspanntisch 9 entsprechend nach unten gefahren. Während des Glühvorganges
wird die Temperatur mit Hilfe einer Infrarotkamera 13 überwacht. Die Härtung des
Materials erfolgt an der Atmosphäre.