DE765499C - Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von Hohlkoerpern - Google Patents

Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von Hohlkoerpern

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DE765499C
DE765499C DED82443D DED0082443D DE765499C DE 765499 C DE765499 C DE 765499C DE D82443 D DED82443 D DE D82443D DE D0082443 D DED0082443 D DE D0082443D DE 765499 C DE765499 C DE 765499C
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DE
Germany
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coils
workpiece
fed
hollow bodies
heating
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Expired
Application number
DED82443D
Other languages
English (en)
Inventor
Gerhard Dr-Ing Seulen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/40Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces

Description

  • Vorrichtung zum elektroinduktiven 0ber#lächenerhitzen von Hohlkörpern Die Erfindung betrifft eine .Vorrichtung zum elektroinduktiven, Oberflächenerhitzen von Hohlkörpern vorzugsweise zu dem Zweck, die erhitzten Flächen durch anschließendes Abschrecken zu härten.
  • Es ist bekannt, das Oberflächenerhitzen von Werkstücken dadurch vorzunehmen, daß um: das Werkstück herum eine Induktionsspule gelegt wird, :die ein- oder mehrwindig sein kann und unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators mit einer Stromquelle verblinden ist. Zum Erhitzen von Hohlkörpern ist ferner vorgeschlagen worden, eine entsprechende Zylinderspule in den Innenraum des Hohlkörpers einzuführen, um auf diese Weise die erforderlichen Induktionsströme zu erzeugen. Vorrichtungen dieser Art haben jedoch den Nachteil, daß ihr Wirkungsgrad, insbesondere der elektrische Wirkungsgrad, schlecht ist, was im wesentlichen auf eine im Verhältnis zur,Wirkleistung verhältnismäßig hohe Blindleistung zurückzuführen ist. Nach nicht vorbekannten Vorschlägen ist daher der Versuch gemacht worden, die Spulen so anzuordnen, daß die induzierten Ströme axial in den Wandungen des Hohlkörpers fließen, wodurch gewisse elektrische und thermische Vorteile erzielt wurden. Zum Erhitzen der gesamten Oberflächen des Werkstücks muß hierbei jedoch das Werkstück in Umlauf versetzt werden, was unter Umständen gewisse mechanische Schwierigkeiten mit sich bringt. Aus konstruktiven Gründen ist es daher erwünscht, eine Spule zu verwenden, die in an sich bekannter Weise zylindrisch ausgebildet ist, wodurch im Werkstück Ströme induziert werden, die sich auf dem Umfang schließen,-so däß ein Umlauf des Werkstücks während der Erhitzung nicht erforderlich ist und eine Bewegung in Achsrichtung nur dann, wenn das Werkstück länger ist als die Spulenhöhe. Gleichzeitig soll aber mit einer derartigen Vorrichtung sowohl die Innen- als auch die Außenwandung auf vorbestimmte Temperaturen erwärmt werden können, wobei der den bekannten Anordnungen anhaftende schlechte Wirkungsgrad wesentlich erhöht ist.
  • Erfindungsgemäß wird dies durch eine Vorrichtung erreicht, bei -welcher zwei miteinander kombinierte; synchron gespeiste Induktionsspulen in Reihen- oder Parallelschaltung vorgesehen sind, von denen eine im inneren Hohlraum des Werkstücks angeordnet ist, während die andere den Hohlkörper von außen - umfaßt, und bei welcher zur Steuerung der Aufheizung über den Werkstückquerschnitt das resultierende %Iagnetfeld durch Veränderung der Stärke und Richtung der Einzelmagnetfelder beeinflußt wird. Entsprechend der Aufgabenstellung, das Werkstück außen, innen oder außen und innen auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, werden die Spulen gegensinnig, gleichsinnig oder aber in einer bestimmten Phasenlage zueinander erregt.
  • Im nachfolgenden wird eine Vorrichtung gemäß der Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels in ihrer Wirkungsweise näher erläutert.
  • In Abb. i ist schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, angewendet auf die Härtung des rohrförmigen Körpers i, dargestellt. Der Körper ist teilweise geschnitten, um die Lage der Spulen zu zeigen. Außen um den Körper herum ist eine mehrwindige Spule 2 mit Einzelwindungen 3 gelegt. Die Einzelwindungen dieser Spule können untereinander parallel oder in Reihe geschaltet sein. Auf gleicher Höhe befindet sich in der Innenbohrung6 des Werkstücks eine zweite Spule .I, die ebenfalls aus mehreren reihen- oder parallelgeschalteten Windungen 5 besteht. Wenn, wie im Fall der Abb. i, der Körper eine große Längserstreckung aufweist, so muß, um ein gleichmäßiges Erhitzen und Härten der Oberflächen auf der gesamten Länge zü erzielen. das Werkstück relativ zur Spule, beispielsweise in Richtung des Pfeils ;, bewegt werden. Ein Umlauf des Werkstücks dagegen ist nicht erforderlich.
  • Die beiden Spulen sind elektrisch aufeinander abzustimmen, wobei die Speisung von der gleichen Stromquelle aus erfolgen kann, und zwar soll die Speisung synchron erfolgen. Durch Zuschaltung geeigneter Kapazitäten oder Induktivitä ten oder durch Verwendung beider Mittel kann erreicht werden, daß die Ströme in beiden Spulen eine gewisse Phasenverschiebung aufweisen, was zur Erzielung eines bestimmten Temperaturverlaufs von I,,-orteil sein kann. Die Abstimmung der beiden Spulen aufeinander, insbesondere die Abstimmung des Amperewindungsverhältnisses, kann auf verschiedene Weise sichergestellt werden, so beispielsweise durch das Einschalten von Widerständen in die Zuleitungen oder, wie dies in Ahb. i dargestellt ist, durch Anwendung verschiedener Windungszahlen oder Abmessungen bei den einzelnen Spulen.
  • Sehr wesentlich ist es, in welcher Richtung die Speisung der beiden Induktoren erfolgt. je nachdem, ob die Spulen gleichsinnig oder gegensinnig gespeist werden, ist es unter gleichzeitiger Anwendung der soeben geschilderten Abstimmung der Spulen aufeinander möglich. entweder nur die Außenwandung des Hohlkörpers oder nur die Innenwandung der Bohrung zu erhitzen bzw. zu härten. Auch das Erhitzen bzw. Härten beider Wandungen gleichzeitig ist möglich.
  • Die auftretenden Verhältnisse sind in den Abb.2 und 3 schematisch dargestellt. Der Ring i nach Abb. 2 ist in eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, _ bestehend aus zwei kombinierten Spulen; eingesetzt. Die Außenfläche wird umfaßt von einer mehrwindigen Spule 2 mit `Vindungen 3, die aus ',#Tollkupferkörpern oder aus wassergekühlten Kupferrohren bestehen können. In der Bohrung des Ringes ist der Induktor. vorgesehen, der ebenfalls aus mehreren Windungen 5 besteht. Wird die äußere Spule 2 mit einem Strom gespeist, dessen Richtung durch die Pfeilspitzen.6 und die Pfeilenden_7_ gekennzeichnet ist, so bildet sich um die Spule ein magnetisches Feld 8- aus, welches bei g auch die Innenbohrung durchsetzt. Wird der Inneninduktor 4 gegensinnig gespeist, wie dies durch die Pfeilspitzen io und Pfeilenden ii angedeutet ist, so bildet sich ein magnetisches Feld i2, und dieses magnetische Feld wirkt im Innenraum des Ringes bzw. des Induktors.; dem Feld 9 des Außeninduktors entgegen. Das magnetische Feld 8 des Außeninduktors dagegen wird durch das magnetische Feld 12 verstärkt. Es ist ersichtlich, daß hierdurch der im Werkstück , induzierte Strom nach den Außenwandungen hin stärker wirken wird als an den Innenwandungen der Bohrung. Das Werkstück wird mithin vornehmlich auf den Außenflächen aufgeheizt, während an den Wandungen der Bohrung eine nennenswerte Erwärmung nicht eintritt. Der Wirkungsgrad einer solchen Einrichtung ist deshalb besonders groß, weil, wie aus der Abb. 2 ersichtlich, das magnetische Feld im Innenraum der Bohrung bzw. im Innenraum des Induktors geschwächt oder bei entsprechender Abstimmung der Spulen aufeinander aufgehoben wird.
  • Die Abb. 3 zeigt die gleiche Anordnung wie Abb.2, jedoch ist, wie aus den Strompfeilen6, 7 und io, ii ersichtlich, die Stromrichtung in beiden Spulen in jeder Phase des Wechselstromes gleichgerichtet. Der äußere Induktor 2 bildet wiederum die magnetischen Felder 8 und 9, während der Inneninduktor 4 das magnetische Feld 12 ausbildet, wobei die Felder i2 und 8 entgegengesetzt gerichtet und die Felder 12 und 9 gleichgerichtet sind: Das Gesamtfeld im Innern des Inneninduktors wird mithin verstärkt, während das Feld zu den äußeren Teilen des Werkstücks geschwächt wird. Dies hat zur Folge, daß die im Werkstück induzierten Ströme nach dei Innenwandung der Bohrung abgedrängt werden. Es tritt mithin eine starke Rufheizung der Innenwandungen auf.
  • Die beiden beschriebenen Fälle stellen gewissermaßen die Extremfälle dar, zwischen denen Übergangsformen möglich sind. Durch Abgleichung des Amperewindungsverhältnisses der beiden Spulen und durch Verschiebung der Phasenlage der Primärheizströme in den Spulen zueinander kann auch eine zusätzliche Rufheizung derjenigen Wb.ndung--erzielt werden, die bei den sonst gewählten Stromrichtungen und magnetischen Verhältnissen an sich die geringereAufheizung zeigen würde. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bietet daher die Möglichkeit, den verschiedensten in der Praxis vorkommenden Forderungen auf Innen- und Außenhärtung zylindrischer Hohlkörper gerecht zu werden, wobei z. B. auch die Lösung der Aufgabe keine besondere Schwierigkeit bietet, nach welcher an der Außenfläche eine besonders tiefe Einhärtung, an der Wandung der Bohrung dagegen nur eine geringe Einhärtung erfolgen soll.
  • Die Anwendung der Vorrichtung ist selbstverständlich nicht beschränkt auf rein zylindrische Körper, vielmehr können auch bei entsprechender Formgebung des Spulenumfanges Körper mit ovalem Querschnitt, rechteckigem Querschnitt mit abgerundeten Ecken u. dgl. behandelt werden.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum elektroinduktiven Oberflächenerhitzen von Hohlkörpern vorzugsweise mitanschließendemAbschrecken zwecks Härten, dadurch gekennzeichnet, daß zwei miteinander kombinierte synchron gespeiste Induktionsspulen in Reihen- oder Parallelschaltung vorgesehen sind, von denen eine im inneren Hohlraum des Werkstücks angeordnet ist, während die andere den Hohlkörper von außen umfaßt, und daß zur Steuerung der Rufheizung über den Werkstückquerschnitt das resultierende Magnetfeld durch Veränderung der Stärke und Richtung der Einzelmagnetfelder beeinflußt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die synchron gespeisten Spulen gleichsinnig geschaltet sind. .
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die synchron gespeisten Spulen gegensinnig geschaltet sind.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch zusätzliche Mittel, wie Kapazitäten oder Induktivitäten, die eine Speisung der Spulen mit Primärströmen bestimmter Phasenverschiebung ermöglichen. ZurAbgrenzung des Erfindungsgegenstands vom Stand der Technik ist im Erteilungsverfahren folgende Druckschrift in Betracht gezogen worden: Französische Patentschrift Nr. 676 923.
DED82443D 1940-04-04 1940-04-04 Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von Hohlkoerpern Expired DE765499C (de)

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