DE834719C

DE834719C - Inductor for heating cylindrical or similarly shaped workpieces in a circulation process

Info

Publication number: DE834719C
Application number: DED1101D
Authority: DE
Inventors: Hermann Kuhlbars; Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1942-08-08
Filing date: 1942-08-08
Publication date: 1952-03-24
Also published as: FR896835A

Description

Induktor zum Erhitzen von zylindrisch oder ähnlich geformten Werkstücken im Umlaufverfahren Die Erfindung betrifft einen aus mehreren Heizleiterschleifen bestehenden Induktor zum Erhitzen von metallischen Werkstücken, die Zylinder- oder eine ähnliche Rotationsform aufweisen, wobei das Aufheizen im Umlaufverfahren vor sich geht. Das mit dem Induktor auszuübende Verfahren kann dabei einem Erhitzen entweder an der Oberfläche oder zur Gänze dienen, und sofern anschließend abgeschreckt wird, kann eine entsprechende Härtung des Werkstückes erzielt werden.Inductor for heating cylindrical or similarly shaped workpieces in circulation process The invention relates to one of several heating conductor loops existing inductor for heating metallic workpieces, the cylinder or have a similar rotational shape, with the heating in the circulation process before is going. The process to be carried out with the inductor can include heating serve either on the surface or in full, and provided quenched afterwards a corresponding hardening of the workpiece can be achieved.

Induktoren zum Erhitzen von zylindrischen Werkstücken im Umlaufverfahren, die als Heizleiterschleifen ausgebildet sind und sich als solche über der Werkstückoberfläche schließen, gehören einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag an. Die Schleife deckt nach diesem Vorschlag die Breite des zu behandelnden Werkstückes und erstreckt sich höchsten<. über die Hälfte der Mantelfläche des zylindrischen während des Aufheizens mehrfach umlaufenden Werk Stückes. In ebenfalls nicht vorbekannter Abwandlun# dieser Induktorform ist ferner für den gleichen Ver. wendungszweck vorgeschlagen worden, rechteckigekreisring-, rauten-, trapezförmige oder ähnlich ausgebildete Heizleiterschleifen zu verwenden. Gegebenenfalls können auch mehrere solcher Schleifen zueinander anstellbar sein und sich zu einer gemeinsamen Einwirkung ergänzen. Der letztgenannte Vorschlag diente dem Zweck, den Induktor auf verschiedene Werkstückbreitenabmessungen einstellen zu können. Solche Induktoren haben sich in der Praxis bewährt; indes haben Versuche ergeben, daß sich ihr Wirkungsgrad steigern und gleichzeitig die Aufheizwirkung feinstufig abstimmbar gestalten läßt, wenn eine Gestaltung gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird. Diese kennzeichnet sich durch eine Hauptschleife und eine oder mehrere von dieser haarnadel- oder U- oder V-förmig ausgehende Nebenschleifen, die untereinander und mit der Hauptschleife in Reihen- oder Parallelschaltung liegen und in einer Richtung sich erstrecken, die von derjenigen der Hauptschleife abweicht. Die Nebenschleifen werden, vorzugsweise in oder angenähert in Umlaufrichtung des Werkstückes sich erstreckend, dort vorgesehen, wo im Werkstück ein erhöhter Wärmebedarf auftritt. Gegebenenfalls kann eine , Vielzahl solcher Nebenschleifen parallel zueinander vorgesehen sein.Inductors for heating cylindrical workpieces in a circulation process, which are designed as heating conductor loops and close as such over the workpiece surface, belong to an older, not previously published proposal. According to this proposal, the loop covers the width of the workpiece to be treated and extends at the most <. over half of the outer surface of the cylindrical work piece which revolves several times during heating. In a modification of this inductor form, also not previously known, is also available for the same Ver. Purpose been proposed to use rectangular circular ring, diamond, trapezoidal or similarly designed heating conductor loops. If necessary, several such loops can also be adjustable to one another and complement one another to form a common action. The latter proposal served the purpose of being able to adjust the inductor to different workpiece width dimensions. Such inductors have proven themselves in practice; however, tests have shown that their efficiency can be increased and at the same time the heating effect can be made finely tunable if a design according to the present invention is provided. This is characterized by a main loop and one or more of this hairpin or U- or V-shaped secondary loops which are connected in series or in parallel with each other and with the main loop and extend in a direction that deviates from that of the main loop. The secondary loops are provided, preferably extending in or approximately in the direction of rotation of the workpiece, where there is an increased heat requirement in the workpiece. If necessary, a large number of such secondary loops can be provided parallel to one another.

Der Induktor mit seinen Nebenschleifen bildet eine gekrümmte Fläche, die in erster Annäherung das Abbild der Mantelfläche des Werkstückes ist, wobei es in manchen Fällen vorteilhaft sein kann, daß er sich über die Hälfte des Werkstückumfanges hinaus erstreckt. Es ist nicht erforderlich, daß alle Schleifen in dieser gekrümmten Fläche liegen, vielmehr ist es gelegentlich von Vorteil, wenn eine oder mehrere Schleifen in einer anderen Fläche liegen, und zwar gilt dies insbesondere für die Hauptschleife.The inductor with its secondary loops forms a curved surface, which in a first approximation is the image of the outer surface of the workpiece, with In some cases it can be advantageous that it extends over half the circumference of the workpiece extends beyond. It is not necessary that all loops be curved in this one Area, rather it is occasionally an advantage if one or more Loops lie in a different surface, and this is especially true for the Main loop.

Es erhöht den Wirkungsgrad von Leiterschleifen, wenn die Leiter mit Magnetjochen versehen sind. Diese bestehen aus geschichteten Blechen oder aus sog. Masse. Solche Joche können auch bei Induktoren gemäß der Erfindung angewendet werden, und zwar sowohl auf den Haupt- als auch auf den Nebenschleifen. Der an sich hohe Wirkungsgrad des Induktors gemäß der Erfindung wird hierdurch noch gesteigert.It increases the efficiency of conductor loops when using the conductor Magnet yokes are provided. These consist of layered sheets or of so-called. Dimensions. Such yokes can also be used in inductors according to the invention, both on the main and on the secondary loops. The high one in itself This increases the efficiency of the inductor according to the invention.

Mit Induktoren der gekennzeichneten Art läßt sich eine äußerst empfindliche Anpassung an die jeweils gestellte Erhitzungsaufgabe erreichen, indem aus den verschiedenen Möglichkeiten der Ausbildung der Nebenschleifen und deren Anordnung zur Hauptschleife eine geeignete Auswahl getroffen wird. Verbunden mit dem hohen Wirkungsgrad ergeben sich so praktisch besonders wertvolle Induktortypen für das Erhitzen und gegebenenfalls für das Härten zylindrisch oder ähnlich geformter Werkstücke.With inductors of the type indicated, an extremely sensitive Achieve adaptation to the respective heating task by choosing from the various Possibilities for the formation of the secondary loops and their arrangement to the main loop an appropriate selection is made. Combined with the high degree of efficiency This makes it possible to use particularly valuable inductor types for heating and, if necessary, in practice for hardening cylindrical or similarly shaped workpieces.

Im nachfolgenden werden an Hand der Zeichnungen eine Reihe Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die zeichnerische Darstellung ist rein schematisch, und alle Teile, die der Halterung und Führung der Schleifen dienen, Stromzuführungen u. dgl. sowie die Abschreckeinrichtungen für den Fall des nachfolgenden Härtens sind der Übersicht halber fortgelassen.A number of embodiments are described below with reference to the drawings of the invention described. The graphic representation is purely schematic, and all parts that serve to hold and guide the loops, power supply lines and the like, as well as the quenching devices in the event of subsequent hardening are omitted for the sake of clarity.

Abb. i zeigt den Lagerzapfen i einer Kurbelwelle, der von Kurbelwangen 2' und 2" begrenzt wird. Zum Aufheizen dieses Lagerzapfens wird gemäß der Erfindung eine Reihenschaltung von drei Heizleiterschleifen verwendet, von denen die Hauptheizleiterschleife 3 in Achsrichtung des Werkstückes liegt, während die haarnadel-, U- oder V-förmig von dieser ausgehenden Nebenschleifen 7 und 8 sich in Umfangsrichturig des Werkstückes erstrecken. Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades sind bügelförmige Magnetjoche 9, io über den einzelnen Heizleiterschleifenabschnitten angeordnet. In der Abb. i sind diese Magnetjoche nur auf einem Teil der Heizleiterschleifen dargestellt. Sie können selbstverständlich auch über den gesamten Heizleiterschleifen angeordnet oder ferner nur dort verwendet werden, wo ein besonders starkes Aufheizen des Werkstückes erfolgen soll. Der Hochfrequenzstrom wird über Zuführungen 4 und 5 der Hauptheizleiterschleife 3 und damit den in Reihe geschalteten Nebenschleifen 7 und 8 zugeführt. Der Stromverlauf ist durch Pfeile deutlich gemacht. Während der Behandlung des Werkstückes wird dieses in Richtung des Pfeiles 6 gedreht. Unter den Heizleiterschleifen, die aus den entgegengesetzt stromdurchflossenen Ästen 3' und 3" bzw. 7' und 7" bzw. 8' und 8" bestehen, tritt ein sehr wirkungsvolles Aufheizen ein. Da die unter den Nebenschleifen 7 und 8 umlaufenden Werkstückgebit#te bei jeder Umdrehung wesentlich länger der Einwirkung ausgesetzt bleiben als die unter der Hauptleiterschleife 3 umlaufenden Teile des Werkstückes, findet unter den Schleifen 7 und 8 eine erhöhte Wärmezufuhr statt. Durch diese kann bei geeigneter Bemessung die elektrische Streuung zu den begrenzenden Teilen 2' und 2" und die Wärmewanderung zu diesen Teilen völlig ausgeglichen werden.Fig. I shows the bearing journal i of a crankshaft, which is limited by crank webs 2 'and 2 ". To heat this bearing journal, a series connection of three heating conductor loops is used according to the invention, of which the main heating conductor loop 3 lies in the axial direction of the workpiece, while the hairpin -, U- or V-shaped from this outgoing secondary loops 7 and 8 extend in the circumferential direction of the workpiece. To further increase the efficiency, bow-shaped magnet yokes 9, io are arranged over the individual heating conductor loop sections. In Fig Part of the heating conductor loops. They can of course also be arranged over the entire heating conductor loops or, furthermore, only used where a particularly strong heating of the workpiece is to take place and 8 train e leads. The course of the current is made clear by arrows. While the workpiece is being treated, it is rotated in the direction of arrow 6. A very effective heating takes place under the heating conductor loops, which consist of the oppositely flowing branches 3 'and 3 "or 7' and 7" or 8 'and 8 " remain exposed to the action for a much longer period of time than the parts of the workpiece rotating under the main conductor loop 3, an increased heat supply takes place under the loops 7 and 8. With a suitable dimensioning, this can reduce the electrical leakage to the delimiting parts 2 'and 2 " and the heat migration to these parts can be completely compensated for.

Durch zweckentsprechende Anordnung der Nebenschleifenäste kann beim Hirten ohne weiteres ein Verlauf der Härteschicht erzielt werden, wie er beispielsweise in Abb. 2 näher veranschaulicht ist. Diese Abbildung zeigt in vergrößerter Teildarstellung der Abb. i die Anordnung der Schleife 7 im Gebiet der Hohlkehle zwischen Wange 2' und Zapfen i. Der gewünschte Härteverlauf ist durch die schraffierte Fläche 17 dargestellt. Um die hierfür erforderliche Temperaturverteilung zu erzielen, wird die Schleife 7, welche aus den beiden Ästen 7' und 7" besteht, mit dem Ast 7" an der Wange hochgeführt, und zwar um so höher, je weiter die Härteschicht 17 an der Wange hinaufsteigen soll. Auch durch die Form der Magnetjochbleche 9 kann die Form und Ausdehnung der erhitzten und infolgedessen durch Abschrecken gehärteten Schicht beeinflußt werden.By appropriately arranging the secondary loop branches, a course of the hardness layer can easily be achieved in the shepherd, as is illustrated in more detail in Fig. 2, for example. This illustration shows, in an enlarged partial representation of FIG. I, the arrangement of the loop 7 in the region of the groove between the cheek 2 'and the pin i. The desired course of hardness is shown by the hatched area 17 . In order to achieve the temperature distribution required for this, the loop 7, which consists of the two branches 7 'and 7 ", is led up with the branch 7" on the cheek, the higher the higher the hardness layer 17 on the cheek target. The shape and expansion of the heated layer, which is consequently hardened by quenching, can also be influenced by the shape of the magnetic yoke plates 9.

In Abb.3 ist eine ähnliche Form des Induktors dargestellt wie in Abb. i, und deren Wirkungsweise ergibt sich sinngemäß aus <lein zu Abb. i Ausgeführten. Im allgemeinen wird die Wärmewirkung in den Hohlkehlgebieten des Werkstückes bei Anwendung dieses Induktors geringer sein als bei der Ausführungsform nach Abb. i.In Fig. 3 a similar shape of the inductor is shown as in Fig. i, and their mode of operation results from what has been explained in relation to Fig. i. In general, the effect of heat in the fillet areas of the workpiece is at Application of this inductor be less than in the embodiment according to Fig. I.

Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Erfindungsgedankens. Die Hauptschleife 3 erstreckt sich in Achsrichtung des Werkstückes, und die Nebenschleifen 7a, 7 b,' 8 a und 8 b erstrecken sich unter einem Winkel zur Hauptschleife 3 und zur Umlaufrichtung des Werkstückes. Die Heizwirkung ist naturgemäß eine andere als bei den bisher erörterten Formen.Fig. 4 shows another embodiment of the inventive concept. The main loop 3 extends in the axial direction of the workpiece, and the minor loops 7a, 7b, '8 a and 8 b extending at an angle to the main loop 3 and to the circumferential direction of the workpiece. The heating effect is naturally different from the forms discussed so far.

Abb.5 zeigt eine weitere Form des Erfindungsgedankens, die aus einer größeren Anzahl mit Magnetjochen 9 versehener Nebenschleifen 18 besteht, die sich in Umfangsrichtung des Werkstückes erstrecken. Die Nebenschleifen sind in diesem Fall streng genommen unmittelbar Bestandteile eines Astes der Hauptschleife 3. Die Speisung des Induktors erfolgt von den Zuführungen 4 und 5 aus. Um die Heizwirkung in Achsrichtung des Werkstückes zu beeinflussen, sind die Längen der einzelnen Nebenschleifen 18 unterschiedlich.Fig.5 shows another form of the inventive concept, which consists of a There is a larger number of secondary loops 18 provided with magnetic yokes 9, which themselves extend in the circumferential direction of the workpiece. The secondary loops are in this one Strictly speaking, case directly components of a branch of the main loop 3. The The inductor is fed from feeders 4 and 5. To the heating effect The lengths of the individual secondary loops are to be influenced in the axial direction of the workpiece 18 different.

Ein möglichst gleichmäßiges Erhitzen in Achsrichtung des Werkstückes wird mit einem Induktor nach Abb.6 erzielt. Die parallel zueinander angeordneten Nebenschleifen 18 bilden einen Winkel mit der Achse des zu behandelnden Werkstückes oder Werkstückabschnittes. Mit der Ausführungsform nach Abb. 5 besteht insofern Ähnlichkeit, als auch hier die Nebenschleifen Bestandteile eines Astes der Hauptschleife 3 sind. Allerdings liegt die Hauptschleife 3 in einer anderen Flächenebene als die sich in der gekrümmten Mantelfläche des Zylinders erstreckenden Nebenschleifen. Das gleiche gilt für die Ausführungsform nach Abb. 7, nur daß hier die Nebenschleifen 18 sich in Achsrichtung erstrecken.A heating that is as uniform as possible in the axial direction of the workpiece is achieved with an inductor as shown in Figure 6. The arranged parallel to each other Minor loops 18 form an angle with the axis of the workpiece to be treated or workpiece section. With the embodiment according to Fig. 5 is insofar Similarity, as well as here the secondary loops components of a branch of the main loop 3 are. However, the main loop 3 lies in a different surface plane than that secondary loops extending in the curved surface of the cylinder. The same applies to the embodiment according to Fig. 7, only that here the secondary loops 18 extend in the axial direction.

Sowohl bei der Ausführungsform nach Abb. 6 als auch nach Abb.7 können Wirkungsgrad und gewünschte Temperaturverteilung verbessernd durch die Anordnung von Magnetjochen 9 bzw. g' und g" beeinflußt werden, deren Anordnung beispielsweise so erfolgen kann, wie dargestellt. Sie können aber auch größere Abschnitte der einzelnen Äste überdecken. Insbesondere ist es möglich, eine andere Anordnungsweise an den Stirnenden g' und g" vorzusehen, um den Erhitzungsverlauf im Hohlkehlengebiet nach Wunsch zu beeinflussen.Both in the embodiment according to Fig. 6 and Fig.7 can The arrangement improves efficiency and the desired temperature distribution are influenced by magnet yokes 9 or g 'and g ", their arrangement for example can be done as shown. But you can also use larger sections of each Cover branches. In particular, it is possible to use a different arrangement on the Front ends g 'and g "to be provided in order to follow the course of heating in the fillet area Desire to influence.

Der Erfindungsgedanke ist vornehmlich im Zusammenhang mit dem Anwendungsfall des Oberflächenerhitzens bzw. -liärtens von Kurbelwellenzapfen beschrieben. Er kann sinngemäß auch Anwendung finden, wenn es sich darum handelt, Lagerstellen an glatten Wellen, Paßlager, Halslager oder ähnliche Werkstückteile einer Behandlung zum Zweck des Oberflächenhärtens zu unterziehen. Auch Erwärmungen über den gesamten Querschnitt und damit auch Härtungen bis in den Kern lassen sich mit Vorrichtungen nach der Erfindung mit Erfolg durchführen. Was die Schaltung anlangt, so kann an Stelle der in den Ausführungsbeispielen gewählten Reihenschaltung der einzelnen Schleifen eine Parallelschaltung treten.The idea of the invention is primarily in connection with the application the surface heating or surface hardening of crankshaft journals is described. He can also find application when it comes to bearing points on smooth Shafts, fitting bearings, neck bearings or similar workpiece parts of a treatment for the purpose of surface hardening. Also warming over the entire cross-section and thus also hardening down to the core can be carried out with devices according to the Carrying out an invention with success. As far as the circuit is concerned, the in the exemplary embodiments selected series connection of the individual loops Connect in parallel.

Claims

PATENT CLAIMS: i. An inductor consisting of several heating conductor loops for heating metallic, cylindrical or similarly shaped workpieces in the circulation process, - characterized by a main loop and one or more of this hairpin, (J or V-shaped secondary loops, which are connected to each other and to the main loop in series- or parallel connection extending in a direction deviating from the main loop.

2. inductor according to claim i, characterized in that the secondary loops are opposite workpiece sections extend the increased heat requirement in or approximately in the direction of rotation of the workpiece, possibly in a multitude of parallel to each other.

3. inductor according to claim i or 2, characterized in that one loop, preferably the main loop, extends in a different plane than the other loops. Dressed U.S. Patent Publication No. 2164310; French patent specification no. 814759, 814502.