-
Verfahren und Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von langgestreckten
Werkstücken 13s ist an sich bekannt, (laß langgestreckte Werkstücke. wie Rohre,
Stangen und Stäl}e, zweckmäßigerweise im sog. ''orschubverfahren erhitzt werden,
hei welchem eine ein- oder mehrwindige Induktionsspule verwendet wird, die das Werkstück
umschließt und in Anpassung an die Erhitzungsgeschwindigkeit und an die gewünschte
I?in<lringtiefe der Erwärmung vom einen Ende zum anderen Ende des Werkstückes
gefahren wird. Die Durchführung dieser Induktionserhitzung unter Relativbewegung
zwischen Werkstück und Induktor ist deshall> zweckmäßig und in den meisten Fällen
sogar unumgänglich notwendig, weil sonst die zu installierende Leistung, insbesondere
hei langen Werkstücken, außerordentlich groß würde. Hinzu kommt, daß in-it einer
langen Spule, die ein solches langgestrecktes Werkstück vom einen zum anderen Ende
überdeckt, kein gleichmäßiges Erhitzungsbild hervorrufen würde; es ergäben sich
vielmehr in der Spulenmitte durch die stärkere Konzentration des Feldes höhere Temperaturen
als an den Spulenenden.
-
Vielfach ist die Aufgabe gestellt, nicht ein glattes, langgestreoktes
Werkstück zu behandeln, sondern ein solches, das z. B. an einem Ende Außenabmessungen
aufweist, die andere sind als die Außenabmessungen des restlichen Werkstückes. Solche
Werkstücke sind beispielsweise Rohre mit Muffen oder Flansche, Stäbe, Stangen od.
dgl. mit Ansätzen oder walzenartige Werkstücke mit zapfenartigen Ansätzen u.,dgl.
mehr. Ein solches Werkstück im Vorschu verfahren zu erhitzen,
könnte
derart durchgeführt werden, daß eine Spule verwendet wird, deren lichte Weite den
größten Abmessungen des Werkstüokes entspricht. Dies hätte zur Folge, daß auf einem
erheblichen Teil der Länge des Werkstückes, meist sogar dem größten Teil, mit einem
sehr schlechten Kopplungsgrad gearbeitet werden müßte, was aus wirtschaftlichen
Gründen untragbar wäre. Außerdem würde eine komplizierte Leistungs- oder Vorschuliregelung
in Anpassung ran die verschiedenen Werkstückabmessungen erforderlich sein. Eine
weiter: Möglichkeit wäre die, mit zwei Spulen zu arbeiten. nämlich einer Spule,
:die der einen Außenabmessung und einer Spule, die der anderen Außenabmessung des
Werkstückes zugeordnet ist, Nvobei alsdann bei Erreichung der Abmessungsänderung
des Werkstückes die Leistung von der einen Spule auf die andere Spule übergeschaltet
wird. Dieser NN\'e,, ist indes, weil die beiden Verbraucher zu unterschiedliche
Widerstände aufweisen würden, nicht gangj>ar, denn :die Erzeugungsanlage würde auf
diese Weise zu tiivgleidhförmig belastet. :ltißerdem würden sich bei der,Behandlung
des langgestreckten Werkstückabschnittes im Vorschu:bverfahren lies Beginn des Vorschubs
unterschiedliche 1:rwä rmungsverläufe ergeben sowohl hinsichtlich der Temperaturhöhe
als auch hinsichtlich des zeitlichen "Temperaturverlaufs.
-
Die Erfindung hat ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Gegenstand,
durch die es gelingt, diese Schwierigkeiten zu überwinden.
-
,Das Verfahren besteht darin, mittels mindestens dreier, den unterschiedlichen
Werk stücksaibmessutigen angepaßter Einzelspulen zu arbeiten. Die Einzelspulen sind
gruppenweise in Reihe oder parallel zusamtnenschaltbar. Der Endabschnitt des \\'e
rkstückes wird zunächst im Stillstand aufgeheizt, und zwar von einer Spule, die
der Abmessung und Gestalt dieses Abschnittes angepaßt ist. Während dieser Zeit ist
gleichzeitig bei einer Dreieranordnung die mittlere Spule ebenfalls zugeschaltet
und sorgt für eine Temperaturerhöhung in der Nähe des Endabschnittes. Nachdem der
Endabschnitt die gewünschte Temperatur erreicht hat, wird die Kliesein Abschnitt
für :die Stillstandheizung zugeordnete Spule abgeschaltet und der mittleren Spule
die dritte Spule zugeschaltet. Diese seiden Spulen übernehmen nunmehr im Vorschubverfa@hren
das I?rhitzen .des Restabschnittes des Werkstückes.
-
.=\n Hand der schematischen Darstellung (Abb. i) sei der Vorgang näher
erläutert. Es soll gemäß (lein :gewählten Beispiel ein Rohr 4 aufgeheizt «-erden,
das an einem Ende mit einer Muffe 5 versehen ist. Zu diesem Zweck wird -gemäß der
Erfindung so verfahren, daß mittels :der Spule i itn Stillstandverfahren :die -Nluffe
5 aufgeheizt wird. Die Spule hat hierzu einen zylindrischen Teil, der dem Außendurchmesser
der 'Nfuffe entspricht, und kann sich, wie in Abb. i dargestellt, hei i' in Anpassung
an :den Übergang der TNluffe 5 zuin zyliiidrischen Teil -1 des Rohres verjüngen.
Den zylindrischen Teil d des Rohres umfassen die Spulen 2 und 3. Die Spule 2 ist
während des Stillstandheizens, das die Spule i durchführt. parallel oder in Reibe
zugeschaltet und erhöht die Temperatur des zylindrischen Teiles des Rohres in Nachbarschaft
des Überganges zur Muffe. Die Spule 3 ist während dieser Zeit abgeschaltet. Ist
im Muffenabschnitt 5 die gewünschte Temperaturhöhe erzielt, so wird die Spule i
abgeschaltet und die Spule 3 in Reihe oder parallel zugeschaltet. Nunmehr bewegt
sich die gesamte Induktionseinrichtung in Richtung des Pfeiles f über das Werkstück
hinweg und -bringt fortlaufend Abschnitt auf Abschnitt auf Temperatur, bis das gesamte
Rohr überfahren ist. Die Spule 2 wird hierbei so ausgelegt, daß sie während des
Stillstandlieizens eine gewisse Temperaturerhöhung in dem lieatifschlagteli Rohrabschnitt
hervorruft, wobei die Teinperaturhö'he vom .\Iuffenansatz an bis auf Raumtemperatur
unter der Spule 3 abfällt. -Unmittelbar ain @luftenansatz erreicht die Temperatur
]in Augenblick des schaltens der Spule i die erwünschte Höchsttemperatur. Die Temperattirerliölitilig
unter der Spule 2 setzt sich zusammen aus einer auf Induktion zurückzuführenden
Wärineei-zeugung und aus einem gewissen \\'ürmefluß von der Muffe her.
-
Die Spulen müssen, um (las gewünschte Erhitzungsbild sicherzustellen,
unterschiedliche Wärmewirkungen in der Zeiteinheit hervorrufen. Siemüssetidalierentwecler
unterschiedlicheAmperewindungszahl aufweisen oder in an sich bekannter Weise mit
entsprechenden \lagiietjoclien ausgerüstet sein. Beide -#laßiiahmen können auch
gleichzeitig angewendet werden. Die Gesamtvorrichtung muß aber gemäß der Erfindung
so geetaltet sein, daß die Summe der Scheinwiderstände der Spule i und der Sptlle
2 (R i + R 2) praktisch gleich der Summe der Scheinwiderstände der Spulen 2 und
3 (R 2 + R 3) ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Erzeugeranlage während
der Stillstandperiode und während der Vorschulbperiode gleichmäßig belastet ist.
-
Wie hoch die Amperewindungszahl im einzenlen Falle zu wählen ist und
in welchem Maße gegebenenfalls Magnetjoche aufzusetzen sind, ergibt sich unter Anpassung
an den jeweiligen Sonderfall durch einige Stichversuche. desgleichen auch die Auslegung
der Spule 2 zur Erzielung des gewünschten Erhitzungsbildes in ihrem Bereich während
der Stillstandlieizung.
-
Bei dem in AN). i gewählten Beispiel ist die Vorrichtung so
aufgebaut. daß die Spule i ini abgeschalteten Zustand die Relativliewe@gung über
das Werkstück mitmacht. l?s könnte naturgemäß die Anordnung auch so getrosten werden,
daß die Spulen 2 und 3, unabhängig von der Spule i axial beweglich sind, so claß
die Spule i nach vollendeter Stillstandsheizung in ihrer Stellung verharrt.
Bei
der Behandlung eines Werkstückes. etwa von der Form nach Abb. 2, müßte
die Spule i stehenbleiben, während sich die Spulen 2 und 3 gemeinsam in Richtung
des Pfeiles 6 bewegen, um die Vorschuherbitznng der Gesamtlänge des Werk-Stückes
durchzuführen.
In den gewählten Beispielen sind jeweils drei Spulen
vorgesehen, die gruppenweise in der angegebenen Art parallel oder in Reihe zueinander
geschaltet werden können. Es ist aber auch möglich, mit mehreren Spulen zu arbeiten,
wobei beispielsweise dein Muffenteil mehrere Spulen, insbesondere zwei Spulen, zugeordnet
sind. Auch die mittlere SIittle 2 bzw. die Endspule 3 könnten jede für sich aus
mehreren Spulen ,bestehen. Auch in diesen Fällen muß der Scheinwiderstand R i der
einen Gruppe zuzüglich dem Scheinwiderstand ,der nächsten Gruppe R 2 der Summe der
Scheinwiderstände der zweiten Gruppe R 2 zuzüglich dem Schein«-iderstan.d R 3 der
dritten Gruppe praktisch gleich sein.
-
311t dem Verfahren gernäß der Erfindung können unter Anwendung der
Vorrichtung gemäß der Erfindung langgestreckte @N'erkstücke der verschiedensten
Art behandelt werden. Außer dein @uffenrohr, das dem Ausführungsbeispiel zugrunde
gelegt wurde, können Bohrgestänge, Bohrrohre, SchNverstangen u. dgl.behandelt werden,
die ebenfalls einerdig mit eirium Allschnitt größerer Abmessung versehen sind.
Es ist ferner möglich, walzenartige Körper, wie in _11n. 2 .dargestellt,
zu behandeln, die einerdig mit einem Zapfen od. dgl. verseben sind, der geringere
:ltißenabmessungen aufweist als der restliche Werkstück-abschnitt. Selbstverständlich
kann das ztt behandelnde Werkstück sowohl ein Hohlkörper als auch ein Vollkörper
sein. Es ist ferner nicht notwendig, (laß es sich um Rundkörper handelt, es können
auch sinngemäß stal>-f(*irinige Körper ,behandelt werden, die ovalen, viereckigen
oder mehreckigen Querschnitt aufweisen. `rerfa'hren und Vorrichtung können ferner
für sämtliche l:rllitztirigs@irteri benutzt werden, gleial1gültig zu welchem l.'.ndzweck
die 1?rliitzun" vorgenotninen wird, d. h. also gleichgültig ob es sich beispielsweise
tim ein Ausglühen, Vergüten, (aberflächenhä rten und Erhitzen zum Zwecke des Warniformgeliens
handelt.
-
Während der gesamten Behandlung kann das Werkstück auch in axialen
Umlauf versetzt werden, was in an sich bekannter Weise günstig auf die 'I'emlierattirverteilung
einwirkt. Ein axialer Umlauf wird im allgemeinen nur bei der Behandlung von Rotationskörpern
möglich sein. Die Spulen können der Form des Werkstückes weitgehend angepaßt sein,
obwohl (lies nicht unumgänglich notwendig ist. Vor allem die Spule, die im Stillstand
aufheizt, kann der Form des Endabschnittes weitgehend angepaßt sein, beispielsweise
konisclienTeilen folgen od. dgl. (vgl. _111. i).
-
Die Induktoren sind als Spulen beschrieben worden, die sich tim das
Werkstück herum schließen. Es ist aber auch möglich, an Stelle der Spulen Ileizleiterschleifen
zu verwenden, die sich über der Werkstückoberfläche schließen, wobei die Schleifen
die verschiedenartigsten Formen auf-\\-eisen könnten. Die Leiter können ;beispielsweise
derartig mäanderförmig verlegt werden, daß sie sich zu einem, (las Werkstück umschließenden
Induktor ergänzen. Im letzten Falle ist ein axialer Umlauf des Werkstückes genau
wie bei Spulen nicht erforderlich, wohingegen ein :axialer Umlauf notwendig ist,
wenn es solch um einfache Schleifen handelt.
-
Das Verfahren ist besonders geeignet für die Glühbehandlung von Muffenrohren
aus Gußeisen, welche z. 13. in gegebenenfalls gekühlten -Metallkokillen hergestellt
sind und bei welchen durch die Glühbehandlung, z. B. bei Temperaturen von über goo°,
vorzugsweise von 1040 bis 1100', das infolge der Abschreckwirkung des Kokil,lengusses
weiß erstarrte Gefüge umgewandelt werden soll.