DE767773C - Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Oberflaechenerhitzen - Google Patents

Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Oberflaechenerhitzen

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DE767773C
DE767773C DED82486D DED0082486D DE767773C DE 767773 C DE767773 C DE 767773C DE D82486 D DED82486 D DE D82486D DE D0082486 D DED0082486 D DE D0082486D DE 767773 C DE767773 C DE 767773C
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DE
Germany
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workpiece
coil
heating
spray device
progressive
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Expired
Application number
DED82486D
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English (en)
Inventor
Gerhard Dr-Ing Seulen
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Deutsche Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Description

  • Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Oberflächenerhitzen Zusatz zum Patent 7672271 Gegenstand des Patents 767 22,7 sind ein: Verfahren: und eine Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Oberflächenerhitzen vom: metallischen Gegenständen und anschließendem Abschrecken, wobei unter Verwendung ein- oder mehrwindiger Spulen und Spritzvorrichtungen die gewünschte Temperaturverteilung in den Oberflächenschichten des zu behandelnden Werkstückes durch; ge eignete Kühlung während des Aufheizens geregelt wird. Demgemäß werden, bei den Maßnahmen nach Patent 767:2:27 unabhängig davon, o#b das Werkstück insgesamt auf Temperatur gebracht werden soll oder ob eine nur teilweise Temperaturerhöhung gewünscht wird, wobei gewisse Teile entweder überhaupt nicht oder in nur geringem Maße erwärmt werden sollen, die elektrischen Bedingungen während des fortschreitenden Aufheizvo:rganges konstant gehalten, während die Temperaturverteilung im Werkstück selbst durch eine mehr oder weniger starke Kühlung geregelt wird. Diese Maßnahmen haben u. a;. den Vorteil, daß stets optimale- elektrische Bedingungen eingehalten werden können.
  • Das Verfahren nach Patent 767 227 und die Vorrichtungen zu seiner Ausübung haben sich gut bewährt, und zwar besonders, in den Fällen, in denen es seich darum handelt, Werkstücke mit gleichbleibenden Querschnitten zu behandeln. Dabei gelingt es, die Kühlung den verschiedensten Anforderungen ohne weiteres anzupassen. Der elektrische Wirkungsgrad ist günstig.
  • Gemäß der Erfindung sollen in Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens nach Patent 767.227 der an sich günstige Wirkungsgrad noch verbessert und gewisse Schwierigkeiten beseitigt werden, die dann auftreten, wenn es sich darum handelt, Werkstücke zu erhitzen und abzuschrecken, die mehr oder weniger sprunghaft wechselnde Ouerschnittsformen aufweisen, d. h. also die beispielsweise mit Nocken, Rippen, Anschlägen od. dgl. versehen sind, welche aus der sonst gleichförmigen Oberfläche herausragen-Hierzu wird vorgeschlagen, den Abstand der nachgeordneten Spritz- oder Abschreckv orrichtung von der Spule während des fortschreitenden Erhitzens regelbar zu gestalten. Zweckmäßigerweise wird die Einregelung des jeweils gewünschten Abstandes zwischen Spritzvorrichtung und Heizspule selbsttätig gestaltet, wobei die erforderliche Relativbewegung der beiden Teile zueinander von der Bewegung des Werkstückes abgeleitet werden kann. Die Mittel, diese Bewegungsabhängigkeit sicherzustellen, sind aus der Technik des Werkzeugmaschinenbaues bekannt, und sie bestehen aus Kurvenscheiben, Anschlägen, Nocken od. dgl. Gemäß der Erfir1-dang kann ferner die Spritzeinrichtung in Anpassung an die im Werkstück gewünschte Temperaturverteilung in einzelne Abschnitte unterteilt werden. Die einzelnen Abschnitte sind unabhängig voneinander steuerbar, und zwar sowohl bezüglich ihrer Abstände von der Spule als auch bezüglich der Stärke der Kühlwirkung, die sie ausüben können, d. h f also bezüglich der in der Zeiteinheit ausgespritzt-en Kühlmittelmenge. In vielen Fällen wird es jedoch genügen, lediglich eine veränderliche Einstellbarkeit der Abstände vorzusehen, während auf eine regelbare Einstellbarkeit der ausgespritzten Kühlflüssigkeitsmenge verzichtet werden kann.
  • Die Maßnahmen gemäß der Erfindung beruhen auf der Ausnutzung von Zuständen, die durch die Induktionswirkung gegeben sind und die im nachfolgenden an Hand der Abb. 1 erläutert «-erden sollen.
  • Das Werkstück 1 soll durch eine Induktionsspule 3, die das 'Werkstück umfaßt, erwärmt werden, wobei das Werkstück sich in Richtung des Pfeiles z durch die Heizeinrichtung hindurchbewegt. Die in der in Abb. 1 geschnitten gezeichneten Spule 3 fließenden Ströme 2o, deren Richtung durch Pfeilspitze und Pfeilenden gekennzeichnet ist, erzeugen ein magnetisches Feld, das durch konzentrische Kreise 11 schematisch angedeutet ist. Die Kraftlinien des magnetischen Feldes schließen sich im Werkstück nicht nur unmittelbar unter dem Heizleiter, sondern je nach gewähltem Kopplungsgrad auch in mehr oder weniger weit vom Heizleiter entfernt liegenden Teilen des Werkstückes. Dementsprechend werden im Werkstück nicht nur unmittelbar unter dem Heizleiter Heizströme zur Entstehung gebracht, sondern auch in den Werkstückteilen, die vom Heizleiter weiter entfernt liegen, in denen sich aber auch magnetische Kraftlinien schließen.
  • Nenn nun die Spritzeinrichtung 6, die dem Abkühlen bziv. Abschrecken des Werkstückes anschließend an das Aufheizen dient, in einem Abstand 8 vom Heizleiter angebracht wird, so wird zum Aufheizen des @t'erkstfckes annähernd das gesamte bestehende magnetische Feld 11 ausgenutzt. Wird hingegen die Spritzv orrichtung in die Lage 6' gebracht, so würde zum Aufheizen des Werkstückes nur noch 4 derjenige Teil des magnetischen Feldes ausgenutzt, der unmittelbar unter der Spule entsteht, während die Wirkung des übrigen Teils des magnetischen Feldes durch das Kühlmittel vernichtet würde. Bei gleichbleibenden elektrischen Bedingungen würde daher bei einer Anordnung der Spritzvorrichtung an der Stelle 6 eine wesentlich stärkere Erwärmung erfolgen als dann, wenn die --",bschreckvorrichtung bei 6' vorgesehen wäre.
  • Wenn die elektrischen Bedingungen so eingestellt sind. daß bei einem gewissen kontinuierlichen Vorschub des Werkstückes die gewünschte Härtetemperatur im Punkt 12 unter Ausnutzung fast des gesamten magnetischen Feldes 11 erreicht wird. so würde bei Verringerung des Abstandes der Spritzeinrichtung von der Spule 3, d. h. also bei Anordnung der Spritzeinrichtung etwa bei 6' eine wesentlich geringere Temperaturerhöhung im Augenblick des Abschreckens vorliegen, was je nach den gewählten Bedingungen entweder zu einer geringeren Einhärtung oder auch zu einem völligen @'Veichbleiben des Werkstückes führt. Letzteres wäre dann der Fall, wenn die Wirkung der Spritzeinrichtung und die elektrische Einwirkung der Spule so aufeinander abgestimmt sind, daß an dieser Stelle eine wesentliche Temperaturerhöhung nicht eintreten würde.
  • Im praktischen Betrieb werden diese Vorgänge in der Weise ausgenutzt, daß an den Stellen, an denen eine geringere Temperaturerhöhung erfolgen soll, die Spritzeinrichtung sprunghaft ihren Abstand von der Spule verringert. Diese Bewegung kann in Abhängigkeit gebracht werden von der Vorschubbewegung des Z@'erkstückes, wobei die an sich bekannten Mittel aus dem Werkzeugmaschinenbau zur Anwendung gelangen, wie beispielsweise Kurvensteuerungen, Anschläge u. dgl. Da selbstverständlich: auch jede Zwischenstellung der Spritzeinrichtung zwischen den beiden äußersten Fällen 6 und 6' möglich ist, können ohne Änderung der elektrischen Bedingungen an der Oberfläche des- Werkstückes durch einfache Veränderung des Abstandes 8 zwischen Spule 3 und Spritzeinrichtung 6 willkürlich Abschnitte stärkerer und geringerer Temperaturerhöhung im. Werkstück und damit größere -und geringere Härteannahme oder Einhärtung erzielt werden.
  • In weiterer dieses Gedankens ist es ferner möglich, die Spritzeinrichtung in einzelne Abschnitte zu unterteilen, wie dies in Abb.2 schematisch angedeutet ist. Das Werkstück z soll durch die strichpunktiert angedeutete Heizspule 3 erwärmt werden, wobei das Werkstück sich in Richtung des .Pfeiles 2 durch, die Heizeinrichtung hindurchbewegt. Die Stelle 9 der Werkstüclio#beTfläcb,e soll nicht gehärtet werden, sondern weich bleiben, weil: an dieser Stelle beispielsweise nachträglich Bearbeitungen vorgenommen oder Teile aufgeschweißt werden sollen. Die Spritzvorrichtung q, ist in einzelne Abschnitte 5, 6 und 7 unterteilt, deren Abstand von der Spule unabhängig voneinander eingestellt werden soll. Während sämtliche Spritzeinrichtungen bei der Behandlung des größten: Teils des: Werkstückes r den Abstand 8 vorn der Spule 3 aufweisen, führt der mittlere Abschnitt 6 in dem Augenblick, wo die weich zu haltende Stelle 9 des -Werkstückes die Heizvorrichtung erreicht, eine den Abstand zwischen Spule und Spritzvorrichtung verringernde Bewegurig durch, so, daß der Teil 6 in die Lage 6' zur Spule 3 gelangt. Die Folge hiervon: ist eine wesentlich geringere Erwärmung des Werkstückes in dem Bereich, der dem Abschnitt der Spritzeinrichtung 6 entspricht, und zwar für die Zeit, solange die Relativlage zwischen Spritzvorrichtung 6' und Spule 3 eingehafen wird. Wenn das Werkstück auf seinem Wege weitergewandert ist und die Stelle die erreicht, wo der weich zu bleibende Teil 9 seinen Ab, schluß findet, springt die Spritzeinrichtung von 6' nach 6 zurück, so d:aß wieder der Zustand herbeigeführt ist, gemäß welchem. das Werkstück auf seiner gesamten Oberfläche. gleichmäßig erwärmt wird. Die Relativbewegung des- Abschnittes. 6 zur Spule 3 im Sinn des Pfeiles ro kann selbsttätig und wie bereits in Verbindung mit Abb. z beschrieben, von. der Bewegung des Werkstückes abgeleitet sein.
  • In manchen Fällen kann es. zweckmäßig sein, nicht nur die Relativlage der einzelnen Spritzeinrichtungsabschnitte gegenüber der Spule 3 veränderlich zu gestalten, sondern auch die Stärke der Kühlmittelzufuhr und damit die Stärke der Kühlwirkung an sich zu regeln. Auch diese Regelung kann, selbstverständlich mit bekannten Mitteln selbsttätig gesteuert werden.
  • Die Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung ist jedoch nicht auf die beiden Beispiele beschränkt, bei denen es. sich um die Behandlung von Werkstücken handelt, deren Oberfläche eben ist. Mit großen Vorteilen können sie sinngemäß auch angewendet werden auf Werkstücke, dhie mit Vorsprüngen wie Nocken, Rippen, Leisten u. dgl. versehen sind. In Abb.3 ist die Behandlung eines solchen Werkstückes schematisch dargestellt, wobei die Spule geschnitten: ist. Das Werkstück i wird in Richtung des Pfeises:2 durch die Heizspule 3 hindurchbewegt. Im Bereich der rippenartigen Erhöhung 13 des Werkstückes z wird durch, das magnetische Feld z r eine bestimmte Heizwirkung hervorgerufen. Die Wirklage der Spritzvorrichtung ist dabei durch Pfeile 6 angedeutet. Im Zuge- der fortschreitenden Bewegung des Werkstücke-s gelangen Werkstück und Spule schließlich in die bei 3' angedeutete Stellung zueinander. In dieser Stellung schließt sich das. magnetische Feld in erster Linie durch die Ablauffläche 14 der rippenförmigen Erhöhung und, sofern sämtliche Bedingungen gleichgehalten würden, ergäbe sich ein starkes Überhitzen der Stelle 1q., während an der im Auslauf der Rippe liegenden Stelle 15 eine nennenswerte Erwärmung nicht eintreten würde. Um dies zu vermeiden, wird die Spritzeinrichtung 6 eine Zeitlang an der Stelle 1q. festgehalten, d. h. also die Spritzeinrichtung wird gezwungen, eine Zeitlang die Bewegung des Werkstückes mitzumachen" wodurch eine erbeb. liehe Kühlwirkung an der Stelle 1q. erzielt und dadurch ein, Überhitzen vermieden wird. Nach geraumer Zeit nimmt die Spritzeinrichtung die Relativbewegung zum Werkstück wieder auf, wobei mit Rücksicht auf den bei 3" angedeuteten größeren Abstand zwischen Heizleiter und, Werkstückoberfläche der Abstand zwischen Spritzeinrichtung 6 und Spule größer gewählt wird. Es ist auch möglich, die gleichmäßige Temperaturerhöhung und damit die gleichmäßige Einhärtung dadurch sicherzustellen, daß zusätzlich oder ausschließlich die Stärke der Kühlmittelzufuhr vergrößert oder verringert wird, während die kritischen Stellen 1q. und 15 durchlaufen werden. Es kann auch beispielsweise beim Durchlaufen der Stelle 15 die Kühlmittelzufuhr für eine bestimmte Zeit ganz abgestellt werden.
  • In der Bescheibung bzw. in den: Abbildunr gen wird angenommen, daß die Spulen, die Werkstücke umfassen. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind sinngemäß auch dann anwendbar, wenn es sich um Spulen handelt, die sich über der `Verkstückoberfläche schließen.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Vorrichtung, bestehend aus einer ein- oder mehrwindigen Spule und Spritzvorrichtungen zur Ausübung des Verfahrens des fortschreitenden induktiven Oberflächenerhitzens von metallischen Gegenständen und anschließenden Abschreckens, bei welchem gemäß Patent 767 227 die gewünschte Temperaturverteilung in den Oberflächenschichten des zu behandelnden Werkstückes durch geeignete Kühlung während des Aufheizens geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Spritz- oder Abschreckvorrichtung von der Spule während des fortschreitenden Erhitzens, gegebenenfalls selbsttätig, regelbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritz- und Abschreckvorrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die unabhängig voneinander bezüglich ihrer Abstände von der Spule und gegebenenfalls auch bezüglich der Stärke ihrer Kühlwirkung einsteilbar sind.
DED82486D 1940-04-17 1940-04-17 Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Oberflaechenerhitzen Expired DE767773C (de)

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