DE767149C - Ein- oder mehrwindige, hochfrequenzgespeiste Induktionsspule zum fortschreitenden Erwaermen, insbesondere zum Oberflaechenhaerten metallischer Werkstuecke - Google Patents

Description

• Ein- oder mehrwindige, hochfrequenzgespeiste Induktionsspule zum fortschreitenden Erwärmen, insbesondere zum Oberflächenhärten metallischer Werkstücke Zum fortschreitenden Erwärmen, insbesondere zum Oberflächenhärten metallischer Werkstücke; werden bekanntlich ein- oder mehrwindige, hochfrequenzgespeiste Induktionsspulen verwendet. Die Ausbildung dieser Induktionsspulen erfolgt im allgemeinen derart, daß auf der Oberfläche des Werkstückes eine solche Konzentration der induzierten I Ströme hervorgerufen wird, daß eine gleichmäßige Erwärmung und damit Härtung gewährleistet ist. Es besteht aber auch in gewissen Fällen ein Bedürfnis, die Konzentration in Richtung der Strombahnen der induzierten Ströme zu ändern, insbesondere zu verringern, um beispielsweise an bestimmten Stellen des Werkstückes Härteschichten geringerer Tiefe hervorzurufen oder Stellen, die einer späteren spanabhebenden Bearbeitung unterworfen werden sollen, gänzlich ungehärtet zu lassen. Mit den bisher bekannten Vorrichtungen läßt sich eine derartige Wirkung ohne weiteres nicht erreichen, da; wie oben dargelegt, im allgemeinen die Konzentration der Heizströme in Richtung der Bahnen gleichmäßig ist.
• Zweck der Erfindung ist es, eine Induktionsspule derart auszubilden, däß eine Beeinflussung der Konzentration in Richtung

  der -",troml)altnett möglich ist Einem nicht zwiscl;#-n den Leitern -. und 7, hindurch-

  zum Stande der Technik gehörenden Vor- : geschoben, so wird in der Nähe des Heiz-

  schlag zufolge kann diese Wirkung erreicht leiters 5 eine Konzentration der induzierten

  werden durch eine Induktionsspule (Glüh- Ströme im Werkstück hervorgerufen. Werden

  kopf), die in sich beweglich ist und an den jedoch zwei der Schalterkontakte 7 ge-

  betreffenden Stellen durch Höcker angehoben '' schlossen, so verteilt sich der Strom in der

  wird, die an dem Werkstück befestigt sind. Spule in Abhängigkeit der zur Verfügung

  Dieses Anheben einzelner Teile der Spule gestellten Leiterquerschnitte, d. h. also es

  bzw. des Glühkopfes hat ein Losewerden der ! flieht in dem Abschnitt, der zwischen ge-

  Kopplung an den betreffenden Stellen und schlossenen Schalterkontakten 7 liegt, die

  damit eine geringere Stromkonzentration im größte Strommenge durch die \ebenschluß-

  Werkstück zur Folge. Obwohl Vorrichtungen schiene 6 und nur ein geringer Teil durch

  dieser Art voll wirksam sind, ergeben sich den Heizleiter 3. während im übrigen Teil des

  getwisse Nachteile, weil die Herstellung in Heizleiters 3 -wiederum die gesamte Strom-

  sich genügend beweglicher Induktionsspulen menge fließt. In der Nähe des Nebenschluß-

  (GIühlcöpfe) kostspielig ist und auch gewisse gebietes -wird mithin die Stromkonzentration

  Schwierigkeiten mit sich bringt. im Werkstück geringer und damit auch die

  Gemäß der Erfindung ist demgegenüber Heizwirkung geringer sein.

  bei ein- oder mehrwindigen, hochfrequenz- i Nach Abb. ia, die nur den unteren Teil

  gespeisten Induktionsspulen der Heizleiter eines @lühlcapfes gemäß, der Erfindung zeigt,

  des Glühkopfes in der Wirkungszone in ein- sind die Kontakte so angeordnet, daß für jede

  zelne Abschnitte unterteilt. und jedem dieser Nebenschlußstrecke nur ein Schalter zu be-

  Abschnitte ist ein im Bereich geringerer Wir- tätigen ist. Der geringere Widerstand der

  kung auf das Werkstück liegender Leiterteil \ ebenschlußstrecke ergibt sich jeweils daraus,

  geringeren Widerstandes zugeordnet, der zur daut die Teile 6 gegenüber dein eigentlichen

  Beeinflussung des Magnetfeldbildes ihm Heizleiter 3 einen verhältnismäßig großen

  parallel schaltbar ist. Durch das Ein- und Querschnitt aufweisen.

  Ausschalten dieser Teilnebenschlüsse kann die Bei den Ausführungsformen nach Abb. i

  gewünschte Steuerung der Stromkonzen- und ia fließt in den finit Nebenschlüssen ver-

  tration und damit des -Maßes der Erhitzung selienen Teilen des Heizleiters 3 je@t-eiIs ilOC t

  im Werkstück erfolgen. Die Wirkung des ein Teilstrom. Die Ausbildung kann aber

  Nebenschlusses beruht darauf, daß die Strom- auch so getroffen -werden, daß die mit ein-

  bahnen der im Werkstück induzierten Ströme geschaltetem Nebenschluß versehenen @trek-

  in der Stromrichtung auf breitere Flächen ken des Heizleiters überhaupt keinen Strom

  verteilt oder aber auch ganz aus der Gesamt- führen. Eine solche Ausführungsform ist in

  stromrichtung ausgelenkt und hernach wieder f Abb. 2 dargestellt. Der Glühkopf besitzt

  eingelenkt -werden, so daß entweder an den ' -wiederum gegeneinander isolierte Zuleitun-

  betreffenden Stellen nur eine geringere Er- gen i und 2 und Leiter 4. verhältnismäßig

  wärmung oder überhaupt keine Erwärmung grol:ien Querschnittes. Der Heizleiter ; tt-irci

  eintritt. dargestellt durch einen Leiter, der durch Koit-

  Der Erfindungsgedanke -wird im nach- taktschalter «a bis 8d unterbrochen werden

  folgenden an Hand einiger Ausführungsbei- kann. Die Nebenschlußstrecke 6 -wird unter-

  spiele, die in den Zeichnungen mehr oder brocken durch Kontaktschalter 9a bis dd, wo-

  weniger schematisch dargestellt sind, näher , hei jeweils zwischen den einzelnen Kon-

  erläutert. takten 8 und 9 Verbindungsleitungen 7 vor-

  Der Glühkopf 3 nach Abb. i ist mittel: gesehen sind. Wenn nun beispielsweise der

  gegeneinander isolierter Anschlußschienen i Kontaktschalter Sa geöffnet ist, twähren<f die

  und a an die Hochfrequenzstromquelle an- Kontaktschalter 81a, 8c geschlossen sind, und

  geschlossen. Der Glühkopf selbst besteht aus andererseits der Kontaktschalter 9a ge-

  den beiden Leitern q. mit verhältnismäßig schlossen ist, -während die Kontaktschalter 91)

  großem Querschnitt und den? Heizleiter ; mit bis c)d geöffnet sind, fließt der Strom in der

  verhältnismäßig geringem Querschnitt. -Mit Induktionsspule, -wie durch die Pfeile all-

  dem Glühkopf verbunden ist ein Leiter 6 mit i gedeutet, d. h. also es fließt im Bereich des

  verhältnismäßig großem Querschnitt, der als Heizleiters _, nur dort ein Strom, wo die Kon-

  Nebenschlußschiene dient. Lm den Neben- takle 8b bis 8d geschlossen sind, -während auf

  schluß herzustellen sind Kontakte 7 vor- der Strecke, in der sich der Schalter-

  gesehen, die mit ihren entsprechenden Zu- kontakt Sca befindet, kein Strom fließt. An der

  und Ableitungen in gewünschten Abständen dieser Strecke des Heizleiters benachbarten

  an dem Heizleiter ; bzw. an der Nebenschluß- Stelle des Werkstückes wird somit eine Auf-

  schiene ö befestigt sind. Wird nun ein Werk- heizung verhindert. Durch mechanische

  stück durch den Raum. der gebildet wird Mittel, die aus der Elektrotechnik bekannt

  sind, ist sicherzustellen,. daß beim Ein- und Ausschalten einzelner Strecken des Heizleiters während der fortschreitenden Erwärmung des Werkstückes jeweils immer erst der Schalterkontakt in der Nebenschlußstrecke geschlossen wird, ehe der entsprechende Schalterkontakt im Heizleiter geöffnet wird, da sonst Überschläge zu befürchten wären.
• Die Abb. i, ia und 2 stellen Ausführungsformen dar, die für--die Oberflächenhärtung von Platten und Blechen geeignet sind; die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind aber auch dort anwendbar, wo es sich darum handelt, zylindrische Körper, beispielsweise Wellen, zu behandeln. Eine solche Ausführungsform ist in Abb. 3 dargestellt. Der Heizleiter i hat gegeneinander bei 3 isolierte Zuführungen 2, die den Glühkopf mit der Hochfrequenzstromquelle q. verbinden. Das Werkstück wird durch den vom Heizleiter i gebildeten Hohlraum fortschreitend hindurchgeführt. Der Nebenschlußleiter 5 ist um den Heizleiter i herum angeordnet, und an den verschiedensten Stellen sind Verbindungen zwischen Heizleiter und Nebenschlußleiter vorgesehen, in denen die Schalterkontakte 6 zum Ein- und Ausschalten der gewünschten Nebenschlußstrecke angeordnet sind. Der Stromverlauf in der Spule bei vollkommen abgeschaltetem Nebenschlußleiter ist durch die Pfeile 7 gekennzeichnet, während der Stromverlauf, der sich bei Anschalten einer Nebenschlußstrecke ergibt, durch die Pfeile 8 und 9 gekennzeichnet wird. Die Aufteilung der Ströme auf den Heizleiter i und auf den Nebenschlußleiter 5 erfolgt im Verhältnis der Widerstände in diesen beiden Leiterquerschnitten.
• In Abb. q. und 5 ist eine praktische Ausführungsform dargestellt, wobei die Abb. 4. eine Ansicht eines Teilstückes eines Glühkopfes und Abb. 5. eine Aufsicht eines solchen Teilstückes darstellt. Die Ausführungsform entspricht einem Schema nach der Abb. ia. Der Heizleiter 5 besteht aus einem wassergekühlten Kupferrohr. Die Zuführungsrohre i i führen das Kühlwasser in Richtung der Pfeile 12 dem 5eizleiter 5 zu und dienen gleichzeitig als ein- und ausschaltbare Nebenschlußstrecken. Die Stutzen i i sind bei 8, und io abgebogen und aneinander in einem gewissen Abstand vorbeigeführt. Diese aneinander vorbeigeführten Abbiegungen oder Lappen bilden die Schalterkontakte für die Nebenschlußstrecken, indem beispielsweise die Lappen 8 und 9 in Richtung der Pfeile 13 (Abb. 5) durch mechanischen oder elektromagnetischen Druck aufeinandergepreßt werden. Bei Nachlassen des Druckes federn die beiden Lappen wieder auseinander und schalten dadurch die Nebenschlußstrecke wieder ab. Eine Einrichtung, wie sie in Abb. 4. dargestellt ist, kann in zweierlei Weise zur Einwirkung auf ein zu behandelndes Werkstück gebracht werden. Das Werkstück kann senkrecht zur Zeichenebene unter der Vorrichtung entlanggeführt werden. Die Kopplung zwischen dem Nebenschluß und dem Werkstück ist dann eine nur sehr lose, und der Heizstrom, der im Werkstück induziert wird, bleibt in gleicher Ebene, jedoch wird er an den Stellen, an denen im Heizleiter 5 eine Nebenschlußstrecke ausgeschaltet ist, weniger konzentriert sein. Die Aufheizung ist daher an dieser Stelle des Werkstückes geringer. Wird jedoch das Werkstück in der Zeichenebene unter dem Glühkopf entlänggeführt, so ist, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen werden, die Kopplung zwischen dem Heizleiter und dem Werkstück einerseits und zwischen der Nebenschlußstrecke und dem Werkstück andererseits etwa gleich. Sie kann naturgemäß für die Nebenschlußstrecke auch loser gestaltet werden, wenn beispielsweise die Stutzen i i in Richtung aus der Zeichenebene herausgekröpft werden. Diese Anordnung hat zur Folge, daß die Heizströme im Werkstück ausgelenkt werden, und zwar je nach Bewegungsrichtung des Werkstückes nach Werkstücksteilen hin, die bereits aufgeheizt bzw. gehärtet wurden, oder nach solchen Stellen, an denen eine Einwirkung durch den Glühkopf noch nicht stattgefunden hat.
• Es ist bereits erwähnt worden, daß die Betätigung der Schalterkontakte auf mechanischem oder elektromagnetischem Wege erfolgen kann. Insbesondere die elektromagnetische- Betätigung kann zu einer voll selbsttätigen Schaltung ausgebaut werden, wenn im Bereich eines jeden Nebenschlusses ein Temperaturüberwachungsgerät vorgesehen wird, das beispielsweise bei Überschreiten einer eingestellten Oberflächentemperatur über einen Verstärker den betreffenden Nebenschluß schaltet. Wenn es sich darum handelt, beispielsweise Ränder, Aussparungen u. dgl. vor Überhitzungen zu schützen, so kann die selbsttätige Schaltung auch in der Weise durchgeführt werden, daß Nasen oder Höcker aus isolierendem Werkstoff auf dem Werkstück lösbar angebracht werden, die,-- sobald sie in den Bereich der in der Nähe der Werkstückoberfläche liegenden Schalterkontakte gelangen, die Schalterkontakte anheben und den Nebenschluß in entsprechender Weise schalten.
• Die Art, wie die Schaltung jeweils in Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck am einfachsten zu erreichen sein wird, ergibt sich für den Fachmann von selbst. Induktionsspulen gemäß der Erfindung können für das fortschreitende Oberflächenhärten von Platten mit oder ohne Aussparungen, Blechen, Formteilen aller Art, MTellen mit oder ohne Nuten, Walzen, Innenbohrungen u. dgl. verwendet werden.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Ein- oder mehrwindige, hochfrequenzgespeiste Induktionsspule zum fortschreitenden Erwärmen, insbesondere zum Oberflächenhärten metallischer Werkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter des Glühkopfes in der Wirkungszone in einzelne Abschnitte unterteilt ist, und daß jedem dieser Abschnitte ein im Bereich geringerer Wirkung auf das Werkstück liegender Leiterteil (6, Abb. i ) geringeren Widerstandes zugeordnet ist, der zur Beeinflussung des Magnetfeldbildes ihm parallel schaltbar ist.
2. 2. Induktionsspule nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine derart paarweise Anordnung der Schalterkontakte, daß bei eingeschaltetem N ebenschluß der zugehörige :-bschnitt des Heizleiters ausgeschaltet ist.
3. 3. Induktionsspule nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nebenschlußschalterkontakte durch Hilfsstücke, Höcker o. dgl., betätigt werden, die aus Isolierwerkstoff hergestellt am Werkstück lösbar befestigt sind. Induktionsspule nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet `durch eine von der Oberflächentemperatur des Werkstückes abhängige elektromagnetische Steuerung der N ebenschlußschaltung.