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Einrichtung zur symmetrischen Aufheizung von Werkstücken mittels hochfrequenter
Wirbelströme Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur gegenseitigen Abgleichung
der mit mindestens einem Induktionsschleifenpaar von einem Hochfrequenzsender auf
zwei Flanken eines aufzuheizenden Werkstückes übertragenen elektrischen Leistung.
Beispielsweise handelt es sich darum, die Zähne eines Zahnrades, die Schaufeln einer
Turbine, die Messer einer Fräse oder andere ähnliche Gegenstände mittels hochfrequenter
Wirbelströme für die Härtung auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen. Es kann
dabei wesentlich sein zur Vermeidung von einseitigen Deformationen, daß zwei symmetrisch
liegende Flanken des Werkstückes, z. B. die beiden Flanken eines Zahnes, während
des ganzen Prozesses gleichmäßig beheizt werden. Es ist deshalb notwendig, daß die
an die beiden Flanken abgegebene Leistung dauernd überwacht und gegebenenfalls abgeglichen
wird.
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Die erfindungsgemäße Anordnung besteht nun darin, daß die elektrische
Kopplung des Senders über die Induktionsschleifen an die beiden Werkstückflanken
entsprechend der Differenz des Spannungsabfalls an den beiden Schleifen des Induktionsschleifenpaares
verändert wird.
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Es kann dabei die Differenz dieses Spannungsabfalls zur automatischen
Abgleichung der Leistungsabgabe verwendet werden, indem beispielsweise mit Hilfe
eines elektromechanischen Systems das Induktionsschleifenpaar gegenüber dem ruhenden
Werkstück verschoben wird, bis der
gewünschte Ausgleich erreicht
ist. Natürlich kann auch das Werkstück gegenüber dem ruhenden Induktionsschleifenpaar
verschoben werden, oder es kann auch die Kopplung der beiden Zweige des Induktionsschleifenpaares
gegenüber dem Senderausgangskreis entsprechend verändert werden.
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Selbstverständlich können auch gleichzeitig mehrere Schleifenpaare
überwacht werden. So kann z. B. ein zylindrisches Werkstück innerhalb einer kreisförmigen
Induktionsspule genau zentriert werden, wie an Hand eines Ausführungsbeispiels weiter
unten gezeigt werden wird.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht weiter aus einer. Meßbrücke
zur Messung der Differenz des Spannungsabfalls, deren Anzeigeinstrument bei gleicher
Leistungsabgabe der beiden Schleifen des kontrollierten Induktionsschleifenpaares.
stromlos bleibt: Die bei ungleicher Leistungsabgabe am Anzeigeinstrument der Meßbrücke
auftretende Spannung kann beispielsweise zur Steuerung eines Motors dienen, der
automatisch die Verschiebung des Werkstückes, des Induktionsschleifenpaares oder
der Koppelspulen vornimmt. Selbstverständlich kann die Leistungsabgabe auch manuell
entsprechend den Ausschlägen des Instruments der Meßbrücke reguliert werden.
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Die Zeichnung, mit deren Hilfe die Erfindung im folgenden erläutert
wird, veranschaulicht die zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Einrichtungen.
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Fig. i zeigt eine Anordnung des Induktionsschleifenpaares gegenüber
den Flanken des Zahnes eines Zahnrades; Fig.2 gibt ein Schaltungsbeispiel einer
Meßbrücke zur Kontrolle der Leistungsabgabe wieder; Fig. 3 stellt eine erfindungsgemäße
Anordnung bei spezieller Kopplung des Induktionsschleifenpaares gegenüber dem Ausgangskreis
des Senders dar; Fig. 4 und 5 zeigen je eine erfindungsgemäße Anordnung zur Zentrierung
eines Werkstückes inner-. halb einer Induktionsspule.
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In Fig. i ist als Werkstück der zu härtende Zahn i eines Zahnrades
gewählt. Die beiden Schleifenstücke 2 und 3 bilden ein Induktionsschleifenpaar,
das von einem hochfrequenten Strom durchflossen ist, der von einem an den Klemmen
8 und 9 angeschlossenen, aber nicht gezeichneten Sender geliefert wird. Die von
jeder Schleife auf die Zahnflanke übertragene Leistung ist proportional dem Quadrat
des Spannungsabfalls zwischen den Punkten 4 und 5 bzw. 6 und 7 der beiden Schleifen.
Eine gleichmäßige Leistungsabgabe an beide Zahnflanken bedingt somit lediglich die
Kontrolle dieses Spannungsabfalles. Wird beispielsweise der Zahn nicht exakt symmetrisch
zwischen den Schleifen 2 und 3 gelagert, so macht sieh dies bemerkbar in einer Differenz
des Spannungsabfalls zwischen den Punkten 4 und 5 und des Spannungsabfalls zwischen
den Punkten 6 und 7.
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Diese Spannungsdifferenz wird vorzugsweise mittels einer Meßbrücke
M, wie sie Fig. 2 zeigt, festgestellt. Die Klemmen 14 und i 5 des -'Kpppeltransformators
io sind mit den Punkten q. und @ der Schleife 2 und die Klemmen 16 und 17 des Koppeltransformators
i i mit den Punkten 6 und 7 der Schleife 3 verbunden. Die Kondensatoren 12 und 13
werden über die Gleichrichter 18 und i9 auf eine bestimmte Spannung aufgeladen.
Parallel zu den Kondensatoren 12 und 13 liegt ein Anzeigeinstrument 20, dessen Empfindlichkeit
durch den Shunt 21 verändert werden kann. Der Widerstand 22, der parallel zu den
Kondensatoren 12 und 13 liegt, dient zur Abgleichung der beiden Gleichriehterkreise,
so daß durch Verschiebung des Kontaktes23 bei gleicher Spannung an den Eingängen
der beiden Koppeltransformatoren io und i i das Instrument 20 stromlos bleibt.
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Falls nun die -Leistungsabgabe von den beiden Schleifen 2 und 3 an
die Zahnflanken verschieden groß ist, wird dies durch den Zeigerausschlag des Instrumentes
20 feststellbar, und im einfachsten Fall kann rein manuell das Werkstück i innerhalb
der beiden Schleifen 2 und 3 verschoben werden, bis das Instrument 20 wieder stromlos
wird. Ganz nach Belieben kann zur Abstimmung der Leistungsabgabe das Werkstück oder
das Schleifenpaar verlagert werden.
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Fig. 3 zeigt eine andere Anordnung des Induktionsschleifenpaares.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Schleifen 32 und 33 zur Beheizung
des Werkstückes 31 getrennt mit dem Ausgangskreis 34 des Senders über die Spulen
35 bzw. 36 gekoppelt. An den Klemmen 37 und 38 ist der nicht gezeichnete Hochfrequenzsender
angeschlossen. Wird durch das Meßinstrument M an den Klemmen 39 und 40 eine andere
Spannung als an den Klemmen 41 und 42 festgestellt; so erfolgt die Korrektur durch
Verschiebung der Spulen 35 und 36 gegenüber der Spule 34.
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Vorzugsweise wird dabei, wie in der Zeichnung durch Doppelpfeil angedeutet,
die Spule 34 verschoben, aber selbstverständlich können auch die Spulen 35 und 36
in irgendeiner bekannten zweckdienlichen Weise gegenüber der Spule 34 verlagert
werden.
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Soll die Korrektur der Leistungsabgabe automatisch erfolgen, so wird
die am Instrument 20 der Meßbrücke M liegende Spannung evtl. nach Verstärkung zur
Steuerung irgendeines bekannten elelktro-mechan.ischen Wandlers, z. B. eines Servomotors,
verwendet, der dann die Verschiebung des Werkstückes, - der Induktionsschleifen
oder der Koppelspulen vornimmt.
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Fig:4 zeigt, wie mit Hilfe der Erfindung ein kreisförmiges Werkstück
41 innerhalb einer Induktionsspule 42 zentriert werden kann. An der InduktiOnssPule
42 sind längs ihres Umfanges durch die Klemmen 43 bis 50 vier Teile abgegrenzt,
wobei als Induktionsschleifenpaar je zwei diametral gegenüberliegende, gleich große
Teile zusammengefa$t sind. An den Klemmen 43 und 44 sowie den Klem-. men 47 und
48 des einen Induktionsschleifenpaares ist eine erste Meßbrücke Ml, wie sie in Fig.
1 erläutert wurde, angeschlossen, und an den Klemmen 45
und 4f>
bzw. den Klemmen 4(9 und 5o des anderen Induktionsschleifenpaares ist eine zweite
Meßbriicke 11, angeschlossen. Entsprechend den Ausschlägen der Instrumente
der Meßbrücke Ml und M2 wird das Werkstück manuell oder automatisch in Richtung
der Achse x-x bzw. y-y verschoben, bis die I_eistungsabgahe von allen - vier Induktionsspulenteilen
gleich ist und somit eine gleichmäßige 13eheizung des Werkstückes von allen Seiten
sichergestellt ist. F ig. 5 zeigt eine zur Fig. 4 analoge Anordnung mit rechteckiger
Spule und Werkstückforrü, wobei die zu Fig. 4 gemachten Erläuterungen ohne weiteres
Geltung haben.
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Es kann ein Werkstück außer in zwei zueinander senkrechten
Richtungen x und y, wie in Fig.4 oder 5, auch noch in einer dritten Richtung, die
zu den beiden Richtungen x und y senkrecht steht, auf gleiche Leistungsabgabe überprüft
werden. Zu diesem Zweck ist lediglich auch noch das Induktionsschleifenpaar, welches
das Werkstück in der dritten Richtung beheizt, entsprechend dem erfindungsgemäßen
Verfahren auf gleichen Spannungsabfall an den beiden Schleifen beidseitig des Werkstückes
zii iil>erliriifen.