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Glühkopf für elektroinduktives Erhitzen
| Bekanntlich k@niien metallische Gegenstände, ins- |
| 1>esondere Stahlgegenstände, ganz oder an der |
| Oberfläche erhitzt werden, indem um das Werk- |
| stÜck herum eine ein- oder mehrwindige Spule |
| gelegt wird, die entweder unmittelbar oder unter |
| Zwis henschalten eines Transformators an eine |
| Stromduelle hoher Frequenz angeschlossen wird. |
| gesehen x-on der angewendeten Leistung und |
| Frequenz 'hängen die Schnelligkeit der Temperatur- |
| er'höhung und die Temperaturverteilung in dem zu |
| behandelnden Werkstück bei diesem elektroinduk- |
| tiven Erhitzen sehr wesentlich von der Größe der |
| elektrischen Kopplung ab, in der die Spule zu dem |
| betreffenden Werkstück steht. Insbesondere dann, |
| wenn es sich darum handelt, nur eine Oberflächen- |
erwärmung zwecks Oberflächenhärtens durch nac'hfolgendesAbsc'hrecken zu erzielen,
ist das Einshalten einer bestimmten Größe der Kopplung von Wichtigkeit, damit einerseits
Überhitzungen und Erwärmungen auf zu großen Tiefen und andererseits zu geringe Erwärmungen
vermieden werden, während sich das Werkstück kontinuierlich durch die Spule h i
ndu rch bewegt.
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Die Heizspule hat in Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck
verschiedenartige Ausbildung erfahren. Allen Vorschlägen war aber gemeinsam, .daß
die Spule während des Heizvorgangs das zu behandelnde Werkstück vollkommen starr
umschloß. Auch @d-ie Spulen, die aufklappbar gestaltet sind, um ein Aufschieben
auf sperrige Werkstücke
zu ermöglichen, sind nach Schließen und
während des Glühvorgangs starr. Das gleiche gilt für Spulen, deren lichte Weite
durch ein oder molirere bewegliche Glieder in den stromführenden Teilen veränderlich
ist. Die Veränderung der lichten Weite wird in Anpassung an die Abmessungen des
zu behandelnden Werkstücks vorgenommen, ehe das Aufheizen beginnt. Während des Aufheizens
ist die eingestellte Form der Spule starr. Die starre Ausbildung bzw. die starre
.-Aufrechterhaltung der eingestellten Form während des Aufheizens hat den Zweck,
die einmal gewählte Kopplung zwischen Spule und Werkstück unter allen Umständen
aufrechtzuerhalten, wobei das richtige Einhalten des jeweiligen Abstandes gelegentlich
noch durch Anordnung von Abstandhaltern unterstützt wird.
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Die starre Spule hat sich -in der Praxis gut liewälirt, und es lassen
sich mit ihr sämtliche Erh-itzungsvorgänge bewerkstelligen, bei denen eine Relativbewegung
zwischen Werkstück und Spule nicht eintritt. Sofern zwischen Werkstück und Spule
zum Zweck einer kontinuierlichen Härtung eine Relativbewegung stattfindet, ist die
Anwendbarkeit starrer Spulen auf solche Fälle beschränkt, in denen die Fläche des
Werkstucks vollkommen eben ist oder einen gleichmäßigen Rotationskörper darstellt.
Es ist daher nicht möglich, Werkstücke fortschreitend zu erwärmen, deren Oberfläche
von der ebenen Ausdehnung abweicht.
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Die Gründe für die Abweichung der Oberflächen von der vollkommenen
Ebene können ungewollter und gewollter Art sein. So ergeben sich z. B. bei der Oberflächenerhitzung
zwecks oberflächlicher Härtung von langgestreckten, verhältnismäßig dünnen Körpern,
wie Blechen, Platten u. dgl., solche Abweichungen von der Ebene durch Verzug. Das
Blech oder die Platte wirft sich in einer oder in mehreren Richtungen, und bei Verwendung
starrer Spulen läßt sich dann nicht in allen Abschnitten die als zweckmäßig erkannte
und gewählte Kopplung aufrechterhalten, oder aber es müssen Vorkehrungen getroffen
werden, um das Werfen überhaupt zu verhindern. Maßnahmen dieser Art haben zwar zu
einem gewissen Erfolg geführt, jedoch kann das Werfen während der Erhitzung nicht
ganz vermieden werden. Gewollte Abweichungen von der Ebene ergeben sich dann, wenn
Körper zu erhitzen sind, wie beispielsweise in Abb. i in Draufsicht und Abb. 2 ini
Schnitt dargestellt. In dem gewählten Beispiel handelt es sich uni eine dachförmige
Klappe. Gegenstände dieser Art hat man bisilier im Einsatz gehärtet, weil keine
Möglichkeit bestand, mittels der ele'ktro-induktiven Oberflächenerhitzung unter
Verwendung starrer Spulen eine gleichmäßige Erwärmungstiefe zu gewährleisten. Entweder
wird der First i des dachförmigen Körpers überhitzt oder in den Randteilen eine
zu geringe Temperaturhöhe bzw. zu geringe Eindringtiefe ,der Erhitzung hervorgerufen.
Aufgaben dieser und ähnlicher Art, die bisher mittels elektroinduktiver Erhitzung
nicht gemeistert werden konnten, werden in stets steigendem -Maße an diese aus metallurgischen
und wirtschaftlichen Gründen außerordentlich zweckmäßige Erhitzung herangetragen.
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Zweck der Erfindung ist es. für die Ausbildung der Heizspule Maßnahmen
anzugeben, die unabhängig von der gewollten oder ungewollten @usbildung der Oberfläche
des zu behandelnden Körpers das Einhalten einer stets gleichbleibendenKopplung ,gewährleisten,
so daß weder Verwerfungen noch gewollte Unebenheiten, wie dachförmige Ausbildungen
od. dgl., zu einer unerwünschten Änderung der Kopplung während der fortschreitenden
Erwärmung Veranlassung geben.
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Erfindungsgemäß wird hierzu vorgeschlagen, zum stetigen Anpassen der
lichten Weite der Spule an gewollte oder ungewollte Formänderungen des Werkstücks
.den der zu erhitzenden Oberfläche benachbarten Teil der Spule aus beweglichen Kupferlamellen
oder beweglichem Metallrohr herzustellen, mit Abstandhaltern aus Isolierwerkstoff
zu versehen, uni die gewollte Kopplung aufrechterhalten zu können, und z@t-eckinäl@igerweise
mit medhanischem Druck, z. 13. durch Gewichte, mit den Abstandhaltern an das Werkstück
anzudrücken. Die Kupferlamellen können an ihren Enden durch Löten od. dgl. zu einem
Lamellenglied vereinigt sein. Die beweglichen Rohre bestehen aus Messing oder Kupfer,
wobei die 13eweglic'hkeit der nahtlosen Rohre in an sich bekannter Weise durch Einwalzen
spiralförmiger Rippen erzielt wird.
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Das bewegliche Glied der Spule känn an beliebiger anderer Stelle eingeschaltet
werden, und zwar wird man im allgemeinen bei ebenen Werkstücken, bei denen es lediglich
geilt, einem Verwerfen zu begegnen, den Teil der Spule, der der zu erwärmenden Oberfläche
benachbart ist, starr ausbilden und die beweglichenGlieder an einer anderen Stelle
vorsehen. Handelt es sich dagegen darum, ein Werkstück zu behandeln, dessen Oberfläche
gewollte Unebenheiten enthält (vgl. beispielsweise Abb. i und 2), so wird man den
Teil der Spule, der der zu behandelnden Werkstückoberfläche benachbart ist, .beweglich
ausbilden, so daß sieh unter Zwischenschalten von Abstandhaltern das bewegliche
.Glied allen Unebenheiten -des Werkstücks anpassen kann.
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Die bewegliche Ausbildung der Spule erleichtert auch die Kopplung.beim
Beginn der fortschreitenden Härtung des Werkstücks. Wenn nämlich das Werkstück in
eine starre Spule eingeschoben und der Strom eingeschaltet wird, so bestehen je
nach Ausbildung der Spule und des Werkstücks in diesem Zeitpunkt mehr oder weniger
ungünstige Kopplungsverhältnisse, weil das Kraftfeld. -der Spule sich zunächst nur
teilweise auf das Werkstück auswirken kann. Durch geeignete Anordnung der die Beweglichkeit
sicherstellenden Lamellen kann erreicht werden, daß der obere Teil der Spule gegenüber
dem unteren Teil um einen gewissen Betrag frei beweglich ist, so daß allen Anforderungen
bezüglich Einstellung einer richtigen Kopplung bei Beginn der Erwärmung Rec!linung
getragen werden kann.
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Durch die bisher geschilderten :\Iaßnailimen wird
| erreicht, claß einzelne starre Teile der Spule |
| gegeneinander beweglich gemacht werden oder aber |
| auch ein an einem starren Teil befestigtes beweg- |
| liches Teil vorgesehen wird. In weiterer Aus- |
| bildung des Erfindungsgedankens ist es aber auch |
| möglich, nicht nur einzelne Teile, sondern die |
| gesamte Spule l->ew,eglicli zu gestalten, so daß |
| ebenfalls unter Zwischenschalten von Abstand- |
| haltern die Spule um jedes beliebig geformte Werk- |
| stück 'herumgelegt werden kann. Zu diesem Zweck |
| wird die Spule auf ihrer ganzen Ausdehnung aus |
| Lamellen zusammengesetzt. |
| lni nachfolgenden sei die Erfindung an Hand |
| einer Reihe von Spulenausbildungsformen näher |
| erläutert. |
| 111 Abb. 3 ist eine Spule dargestellt, die finit zwei |
| beweglichen Teilen in @orni von Lamellen aus- |
| gerüstet ist. Eine Spule dieser Art 'kann beispiels- |
| weise zum kontinuierlichen Oberflächenhärten, |
| eines H1eches oder einer Platte benutzt werden, hei |
| <lein das @\'erkstiick senlki-eclit zur leiclieneliene |
| durch die Spule hindurchbewegtwird. In an sich |
| bekaniilri- Weise erfolgt unmittelbar nach der |
| Erw ärinting z11111 Zweck des l-lärtens ein Ab- |
| schrecken. Die, Spule hat zwei starr befestigte Zu- |
| leitungen 2. Aii diese Zuleitungen, die bei 3 gegen- |
| einander isoliert sind, scill@ießen sich die die Beweg- |
| lichkeit der Spule sicherstellenden La,mellen- |
| glieder 4 an. Diese Lamellenglieder bestehen aus |
| einzelnen Kupferstreifen, die je nach der zti erwar- |
| tenden Strombelastung eine Stärke von o,o5 bis |
| 0,2 min besitzen. Die Vereinigung der einzelnen |
| Streifen zum Lainellenglied wird zweckmäßiger- |
| weise durch Verlöten der Enden miteinander |
| erzielt. Es kann aber auch eine mechanische Halte- |
| rung vorgesehen werden. An diese Lamellen- |
| glieder 4 schließt sich der übrige, starr ausgebildete |
| Teil 5, 6 der Spule an, bei der in an sich bekannter |
| Weise der die eigentliche Erwärmung durch- |
| führende Teil 6 einen geringeren Querschnitt hat |
| als die übrigen "heile. |
| Eine hiervon abw,eicliendeAusbildungsforin zeigt |
| die Abb. 4. Die Zuleitungen 2 sind wiederum starr |
| angeordnet und durch eine Isolationsschicht 3 elek- |
| trisch voneinander getrennt. Auch der gesamte |
| untere Teil der Spule ist starr, während der übrige |
| Teil der Spule als bewegliches Lamellenglied 7 aus- |
| gebildet ist. Zwecks Aufrechterhaltung einer gleich- |
| förmigen Kopplung ein allen Stellen der zti |
| behandelnden ungleicliförniigen Oberfläche des |
| Werkstücks sind besondere aus Isolierwerkstoff |
| hergestellte Abstandhalter 9 vorgesehen, und auf |
| das gesamte Glied 7 wird in Richtung der Pfeile |
| io ein Druck ausgeübt. Im allgemeinen wird es am |
| zweckmäßigsten sein, den erforderlichen Druck |
| durch Gewichts'belastun.g zu erzielen. Es ist jedoch |
| auch möglich, die Druckwirkung unter Anwendung |
| anderer an sich bekannter Mittel, wie Federn, |
| Druckschrauben od. dg l., zu erreichen. |
| Bei den bisher geschilderten Ausführungsformen |
| ist es möglich, Gien die eigentliche Aufheiztnig |
| bewirkenden Teil der Spule in einer Richtung zu |
| bewegen, die im wesentlichen senkrecht zur zu |
behandelnden Oberfläche verläuft. Vielfach ist es aber auch erwünscht, Ober- und
Unterseite der Spule in verschiedene Stellungen zueinander zu bringen. Dies ist
insbesondere dann der Fall, wenn ein flaches Werkstück wie eine Platte od. dgl.
auch an den Enden gleichmäßige Einhärtetiefen zeigen soll. Bekanntlich wird bei
starren Spulen die gleichmäßige Einhärtung erschwert durch die mangelhafte Kopplung,
die am Anfang des Werkstücks besteht, weil nur ein Teil der wirksamen Fläche der
Spule in Wirkung treten kann. Eine Verbesserung dieser Verhältn(i,sse 'kann erzielt
werden, wenn tnan den oberen Teil der Spule gegenüber dem unteren Teil in einer
Richtung, die im wesentlichen parallel zur Werkstückdberfläche verläuft, vor oder
zurück verschiebt. Dies ist möglich, wenn die Lamellen i i, wie in Abb. 5 dargestellt,
in die Seitenteile der Spule verlegt werden. Wie aus Abb. 6 bzw. 7 ersichtlich die
Seitenansichten der Alib. 5 darstellen, sind an jeder Seite zwei Laniellenhündel
i i vorgesehen, die leichte Ausbauchungen nach außen -zeigen. Bewegt man nunmehr
den olleren Teil
13 der Spule in Richtung der Pfeile 1,4, so wird unter gleichbleibendem
Abstand von dem unteren Teil der Spule das rechtsseitige Lamellenbiindel sich strecken
und -das linksseitige Lamellenbündel sich ausbauchen oder umgekehrt. Auch ist eine
Änderung des Abstandes 15 des oberen Teils vom unteren Teil der Spule bei Verwendung
der ausgebauchten Lamellen i i möglich. Eine Verringerung des Abstandes führt zu
einer stärkeren Ausbauchung der Lamellen, eine Vergrößerung zu einer Streckung.
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An Stelle der Lamellen hat sich die Verwendung eines beweglichen Rohres
in gewissen Fällen als zweckmäßig erwiesen. Bewegliche Rohre sind an sich bekannt
und bestehen aus ainen nahtlos gezogenen Körper aus Messing oder Kupfer, in den
Rippen in Form einer Spirale eingewalzt sind. In A'bb. 8 ist eine Spule dargestellt,
bei welcher der obere Teil aus einem solchen beweglichen Rippenrohr 16 bestecht.
Das Rohr 16 ist ;in dem gewählten Ausführungsbeispiel in Muffen oder Buchsen
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eingesetzt, die entweder starr oder, wie im Ausführungsbeispiel gezeigt,durch
beweglicheLamellen 18 mit dem übrigen starren Teil der Spule verbunden sind. Um
den gewünschten Abstand zwischen Rohr 16 und der zu behandelnden Oberfläche des
Werkstücks i9 einzuhalten, sind Abstandlhalterollen 20 vorgesehen. Damit -das Rolir
16 sich unter allen Umständen an alle Unebeniheiten der Werkstückoberfläche anschmiegt,
wird durch Gewichtsbelastung od. dgl. in Richtung .der Pfeile 21 ein Druck ausgeübt.
Es hat sich gezeigt, daß die kippung des Rohres die Heizwirkung nicht beeinträchtigt,
da sich trotz der kippung um das Rohr i6 herum ein gleichmäßiges Feld ausbildet.
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Im allgemeinen wird es nicht erforderlich sein, die 'beweglichen Teile
der Spule zu kühlen, insonderheit nicht, wenn, wie in Abb.3 und 5 bis 7 dargestellt,
die beweglichen Glieder der Spule so angeordnet sind, daß sie lediglich der Stromführung
und nicht der Aufheizung dienen.- Wenn dagegen
der Teil der Spule,
der, die Aufheizung besorgen soll, als bewegliches Glied ausgebildet ist, wie beispielsweise
in den Ausführungsformen nach Abb. 4 und 8, so wird in den meisten Fällen eine Kühlung
geboten sein. Da die beweglichen Rohre wasserdicht sind, wird der freie Rohrquerschnitt
für -den Durchfluß des Kühlmittels ausgenutzt (vgl. Pfeile 22, Abb. 8). Die Kühlwirkung
bei einem derartigen Rippenrohr ist infolge der vergrößerten Oberfläche ausgezeichnet,
so daß mit einer .geringen Kühlmittelmenge auszukommen ist.
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Wenn jedoch Lamellenglieder in einer Anordnung nach Abb. 4 gekühlt
werden sollen, so müssen Sondermaßnahmen vorgesehen werden. Diese bestehen darin,
daß seitlich an den Lamellen,gliedern Flüssigkeitssäcke aus Gummi oder Asbest vorgesehen
werden. Abb. 9 stellt einen Teilschnitt längs der Linie B-B der Abb. 4, in Pfeilrichtung
gesehen, in vergrößertem Maßstab dar. Die obere Lamelle 23 und die untere Lamelle
24 des Lamellenpakets 7 sind über das eigentliche Paket hinaus verlängert. An diesen
Verlängerungen wird durch Nieten 25 od. dgl. ein Sack 26 aus Gummi oder Asbest flüssigkeitsdicht
befestigt, der mit einem Zulauf 27 für das Kühlmittel versehen ist. Das durch den
Füllansatz 27 einströmende Kühlmittel tritt in Richtung des Pfeils zwischen den
einzelnen Lamellen hindurch und wird auf,der anderen Seite des Lamellengliedes 7
ins Freie entlassen. Eine solche Ausbildungsform wird .man dann wählen, wenn im
Anschluß an die Erihitzung ein sofortiges Abschrecken stattfinden soll; ,denn die
aus dem Glied austretende Kühlflüssigkeit gelangt unmittelbar auf das Werkstück
und bewirkt das Abschrecken, ohne daß Sondervorkehrungen erforderlich sind. Um ein
möglichst gleichmäßiges Auftreffen der Kühlflüssigkeit auf das Werkstück zu erreichen,
kann das Lamellenglied 7, wie dargestellt, an der Austrittsstelle des Kühlwassers
abgeschrägt sein. Es ist aber auch möglich, auf der anderen Seite des Lamellengliedes
einen entsprechenden Sack 26 in der gleichen Weise anzubringen wie oben geschildert,
so daß sowohl Zu- als auch Ablauf des Kühlmittels durch Säcke aus Gummi öder Asbest
erfolgt. Für das Abschrecken .des Werkstücks müssen in einem solchen Fall .die an
sich hierfür bekannten Mittel, wie Abschreckdüsen od, dgl., vorgesehen werden. Die
Verwendung von Gummi oder Asbest für die Säcke 26 bzw. für die Kühlmittelzu- und
-ableitung stellt sicher, daß die Kühleinrichtung die Beweglichkeit des Gliedes
nicht beeinträchtigt.
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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens kann die Spule in sich
vollkommen beweglich gestaltet werden, um auf diese Weise eine universelle Anpassung
an beliebig geformte Oberflächen zu gestatten. Zur Erläuterung sei als besonders
wichtiges Beispiel die Härtung von Nocken beschrieben. In A'bb. io ist eine derartige
vollkommen bewegliChe Spule 23 dargestellt. Sie besteht aus Lamellen 24, die zu
einer Schlaufe gebogen sind. Die Lamellen 24 der Schlaufe setzen sich in den Zuleitungen
25 und 26 fort, welche, wie bei 27 angedeutet, gegeneinander isoliert sind. Für
die Isolierschicht 27 wird zweckmäßig ein Stoff gewählt, der ebenfalls beweglich
nachgiebig ist. Soll mit einer derartigen Sehlaufe beispielsweise die Oberfläche
eines Nockens 28 oberflächlich erwärmt werden, so wird,die Schlaufe um den Nocken
herumgelegt und mittels eines Schiebers oder Ringes 29 festgezogen, bis die aus
Isolierwerkstoff hergestellten Abstandhalter 30 fest am Werkstück anliegen.
Es ist ersichtlich, daß bei einer anders gearteten Ausbildung der Oberfläche des
zu behandelnden Werkstücks die gleiche Schlaufe verwendet werden kann, weil die
Nachgiebigkeit der Lamellen unter allen Umständen die Einhaltung ,der gewünschten
Kopplung gewährleistet. Während bei der bisherigen starren Spulenausbildung für
jede Oberflächenform eine gesonderte Spule erforderlich war, ist es nunmehr möglich,
für die verschiedensten Oberflächenausbildungen mit ein und derselben Spule auszukommen.
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Mit der Schlaufe gemäß Abb. io ist es möglich, sowohl eine einzige
Stelle des Werkstücks zu erwärmen oder aber auch eine fortschreitende Erhitzung
durchzuführen, indem das Werkstück senkrecht, zur Zeichenebene durch die Schlaufe
(hindurchwandert.
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Wie aus Abb. i i, die einen Schnitt längs der Linie C-C der Abb. io
darstellt, ersichtlich, ist das Lamellenpaket der Schlaufe umhüllt. Die Umhüllung
31 besteht aus elektrisch isolierendem Werkstoff, zweckmäßig Gummi, und kann so
ausgebildet sein, @daß sie Kühlflüssigkeit für die Schlaufe führt. Die Umhüllung
kann aber, wenn eine Kühlung nicht erforderlich erscheint und ele'ktrisc'he Gesichtspunkte
nicht dagegen sprechen, auch entfallen.