DE3048042C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt, Werkstücke im Innern einer Induktions­ spule zu glühen, um sie anschließend z. B. einem Schmiedeprozeß zu unterwerfen. Die Vorteile der induk­ tiven Erwärmung gegenüber der Erwärmung in einem mit Gas, Öl oder Kohle beheizten Ofen bestehen darin, daß die Aufheizung in sehr kurzer Zeit erfolgt, daß der Wirkungsgrad, d. h. die Ausnutzung der verfügbaren Wärme, erheblich größer ist, daß praktisch keine An­ heizzeit erforderlich ist und die Heizvorrichtung jederzeit einsetzbar und verfügbar ist und daß die Zunderbildung an der Werkstückoberfläche erheblich verringert wird.

Bei induktiver Erwärmung ist darauf zu achten, daß der Luftspalt zwischen der Spule und dem Werkstück möglichst gering ist, um die magnetischen Verluste und die Feld­ streuungen so gering wie möglich zu halten. Aus diesem Grunde wird die Spule dem Werkstückquerschnitt ange­ paßt, so daß der Luftspalt bei in die Spule eingescho­ benem Werkstück möglichst klein ist. Dies setzt voraus, daß das Werkstück über seine Länge eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche hat. Variiert die Quer­ schnittsfläche über die Werkstücklänge, so können in verschiedenen Bereichen der Werkstücklänge Spulen mit unterschiedlichen Durchmessern angeordnet werden, so daß an jeder Stelle der Spulendurchmesser auf den Werk­ stückquerschnitt abgestimmt ist. Diese Abstimmung er­ fordert aber aufwendige Konstruktionen und die Durch­ führung zahlreicher Versuche für jeden Werkstücktyp. Da ferner die Eindringtiefe der im Werkstück entstehen­ den Wirbelströme von der Frequenz des Stromes in dem betreffenden Abschnitt abhängt, können auch abschnitts­ weise unterschiedliche Frequenzen benutzt werden. Der hierdurch in der Stromversorgungseinrichtung entstehen­ de Aufwand ist außerordentlich groß.

Für viele Anwendungszwecke benötigt man Werkstücke, die zwar eine im wesentlichen konstante Stärke haben, deren Querschnittsfläche aber über die Werkstücklänge stark variiert. Derartige Werkstücke werden durch Aus­ stanzen oder durch Scheren aus einem Metallblech her­ gestellt. Bei diesem Herstellungsprozeß erfolgt eine zusätzliche Verformung. Es sind bereits Versuche unter­ nommen worden, derartige Werkstücke induktiv zu er­ wärmen, indem sie durch einen von einer Spule umgebenen Erwärmungskanal hindurchgeführt wurden, dessen Breite der größten Breitenabmessung des Werkstücks entspricht. Hierbei hat sich gezeigt, daß einerseits der Wirkungs­ grad der Energieausnutzung außerordentlich schlecht ist, weil der Koppelabstand zwischen Werkstück und Spule sehr stark variiert, und daß andererseits bei genügend großer Energiezufuhr diejenigen Bereiche des Werkstücks, die den kleinsten Querschnitt haben, überhitzt werden und verbrennen bevor die Bereiche mit größerem Querschnitt zu glühen beginnen. Außerdem werden die Werkstücke, wenn sie während des Passierens des Erwärmungskanals in gegen­ seitiger Berührung miteinander stehen, zusammengeschweißt. Dies alles hat dazu geführt, daß die Versuche derartige Werkstücke induktiv zu glühen, aufgegeben wurden.

Eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Werk­ stücken, von der der Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ausgeht, ist bekannt aus DE-PS 11 49 836. Bei dieser bekannten Vorrichtung werden die Werkstücke liegend durch die den Erwärmungskanal bildenden Leiterspulen transportiert, wobei sie zur Bildung eines Blechbandes oder einer Platte formschlüssig aneinandergelegt sind. Ein derartiges Ausrichten der Werkstücke zur Bildung eines Blechbandes oder einer Platte erfordert einen erheblichen vorbereiteten Aufwand, weil eine maschi­ nelle Durchführung des Ausrichtens schwierig oder gar unmöglich ist.

US 29 05 797 beschreibt eine Vorrichtung, bei der die zu beheizende Werkstücke einzeln in den im Inneren einer Spule gebildeten Erwärmungskanal hineinfallen. Bei den Werkstücken handelt es sich um zylindrische oder blockförmige Werkstücke, die in der Zuführ­ einrichtung in Längsrichtung so ausgerichtet werden, daß sie hintereinander liegen. Dies erfordert einen erheblichen Platzaufwand.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Art zu schaffen, mit der eine schnelle auto­ matische Verarbeitung der Werkstücke möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 an­ gegebenen Merkmalen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung fallen die Werk­ stücke einzeln in den Erwärmungskanal hinein und sie werden hierzu in der Zuführeinrichtung hochkant und Seite an Seite liegend bereitgehalten. Die Werkstücke fallen also hochkant liegend in den Erwärmungskanal und werden in dieser Lage geheizt. Der Erwärmungskanal hat eine geringe Höhe. Die Steuereinrichtung für Zufuhr und Abfuhr der Werkstücke ist außerordentlich einfach.

Die Längenabmessung des Erwärmungskanals - im Quer­ schnitt gesehen - sollte etwa der Länge des Werkstücks angepaßt sein, jedoch wird der Wirkungsgrad der Vor­ richtung nicht wesentlich beeinträchtigt, wenn die Länge des Erwärmungskanals - im Querschnitt - größer ist als die Werkstücklänge, weil - wenigstens bei Werk­ stücktemperaturen unterhalb des Curie-Punktes - eine Magnetfeldkonzentration im Bereich des Werkstückes er­ folgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt auch eine Auto­ matisierung der Erwärmung von Werkstücken bei Massen­ fertigung, weil der Erwärmungskanal im wesentlichen senkrecht (oder auch schräg) verläuft. Die Werkstücke fallen, nachdem sie hochkant und liegend in den Er­ wärmungskanal eingeführt worden sind, auf die Halte­ vorrichtung, von der sie während der Stromeinwirkung getragen werden. Anschließend kann die Haltevorrichtung zurückgezogen werden, so daß das in dem Erwärmungskanal befindliche einzelne Werkstück dann aus dem Erwärmungs­ kanal nach unten herausfällt. Für das Einführen in den Erwärmungskanal und das Herausnehmen des Werkstücks aus dem Erwärmungskanal werden keine Antriebseinrichtungen benötigt. Der Takt ist an die Erwärmungszeit, die ein Werkstück in dem Erwärmungskanal benötigt, angepaßt.

Zweckmäßigerweise weist die Zuführeinrichtung einen vor und zurück bewegbaren Arm auf, der einen gegen das vorderste Werkstück stoßenden Greifer oder Magneten aufweist, der an einem Abstreifer vorbei zurückziehbar ist. Der bewegbare Arm braucht dabei lediglich in dem durch die Erwärmungszeit vorgegebenen Takt angetrieben zu werden. Das den Erwärmungskanal verlassende glühende Werkstück fällt auf eine unter dem Auslaßschlitz ver­ laufende Förderstrecke, die es zu einer Weiterbehand­ lungsstation, z. B. einer Presse, transportiert.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines zu erhitzenden Werkstückes,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Induktionsvor­ richtung entlang der Linie II-II der Fig. 3,

Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2 und

Fig. 4 eine Vorrichtung zum automatischen Zuführen und Abführen von Werkstücken zu und von der Induktionsvorrichtung.

Das in Fig. 1 dargestellte Werkstück 10 besteht aus Stahlblech von im wesentlichen konstanter Stärke d und mit über die Werkstücklänge L stark variierendem Querschnitt. Derartige Werkstücke werden beispielsweise als Rohlinge für die Herstellung von Kneifzangen be­ nutzt. Sie werden in einem Ofen geglüht und erhalten anschließend in einer Presse in noch warmen Zustand ihre endgültige Form. Die Breite b variiert zwischen den Werten b ₁, b ₂ und b ₃ etwa um den Faktor 5.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Induktionsvorrichtung 11 dargestellt, die allerdings nicht maßstäblich zu Fig. 1 gezeichnet ist. Die Induktionsvorrichtung 11 weist zwei durch eine Isolierschicht 12 getrennte Anschlußplatten 13, 14 aus Kupfer auf, die an eine (nicht dargestellte) Stromquelle angeschlossen werden. Die Anschlußplatten 13 und 14 sind in einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Von der Vorderseite der Anschlußplatte 13 ragt ein im Quer­ schnitt rechteckiger elektrischer Leiter 15 nach vorne. Der Leiter 15 bildet eine Spulenwindung mit annähernd rechteckigem Querschnitt und mündet in der Nähe der Isolierplatte 12 in die Anschlußplatte 14. Der Leiter 15 ist hohl ausgebildet. Sein Inneres bildet einen Kühlkanal 16, dessen beide Enden mit Kühlkanälen 17 in den Anschlußplatten 13 und 14 fluchten. Die Kühl­ kanäle 16 und 17 werden von Kühlwasser durchflossen.

Die die Innenwände der Windung des Leiters 15 bildenden Flächen sind mit einer Isolierschicht 18 aus Asbest bedeckt, um zu verhindern, daß das Werkstück 10 in Kon­ takt mit dem Leiter 15 kommt. Die Isolierschicht 18 ist möglichst dünnwandig. Sie begrenzt den im Quer­ schnitt rechteckigen Erwärmungskanal 19, dessen Breite etwas größer ist als die Stärke d des Werkstückes 10 und dessen Länge (im Querschnitt der Fig. 2 gesehen) etwas größer ist als die Werkstücklänge L. Wie aus den Fig. 2 und 3 zu ersehen ist, ist der Koppelab­ stand zwischen dem Werkstück 10 und dem Leiter 15 an allen Stellen etwa gleich und relativ klein.

Um das sich um den Leiter 15 herum entwickelnde Magnet­ feld zu konzentrieren, ist der Leiter 15 von U-förmigen Blechen 20 umgeben, die nach Art von Transformatoren­ blechen zu einem Blechpaket gegeneinandergesetzt sind und deren Schenkel auf beiden Seiten des Erwärmungs­ kanals 19 gegeneinandergerichtet sind. Die Oberkanten der Bleche 20 sind ebenfalls mit einer Isolierschicht 18 bedeckt.

Die Anschlußplatten 13 und 14 weisen Kontaktlöcher 21 zur Befestigung der Stromleitungen auf. Zur Erwärmung eines Werkstückes 10, das von oben her in den Erwär­ mungskanal 19 eingegeben wurde, wird ein Strom in der Größenordnung von 800 bis 900 A und mit einer Frequenz von 10 kHz durch den Leiter 15 hindurchgeschickt. Auf diese Weise kann ein Werkstück mit einer Gesamtlänge L von ca. 14 cm, einer Stärke d von 6 mm und einer maximalen Breite d ₃ von ca. 35 mm auf eine Temperatur von etwa 1200°C erwärmt werden.

Fig. 4 zeigt eine Vorrichtung zur automatischen Er­ wärmung von Werkstücken 10, die hochkant liegend Seite an Seite auf einem Tisch 25 angeordnet sind. Der Vor­ schub der Reihe von Werkstücken 10 erfolgt durch einen Schieber 26, der an dem hintersten Werkstück 10 an­ greift und die ganze Reihe in Richtung des Pfeiles 27 taktweise oder kontinuierlich vorschiebt. Der Schieber 26 wird über einen Spindeltrieb 28 und ein Zahlradge­ triebe 29 von einem Elektromotor 30 bewegt.

Unterhalb des vorderen Endes des Tisches 25 ist die Induktionsvorrichtung 11 angeordnet, die anhand der Fig. 2 und 3 beschrieben wurde. Die Induktionsvor­ richtung 11 ist an der Vorderseite eines Steuer- und Vorsorgungsschranks 31 angebracht. In Verlängerung der Reihe der Werkstücke 10 ist vor dem vordersten Werk­ stück eine Zuführeinrichtung 32 für die Einzelzuführung von Werkstücken 10 zu der Induktionsvorrichtung 11 an­ geordnet. Die Zuführeinrichtung 32 weist einen vor- und zurückbewegbaren Arm 33 auf, der von einer Kolben/Zylin­ der-Einheit 34 taktweise angetrieben wird. Der Arm 33 trägt an seinem vorderen Ende ein Magneten 35, der bei jedem Hub der Kolben/Zylinder-Einheit 34 gegen das vor­ derste Werkstück 10 stößt und beim Rückhub dieses Werk­ stück mitnimmt und von der Reihe der Werkstücke löst. Der Arm 33 ragt durch eine Öffnung eines Abstreifers 36 hindurch, bei dem es sich um eine Platte handelt, die senkrecht an dem Erwärmungskanal 19 heranführt. Das vorderste Werkstück 10 fällt also an dem Abstreifer 36 herab in den Erwärmungskanal 19 hinein. In dem unteren Auslaßschlitz des Erwärmungskanals 19 befindet sich der Halter 37 einer Haltevorrichtung 38. Das Werkstück 10 fällt auf diesen Halter 37, so daß es in dem Erwärmungs­ kanal 19 für die Dauer einer Taktzeit festgehalten wird. Wenn das Werkstück glüht, zieht die Haltevorrichtung 38 den Halter 37 zuerst ein Stück nach unten aus dem Er­ wärmungskanal 19 heraus und anschließend zur Seite, so daß das glühende Werkstück 10 aus dem Auslaßschlitz her­ aus auf eine Förderstrecke 39 fällt, deren Aufgabeende sich unterhalb der Induktionsvorrichtung 11 befindet. Die Förderstrecke 39 führt zu einer Presse 40, in der die Verformung der Werkstücke erfolgt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von Werkstücken aus Metallblech von im wesentlichen konstanter Stärke und über die Werkstücklänge variierender Breite, mit einer einen Erwärmungskanal zur Aufnahme eines Werkstückes umschließenden Leiterspule aus mindestens einer Windung, wobei der Erwärmungskanal als schmaler Spalt ausgebildet ist, dessen Breite nur wenig größer ist als die Stärke der Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Erwärmungskanal (19) im wesentlichen senk­ recht verläuft und an seinem oberen Ende einen Ein­ führschlitz und an seinem unteren Ende einen Aus­ laßschlitz aufweist, daß eine das Werkstück (10) während der Erwärmung tragende bewegbare Haltevor­ richtung (38) in der Nähe des Auslaßschlitzes ange­ ordnet ist, und daß oberhalb des Einführschlitzes eine automatische Zuführeinrichtung (25, 26) endet, die zahlreiche Werkstücke (10) nebeneinander hoch­ kant und Seite an Seite liegend trägt und das je­ weils vorderste Werkstück taktweise in den Ein­ führschlitz (19) fallen läßt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung einen vor- und zurückbe­ wegbaren Arm (33) aufweist, der einen gegen das vor­ derste Werkstück (10) stoßenden Greifer oder Magne­ ten (35) aufweist, der an einem Abstreifer (36) vor­ bei zurückziehbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Auslaßschlitz eine Förderstrecke (39) verläuft.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (38) einen von unten in den Auslaßschlitz eindringenden Halter (37) aufweist.