DE7230943U

DE7230943U - INDUCTOR FOR INDUTIVE HEATING OF WORKPIECES, SUCH AS AXES, SHAFTS AND THE LIKE

Info

Publication number: DE7230943U
Application number: DE19727230943
Authority: DE
Original assignee: Park Ohio Industries Inc
Current assignee: Park Ohio Holdings Inc
Priority date: 1972-08-22
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1972-12-14

Description

GebrauchsmusteranmeldungUtility model registration

der Firmaof the company

Park-Ohio Industries, Inc.,, 5800 Harvard Avenue,Park-Ohio Industries, Inc. ,, 5800 Harvard Avenue,

Cleveland, Ohio 44105 (USA) Cleveland , Ohio 44105 (USA)

Induktor zum induktiven Erwärmen von Werkstücken, wie insbesondere Achsen, Wellen u.dgl.Inductor for inductive heating of workpieces, such as in particular Axles, shafts and the like.

Die Erfindung betrifft einen Induktor zum induktiven Er-Oärmen von länglichen Werkstücken, wie insbesondere⁵ Achsen, Wellen u.dgl., die auf ihrer Länge koaxiale zylindrische Abschnitte unterschiedlicher Durchmesser aufweisen, wobei der Induktor etwa parallele, sich im wesentlichen über die gesamte Werkstücklänge erstreckende Leiterschenkel aufweist, die endseitig über Querschenkel verbunden sind, wobei der eine Leiterschenkel aus getrennten, über Anschlüsse an eine Stromquelle anschließbaren Schenkelabschnitten besteht.The invention relates to an inductor for inductive heating of elongated workpieces, such as in particular ⁵ axes, shafts and the like. Which have coaxial cylindrical sections of different diameters along their length, the inductor being approximately parallel, extending essentially over the entire length of the workpiece Has conductor legs which are connected at the end via transverse legs, the one conductor leg consisting of separate leg sections which can be connected to a power source via connections.

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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Einschleifeninduktor, mit dem vor allem Achsen und bellen gleichzeitig :auf ganzer Länge induktiv erhitzt werden können. Es versteht sich aber, daß der erfindungsgemäße Induktor auch zum induktiven Erhitzen von anderen länglichen Werkstücken verwendet werden kann.In particular, the invention relates to a single-loop inductor, with the especially axes and barking at the same time: can be inductively heated over the entire length. It goes without saying, however, that the inductor according to the invention can also be used for inductive heating of other elongated workpieces.

Es ist bekannt, Wellen u.dgl. in der Weise zu härten, daß sie um eine vertikale Achse gedreht werden, wobei ein die Welle umgebender Induktor von unten über die Länge der Welle nach oben geführt wird. Hierbei wird die Welle abschnittsweise von unten nach oben auf induktivem Wege erwärmt. Unmittelbar unterhalb des Induktors ist eine die Welle umschließende Abschreckvorrichtung angeordnet, welche die zuvor erwärmten Wellenabschnitte abschreckt. Vorrichtungen dieser Art zum Induktionshärten von Werkstücken sind in der Praxis weit verbreitet.It is known to harden shafts and the like in such a way that they are rotated about a vertical axis, a die Wave surrounding inductor is guided from below over the length of the shaft upwards. Here, the wave is in sections heated inductively from bottom to top. Immediately below the inductor is a die Shaft enclosing quenching device arranged, which quench the previously heated shaft sections. Devices this type of induction hardening of workpieces are widely used in practice.

Es sind aber auch schon Vorrichtungen bekannt, mit denen Wellen u.dgl. gleichzeitig auf ganzer Länge erwälirmt und anschließend abgeschreckt werden. Bei diesen Vorrichtun- ,!, gen wird ein Induktor verwendet, der parallele, sich im wesentlichen über die gesamte Werkstücklänge erstreckende Schenkel aufweist, die endseitig über Querschenkel verbunden sind, wobei der eine der beiden Längsschenkel zur Bildung einer elektrischen Induktorschleife geteilt und über elektrische Anschlüsse an eine Stromquelle anschließbar ist. Die Erfindung bezieht sich auf Induktoren dieser bekannten Ausführung.However, devices are already known with which waves and the like are simultaneously heated over their entire length and then quenched. In these devices, an inductor is used which has parallel legs extending essentially over the entire length of the workpiece, which are connected at the end via transverse legs, one of the two longitudinal legs being divided to form an electrical inductor loop and via electrical connections can be connected to a power source. The invention relates to inducers of these beka nnt en execution.

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Wird mit einem die Welle umschließenden, während des induktiven Erwärmens stetig an der Welle entlanggeführten Induktor gearbeitet, so besteht keine Schwierigkeit, die dem Induktor zugeführte Stromleistung entsprechend den unterschiedlichen Durchmessern der Welle einzustellen. Wird dagegen ein Einschleifeninduktor mit zwei parallelen Leiterschenkeln verwendet, die sich über die gesamte Wellenlänge erstrecken, so ist eine solche Einstellung der Stromstärke entsprechend den Änderungen im Durchmesser und Querschnitt der Welle nicht möglich, da hier der Strom stets alle Teile des Induktors durchfließt. Der Erfindung liegt daher vor allem die Aufgabe zugrunde, einen Einschleifeninduktor der genannten Art so auszubilden, daß längliche Werkstücke, wie insbesondere Wellen, Achsen u.dgl., velche unterschiedliche Durchmesser bzw. Querschnitte aufweisen, möglichst gleichmäßig erwärmt werden könaen, was durch entsprechende Einstellung des elektromagnetischen Feldes des Induktors in Anpassung an die Werkstücke erreicht Zierden soll.Is used with a shaft enclosing, during the inductive Heating worked steadily along the shaft inductor, so there is no difficulty that to adjust the current power supplied to the inductor according to the different diameters of the shaft. If, on the other hand, a single-loop inductor with two parallel conductor legs is used, which extend over the entire wavelength extend, such adjustment of the amperage is in accordance with the changes in diameter and cross-section of the shaft is not possible because the current always flows through all parts of the inductor. The invention is therefore primarily based on the task of a single-loop inductor of the type mentioned so that elongated workpieces, such as in particular shafts, axles, etc., Velche have different diameters or cross-sections, which can be heated as evenly as possible achieved by appropriate adjustment of the electromagnetic field of the inductor in adaptation to the workpieces Should adorn.

Gemäß der Erfindung weist zumindest der eine der beiden j parallelen Leiterschenkel des Induktors im Bereich der geAccording to the invention, at least one of the two parallel conductor legs of the inductor has in the region of the ge

nannten Werkstückabschnitte mit den unterschiedlichen Durchmessern bzw. Querschnitten eine unterschiedliche Querschnittsabmessüng auf. Vorzugsweise weist der in Längsrichtung des Werkstücks verlaufende Leiterschenkel mindestens zwei Längenabschnitte mit unterschiedlicher Quer-called workpiece sections with the different diameters or cross-sections a different one Cross-sectional dimension on. The conductor leg running in the longitudinal direction of the workpiece preferably has at least one two length sections with different transverse

schnittsbreite au£.cutting width from £.

Beim Induktionshärten einer Welle od.dgl., die z.B. zwei Längenabschnitte mit abweichendem Durchmesser aufweist, wird in diesem Fall erfindungsgemäß also ein Einschleifeninduktor verwendet, dessen Längsschenkel in seiner Querschnittsabmessung bzw. in seiner Breite so ausgebil- « ₍ det ist, daß das Werkstück auf ganzer Länge möglichst gleichmäßig erwärmt wird. Dabei hat der Leiterschenkel auf demjenigen Abschnitt, as.lf dem das Werkstück den größeren Durchmesser (Querschnitt) aufweist, zweckmäßig eine größere Breite als auf seinem anderen Abschnitt, der sich über den Werkstückabschnitt mit dem kleineren Durchmesser (Querschnitt) erstreckt. Vorzugsweise sind beide längsverlaufenden Leiterschenkel mit Längsabschnitten unterschiedlicher Querschnittsabmessung bzw. Breife versehen. Die Leiterschenkel sind im übrigen zweckmäßig endseitig überWhen induction hardening a shaft or the like. For example, having two longitudinal portions with a different diameter, in this case, according to the invention a Einschleifeninduktor used whose longitudinal legs so trained _"(det in its cross-sectional dimension or in its width, that the workpiece to The conductor limb on the section where the workpiece has the larger diameter (cross-section) expediently has a greater width than on its other section, which extends over the workpiece section with the smaller diameter (cross-section Both longitudinally extending conductor legs are preferably provided with longitudinal sections of different cross-sectional dimensions or widths

j gebogene Querschenkel verbunden, vorzugsweise derart, daßj curved transverse legs connected, preferably such that

> der Einschleifeninduktor das Werkstück etwa auf einem Um-> the single-loop inductor moves the workpiece around

j fangsbereich von 180° umgreift. Der Querschnitt des Induk-j encompasses the 180 ° catch area. The cross-section of the induction

" ^ torleiters ist vorteilhafterweise rechteckig ausgebildet."^ gate ladder is advantageously rectangular.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ^! dargestellt. Es zeigen:In the drawing is an embodiment of the invention ^! shown. Show it:

ig. 1 in perspektivischer Darstellung einen Einschleifeninduktor gemäß der Erfindung zusammen mit einer Welle, die auf induktivem Wege erwärmt wird;ig. 1 shows a perspective view of a single-loop inductor according to the invention together with a shaft which is heated inductively;

Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. Ij Fig, 3 und 4 Querschnitte nach den Linien 3-3 bzw. 4-42 shows a cross-section along line 2-2 of FIG. 1, FIG. 3 and 4, cross-sections along lines 3-3 and 4-4, respectively

der Fig. 1;
Fig. 5 und 6 schematisch im Querschnitt eine Anordnung zur Erläuterung der Wirkungsweise des eriindungsgemäßen Induktors.of Fig. 1;
5 and 6 schematically in cross section an arrangement for explaining the mode of operation of the inductor according to the invention.

Die Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben ist, zeigt in Fig. 1 sine Vor= richtung A zum induktiven Erwärmen eines Werkstückes B, dessen Längsachse m durch die endseitigen Werkstückmittelpunkte 10 und 12 hindurchgeht. Das hus einer Welle od.dgl. bestehende Werkstück B weist zwei zylindrische Werkstückabschnitte 14 und 16 mit unterschiedlichen Radien r und r¹ auf. Die Vorrichtung A umfaßt eine (nicht dargestellte) Werkstückdrehvorrichtung, mit der das Werkstück während des induktiven Erwärmens um seine Längsachse gedreht wird.The drawing, in which a preferred embodiment of the invention is reproduced, shows in FIG. 1 its device A for inductive heating of a workpiece B, the longitudinal axis m of which passes through the workpiece centers 10 and 12 at the end. The hus a wave or the like. Existing workpiece B has two cylindrical workpiece sections 14 and 16 with different radii r and r ¹ . The device A comprises a workpiece rotating device (not shown) with which the workpiece is rotated about its longitudinal axis during inductive heating.

Der Einschleifeninduktor 20 weist zwei parallele Leiterschenkel 22 und 24 auf, die jeweils zwei Längsabschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsabmessungen umfassen. Die Längsabschnitte mit den kleineren Querschnittsabmessungen sind mit 26 und 28 bezeichnet. Die wirksame Breite der Leiterschenkel 22 und 24 im Bereich des zylindrischen Abschnitts 14 des Werkstücks ist mit χ angegeben, während die wirksame Breite der Schenkelabschnitte 26 und 28 mit y bezeichnet ist, wie dies vor allem die Fig. 5 und 6 erkennen lassen. Die parallelen Leit-eischenkel 22 und 24 sindThe single-loop inductor 20 has two parallel conductor legs 22 and 24, each comprising two longitudinal sections with different cross-sectional dimensions. The longitudinal sections with the smaller cross-sectional dimensions are denoted by 26 and 28. The effective width the conductor legs 22 and 24 in the area of the cylindrical section 14 of the workpiece is indicated by χ, while the effective width of the leg sections 26 and 28 with y is designated, as can be seen in particular in FIGS. 5 and 6. The parallel guide legs 22 and 24 are

an ihren Enden über Querschenkel 50 und 32 verbunden, die entsprechend der zylindrischen Außenkontur des Werkstücks gebogen sind und dieses um etwa 180° umschließen. Der längsverlaufende Leiterschenkel 24 ist unterteilt und bildet zwei Anschlußschenkel JA und 56, über die der Induktor im Betrieb an eine Hochfrequenzstromquelle 40 angeschlossen wird.connected at their ends via transverse legs 50 and 32, which are bent according to the cylindrical outer contour of the workpiece and enclose it by about 180 °. The longitudinal conductor leg 24 is subdivided and forms two connection legs JA and 56, via which the inductor is connected to a high-frequency power source 40 during operation.

In Fig. 3 ist schematisch das Feld 50 angedeutet, welches sich um den Leiterschenkel 22 herum aufbaut. Entsprechend zeigt Fig. 4 das elektromagnetische Feld 52 im Bereich des verjüngten Abschnittes 26 des Leiterschenkels 24. Zur Erläuterung der Funktion sei auf die Fig. 5 und. 6 verwiesen. Der das Feld 50 erzeugende Leiterschenkel 22 v/eist hier eine effektive Breite χ auf. Das Feld ist übar einen Umfangsbereich ζ mit dem Scheitelwinkel a mit dem zylindrischen Abschnitt 14 des Werkstücks B gekoppelt. Da das Werkstück während der Erwärmung gedreht wird, ist der Umfangsbereich ζ verhältnismäßig groß, so daß ein verhältnismäßig großer Bereich des zylindrischen Abschnitts 14 des Werkstücks in jedem Moment erwärmt wird. Würde die Breite des Leiterschenkels 22 im Bc-reich des verjüngten Wellenabschnitts 16 entsprechend groß sein, so würde der Umfangsbereich, der in jedem Augenblick erwärmt wird, angenähert dem Wirkungsbereich ζ entsprechen. Dies würde zu WeineE*verstärJfctenJ ί iSrwärmungSäe
Überhitzen desselben im verjüngten Bereich 16 führen* Auf-The field 50, which builds up around the conductor leg 22, is indicated schematically in FIG. 3. 4 shows the electromagnetic field 52 in the area of the tapered section 26 of the conductor leg 24. For an explanation of the function, refer to FIGS. 6 referenced. The conductor leg 22 generating the field 50 has an effective width χ here. The field is usually coupled to the cylindrical section 14 of the workpiece B over a circumferential area ζ with the apex angle α. Since the workpiece is rotated during the heating, the circumferential area ζ is relatively large, so that a relatively large area of the cylindrical portion 14 of the workpiece is heated at any moment. If the width of the conductor leg 22 in the Bc region of the tapered shaft section 16 were correspondingly large, the circumferential area which is heated at any given moment would approximately correspond to the effective area ζ. This would lead to increased warming
Overheating of the same in the tapered area 16 lead * to

grund der Überhitzung des Werkstückkerns würde sich nach dem Abschreckhärten eine ungleichmäßige Härtung des Werkstücks ergeben.due to overheating of the workpiece core would result after quench hardening, uneven hardening of the workpiece result.

Dadurch, daß der Induktor an seinen beiden längsverlaufenden Leiterschenkeln 26 und 28 im Bereich des verjüngten Wellenabschnitts 16 die in Fig. 6 dargestellte kleinere Breite j hat, wird hier ein Feld 52 bewirkt, welches einen kleineren Erwäx-Hiuxigsueireicli is dem verjüngten wellenabschnitt 16 bewirkt. Dieser Erwärmungsbereich ist in Fig. 6 mit z¹ und mit dem Scheitelwinkel b bezeichnet. Aufgrund dieses kleineren Erwärmungsbsreiches a¹ in dem Bereich des verjüngten Wellenabschnitts 16 wird dieser etwa in gleicnem Maße erwärmt wie der Wellenabschnitt 14. Die Gefahr, daß die Welle auf dem verjüngten Abschnitt 16 überhitzt wird, wird daher erheblich herabgesetzt. Entsprechend wird nach erfolgtem Abschrecken eine gleichmäßigere Aushärtung des Werkstücks erzielt. Die Frequenz des den Induktor 20 durchfließenden Stroms bestimmt die Tiefe der induktiven Erwärmung. Dieses Maß d ist an beiden Wellenabschnitten 14 uad 16 gleich groß, da der Induktor an dem verjüngten Wellen^bschnitt 16 eine geringere Breite hat. Die Änderung der effektiven Breite der parallelen Leiterschenkel 22 und 24 des Induktors führt somit zu einem unterschiedlichen Umfangs-Erwärmungsbereich auf den beiden Werkstückabschnitten und demgemäß zu einer gleichmäßigen Erwärmung der gesamten Welle.The fact that the inductor has the smaller width j shown in FIG. This heating area is designated in FIG. 6 with z ¹ and with the apex angle b. Because of this smaller heating area a ¹ in the area of the tapered shaft section 16, the latter is heated approximately to the same extent as the shaft section 14. The risk of the shaft being overheated on the tapered section 16 is therefore considerably reduced. Correspondingly, after quenching has taken place, a more uniform hardening of the workpiece is achieved. The frequency of the current flowing through the inductor 20 determines the depth of the inductive heating. This dimension d is the same on both shaft sections 14 and 16, since the inductor at the tapered shaft section 16 has a smaller width. The change in the effective width of the parallel conductor legs 22 and 24 of the inductor thus leads to a different circumferential heating area on the two workpiece sections and accordingly to a uniform heating of the entire shaft.

Die Erfindung umfaßt auch Mittel, mit denen das elektromagnetische Feld auf dem Bereich des verjüngten Werkstückabschnitts 16 in anderer Weise geändert werden kann, um hier einen verminderten Erwärmungsbereich zu erhalten. Vorzugsweise wird jedoch die Änderung des elektromagnetischen Kopplungsfeldes durch Verminderung der effektiven Breite der parallelen Leiterschenkel erzielt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Unter "effektiver Breite" ist hierbei die Breite des Leiterprofils aus einer Blickrichtung von der Verkstückmitte her zu verstehen. Vie bereits erwähnt, v/eisen die Leiterschenkel 22 und 24 eine verhältnismäßig große Länge auf. Gemäß der Erfindung beträgt die Länge dieser LeiterschenLel mindestens das Zehnfache des größten Durchmessers (2r) des zu erwärmenden Werkstücks.The invention also comprises means with which the electromagnetic field on the area of the tapered workpiece section 16 can be changed in another way in order to obtain a reduced heating area here. Preferably, however, the change in the electromagnetic coupling field is achieved by reducing the effective width of the parallel conductor legs, as described above. "Effective width" is to be understood here as the width of the conductor profile from a viewing direction from the center of the wedge. As already mentioned, the conductor legs 22 and 24 have a relatively great length. According to the invention, the length of these conductor legs is at least ten times the largest diameter (2r) of the workpiece to be heated.

Der erfindungsgemäße Einschleifeninduktor ist aus einem Hohlprofil, zweckmäßig einem hohlen Sechteckprofil gefertigt. Er stellt ein forasteifes, einheitliches Teil dar, welches in seinen Abmessungen denjenigen des z\\ erwärmenden Werkstücks angepaßt ist.The single-loop inductor according to the invention is made from a hollow profile, expediently a hollow hexagonal profile. It represents a forasteifes, unitary member, which those of the z \\ heated workpiece is adapted in its dimensions.

723094314.12.72723094314.12.72

Claims

-9--9-

Protection claims

1. Inductor for inductive heating of elongated blocks, such as, in particular, axes, shafts and the like. The length of the coaxial cylindrical sections of different Have diameter, the inductor approximately parallel, extending over substantially the entire

^[ Workpiece length extending conductor legs, which are connected at the end via transverse legs, wherein the one conductor leg consists of separate leg sections connectable to a power source via connections, characterized in that at least one of the two parallel conductor legs (22, 24) in the area de * mentioned Workpiece sections (14, 16) have different cross-sectional dimensions (x, y).

2. Inductor according to claim 1, characterized in that the conductor legs (22, 24) on that section on which the workpiece (B) has the largest diameter, has a greater width (x) than on its other Section (26, 28) which extends over the workpiece section (16) with the smaller diameter.

J. inductor according to claim 3 or 2, characterized in that that the conductor legs (22, 24) have a total length that is at least ten times the diameter (2r) of the workpiece (B) on its larger one

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Radius (r) having length section (14) corresponds.

4. Inductor according to one of claims 1 "to 3» characterized in that that both ladder legs (22, 24) on their Have length at least one section (26, 28) with a different cross-sectional width (x, y).

5. Inductor according to one of Claims 1 to 4, characterized in that that the conductor legs (22,? 4) are connected at the end via curved transverse legs (30, 32).

6. Inductor according to one of claims 1 to 5, characterized that it has an approximately rectangular hollow cross-section.