DE857837C

DE857837C - Device for inductive heating of metallic workpieces

Info

Publication number: DE857837C
Application number: DED1629D
Authority: DE
Inventors: Hermann Kuhlbars; Gerhard Dr-Ing Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1940-04-19
Filing date: 1940-04-19
Publication date: 1952-12-01

Description

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstücke Es ist bekannt, sich zum Erhitzen von Werkstücken, sei dies einseitig, mehr- oder allseitig oder auch durchgehend, der Wirkung induzierter Ströme zu b:.-dienen, die im Werkstück durch zwei oder auch mehrere Spulen erzeugt werden. Die Spulen werden dabei an eine Wechselstromquelle angeschlossen, und zwar entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators. Es ist ferner bekannt, daß bei sonst gleichbleibenden Bedingungen, wie Leistung des Stromerzeugers, Frequenz, Leiterquerschnitt der Spule, Ampere-Windungszahl u. dgl., die induktive Wirkung dadurch beeinflußt werden kann, daß der Kopplungsgrad, das heißt der Abstand zwischen Werkstück und Spule, verschieden gewählt wird. Von der unterschiedlichen Wahl der Kopplung ist bei der Ausbildung von Vorrichtungen und bei der Durchführung von Verfahren zum induktiven Erhitzen bereits vielfach Gebrauch gemacht worden.Device for inductive heating of metallic workpieces It is known to be used for heating workpieces, be it one-sided, multi-sided or all-sided or also continuously, the effect of induced currents to b: .- serve in the workpiece can be generated by two or more coils. The coils are attached to a AC power source connected, either directly or with interposition of a transformer. It is also known that under otherwise unchanged conditions, such as power generator output, frequency, conductor cross-section of the coil, number of ampere turns etc., the inductive effect can be influenced by the fact that the degree of coupling, that is, the distance between the workpiece and the coil is selected to be different. from the choice of coupling is different in the formation of devices and already many times in the implementation of inductive heating methods Use has been made.

Soweit mehrere Spulen in einer Heizvorrichtung benutzt worden sind, geschah dies entweder aus rein metallurgischen Gründen oder aus elektrischen Gründen. Soweit es sich um die Verwendung mehrerer Spulen aus metallurgischen Gründen handelte, geschah dies zu dem Zweck, das Werkstück durch eine vorgeschaltete Spule auf eine gewisse Vorwärmtemperatur zu bringen, weil es aus irgendwelchen Gründen unzweckmäßig erschien, das Werkstück sofort auf die gewünschte hohe Endtemperatur zu bringen. Nachgeschaltete Spulen sind beispielsweise benutzt worden, um nach einem Erhitzen auf hohe Temperatur und Abschrecken das Werkstück anzulassen. Aus elektrischen Gründen sind mehrere Spulen verwendet worden, um eine Anpassung der induktiven Wirkung an die Oberflächenform des Werkstückes zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sind nach einem nicht vorveröffentlichten Vorschlag in Vorschubrichtung mehrere Spulen verschiedener Formgebung hintereinandergeschaltet worden, wobei jede Spule ihrer Form nach dem betreffenden ihr zugewiesenen Werkstückabschnitt angepaßt war und durch Bewegen über dem Werkstück oder durch Ein- und Ausschalten der betreffenden Spulen sichergestellt wurde, daß jede Spule nur an den Stellen des Werkstückes zum Eingriff gelangte, die von der betreffenden Spule behandelt werden sollte. Maßnahmen nach dem vorbekannten Vorschlag sind nur möglich in Verbindung mit einer fortschreitenden Erwärmung.If several coils have been used in a heating device, this happened either for purely metallurgical reasons or for electrical reasons. As far as the use of several coils for metallurgical reasons was concerned, this was done for the purpose of feeding the workpiece through an upstream coil onto a to bring a certain preheating temperature because it is inexpedient for some reason appeared to bring the workpiece immediately to the desired high final temperature. Downstream Coils have been used, for example, to after high temperature heating and quenching of tempering the workpiece. the end For electrical reasons, several coils have been used to accommodate the to allow inductive effect on the surface shape of the workpiece. To this According to a proposal that has not been published in advance, the purpose is several in the feed direction Coils of different shapes have been connected in series, with each coil their shape was adapted to the relevant workpiece section assigned to it and by moving over the workpiece or by turning the relevant on and off Coils was ensured that each coil is only used at the points on the workpiece Intervention that should be treated by the coil concerned. measures according to the previously known proposal are only possible in conjunction with a progressive Warming.

Gemäß der Erfindung soll eine Vorrichtung angegeben werden, bei welcher ebenfalls zwei oder mehrere Spulen verwendet werden, die sich aber von früheren Vorschlägen dadurch unterscheidet, daß nicht jede Spule für sich allein wirkt, sondern daß sämtliche vorgesehenen Spulen eine gemeinsame Wirkung auf das Werkstück ausüben, wodurch besondere Vorteile erzielt werden. Die Spulen sind gleichsinnig gespeist, zueinander einstellbar, und jede weist eine größere lichte Weite auf, als der Werkstückform zuzüglich dem normalen Kopplungsspalt entspricht. Sie werden gleichzeitig und gemeinsam auf das Werkstück derart zur Einwirkung gebracht, daß der induktiv nutzbare Querschnitt der Gesamtanordnung der jeweiligen Werkstückabmessung angepaßt wird. Mit einer solchen Vorrichtung wird es zunächst einmal möglich, nacheinander Körper verschieden großer Abmessungen zu behandeln, ohne daß ein zeitraubenderAus-undEinbau entsprechenderSpulen erforderlich wäre. Andererseits könnenWerkstücke behandelt werden, die eine mehr oder weniger sprunghafte Änderung ihrer Oberflächenformgebung aufweisen, ohne daß es verwickelter Einrichtungen und Maßnahmen bedarf. Die Vorrichtungen können verwendet werden; um Werkstücke nur an der Oberfläche zu erwärmen, und zwar je nach Bedarf zur einseitigen, mehrseitigen oder allseitigen oberflächlichen Erwärmung, gegebenenfalls mit nachfolgendem Abschrecken zum Härten oder aber auch zum durchgehenden Erwärmen bis in den Kern.According to the invention, a device is to be specified in which also two or more coils are used, but which are different from previous ones Proposals differs in that not each coil acts on its own, but that all the coils provided have a common effect on the workpiece, whereby particular advantages are achieved. The coils are fed in the same direction, adjustable to each other, and each has a larger clear width than the workpiece shape plus the normal coupling gap. They will be at the same time and together brought into action on the workpiece in such a way that the inductively usable cross-section is adapted to the overall arrangement of the respective workpiece dimensions. With such a Device it is first of all possible, one after the other, bodies of different sizes Handle dimensions without the time consuming removal and installation of corresponding coils would be required. On the other hand, workpieces can be treated, which one more or have less abrupt change in their surface shape without complex facilities and measures are required. The devices can be used will; to only heat workpieces on the surface, as required for one-sided, multi-sided or all-round superficial heating, if necessary with subsequent quenching for hardening or also for continuous heating to the core.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zwei oder mehrere gleichsinnig gespeiste Heizleiter zu einer gemeinsamen, gleichmäßigen oder angenähert gleichmäßigen Induktionswirkung auch dann zusammengefaßt werden können, wenn die einzelnen Heizleiter, verglichen miteinander, verschiedene Kopplungsgrade aufweisen, wobei der Kopplungsgrad im einzelnen Leiter sich auch längs seiner Erstreckung ändern kann. Die gleichmäßige Induktions- und damit Heizwirkung ist dann gegeben, wenn die Summe der Kopplungsgrade der Einzelheizleiter an jeder Stelle in ihrer Wirkung gleich ist. Die Summenwirkung der Kopplungsgrade ist bezüglich der zu wählenden Abstände nicht rein additiv, jedoch lassen sich die richtigen Abstände leicht ermitteln. Diese Erkenntnis ermöglicht ein induktives Erhitzen, bei welchem clie Wirkung einzelner Spulenabschnitte zweier oder mehrerer Spulen miteinander zu einer Gesamtwirkung kombiniert werden, die eine weitgehende Anpassung an gegebene Verhältnisse gestattet, z. B. an mehr oder weniger sprunghaft wechselnde Oberflächenformen, wechselnde Abmessungen der zu behandelnden Werkstückserien u. dgl. Das Erhitzen der Werkstücke kann hierbei sowohl, wie an sich bekannt, unter Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung erfolgen, um die gesamte Werkstückabmessung zu erfassen, als auch ohne Relativbewegung durchgeführt werden, wenn die Breite der Heizeinrichtung ausreicht, um die ganze Werkstückabmessung zu überdecken. Sofern die Aufgabe gestellt ist, das Werkstück zu härten, kann in Verbindung mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung das an sich bekannte Abschrecken Verwendung finden, wobei entweder zusätzlich Spritzeinrichtungen vorgesehen werden oder aber auch, wie ebenfalls an sich bekannt, die Spulen selbst als Spritzeinrichtungen ausgebildet sind, die nach Abschalten des Primärstromes in Tätigkeit treten.The invention is based on the knowledge that two or more are in the same direction fed heating conductors to a common, uniform or approximately uniform Induction effect can also be summarized when the individual heating conductors, compared to one another, have different degrees of coupling, the degree of coupling in the individual conductor can also change along its extension. The even one Induction and thus heating effects are given when the sum of the coupling degrees the effect of the individual heating element is the same at every point. The cumulative effect the degree of coupling is not purely additive with regard to the distances to be selected, however the correct distances can be easily determined. This realization enables an inductive heating, in which the action of individual coil sections of two or several coils are combined with one another to form an overall effect, the one extensive adaptation to given conditions is permitted, e.g. B. to more or less Suddenly changing surface shapes, changing dimensions of the ones to be treated Workpiece series and the like. The heating of the workpieces can in this case both as well as known to take place with relative movement between workpiece and heating device, in order to capture the entire workpiece dimension, as well as carried out without relative movement if the width of the heating device is sufficient to cover the entire workpiece dimension to cover. If the task is to harden the workpiece, in In connection with the device according to the invention, the quenching known per se Find use, with either additional spray devices are provided or, as is also known per se, the coils themselves as spray devices are designed, which come into operation after switching off the primary current.

Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand einiger in den Abbildungen schematisch dargestellter Ausführungsformen näher erläutert.In the following, the invention is illustrated by means of some of the figures schematically illustrated embodiments explained in more detail.

Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten für die Ausbildung der sich in ihrer Wirkung ergänzenden Spulen; sie können nämlich entweder gleiche Form und gleiche Größe aufweisen oder in der Form voneinander abweichen, wobei es gleichzeitig möglich ist, auch eine Abweichung in der Größe zuzulassen.There are basically two options for training yourself coils complementary in their effect; namely, they can either have the same shape and have the same size or differ in shape, it being at the same time it is possible to allow a deviation in size.

In Abb. Z bis 3 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher die Einzelspulen gleiche Abmessungen und gleiche Form besitzen. Die Abb. Z zeigt ein Werkstück r, das aus einem kegelförmigen Teil 2 und einem zylinderförmigen Teil 3 besteht.In Fig. Z to 3 an embodiment is shown in which the individual coils have the same dimensions and the same shape. Fig. Z shows a workpiece r, which consists of a conical part 2 and a cylindrical part 3 consists.

Die Abb. 2 und 3 stellen Schnitte nach den Linien C-D und A-B der Abb. z dar.Figs. 2 and 3 represent sections along the lines C-D and A-B of the Fig.z represents.

Es ist die Aufgabe gestellt, den Körper z auf seiner gesamten Oberfläche zu härten, wobei das Werkstück sich in Richtung des Pfeiles 4 durch die Härtevorrichtung hindurchbewegt. Anschließend an die Erwärmung auf die gewünschte Härtetemperatur erfolgt ein Abschrecken durch eine der Einfachheit halber fortgelassene zusätzliche Spritzeinrichtung. Es ist zweckmäßig, aber nicht unbedingt erforderlich, den teils zylindrischen, teils kegeligen Körper während des Erhitzens um die Achse 16 mit mehr oder weniger großer Geschwindigkeit in Umlauf zu setzen. Die Heizeinrichtung besteht aus zwei Spulen 5 und 6 gleicher Größe und gleicher Form, die unmittelbar benachbart angeordnet sind. Durch die Stromzuführungen 7 und 8 werden diese beiden Spulen von einem Wechselstromerzeuger g gleichsinnig gespeist. Während der zylindrische Teil 3 des Körpers induktiv erwärmt wird, stehen die beiden Spulen genau übereinander und weisen einen bestimmten Kopplungsgrad zum Werkstück auf. Dabei ergänzt sich naturgemäß die Wirkung der beiden Spulen.It is the task of the body z on its entire surface to harden, the workpiece moving in the direction of arrow 4 through the hardening device moved through. Subsequent to heating to the desired hardening temperature there is a quenching by an additional one omitted for the sake of simplicity Spraying device. It is useful, but not absolutely necessary, to use the part cylindrical, partly conical body around the axis 16 with during heating to circulate at greater or lesser speed. The heating device consists of two coils 5 and 6 of the same size and shape, which are directly are arranged adjacent. Through the power supply lines 7 and 8, these two Coils fed in the same direction from an alternator g. While the cylindrical Part 3 of the body is heated inductively, the two coils are exactly one above the other and have a certain degree of coupling to the workpiece. This complements each other naturally the effect of the two coils.

Gelangt nun bei der Weiterbewegung der Teil 2 des Werkstückes in den Bereich der aus zwei Einzelspulen bestehenden Heizeinrichtung, so würde sich mit fortschreitender Bewegung ds Werkstückes in Richtung des Pfeiles .4 die Kopplung und damit der Wirkungsgrad und die Heizwirkung zunehmend verschlechtern, so daß mit einer mangelhaften Temperaturerhöhung bzw. mangelhaften Einhärtung zu rechnen wäre. Die Spulen 5 und 6 sind jedoch so angeordnet, daß sie in ihren parallel zueinander liegenden Ebenen um einen gemeinsamen Drehpunkt verschwenkt werden können. Diese Einstellbarkeit der Spulen 5 und 6 zueinander ermöglicht, daß der induktiv nutzbare Querschnitt der Gesamtanordnung der Änderung des Werkstückdurchmessers angepaßt werden kann.Now part 2 of the workpiece gets into the onward movement Area of the heating device consisting of two individual coils, so would deal with progressive Movement of the workpiece in the direction of the arrow .4 the coupling and thus the efficiency and the heating effect increasingly deteriorate, so that with an inadequate increase in temperature or inadequate hardening to would be expected. However, the coils 5 and 6 are arranged so that they are parallel in their mutually lying planes can be pivoted about a common pivot point. This adjustability of the coils 5 and 6 to each other enables the inductive usable cross-section of the overall arrangement of the change in workpiece diameter can be customized.

Die Stellung der beiden Spulen zueinander an einer bestimmten Stelle des kegeligen Teiles 2 ist in Abb. 3 dargestellt. Die Spulen sind gegeneinander verschwenkt. Es ist ersichtlich, daß die Spule 6 bei io eine enge Kopplung und bei 13 eine sehr weite Kopplung zum Werkstück aufweist, während die Spule 5 bei ii enge und bei 12 weite Kopplung zeigt. Es übernimmt somit jeweils der Leiterteil der Einzelspulen im wesentlichen die Aufheizung der betreffenden Stelle des Werkstückes, zu der er in enger Kopplung steht. An den Übergangsstellen 14 nimmt die Kopplung der einen Spule in etwa demselben Maße ab, wie die Kopplung der anderen Spule zunimmt. Obwohl an diesen Stellen beide Leiter weiter vom Werkstück entfernt sind als die vornehmlich induzierenden Leiter an den übrigen Stellen, ergibt sich trotzdem eine gleichmäßige Erwärmung, weil beide Heizleiter bzw. ihre Kopplungsgrade sich ergänzen.The position of the two coils in relation to one another at a certain point of the conical part 2 is shown in Fig. 3. The coils are against each other pivoted. It can be seen that the coil 6 has a close coupling at io and at 13 has a very wide coupling to the workpiece, while the coil 5 is close at ii and at 12 shows wide coupling. The conductor part of the individual coils takes over in each case essentially the heating of the relevant point on the workpiece to which it is closely linked. At the transition points 14 the coupling takes place Coil from approximately the same amount as the coupling of the other coil increases. Even though At these points, both conductors are further away from the workpiece than primarily inducing conductor at the other points, there is still a uniform one Warming because both heating conductors or their degree of coupling complement one another.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß im allgemeinen für eine derartige Vorrichtung gemäß der Erfindung nicht einmal eine besondere Regelung der zugeführten Leistung erforderlich ist, so daß die Speisung von einer Stromquelle konstanter Spannung aus erfolgen kann. Dies dürfte dadurch zu erklären sein, daß die in schlechter Kopplung zum Werkstück stehenden Heizleiterteile etwa in der Art von Vorschaltdrosseln wirken. Der Wirkanteil des Stromes ist um so geringer, je größer die Kopplung zwischen den weiter entfernt liegenden Heizleiterteilen zum Werkstück wird, so daß in allen Fällen das Aufheizen gleichmäßig erfolgt.Surprisingly, it has been shown that in general for a Such a device according to the invention does not even have a special regulation of the supplied power is required, so that feeding from a power source constant voltage can be carried out. This should be explained by the fact that the heating conductor parts that are poorly coupled to the workpiece, for example of the type of series chokes act. The active component of the current is the lower, the greater the coupling between the more distant heating conductor parts to the Workpiece is so that the heating takes place uniformly in all cases.

Die Einstellung des induktiv nutzbaren Querschnittes der Gesamtanordnung in Anpassung an die Werkstückabmessungen bzw. Werkstückformen kann beispielsweise durch Schablonenführungen für die Verschwenkeinrichtung der beiden Spulen stattfinden, so daß eine mit der Werkstückformänderung kontinuierlich gleichlaufende Änderung des Durchtrittsquerschnittes erzielt wird. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch dort benutzt werden kann, wo es sich darum handelt, nacheinander Werkstücke verschiedener Größe, insbesondere verschiedenen Querschnittes, zu behandeln. So würde beispielsweise der Durchmesser der beiden Spulen der Heizeinrichtung so zu wählen sein, daß das zylindrische Werkstück mit dem größten Querschnitt unter Berücksichtigung der erforderlichen Kopplung durchgesetzt werden könnte. Bei den Werkstücken mit geringeren Querschnitten wären dann die beiden Spulen in dem Sinne zu verschwenken, wie dies in Abb. 3 dargestellt ist, so daß der induktiv wirksame Querschnitt der jeweiligen Werkstückabmessung angepaßt ist.The setting of the inductively usable cross-section of the overall arrangement in adaptation to the workpiece dimensions or workpiece shapes, for example take place through template guides for the pivoting device of the two coils, so that a change that is continuous with the change in the shape of the workpiece of the passage cross-section is achieved. It is readily apparent that the device according to the invention can also be used where it is necessary acts, one after the other workpieces of different sizes, in particular different Cross-section to treat. For example, the diameter of the two would be Coils of the heating device should be selected so that the cylindrical workpiece with the largest cross-section, taking into account the required coupling could be. In the case of workpieces with smaller cross-sections, the two would then be To pivot coils in the sense as shown in Fig. 3, so that the inductively effective cross-section is adapted to the respective workpiece dimensions.

Die Anwendung einer solchen Vorrichtung nach Abb. 2 und 3 ist nicht beschränkt auf die Behandlung von Werkstücken mit kreisförmigem Querschnitt, vielmehr können auch Körper mit ellipsenförmigem Querschnitt behandelt werden, wobei ellipsenförmige Spulen zu verwenden wären. Auch andere Formen der Spulenkörper sind möglich.The use of such a device according to Fig. 2 and 3 is not limited to the treatment of workpieces with a circular cross-section, rather bodies with an elliptical cross-section can also be treated, with ellipsoidal Coils would have to be used. Other forms of coil form are also possible.

Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind aber nicht nur geeignet für die Behandlung von Werkstücken mit gekrümmten Flächen. Sie können vielmehr auch so ausgebildet werden, daß quadratische, rechteckige oder Körper ähnlicher Form behandelt werden. Eine Vorrichtung dieser Art ist in Abb.4 dargestellt. Der rechteckige Körper i soll allseitig erwärmt werden. Es sind zu diesem Zweck zwei rechteckige Spulen 2 und 3 vorgesehen, die gleichsinnig von einer Wechselstromquelle 4 gespeist werden. Die Spulen sind rechteckig ausgebildet und in ihrer lichten Weite bedeutend größer, als dem Querschnitt des Werkstückes i entspricht. Während bei der Spule 2 die Spulenäste 2a und 2" in enger Kopplung zum Werkstück liegen, sind bei der Spule 3 die Spulenäste 3d und 3e in enger Kopplung, während jeweils bei jeder Spule die beiden anderen Spulenäste weite Kopplung aufweisen. Das Werkstück ist mithin allseitig von Leiterabschnitten verschiedener Spulen, jedoch mit gleichem Kopplungsgrad umgeben.The devices according to the invention are not only suitable, however for the treatment of workpieces with curved surfaces. Rather, you can too be formed so that square, rectangular or bodies of similar shape be treated. A device of this type is shown in Figure 4. The rectangular one Body i should be heated on all sides. There are two rectangular ones for this purpose Coils 2 and 3 are provided, which are fed in the same direction from an alternating current source 4 will. The coils are rectangular and significant in their clearance larger than the cross section of the workpiece i corresponds. While at the coil 2 the coil branches 2a and 2 "are in close coupling to the workpiece, are in the Coil 3 the coil branches 3d and 3e in close coupling, while each at each coil the other two coil branches have wide coupling. The workpiece is therefore on all sides by conductor sections of different coils, but with the same degree of coupling surround.

Die Anpassung des induktiv wirksamen Querschnittes der Heizeinrichtung auf die Abmessungen verschiedener Werkstücke oder auf die wechselnden Querschnittsgrößen eines Werkstückes erfolgt durch Verschieben der Spulen in den parallel zueinander liegenden Spulenebenen. Wenn man dazu übergeht, die Spulen in den parallelen Ebenen nicht nur zu verschieben, sondern auch die Spulen innerhalb dieser Ebenen zu verschwenken, so ist es möglich, auch solche Körper zu behandeln, die trapezförmigen Querschnitt aufweisen.The adaptation of the inductively effective cross-section of the heating device on the dimensions of different workpieces or on the changing cross-sectional sizes a workpiece is done by moving the coils in the parallel to each other lying coil levels. When you move on to this, the coils in the parallel planes not only to move, but also to swivel the coils within these levels, so it is possible to treat bodies with a trapezoidal cross-section exhibit.

Sowohl in dem Beispiel für eine Vorrichtung nach Abb. i bis 3 als auch nach Abb. 4 sind nur je zwei Einzelspulen vorgesehen. Es können aber selbstverständlich auch mehr als zwei Spulen Anwendung finden, wobei die Einzelspulen gewissermaßen zahnartig ineinandergreifen, wie dies in Abb. 5 angedeutet ist. Das Werkstück i wird von Spulen i bis 8 allseitig umfaßt, und wenn es sich darum handelt, ein Werkstück, dessen Länge sich zur Ausdehnung der Heizeinrichtung so verhält, wie dies in Abb. 5 beispielsweise dargestellt ist, so wird eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung nicht erforderlich sein. Selbstverständlich kann bei langen Werkstücken, wie dies auch bereits in Verbindung mit den Abb. i bis 3 geschildert wurde, eine Relativbewegung vorgesehen werden. Auch können, sofern erforderlich, die Spulen gegeneinander verschwenkt oder parallel verschoben werden, wobei zweckmäßig die Spulen i bis 4 und die Spulen 5 bis 8 mechanisch starr miteinander verbunden sein können.Both in the example for a device according to Fig. I to 3 as also according to Fig. 4, only two individual coils are provided. But it can of course more than two coils can also be used, the individual coils to a certain extent Intermesh tooth-like, as indicated in Fig. 5. The workpiece i is encompassed on all sides by coils i to 8, and if it is a workpiece, the length of which is related to the expansion of the heating device as shown in Fig. 5 is shown for example, there is a relative movement between the workpiece and heating device may not be required. Of course, for long Workpieces, as already described in connection with Figs. I to 3 a relative movement should be provided. If necessary, the coils are pivoted against one another or moved in parallel, it being expedient the coils i to 4 and the coils 5 to 8 are mechanically rigidly connected to one another could be.

Auch Innenwandungen von Bohrungen lassen sich erhitzen. Zu diesem Zweck werden zwei oder mehrere gleichsinnig gespeiste Spulen von kreisförmiger Aus- Bildung mit einem Durchmesser verwendet, der geringer ist als die lichte Weite der Bohrung. Durch Verschwenkung um einen gemeinsamen Drehpunkt wird der induktiv nutzbare Gesamtumfang der Spulen so verändert, daß er unter Wahrung der erforderlichen Kopplung der Form der Innenwandung angepaßt ist. Die Wirkungsweise entspricht etwa der nach Abb. i bis 3, wobei an den Übergangsstellen zwischen wirksamem Abschnitt der einen Spule und wirksamem Abschnitt der benachbarten Spule etwa die gleichen Bedingungen vorliegen wie in Abb.3. Es ist ersichtlich, daß diese, rein mechanisch gesehen, eine Umkehrung der Vorrichtung nach Abb. 2 und 3 darstellende Vorrichtung sowohl in den Fällen angewendet werden kann, bei denen es sich darum handelt, bei einem Werkstück Bohrungen wechselnden Durchmessers zu erwärmen oder aber auch nacheinander Werkstücke mit Bohrungen verschiedenen Durchmessers zu behandeln. Der Durchmesser der einzelnen Spulen ist so zu wählen, daß unter Berücksichtigung der erforderlichen Kopplung die Spule gerade in den engsten Querschnitt hineinpaßt.Inner walls of bores can also be heated. To this Purpose are two or more coils fed in the same direction of circular shape education used with a diameter that is smaller than the inside width of the bore. The total circumference that can be used inductively is achieved by pivoting around a common pivot point of the coils changed so that it can be shaped while maintaining the required coupling the inner wall is adapted. The mode of operation corresponds roughly to that of Fig. I to 3, whereby at the transition points between the effective section of the one coil and effective portion of the adjacent coil are approximately the same conditions as in Figure 3. It can be seen that, from a purely mechanical point of view, this is a reversal the device according to Fig. 2 and 3 representing device both in the cases can be used, which are holes in a workpiece changing diameter to heat or workpieces with one after the other Treat bores of different diameters. The diameter of each Coils must be selected so that the required coupling is taken into account the coil just fits into the narrowest cross-section.

Die bisher geschilderten Vorrichtungen gemäß der Erfindung dienen der Behandlung von Werkstücken, bei denen eine mehr oder weniger kontinuierliche Änderung der Oberflächenform auftritt, und die Spulen hatten gleiche Form und gleiche Größe. Werkstücke weisen jedoch häufig sprunghafte Änderungen der Oberflächenform auf, wie z. B. bei Steuerwellen an den Stellen, an denen die Nocken sitzen, oder bei Platten, wo Rippen vorgesehen sind. In solchen Fällen werden ebenfalls gleichsinnig gespeiste Spulen, die unmittelbar benachbart angeordnet sind, in ihrer Wirkung vereinigt, wobei im Gegensatz zum bisher Beschriebenen die Spulen der Form und gegebenenfalls auch der Größe nach voneinander abweichen. Dabei ist es möglich, sowohl Anordnungen zu treffen für eine fortschreitende Erwärmung mit Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung als auch für Erwärmungen ohne Relativbewegung zwischen Werkstück und Heizeinrichtung.The devices described so far serve according to the invention the treatment of workpieces in which a more or less continuous Change in surface shape occurs, and the coils had the same shape and the same Size. However, workpieces often show sudden changes in surface shape on, such as B. with control shafts at the points where the cams sit, or for panels where ribs are provided. In such cases, the same direction is also used fed coils, which are arranged immediately adjacent, combined in their effect, where, in contrast to what has been described so far, the coils of the form and possibly also differ in size from each other. It is possible to have both arrangements to be met for a progressive heating with relative movement between the workpiece and heating device as well as for heating without relative movement between the workpiece and heater.

In Abb. 6 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, mit Hilfe welcher ein plattenförmiges Werkstück i oberflächlich erwärmt werden soll, wobei dieses Werkstück mit einer Rippe io versehen ist, die ebenfalls einer Oberflächenerwärmung unterzogen werden soll. Es ist ferner angenommen, daß das Werkstück sich in seiner Oberflächenform insofern ändert, als in einem nicht mehr dargestellten Teil des Werkstückes die Rippe entfällt, so daß das Werkstück insgesamt die Form hat, wie dies durch die gestrichelte Linie 15 angedeutet wird. Zur Erwärmung eines solchen Werkstückes im fortschreitenden Verfahren, bei welchem sich das Werkstück durch die Heizeinrichtung hindurch aus der Zeichenebene herausbewegt, sind zwei unmittelbar benachbart angeordnete Spulen mit Heizleitern 2 und 9 bzw. 3 und 8 vorgesehen, die über gemeinsame Zuführungen 7 an eine Wechselstromquelle 6 angeschlossen sind. Die Spulen haben, wie aus der Abb. 6 ersichtlich, verschiedene Form und verschiedene Größe. Die Heizwirkung entsteht durch die induktive Wirkung des Heizleiters 2 über den Kopplungsgrad 13, wobei diese Wirkung ergänzt wird durch den Heizleiter 3 über den Kopplungsgrad 14. In dem Gebiet der Rippe io hat der Heizleiter 2 den Kopplungsgrad ii und der Heizleiter 3 den Kopplungsgrad 12.In Fig. 6 a device according to the invention is shown, with Help which a plate-shaped workpiece i is to be heated on the surface, this workpiece is provided with a rib io, which is also a surface heating should be subjected. It is also assumed that the workpiece is in his Surface shape changes insofar as in a part of the which is no longer shown Workpiece the rib is omitted, so that the workpiece as a whole has the shape as this is indicated by the dashed line 15. To warm such a Workpiece in the progressive process, in which the workpiece is through If the heating device is moved out of the plane of the drawing, two are immediate adjacently arranged coils with heating conductors 2 and 9 or 3 and 8 are provided which are connected to an alternating current source 6 via common leads 7. the As can be seen from Fig. 6, coils have different shapes and different Size. The heating effect is created by the inductive effect of the heating conductor 2 the degree of coupling 13, this effect being supplemented by the heating conductor 3 the degree of coupling 14. In the region of the rib io, the heating conductor 2 has the degree of coupling ii and the heating conductor 3 the degree of coupling 12.

Die Speisung der beiden Spulen erfolgt selbstverständlich gleichsinnig, wie durch Pfeile 5 angedeutet, und in dem Werkstück wird durch diese Anordnung ein Strom induziert, der eine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Oberfläche einschließlich der Rippenoberfläche hervorruft, wobei die Gegenfläche 17, je nachdem ob der Kopplungsgrad der Heizleiter 8 und 9 groß oder klein gewählt wird, miterwärmt wird oder kalt bleibt.The two coils are of course fed in the same direction, as indicated by arrows 5, and in the workpiece is a Induced current, which includes a uniform heating of the entire surface the rib surface causes, the mating surface 17, depending on whether the degree of coupling the heating conductor 8 and 9 is selected large or small, is heated at the same time or remains cold.

Gelangt nun das Werkstück bei seiner fortschreitenden Bewegung durch die Heizeinrichtung hindurch in das Gebiet, wo die Rippe verschwindet, d. h. also die Oberfläche des Werkstückes sich durch die gestrichelte Linie 15 kennzeichnet, so vergrößert sich der Kopplungsgrad an der Stelle, wo die Rippe gesessen hat um den Betrag 16.' Selbst bei fester Anordnung der Heizleiter 2 und 3 wird trotzdem ein gleichmäßiges Aufheizen sowohl in dem Abschnitt, wo die Rippe gesessen hat, als auch in dem übrigen Teil des Werkstückes erzielt, wenn die Heizleiterquerschnitte und die Kopplungsgrade richtig aufeinander abgestimmt sind. Das Abgleichen der Kopplungsgrade der Heizleiterquerschnitte und die Stromstärken in den Einzelleitern muß in Anpassung an die gewählte Frequenz der Stromquelle, der Werkstückbeschaffenheit usw. durch einige Stichversuche erfolgen.Now the workpiece gets through with its progressive movement the heater through into the area where the rib disappears, d. H. so the surface of the workpiece is indicated by the dashed line 15, so the degree of coupling increases at the point where the rib was located the amount 16. ' Even with a fixed arrangement of the heating conductors 2 and 3 is still an even heating in both the section where the rib was sitting, as well as in the rest of the workpiece achieved when the heating conductor cross-sections and the degrees of coupling are correctly matched to one another. Adjusting the degree of coupling the heating conductor cross-sections and the current strengths in the individual conductors must be adapted to the selected frequency of the power source, the nature of the workpiece, etc. some stab attempts are made.

In manchen Fällen, namentlich bei verhältnismäßig niederen Frequenzen, etwa im Bereich von 5oo bis 3000 Hz, wird die Rippe etwas stärker aufgeheizt werden als die übrigen Oberflächenteile. Wenn diese geringfügig stärkere Aufheizung im Rippenteil als unzweckmäßig empfunden wird, kann auch dies ausgeglichen werden, wenn eine der beiden Spulen senkrecht zur Vorschubrichtung beweglich gestaltet wird, so daß auf diese Weise der Kopplungsgrad der einen Spule geändert werden kann. Zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn in die Leiterteile in der Nähe der Zuführungen 7 bewegliche Glieder angeordnet werden, die ein Heben und Senken der betreffenden Spule zulassen. Es ist ohne weiteres verständlich, daß dieses Heben und Senken selbsttätig gestaltet werden kann, indem die Bewegung von der Bewegung des Werkstückes durch an sich bekannte mechanische Mittel, wie Kurvensteuerungen, Anschlagnocken od. dgl., abgeleitet wird.In some cases, especially at relatively low frequencies, for example in the range from 500 to 3000 Hz, the rib will be heated up somewhat more than the other surface parts. If this slightly stronger heating in the rib part is felt to be inexpedient, this can also be compensated if one of the two coils is designed to be movable perpendicular to the feed direction, so that in this way the degree of coupling of one coil can be changed. For this purpose, it is advantageous if movable members are arranged in the conductor parts in the vicinity of the feeds 7, which allow the coil in question to be raised and lowered. It is readily understandable that this raising and lowering can be designed automatically by deriving the movement from the movement of the workpiece by mechanical means known per se, such as cam controls, stop cams or the like.

In vielen Fällen ergänzen sich bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zwei oder mehrere Spulen unterschiedlicher Form und gegebenenfalls auch unterschiedlicher Größe, die unmittelbar benachbart angeordnet sind zu einem induktiv nutzbaren Gesamtquerschnitt, der der Form der zu behandelnden Werkstückoberfläche einschließlich Rippen u. dgl. i entspricht. Mit einer Vorrichtung dieser Art lassen sich auch Werkstücke verwickelterer Formgebung oberflächlich erwärmen.In many cases, the device according to the invention complement one another two or more coils of different shapes and possibly also different ones Size, which are arranged immediately adjacent to an inductively usable total cross-section, that of the shape of the workpiece surface to be treated including ribs and the like. i corresponds to. With a device of this type, workpieces can also be more intricate Heat the shape on the surface.

Als Beispiel hierfür ist in Abb. 7 und 8 die Behandlung der Steuerflächen einer Nockenwelle mit zwei um go° versetzten Schrägnocken dargestellt. Die Abb. 8 stellt einen secilkrecliten Schnitt der Abb. 7 nach Linie A-13 dar. In Abb. 7 sind die Spulen geschnitten und auch die Nockenwelle teilweise im Schnitt dargestellt, um die Vorgänge zu verdeutlichen.An example of this is the treatment of the control surfaces in Figs. 7 and 8 a camshaft with two inclined cams offset by go °. the Fig. 8 shows a secondary section of Fig. 7 along line A-13. In Fig. 7 the coils are cut and the camshaft is also partially shown in section, to clarify the processes.

Die Nockenwelle i ist mit zwei Schrägnocken 2 und 3 versehen, die um go° gegeneinander versetzt sind. Die Aufgabe ist, sowohl die höchstgeleg-:.2 Fläche der Nocken als auch die Schräge der Nocken mit einer Härteschicht zu versehen. Des weiteren soll im Bereich der Nocken auch der Teil der Nockenwelle gehärtet werden, der dem übrigen Durchmesser der Welle entspricht. Der Verlauf der geforderten Härteschicht ist in der Abb. 7 bei 4 bzw. 5 angedeutet. Im Sinne der Erfindung wird zur Lösung dieser Aufgabe eine Heizeinrichtung, bestehend aus zwei unmittelbar benachbarten Spulen 6 und 7, verwendet, die ihrer Form nach etwa dem Umfang der Nockenwelle an den Stellen entspricht, an denen die Nocken sitzen. Die beiden Spulen werden gleichsinnig gespeist und üben eine kombinierte induktive Wirkung auf das Werkstück aus. Wie aus Abb.7 ersichtlich, üb3rdecken sich die Spulen 6 und 7 im Bereich der Schrägfläche 8 der Nocken. Die Überdeckung und damit Überlagerung der induktiven Wirkung an dieser Stelle, wo die eine Spule 6 einen hohen und die Spule 7 einen geringen Kopplungsgrad aufweist, stellt sicher, daß auch an dieser Stelle das Werkstück erwärmt wird und beim nachfolgenden Abschrecken eine Härteschicht entsteht, die den etwa bei 4 angedeuteten Verlauf aufweist. Eine Relativbewegung irgendwelcher Art zwischen Werkstück und Heizeinrichtung ist bei dieser Anordnung selbstverständlich überflüssig.The camshaft i is provided with two inclined cams 2 and 3, the are offset from one another by go °. The task is to do both the highest -: 2 To provide the surface of the cams as well as the slope of the cams with a hardness layer. Furthermore, the part of the camshaft should also be hardened in the area of the cams, which corresponds to the remaining diameter of the shaft. The course of the required hardness layer is indicated in Fig. 7 at 4 and 5, respectively. In the sense of the invention becomes the solution this task a heating device, consisting of two immediately adjacent Coils 6 and 7 are used, which are shaped according to about the circumference of the camshaft corresponds to the places where the cams sit. The two coils become in the same direction fed and exert a combined inductive effect on the workpiece. As As can be seen from Fig. 7, the coils 6 and 7 overlap in the area of the inclined surface 8 the cam. The overlap and thus superposition of the inductive effect on this Place where one coil 6 has a high and coil 7 a low degree of coupling has, ensures that the workpiece is also heated at this point and during the subsequent quenching, a hardening layer is created that resembles that indicated at 4 Has course. A relative movement of any kind between the workpiece and With this arrangement, heating equipment is of course superfluous.

In Fällen, in denen es sich darum handelt, derart verwickelte Körper zu behandeln, wie dies für das Beispiel nach Abb. 8 angenommen wurde, empfiehlt es sich, eine weitergehende Unterteilung der sich gegenseitig in ihrer Induktionswirkung ergänzenden Spulen vorzunehmen. Ein solcher Fall ist beispielsweise in Abb. g veranschaulicht. Es ist hier die Aufgabe gestellt, eine Nockenwelle i mit Schrägnocken 2 oberflächlich zu erwärmen und durch Abschrecken zu härten. Die Nocken 2 sind um i8o° versetzt, und sie sollen mit einer Härteschicht versehen werden, die durch die gestrichelten Linien 6 angedeutet ist. Der größeren Übersichtlichkeit halber sind. die zu verwendenden Spulen, die das Werkstück jeweils vollkommen umfassen, als einfache Striche 3 und 4 angedeutet, wobei jeweils die entgegengesetzte Seite der Spule durch die Bezugszeichen 311 bzw. 4a gekennzeichnet sind. Die Spulen 3, 3a sind in ihrer Form verhältnismäßig gleichmäßig. Die Spulen 4, 4a liegen auf der einen Seite des Werkstückes gestaffelt, sich jeweils überdeckend, hintereinander, während auf der Gegenseite die Teile 4 mit ihren Wirkflächen in Anpassung an die Schrägflächen der Nocken schräg liegen.In cases that are involved, bodies like that to be treated as it was assumed for the example according to Fig. 8, recommends it itself, a further subdivision of each other in their induction effect make additional coils. Such a case is illustrated in Fig. G, for example. The task here is to superficially develop a camshaft i with inclined cams 2 to be heated and hardened by quenching. The cams 2 are offset by 180 °, and they should be provided with a hardness layer, which is indicated by the dashed Lines 6 is indicated. For the sake of clarity are. the ones to be used Coils, which each completely encompass the workpiece, as simple lines 3 and 4 indicated, in each case the opposite side of the coil by the reference numerals 311 and 4a are marked. The coils 3, 3a are proportionate in shape evenly. The coils 4, 4a are staggered on one side of the workpiece, each overlapping, one behind the other, while on the opposite side the parts 4 with their active surfaces in adaptation to the inclined surfaces of the cams are inclined.

Es ist zweckmäßig, wie dies für die Ausführungsform nach Abb. g angenommen ist, bei derart unterschiedlicher Formgebung der einzelnen Spulen sicherzustellen, daß die Stromwege in den einzelnen Spulen stets gleich lang sind, so daß eine gleichmäßige Verteilung des Stromes auf die Gesamtvorrichtung gewährleistet ist. Trotz des hierdurch bedingten schlechten Kopplungsgrades, insbesondere an den Stellen 5, wird durch die kombinierte Induktionswirkung eine gleichmäßige Erwärmung und damit gleichmäßige Einhärtung erzielt.It is appropriate, as assumed for the embodiment according to Fig. G is to ensure with such different shapes of the individual coils, that the current paths in the individual coils are always the same length, so that a uniform Distribution of the current to the entire device is guaranteed. Despite this caused poor degree of coupling, especially at the points 5, is through the combined induction effect ensures uniform heating and therefore uniform Hardening achieved.

Die Vorrichtungen gemäß der Erfindung sind in ihrer Anwendung nicht beschränkt auf Werkstückformen, wie sie in den einzelnen Abbildungen als Beispiele dargestellt worden sind; vielmehr sind die Maßnahmen gemäß der Erfindung hervorragend dazu geeignet, sich den verschiedensten Aufgaben bezüglich der Behandlung von Werkstücken verwickelter Formen anzupassen.The devices according to the invention are not in their application limited to workpiece shapes as shown in the individual figures as examples have been depicted; rather, the measures according to the invention are excellent suitable for a wide variety of tasks relating to the treatment of workpieces to adapt to intricate shapes.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for inductive heating of metallic workpieces with or without relative movement between the heating device consisting of two or more coils and the workpiece, characterized by coils fed in the same direction, adjustable coils, each of which has a larger clear width than corresponds to the workpiece shape plus the normal coupling gap, and which are brought into action simultaneously and jointly on the workpiece in such a way that the inductively usable cross-section of the overall arrangement is adapted to the respective workpiece dimensions.

2. Device according to claim i, characterized in that that the coils comprising the workpiece have the same size and shape and pivotable or displaceable in parallel planes intersecting one another are.

3. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that for workpieces with a circular, elliptical or similar cross-section, circular or elliptical coils are used, which can be pivoted about a common pivot point are.

4. Apparatus according to claim i and 2, characterized in that for workpieces rectangular cross-section rectangular coils are used, which are in parallel planes can be moved.

5. Apparatus according to claim i to 4, characterized characterized in that one or more coils can also be pivoted in the coil plane are to adapt to z. B. trapezoidal cross-sections of the workpieces.

6. Device according to claim i for heating the inner walls of workpieces, characterized by two or more coils of the same shape and size, their external dimensions are each smaller than the dimension of the cavity cross-section, and against each other are pivotable in such a way that the inductively usable total scope of the arrangement can be enlarged and reduced in size to match the cavity dimensions.

7. The device according to claim i for workpieces whose cross-section changes by leaps and bounds changes, for example in the case of shafts through control cams plates by ribs or similar shapes, characterized by two or more das Workpiece comprising coils of different shapes and possibly different ones Size, with the shapes of the immediately adjacent coils to one Inductively usable total cross-section complement that of the shape of the to be treated Workpiece surface including cams, ribs, projections or the like. is equivalent to.