DE748683C

DE748683C - Control of the surface hardening of metal parts by inductive heating and subsequent quenching

Info

Publication number: DE748683C
Application number: DED73548D
Authority: DE
Priority date: 1953-04-08
Filing date: 1936-09-24
Publication date: 1944-11-08

Description

Steuerung des Oberflächenhärtens von Metallteilen durch induktives Erhitzen und anschließendes Abschrecken Es ist eine Oberflächenlhärtevorrichtung berannt, die aus einem an eine Hochfrequenzwechselstromquelle über einen Transformator geschalteten Heizgerät (Focus-Induktor) besteht, das zugleich Kanäle und Spritzöffnungen zum Zuführen des Abschreckmittels zum Werkstück besitzt: Die Erfindung betrifft eine Steuerung für diese Oberflächenhärtevorrichtung, die ein genaues Einhalten der Heiz- und Abschreckzeiten mit einfachsten Mitteln gewährleistet und ein einfaches und leichtes Einstellen dieser Zeiten für verschiedene Werkstücke ermöglicht.Control of the surface hardening of metal parts by inductive Heating and then quenching It is a surface hardening device ran over from one to a high frequency alternating current source via a transformer switched heater (focus inductor), which at the same time channels and spray openings for supplying the quenchant to the workpiece: The invention relates to a controller for this surface hardening device that ensures accurate adherence the heating and quenching times guaranteed with the simplest means and a simple one and allows easy setting of these times for different workpieces.

Die Erfindung besteht darin, daß ein einen leitenden Kontaktarm tragendes Steuerorgan, z. B. eine Scheibe, vorgesehen ist, die gleichzeitig mit dem Einschalten des Heizstromes in Bewegung gesetzt und dann gleichmäßig angetrieben wird, gegenüber der verstellbare Kontakte für Beginn und Ende des Heizens und Abschreckens so angebracht sind, daß der Kontaktarm sie der Reihe nach berührt und dadurch das Erhitzen und Abschrecken steuert.The invention consists in that a conductive contact arm carrying Control unit, e.g. B. a disc, is provided, which is switched on at the same time of the heating current is set in motion and then driven evenly, opposite the adjustable contacts for start and end of heating and quenching are so attached are that the contact arm touches them in turn and thereby the heating and Quenching controls.

Die Steuerung hat den Vorteil, daß Beginn und Ende des Erhitzens und Abschreckens beliebig einstellbar sind, also jedem Werkstück genau angepaßt werden können, daß ferner die einmal eingestellten Kontakte eine genaue Wiederholbarkeit des Vorganges gewährleisten, was besonders für die Behandlung einer großen Anzahl gleicher Werkstücke von Bedeutung ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindüng besteht darin, daß durch entsprechende Bemessung des Kontaktorgans und entsprechende Wahl der Bewegungsgeschwindigkeit desselben eine große Genauigkeit bis auf kleinste Bruchteile einer Sekunde erzielbar ist, was besonders für die Behandlung kleiner und kleinster Werkstücke von Bedeutung ist, bei deren Oberflächenbearbeitung es auf Sekundenbruchteile sehr ankommt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der, daß der einmal eingestellte Härtevorgang in ununterbrochener Aufeinanderfolge durchgeführt werden kann, so daß eine große Anzahl von Werkstücken nacheinander behandelt werden kann. Die Zeichnung veranschaulicht zwei Aus- führungsbeispiele der Erfindung. Fig. i ist ein Leitungsschema eines Ä führungsbeispiels mit einem gemeinsae?@; Steuerorgan für das Erhitzen und schrecken. Fig. a ist ein Schema eines Ausfühungsbei- spiels mit getrennten Steuerorganen für das Erhitzen und Abschrecken. :Lach Fig. i soll das Werkstück io, bei- spielsweise ein Wellenzapfen, an der Ober- fläche gehärtet werden. Es wird von den Tei- len i i und 12 eines Induktors umfaßt, die bei 13 sich leitend berühren und von der Sekun- därspule 14 gespeist werden, die zu einem Transformator gehört, dessen Primärspule 1.5 mit ihrem einen Ende 16 an eine Strom- schiene 17, einer Anzapfung iS an eine Strom- schiene i9 und ihrem anderen Ende 2o an eine Stromschiene 21 eines Hochfrequenz- wechselstromnetzes angeschlossen ist. Urn einen sicher leitenden Kontakt zwischen den Induktionsteilen i i und 12 bei 13 zu sichern, ist eine Spannvorrichtung 32 vorgesehen, die die Teile i i und 12 zusa.mrnendrückt. Die Transformatoarspulen sind vorzugsweise rohr- förmig und besitzen eine Wasserkühlung, «nährend der Transformator selbst vorzugs- weise- einen Luftkern besitzt. Während die Primärspule aus mehreren Windringen be- steht, besitzt die Sekundärspule- i.i nur eine einzigeWindung. Sie kann aber aus mehreren parallel miteinander verbundenen Leitern zu- sammengesetzt sein. Zwischen dem Netz und der Primärspule ist ein Schalter 23 eingebaut. Kondensatoren y.i und 25 sind zwischen den Schienen 17 und 21 zum Ausgleich der Induktivität des Strom- kreises eingebaut. Der Kondensator 2.i wird vorzugsweise so gewählt, daß er die Mindest- kapazität darstellt, die für eine beliebig gege- bene Folge von Arbeitsvorgängen dient. Der Kondensator 25 ist regelbar, um eine An- passung der Kapazität bei Veränderungen über das -lindestmaß zu ermöglichen. Ge- wöhnlich werden die Einstellungen des Regel- kondensators 25 nicht durch Verändern seiner Kapazität vorgenommen, sondern dadurch, daß man kleine Einzelkondensatoren oder Kondensato.relemente ein- oder ausschaltet. Der Generator 22 besitzt eine Erreger- maschine 26 für seine Feldwicklung-,2;7. Im Feldkreise liegt ein abschaltbarer Widerstand 28 und ein leicht einstellbarer Widerstand 2c1. Für die weiteren Einstellungen des Feld- kreises dient ein Regelwiderstand 30 im Stromkreis der Feldwicklung 31 der Erreger- maschine. Durch Einwirkung auf die beiden Regelwiderstände 29 und 30 kann man den Generator 22 genau und leicht steuern. Das Steuerorgan besteht bei dein Ausfüh- rungsbeispiel nach Fig. i aus einer runden C heibe 3.4, die durch einen Motor 33 mit ichbleibender Geschwindigkeit angetrieben .r(1. Der Motor besitzt einen sehr niedrigen Trägheitsanlaßwiderstand, so daß er in kürze- ster und stets gleichbleibender Zeit auf seine volle Drehzahl gelangt. Diesen Anforderun- gen entspricht recht gut ein selbstlaufender Synchronmotor. rEin Schalter 35 verbindet den Generator 22 mit den Netzschienen 17 und ig. Ein weiterer Schalter 36 verbindet den Motor 33 mit Lei- tung 37 und 38, die beispielsweise mit einem Niederfrequenzstrom üblicher Spannung ge- speist werden. Die Steuerscheibe 34 trägt einen leitenden Kontaktarm 39. der über eine Stromquelle .io und eine Reihe von Kontakten verschiedene Stromkreise schließt und: damit verschiedene Vorgänge steuert. An Stelle der Stromquelle .io, die als eine Batterie darge- stellt ist, kann der Kontaktarm auch von dein Netz 37, 38 gespeist werden. Durch das Schließen verschiedener Stromkreise mittels des Kontaktarmes 49 wird über Relais oder Schaltspulen der Beginn undi das Ende .des Heizens und Abschreckens gesteuert. Gegenüber dem Umfang der Steuerscheibe 34. sind-mehrere verstellbare Kontakte vorg#2- sehen; die von dem Kontaktarm 39 der Reibe nach berührt werden. Der Kontakt C schließt einen Stromkrei, bei dem der Strom der Batterie .io in eine Schaltspule.ii gelangt, die den Schalter 35 öffnet, so daß die Heizung des Werkstückes aufhört. Gleichzeitig gelangt der Strom auch in eine Sclialtßpule 42, die der Spule .i1 par- allel geschaltet ist, wodurch ein Ventil .i3 einer Abschreckrnittelzufuhrleitung 77 geöff- net wird, so daß das Abschreckmittel gegen das Werkstück io gespritzt und dieses ge- härtet wird. Der Kontakt E führt zum Schließen eines Stromkreises, bei dem der Strom der Batterie .io eine Spule 4,4 erregt, die das Ventil .i3 schließt und damit das Abschrecken beendet. Der Kontakt F dient zum Üffnen des Schal- ters 36 über eine Schaltspule.i5 und damit zum Ausschalten des die Steuerscheibe 34 an- treibenden Motors 33. Die Scheibe 3.i erreicht somit beim Kontakt F ihre Haltestellung und wird dann durch ihre eigene lebendige Kraft noch ein wenig weiter bis zu dem Ruhe- punkt A weitergedreht. Der Kontakt B dient zum Erregen einer Schaltspule .i6, die bei .i7 einen Kurzschluß- stromkreis öffnet und dadurch den Wider- stand 28 in den Feldkreis des Generators 22 schaltet. Hierdurch wird unmittelbar vor dem öffnen des Heizstromkreises der Strom über den Leitungsschalter im Augenblick seiner öffnung verringert, um Schäden am Schalter zu verhindern: Der Widerstand 28 muß aus dem Feldkreis ausgeschaltet werden, bevor der Generator 22 wieder auf den Heizkreis wird. Dies geschieht mittels eines Kontaktes D, über den eine Schaltspule48 erregt wird, die den Anker 47 wieder in die Lage bringt, in der der Zusatzwiderstand 28 kurzgeschlogsen ist.The control has the advantage that the beginning and end of the heating and quenching can be set as desired, so each workpiece can be precisely adapted, and that the contacts once set ensure an exact repeatability of the process, which is particularly useful for treating a large number of identical workpieces Meaning is. Another advantage of the invention is that by appropriate dimensioning of the contact member and appropriate selection of the speed of movement of the same, a high degree of accuracy down to the smallest fractions of a second can be achieved, which is particularly important for the treatment of small and very small workpieces A fraction of a second is very important. Another The advantage of the invention is that the once set hardening process in uninterrupted Can be carried out in succession, so that a large number of workpieces can be treated sequentially. The drawing illustrates two exemplary embodiments of the invention. Fig. I is a wiring diagram of an A leadership example with a common a? @; Control element for heating and scare. Fig. A is a schematic of an embodiment game with separate control organs for the Heating and quenching. : According to Fig. I, the workpiece should be ok, for example a shaft journal, on the upper surface to be hardened. It is len ii and 12 of an inductor, which at 13 touch each other conductively and from the second Därspule 14 are fed to a Transformer belongs, whose primary coil 1.5 with one end 16 to a current rail 17, a tap in the sense of a power shine on i9 and its other end on 2o a busbar 21 of a high frequency AC mains is connected. Urn a safe conductive contact between the To secure induction parts ii and 12 at 13, a clamping device 32 is provided which press parts ii and 12 together. the Transformer coils are preferably tubular shaped and have a water cooling, «While the transformer itself is preferably wise - has an air core. While the The primary coil consists of several wind rings stands, the secondary coil-ii has only one single turn. But you can choose from several parallel interconnected conductors be composed. Between the network and the primary coil a switch 23 is installed. Capacitors yi and 25 are between the rails 17 and 21 to compensate for the inductance of the current built in a circle. The capacitor 2.i will preferably chosen so that it meets the minimum represents the capacity for any given bene sequence of operations. Of the Capacitor 25 can be regulated in order to adapting the capacity to changes beyond the minimum allowance. Ge Usually the settings of the control capacitor 25 by changing his Capacity, but by that you have small individual capacitors or Switches the capacitor elements on or off. The generator 22 has an exciter machine 26 for its field winding, 2; 7. in the Field circuits there is a disconnectable resistor 28 and an easily adjustable resistor 2c1. For the further settings of the field circle is a rheostat 30 im Circuit of the field winding 31 of the exciter machine. By acting on the two Control resistors 29 and 30 can be the Control generator 22 accurately and easily. The control organ consists in your execution Approximation example according to Fig. i from a round C is called 3.4, which by a motor 33 with driven at a constant speed .r (1. The engine has a very low Inertia starting resistor, so that it most and always the same time on his reaches full speed. These requirements gen corresponds quite well to a self-running Synchronous motor. rA switch 35 connects the generator 22 with the net rails 17 and ig. Another Switch 36 connects the motor 33 to line device 37 and 38, for example with a Low frequency current of normal voltage be fed. The control disk 34 carries a conductive contact arm 39. which has a Power source .io and a number of contacts different circuits closes and: thus controls various processes. Instead of Power source .io, which is shown as a battery is, the contact arm can also be from your Network 37, 38 are fed. By the Closing different circuits by means of of the contact arm 49 is via relay or Switching coils the beginning and the end of the Heating and quenching controlled. Compared to the circumference of the control disk 34. are-several adjustable contacts provided # 2- see; that of the contact arm 39 of the grater after being touched. Contact C closes a circuit, where the current of the battery .io into a Schaltspule.ii arrives, which the switch 35 opens so that the heating of the workpiece stops. At the same time, the electricity also arrives into a Sclialtßpule 42, the coil .i1 par- allele is switched, whereby a valve .i3 a quenching agent supply line 77 open- net is so that the deterrent against the workpiece is injected and this is is hardened. Contact E closes one Circuit in which the current of the battery .io energizes a coil 4,4 which the valve .i3 closes and the quenching is ended. Contact F is used to open the switch ters 36 via a switching coil.i5 and thus to switch off the control disc 34 on driving motor 33. The disk 3.i reached thus at contact F their holding position and then becomes through their own living force a little further to the point A turned further. The contact B is used to excite a Switching coil .i6, which at .i7 has a short-circuit circuit opens and thereby the resistance stood 28 in the field circuit of the generator 22 switches. As a result, immediately before the heating circuit is opened, the current through the line switch is reduced at the moment of its opening in order to prevent damage to the switch: The resistor 28 must be switched off from the field circuit before the generator 22 is again on the heating circuit. This is done by means of a contact D, via which a switching coil 48 is excited, which brings the armature 47 back into the position in which the additional resistor 28 is short-circuited.

Die Wirkungsweise dieser Steuerung ist die folgende Das Werkstück io wird von dem Induktor i i, 12 umschlossen, wonach die Spannzwinge 32 angelegt wird. Der Kondensator 25 wird darauf auf die notwendige Kapazität und der Widerstand 29 auf den erforderlichen Anfangsstroni eingestellt. Darauf wird der Schalter -23 geschlossen und damit die Primärspule 15 an das Hochfrequenzwechselstromnetz 17, i9, 21 angeschlossen. Darauf wird der Schalter 35 und mit ihm zusammen der Schalter 36 geschlossen, so daß die induktive Heizung des Werkstückes beginnt.The mode of operation of this control is as follows: The workpiece io is enclosed by the inductor i i, 12, after which the clamp 32 is applied will. The capacitor 25 is then set to the necessary capacitance and resistance 29 set to the required initial troni. Then the switch -23 closed and thus the primary coil 15 to the high-frequency alternating current network 17, i9, 21 connected. Thereupon the switch 35 and, together with it, the switch 36 closed so that the inductive heating of the workpiece begins.

Beim Schließen des Schalters 35 wurde der Widerstand 29 eingestellt, um die erforderliche Stromzufuhr zum Transformator, zu sichern. Es kommt vor, daß die Einstellung des Widerstandes 29 über-eineh Teil der Heizzeit fq@rtgesetzt werden muß, weil die Permeabilität des Werkstückes sich mit der Erhitzung verändert und auch der Ohmsche Widerstand bei zunehmender Temperatur des Werkstückes sich ändert. Es können auch sonstige Änderungen im Stromkreis eintreten.When the switch 35 was closed, the resistor 29 was set, to secure the necessary power supply to the transformer. It happens that the setting of the resistor 29 can be set over a part of the heating time fq @ rt must, because the permeability of the workpiece changes with the heating and the ohmic resistance also changes with increasing workpiece temperature. Other changes in the circuit can also occur.

Da der Schalter 36 gleichzeitig mit dem Schalter 35 geschlossen wird, beginnt die Steuerscheibe 3:1. gleichzeitig mit dem Beginn der Heizzeit vom Punkt A ab sich zu drehen. Während der Bewegung des Kontaktarmes 39 von dem Punkt A bis zu dem Kontakt C findet das Erhitzen des Werkstückes statt. ° Beim Überlaufen des Kontaktes: B durch den Kontaktarm 39- wird der Widerstand 28 durch Erregen der -Schaltspule 46 in Reihe mit der Feldspule des Generators geschaltet, so daß der Heizstrom verringert wird. Durch späteres Überlaufen des Kontaktes. D' durch den Kontaktarm 39 wird der Widerstand 28 wieder aus dem Feldkreis ausgeschaltet.Since the switch 36 is closed at the same time as the switch 35, the control disc begins 3: 1. at the same time as the start of the heating time from the point A from turning. During the movement of the contact arm 39 from the point A to the workpiece is heated at contact C. ° When overflowing the Contact: B through the contact arm 39- the resistor 28 is activated by energizing the switching coil 46 connected in series with the field coil of the generator, so that the heating current is reduced will. By later overflowing the contact. D 'through the contact arm 39 is the Resistor 28 again switched off from the field circuit.

-Beim Erreichen des Kontaktes C wird der Heizstrom ausgeschaltet. Gleichzeitig wird aber über die Schaltspule 42 das Ventil 43 geöffnet und das Abschreckmittel dein Werkstück zugeführt. Diese Abschreckmittelzufuhr hört auf in dem Augenblick, in welchem der Kontaktarm 39 den Kontakt E erreicht, über den die Spule 44 das Ventil 43 wieder schließt. Die Steuerscheibe 34 läuft dann noch weiter bis zu dem Kontakt F, über den eine Schaltspule q.5 den Schalter 36 öffnet und damit den 1-Iotor 33 zum Antrieb der Steuerscheibe 34 ausschaltet. Durch die lebendige Kraft läuft dann die Steuerscheibe 34 noch bis zur Nullstellung A weiter. .-When contact C is reached, the heating current is switched off. At the same time, however, the valve 43 and the deterrent are opened via the switching coil 42 your workpiece fed. This supply of detergent stops at the moment in which the contact arm 39 reaches the contact E, via which the coil 44 the valve 43 closes again. The control disk 34 then continues to run up to the contact F, via which a switching coil q.5 opens the switch 36 and thus the 1-Iotor 33 to drive the control disk 34 turns off. Then runs through the living force the control disk 34 continues to the zero position A. .

Bei der Einstellung des Kontaktarmes 39 %vird Rücksicht genommen auf die Anlaufverzögerung, die durch eine entsprechende Vo#reilung berichtigt wird.When setting the contact arm 39%, consideration is given to the start-up delay, which is corrected by an appropriate advance.

Die Steuervorrichtung gestattet beliebige Behandlungen des-Werkstückes durch Verändern des Beginns und des Endes des Erhitzens und des Abschreckens. So kann beispielsweise das Abschrecken beendet werden, bevor das Werkstück völlig bis auf die Raumtemperatur abgekühlt ist. Man kann dadurch erzielen, daß lediglich die Oberflächenschicht des Werkstückes durch das Abschrecken abgekühlt wird, während im Innern des Werkstückes noch Wärme übrigbleibt, die dann nach Beenden des Abschreckens aus dem Inneren in die Außenschicht fließt, wodurch ein Anlassen der gehärteten Außenschicht erzielt werden kann.The control device allows any treatment of the workpiece by changing the start and end of heating and quenching. So For example, quenching can be stopped before the workpiece is completely up has cooled to room temperature. One can achieve that only the Surface layer of the workpiece is cooled by the quenching while There is still heat left inside the workpiece, which is then released after quenching has ended flows from the inside into the outer layer, causing a tempering of the hardened Outer layer can be achieved.

Bei der Bauart nach Fig. 2 wird das Werkstück io durch den Induktor i i erhitzt, der eine Abschreckmittelkammer.I9 besitzt. Der Transformator 14, 15 wird mit Hochfrequenzstrom von den :Netzleitungen 17, i9 gespeist. Ein Synchronmotor 33 treibt zwei Steuerorgane 39 und 39' an, die an eine Stromquelle d.o angeschlossen sind. Das. Steuerorgan 39 wirkt mit einem Kontakt 102 zusammen, der an eine Schaltspule 41 angeschlossen ist, die einen Schalter 35 im Stromkreis der Transformatorprimärspule 15 steuert. Das Steuerorgan 39 wirkt über einen Kontakt 103 auf eine Schaltspule.42 für ein Ventil 77, das den Zufluß des Abschreckmittels zur Kammer 49 des Induktors i i steuert. Zuerst schließt das Steuerorgan 39 den Kontakt i o2 und damit den Schalter 35 und leitet damit das, Heizen des Werkstückes ein. Wenn das Steuerorgan 39 den Kontakt io2 wieder freigibt, so ist das Heizen beendet. Unmittelbar danach schließt das Steuerorgan 39' den Kontakt 103, öffnet damit das Ventil 77 und läßt das Abschreckmittel so lange einströmen, bis der Kontakt 103 wiedergeöffnet wird. Die Wirkungsweise ist somit im wesentlichen die gleiche wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. imit dem Unterschied lediglich,-daß das Heizen und das Abschrecken durch getrennte Steuerorgane bewirkt wird.In the construction according to FIG. 2, the workpiece io is heated by the inductor ii, which has a detergent chamber.I9. The transformer 14, 15 is fed with high-frequency current from the: power lines 17, i9. A synchronous motor 33 drives two control elements 39 and 39 'which are connected to a power source do. That. Control element 39 interacts with a contact 102 which is connected to a switching coil 41 which controls a switch 35 in the circuit of the transformer primary coil 15. The control element 39 acts via a contact 103 on a switching coil. 42 for a valve 77 which controls the flow of the quenching agent to the chamber 49 of the inductor ii. First, the control element 39 closes the contact i o2 and thus the switch 35 and thus initiates the heating of the workpiece. When the control element 39 releases the contact io2 again, the heating is ended. Immediately thereafter, the control element 39 'closes the contact 103, thereby opening the valve 77 and allowing the detergent to flow in until the contact 103 is reopened. The mode of operation is thus essentially the same as in the embodiment according to FIG. With the only difference that the heating and the quenching are effected by separate control members.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Control of surface hardening of metal parts by inductive heating and subsequent quenching by means of one connected to a high frequency AC power source through a transformer and at the same time designed as a spray element for the quenching agent (focus inductor), characterized in that .that a control member carrying a conductive contact arm, z. B. a disc, is provided, which at the same time as switching on the heating current set in motion and then driven evenly, compared to the adjustable Contacts for the start and end of heating and quenching are placed in such a way that that the contact arm contacts them in turn, thereby heating and quenching controls.

2. Control according to claim i, characterized in that separate control members are provided for controlling the heating and quenching.

3. Control according to claims i and 2, characterized in that the drive of the control member is switched on and off with advance.

4. Control according to claim i to 3, characterized in that the heating current before it is switched off by automatic Switching on a resistor in the generator field circuit is reduced.

5. Control according to claim i to 4, characterized in that the contact for the end of quenching is attached so that the supply of quenching agent to the workpiece is ended before room temperature is reached in the workpiece. To distinguish the subject of the application from the state of the art, the following publications were taken into account in the granting procedure: German patent specification ..... N o. 396 797; British patents ... - 2.47 912, 378 105, 3i6 967, 435 343; L'SA. patents ..... - 12-18444, 1 97 1 1 36, - 1 687 656, 1783 764.