DE857839C

DE857839C - Method and device for electro-inductive heating of workpieces

Info

Publication number: DE857839C
Application number: DED1639D
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr-Ing Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1940-11-27
Filing date: 1940-11-27
Publication date: 1952-12-01

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken Es ist bereits ein Verfahren zum induktiven Erhitzen ferromagnetischer Werkstücke mittels das Werkstück durchsetzender magnetischer Wechselfelder bekannt, bei welchem zur gleichen Zeit Ströme und von ihnen erzeugte magnetische Felder unterschiedlicher Frequenz auf das zu erhitzende Werkstück einwirken. Bei diesem bekannten Verfahren und der hierzu nötigen Einrichtung sind jedoch die erregenden koaxial um das @-%'erkstück gelegten Heizwicklungen in ihrer Achsrichtung gegeneinander versetzt, und das Werkstück wandert beim Erhitzungsvorgang axial durch den inneren Hohlraum der Spulen, so daß die gleichzeitige Einwirkung der Ströme unterschiedlicher Frequenz jeweilig im gewissen Zeitraum nacheinander auf verschiedene Stellen des Werkstücks erfolgt und deshalb die Erhitzung des Werkstücks auf seine nötige Höchsttemperatur stufenweise nacheinander vor sich geht. Dies bekannte Verfahren zum Ausglühen und nachherigen Abkühlen ferromagnetischer Werkstücke oder Werkstoffe dient hauptsächlich dazu, durch gleichzeitige Anwendung der unterschiedlichen Frequenzen im Bereiche benachbarter Teile des Werkstücks einen besseren Wirkungsgrad des Erhitzungsvorgangs sowie eine größere Wirtschaftlichkeit und ergiebigere Arbeitsleistung zu erzielen.Method and device for electroinductive heating of workpieces It is already a method for inductive heating of ferromagnetic workpieces known by means of alternating magnetic fields penetrating the workpiece, in which at the same time currents and magnetic fields generated by them of different Frequency act on the workpiece to be heated. In this known method and the equipment required for this, however, the exciting coaxially around the @ -% 'piece placed heating coils offset against each other in their axial direction, and the workpiece migrates axially through the inner cavity of the coils during the heating process, so that the simultaneous action of the currents of different frequencies each to a certain extent Period takes place one after the other on different points of the workpiece and therefore the heating of the workpiece to its required maximum temperature in stages one after the other going on. This known method for annealing and subsequent cooling is ferromagnetic Workpieces or materials is mainly used by simultaneous application the different frequencies in the area of adjacent parts of the workpiece better efficiency of the heating process and greater economy and to achieve more productive work performance.

Die Erfindung bezieht sich auf das bekannte Verfahren zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken, vornehmlich behufs deren anschließender Abschreckung und Härtung, unterAnwendufg mehrerer Magnetfelder unterschiedlicher Frequenz, die gleichzeitig durch rings um das Werkstück gelegte koaxiale Erregerspulen oder auch durch auf der Werkstückoberfläche angeordnete Leiterschleifen erzeugt, nach Bedarf auch durch jeweilige Phasenlage und Amplitude der Erregerströme mitbestimmt werden.The invention relates to the known method for electroinductive Heating of workpieces, primarily for their subsequent use deterrence and hardening, using multiple magnetic fields of different frequencies, the at the same time by coaxial excitation coils placed around the workpiece or else generated by conductor loops arranged on the workpiece surface, as required can also be determined by the respective phase position and amplitude of the excitation currents.

Erfindungsgemäß fließen während des Erhitzungsvorgangs die verschiedenfrequenten Erregerströme entweder als Mischfrequenz in ein und derselben oder statt dessen auch als Einzelfrequenzen in mehreren koaxial aufeinandergelegten oder koaxial ineinandergeschachtelten Erregerwicklungen bzw. auch in entsprechend angeordneten Leiterschleifen gleichzeitig und erzeugen so Magnetfelder verschiedener Frequenz, welche innerhalb des vom Werkstück durchsetzten Spulenhohlraums gleichzeitig und sich überlagernd wirken, während der Erhitzung die Temperaturverteilung im Werkstück günstig beeinflussen und hierdurch im Fall der anschließenden Härtung vornehmlich das gehärtete Werkstück hinsichtlich seiner mechanischen bzw. auch seiner metallurgischen Eigenschaften vergüten.According to the invention, the different frequencies flow during the heating process Excitation currents either as a mixed frequency in one and the same or instead of it also as individual frequencies in several coaxially stacked or coaxially nested Excitation windings or in appropriately arranged conductor loops at the same time and thus generate magnetic fields of different frequencies, which are within the range of the workpiece penetrated coil cavity at the same time and act superimposed during the Heating affect the temperature distribution in the workpiece favorably and thereby in the case of the subsequent hardening, primarily the hardened workpiece with regard to its mechanical and also its metallurgical properties.

Übrigens gehörte es u. a. bereits seit langem zum Stand der Technik, daß der im Werkstück erzeugte Hochfrequenzstrom um so tiefer in das Werkstück eindringt, je geringer die Frequenz des Erregerstroms ist. In gewissen Grenzen ist man daher in der Lage, durch Wahl einer geeigneten Frequenz die Tiefenwirkung des induzierten Stroms und damit die Erwärmung des Werkstücks zu regeln. Da aber der induzierte Strom niemals den ganzen Werkstückquerschnitt gleichmäßig durchflutet, muß die Erwärmung derjenigen Werkstückzonen, in denen ein induzierter Strom nicht oder in nicht nennenswertem Maße fließt, von denjenigen Zonen des Werkstücks aus, die einer unmittelbaren Erwärmung durch den induzierten Strom ausgesetzt sind, durch Wärmeleitung miterhitzt werden. Diese allgemeine Feststellung gilt sowohl für die Fälle, in denen es sich darum handelt, ein Werkstück auf dem ganzen Querschnitt auf eine gleichmäßige Temperatur zu erwärmen als auch für die Fälle, in denen es sich darum handelt, an der Oberfläche höhere Temperaturen als im Kern zu erzielen bzw. nur eine eng begrenzte Oberflächenschicht zu erhitzen, d. h. also einerseits für Fälle, bei denen Werkstücke beispielsweise aus Stahl oder Metall geglüht oder angelassen werden sollen und anderseits für Fälle, in denen Werkstücke nur oberflächlich, beispielsweise zum Zwecke des Härtens od. dgl., erhitzt werden sollen.Incidentally, it belonged among others. state of the art for a long time, that the high-frequency current generated in the workpiece penetrates deeper into the workpiece, the lower the frequency of the excitation current. You are therefore within certain limits able, by choosing a suitable frequency, the depth effect of the induced To regulate the current and thus the heating of the workpiece. But since the induced If the current never evenly flows through the entire cross-section of the workpiece, the heating must of those workpiece zones in which an induced current is not or not significantly Dimensions flows from those zones of the workpiece that are subject to direct heating exposed to the induced current, are also heated by conduction. This general statement applies both to the cases in which it is acts, a workpiece over the entire cross-section to a uniform temperature to heat as well as on the surface for the cases in which it is a question of this to achieve higher temperatures than in the core or only a narrowly limited surface layer to heat, d. H. on the one hand for cases in which workpieces, for example steel or metal are to be annealed or tempered and on the other hand for cases in which workpieces only superficially, for example for the purpose of hardening od. Like. To be heated.

Diese Verhältnisse bringen sowohl bezüglich des thermischen und damit auch des elektrischen Wirkungsgrads als auch bezüglich der Eigenschaften des behandelten Werkstücks gewisse Nachteile mit sich. Soll beispielsweise bei verhältnismäßig hoher Frequenz ein verhältnismäßig dickes Werkstück auf dem ganzen Querschnitt erwärmt werden, so ist es erforderlich, an der Außenschicht eine höhere Temperatur entstehen zu lassen als im Kern, wodurch dann von dieser hocherhitzten Außenschicht aus durch Wärmeleitung und Wärmeausgleich eine Erhitzung auch der Kernzone erfolgt. Dabei besteht in hohem Maße die Gefahr der Überhitzung der Randschichten. Wenn anderseits gefordert wird, daß nur eine Oberflächenschicht er hitzt wird, so tritt je nachdem, welche Temperatur höhe gefordert wird, eine mehr oder weniger stark( Abwanderung der Wärme nach dem Kern hin ein, die um so größer wird, je höher die Temperatur an dei Außenschicht werden soll oder je tiefer diese erhöht( Temperatur in die Werkstückoberfläche eindringen soll; denn in beiden Fällen ist es erforderlich, die Heizwirkung länger aufrechtzuerhalten als bei geringer Temperaturerhöhung an der Oberfläche und geringes Tiefenwirkung. Das führt beispielsweise bei dem Oberflächenhärten von Stahl dazu, daß zwischen Rand und Kern ein unerwünscht großes Übergangsgefüge auftritt, weil eine breite Zone vorhanden ist, in der einerseits die Anlaßwirkung, der der Stahl zuvor unterworfen worden ist, aufgehoben wird und anderseits die Temperatur noch nicht zu einer Härtung ausreicht. Abgesehen hiervon wird aber auch ein großer Teil des Werkstücks durch die Wärmeleitung erhitzt, ohne daß dies aus Gründen der gewünschten Endwirkung, nämlich der Oberflächenhärtung, erforderlich wäre. Es muß daher mehr Wärme erzeugt und daher auch mehr elektrische Energie verbraucht werden als erforderlich. Es versteht sich, daß unerwünschte Erwärmungen des Gefüges zu einer Minderung der Eigenschaften des gesamten Werkstücks führen, was z. B. für Maschinenteile u. dgl. von erheblicher Bedeutung sein kann und sich beispielsweise in Verminderung der Festigkeit, u. dgl. auswirken kann. Es ist zwar möglich, einen gewissen Ausgleich der unerwünschten Wirkungen dadurch herbeizuführen, daß in Anpassung an Werkstückgröße und erwünschte Temperaturerhöhung bestimmte Frequenzen gewählt werden. Durch diese Maßnahme können indes die Wirkungen nur gemildert, nicht aber die Nachteile beseitigt werden.These relationships bring both with respect to the thermal and thus also the electrical efficiency as well as the properties of the treated Workpiece with certain disadvantages. Should, for example, be relatively high Frequency a relatively thick workpiece is heated over the entire cross-section it is necessary that a higher temperature is created on the outer layer than in the core, which then allows through from this highly heated outer layer Thermal conduction and thermal equalization, the core zone is also heated. Included there is a high risk of the surface layers overheating. If on the other hand it is required that only one surface layer is heated, depending on which temperature is required, a more or less strong (migration the heat towards the core, which increases the higher the temperature on the outer layer or the deeper it is increased (temperature in the workpiece surface should penetrate; because in both cases it is necessary to keep the heating effect longer to be maintained than with a slight increase in temperature on the surface and slight Depth effect. In the case of surface hardening of steel, for example, this leads to that an undesirably large transition structure occurs between the edge and core, because there is a wide zone in which, on the one hand, the tempering effect of the steel has previously been subjected, is canceled and on the other hand the temperature is still not sufficient for hardening. Apart from this, however, there will also be a large part of the workpiece is heated by the conduction of heat, without this for the sake of the desired Final effect, namely surface hardening, would be required. So it has to be more Heat is generated and therefore more electrical energy is consumed than required. It goes without saying that undesired heating of the structure leads to a reduction in the Properties of the entire workpiece lead what z. B. for machine parts and the like. can be of considerable importance and, for example, in reducing the Strength, and the like. While it is possible to have some compensation to bring about the undesirable effects that in adaptation to workpiece size and desired temperature increase, certain frequencies can be selected. Through this Measures can only moderate the effects, but not eliminate the disadvantages will.

Die erfindungsgemäße Überlagerung zweier oder mehrerer Ströme unterschiedlicher Frequenz gestattet eine fast beliebige Verteilung der Temperatur im Werkstück bereits bei ihrer Entstehung. Obwohl die theoretischen Vorgänge im einzelnen noch nicht klar analysiert sind, scheint die Wirkung darauf zu beruhen, daß der im Werkstück fließende Strom niederer Frequenz infolge der hierdurch hervorgerufenen Erwärmung die Werkstoffkonstanten wie Permeabilität und Ohmscher Widerstand derart ändert, daß der gleichzeitig und überlagernd erzeugte Strom höherer Frequenz Gelegenheit hat, tiefer in das Werkstück einzudringen, als dies ohne gleichzeitige Einwirkung beider Frequenzen möglich wäre. Sofern es sich um ein Werkstück aus ferromagnetischem Werkstoff handelt, spielt auch die magnetische Sättigung eine Rolle und die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Ströme verschiedener Frequenzen kann beipsielsweise an der Oberfläche eine besonders starke Sättigung hervorrufen, wodurch die Permeabilität herabgesetzt und das Eindringen der Ströme zu tieferen Schichten begünstigt wird.The superposition of two or more currents according to the invention Frequency already allows almost any distribution of the temperature in the workpiece at their creation. Although the theoretical processes are not yet in detail are clearly analyzed, the effect seems to be due to the fact that the in the workpiece Low-frequency current flowing as a result of the resulting heating the material constants such as permeability and ohmic resistance changes in such a way that that the stream of higher frequency generated simultaneously and superimposed gives opportunity has to penetrate deeper into the workpiece than this without simultaneous action both frequencies would be possible. Unless it is a workpiece made of ferromagnetic Material, magnetic saturation and mutual saturation also play a role Interaction of the individual currents of different frequencies can be for example cause a particularly strong saturation on the surface, which increases the permeability and the penetration of the currents to deeper layers is favored.

Es ist ersichtlich, daß durch eine geeignete Abstimmung der Frequenz des Erregerstroms und damit der Frequenz der einwirkenden 'Magnetfelder aufeinander Temperaturverteilungen im Werkstück erreicht werden können, wie dies bisher bei Verwendung einer einzigen Frequenz nicht möglich war, wobei außerdem diese Temperaturverteilung ohne Verschlechterung des thermischen und elektrischen Wirkungsgrades auch dann gelingt, wenn verhältnismäßig große Werkstücke behandelt werden sollen, bei denen naturgemäß in jedem I#alle größere Eindriiigtiefen gefordert werden, als bei kleinen Werkstücken.It can be seen that by appropriately tuning the frequency of the excitation current and thus the frequency of the magnetic fields acting on one another Temperature distributions in the workpiece can be achieved can how this was previously not possible using a single frequency, and moreover this temperature distribution without deterioration of the thermal and electrical Efficiency succeeds even when handling relatively large workpieces should be, for which naturally greater penetration depths are required in every I # than with small workpieces.

Zur Ergänzung der Wirkung, die durch die Anwendung mehrerer sich überlagernder Frequenzen hervorgerufen wird, können zur gewünschten Verteilung der Temperaturerhöhung im Werkstück auch die Amplitudemverte der Frequenzen aufeinander abgestimmt werden. Eine weitere Einflußmöglichkeit besteht darin, daß eine Verschiebung der Phasenlage der überlagerten Schwingungen gegeneinander durchgeführt wird. Welche Frequenzen zu wählen und wie das Amplitudenverhältnis und die Phasenverschiebung einzustellen sind sowie ferner, ob es im Einzelfall genügt, lediglich mehrere Frequenzen anzuwenden oder auch gleichzeitig diesen Frequenzen verschiedene Amplitudenwerte und gegebenenfalls noch eine gegenseitige Phasenverschiebung zu verleihen, muß im Einzelfall durch Stichversuche ermittelt werden und richtet sich in erster Linie nach den gewünschten Temperaturverläufen sowie nach den Werkstoffeigenschaften des zu behandelnden Werkstücks. Bei der Anwendung zweier Ströme verschiedener Frequenzen hat es sich als besonders zweckmäßig erwiesen, mit einem Frequenzverhältnis dieser beiden Ströme zueinander in der Größenordnung von i : 3 bis i : 30 zu arbeiten. Selbstverständlich sind aber auch andere Verhältnisse möglich, die sich im wesentlichen aus dem geforderten Verlauf der Temperaturverteilung in jedem Einzelfall ergeben.To supplement the effect that is caused by the use of several overlapping frequencies, the amplitude values of the frequencies can also be coordinated with one another for the desired distribution of the temperature increase in the workpiece. Another possibility of influencing is that the phase position of the superimposed vibrations is shifted relative to one another. Which frequencies are to be selected and how the amplitude ratio and the phase shift are to be set, as well as whether it is sufficient in individual cases to only use several frequencies or to give these frequencies different amplitude values and, if necessary, a mutual phase shift, must be determined in each individual case by random tests and is primarily based on the desired temperature profile and the material properties of the workpiece to be treated. When using two currents of different frequencies, it has proven to be particularly expedient to work with a frequency ratio of these two currents to one another of the order of magnitude of i: 3 to i: 30 . Of course, other conditions are also possible, which essentially result from the required course of the temperature distribution in each individual case.

Dem Verfahren gemäß der Erfindung kommt beispielsweise besondere Bedeutung zu für das Erhitzen äußerst dünner Oberflächenschichten, wie dies beispielsweise erforderlich wird bei der Herstellung von Werkstücken mit einer äußerst dünnen Härteschicht. Bekanntlich gelingt mit dem bekannten Verfahren das Erwärmen dünnster Oberflächenschichten nur dadurch, daß Stromquellen hoher Frequenz benutzt werden. Die Bereitstellung großer Energiemengen mit den erforderlichen hohen Frequenzen ist jedoch besonders schwierig und bedingt kostspielige Anlagen.For example, the method according to the invention is of particular importance to for heating extremely thin surface layers such as this for example is required when manufacturing workpieces with an extremely thin hard layer. It is known that the known method can be used to heat the thinnest surface layers only by using high frequency power sources. The provision however, large amounts of energy at the required high frequencies is special difficult and conditionally expensive systems.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung kann aber diese Aufgabe mühelos gelöst werden, wobei man sich den Vorgang etw"t so vorzustellen hat, daß der erzeugte Strom mit der niederen Frequenz in verhältnismäßig großer Eindringtiefe das Werkstück gewissermaßen vorwärnit, während der Strom höherer Frequenz, der an sich eine verhältnismäßig geringe Eindringtiefe aufweist, die vorerwärmte Oberflächenschicht in kürzester Zeit auf die gewünschte hohe Temperatur bringt. Diese Wirkung des höherfrequenten Stromes, die praktisch mit der des niederfrequenten zusammenfällt, wird dadurch begünstigt, daß der Wärmeabfluß nach dem Kern beeinträchtigt wird, weil infolge der Vorerwärmung der inneren Schichten ein geringes Wärmegefälle vorliegt.With the method according to the invention, however, this task can be done effortlessly can be solved, whereby one has to imagine the process in such a way that the generated Current with the lower frequency penetrates the workpiece in a relatively large depth to a certain extent vorwärnit, while the current of higher frequency, which in itself is a relatively has a low penetration depth, the preheated surface layer in the shortest Brings time to the desired high temperature. This effect of the higher frequency Current, which practically coincides with that of the low-frequency, is thereby favors that the heat flow to the core is impaired because as a result there is a slight heat gradient when the inner layers are preheated.

Selbstverständlich müssen die Frequenzen in ihrer Abstimmung so gewählt werden, daß das Werkstück in seinen mehr dem Kern zuliegenden Schichten nicht auf Temperaturen gebracht wird, die einen schädlichen Einfluß auf die Eigenschaften ausüben. So darf beispielsweise bei einem Stahl die Temperatur in den Innenschichten nicht die Anlaßtemperatur übersteigen, durch die vorher dem Stahl bestimmte Eigenschaften vermittelt worden sind. Durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung ist es daher möglich, mit einem verhältnismäßig geringen Energiebedarf für die Stromquelle höherer Frequenz die wirksame Temperaturerhöhung, beispielsweise zum Zweck des Erzielens dünner Härteschichten, auf äußerst geringe Schichtdicken der Oberflächen zu beschränken. Der benötigte Hochfrequenzerzeuger kann daher verhältnismäßig geringer Leistung sein.It goes without saying that the frequencies must be chosen in this way in their coordination be that the workpiece in its layers lying closer to the core are not on Temperatures are brought up which have a detrimental effect on the properties exercise. In the case of steel, for example, the temperature in the inner layers is allowed do not exceed the tempering temperature, due to the properties of the steel previously determined have been conveyed. By the measures according to the invention it is therefore possible with a relatively low energy requirement for the higher frequency power source the effective temperature increase, for example for the purpose of achieving thin layers of hardness, to be limited to extremely thin surface layers. The one needed High-frequency generator can therefore be relatively low-power.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besitzt besondere Bedeutung für die Behandlung von metallischen Werkstoffen, vornehmlich von Stahl. Es können mit seiner Hilfe alle Erwärmungsarten durchgeführt werden, wie z. B. durchgehendes Erhitzen der Werkstücke zum Zweck des Glühens, Entspannens und Anlassens sowie der teilweisen Erhitzung an der Oberfläche, wie es erforderlich wird, um gehärtete Oberflächenschichten durch Abschrecken zu erhalten. Sollen beispielsweise dicke Härteschichten erzielt werden und wird mithin tiefes Eindringen der Wärme in die Oberflächenzonen erforderlich, so kann durch Angleichen der Frequenzen sowie der Amplitudenwerte der Ströme erzielt werden, daß die Kurve des Temperaturabfalls über den Werkstückquerschnitt im Bereich der zu härtenden Schicht einen flachen Verlauf nimmt, während ein steiles Abfallen dieser Kurve in unmittelbar darunterliegenden Schichten erfolgt. Für den erreichten Temperaturverlauf ist u. a. auch die durch Phasenverschiebung der Einzelströme beeinflußbare Kurvenform der entstehenden Überlagerungsschwingung maßgebend, da die Permeabilität ferromagnetischer Werkstücke von der zeitlichen Ausbildung des Magnetfeldes abhängig ist.The method according to the invention is of particular importance for the treatment of metallic materials, primarily steel. It can with with its help, all types of heating are carried out, such as B. continuous heating the workpieces for the purpose of annealing, relaxing and tempering as well as partial Heating on the surface as it is required to harden surface layers by quenching. Should, for example, achieve thick layers of hardness deep penetration of the heat into the surface zones is necessary, this can be achieved by adjusting the frequencies as well as the amplitude values of the currents that the curve of the temperature drop across the workpiece cross-section in the area the layer to be hardened takes a flat course, while a steep slope this curve takes place in the layers immediately below. For the achieved Temperature profile is, among other things. also that which can be influenced by the phase shift of the individual currents Curve shape of the resulting superposition oscillation is decisive, since the permeability of ferromagnetic workpieces depends on the temporal development of the magnetic field is.

Gemäß der Erfindung dient zur Ausübung des Verfahrens eine Vorrichtung, bei welcher eine Heizvorrichtung an einen Transformator angeschlossen ist, der die gewünschte Mischfrequenz abgibt. Die Heizeinrichtung selbst kann in an sich bekannter Weise die Form einer das Werkstück umfassenden Spule annehmen oder aber als Leiterschleife ausgebildet sein, die sich über der Oberfläche des Werkstücks schließt. Der Mischtransformator wird mit zwei oder mehreren Primärwicklungen ausgerüstet, die jeweils an eine Stromquelle angeschlossen sind, die untereinander verschiedene Frequenzen aufweisen oder, sofern dies im Einzelfall erwünscht ist, auch noch eine Phasenverschiebung zwischen den Einzelfrequenzen und gegebenenfalls eine Amplitudenabweichung der Schwingungen erzeugen. Der Bau derartiger Transformatoren gehört an sich zum Stand der Elektrotechnik und es ist lediglich in Anpassung an die gegebenen Verhältnisse darauf zu achten, daß das Eisen des Transformators entsprechend der verschiedenen Frequenzen, Stromstärken, Phasenlagen usw. ausgelegt ist.According to the invention, a device is used to carry out the method, in which a heating device is connected to a transformer, which the outputs the desired mixing frequency. The heating device itself can be known per se Way take the form of a coil surrounding the workpiece or as a conductor loop be formed which closes over the surface of the workpiece. The mixing transformer is equipped with two or more primary windings, each connected to a power source are connected, which have different frequencies from one another or, if this is desirable in individual cases, also a phase shift between the Generate individual frequencies and possibly an amplitude deviation of the vibrations. The construction of such transformers belongs to the state of electrical engineering and it is only to be ensured in adaptation to the given circumstances that the iron of the transformer according to the different frequencies, currents, Phases, etc. is designed.

Es ist gemäß der Erfindung jedoch auch möglich, für jede Frequenz eine besondere Heizspule vorzusehen, wobei jede dieser Spulen an eine besondere Stromquelle angeschlossen ist. Die von den einzelnen Stromquellen gelieferten Ströme unterscheiden sich bezüglich der Frequenz und gegebenenfalls auch der Phasenlage bzw. der Amplitudenwerte voneinander. Diese Art der Anordnung hat den Vorzug, daß der Mischtransformator entfallen kann, anderseits können sich aber Besonderheiten für die Ausbildung bzw. Anordnung der einzelnen Heizleiter der Spulen zueinander ergeben.According to the invention, however, it is also possible for each frequency to provide a special heating coil, each of these coils being connected to a particular one Power source connected. Differentiate the currents supplied by the individual power sources with regard to the frequency and possibly also the phase position or the amplitude values from each other. This type of arrangement has the advantage that the mixer transformer can be omitted, but on the other hand, there may be special features for the training or Arrangement of the individual heating conductors of the coils to one another.

In der Zeichnung ist eine solche Anordnung veranschaulicht. Es sei die Aufgabe gestellt, ein Werkstück i in bestimmter Weise zu erhitzen. Der Einfachheit halber ist dieses Werkstück i als eine Platte dargestellt, grundsätzlich gelten aber selbstverständlich die Ausführungen auch für Werkstücke anderer Formen. Zunächst ist ein Heizleiter 2-3 vorgesehen, der das Werkstück umfaßt und mit zwei verschiedenen Querschnitten 2 und 3 versehen ist, wie dies bereits für Heizleiter solcher Art vorgeschlagen wurde.Such an arrangement is illustrated in the drawing. Be it set the task of heating a workpiece i in a certain way. Of simplicity for the sake of this workpiece i is shown as a plate, basically apply but of course the designs also for workpieces of other shapes. First a heating conductor 2-3 is provided, which surrounds the workpiece and with two different ones Cross-sections 2 and 3 is provided, as has already been done for heat conductors of this type was suggested.

Durch den Hohlraum 4 des Heizleiters ist für eine Kühlung Sorge getragen. Der Heizleiter 3 selbst ist von einer Schicht 5 aus Isolierwerkstoff, der zweckmäßig wärmebeständig zu sein hat, umgeben. Von dieser Schicht 5 wird ein den Leiter umgebendes lamelliertes Eisenjoch 6 getragen. Dieses Eisenjoch hat den Zweck, Streuungen zu verhindern, die besonders dann, wenn die Spule 2-3 mit verhältnismäßig hohen Frequenzen betrieben wird, große Werte annehmen können.Cooling is ensured through the cavity 4 of the heating conductor. The heating conductor 3 itself is of a layer 5 made of insulating material, which is useful has to be heat-resistant, surrounded. This layer 5 is a surrounding the conductor 6 laminated iron yoke worn. This iron yoke has the purpose of spreading Prevent that especially when the coil is 2-3 at relatively high frequencies operated, can assume great values.

In einem bestimmten Abstand vom Joch 6 ist ein ebenfalls lamelliertes Eisenjoch ii vorgesehen und dieses Joch ist von Wicklungen 12 umgeben, die mit einem Strom niedrigerer Frequenz gespeist werden als die Spule 2-3.At a certain distance from the yoke 6 is also a laminated one Eisenjoch ii provided and this yoke is surrounded by windings 12 with a Current of lower frequency are fed than the coil 2-3.

In Fällen, in denen eine solche Vorrichtung benutzt werden soll, um die Härtung von Werkstücken an der Oberfläche durchzuführen, ist es zweckmäßig, indes aber nicht unbedingt erforderlich, den Zwischenraum zwischen dem Joch 6 und dem Joch ii zur Führung der erforderlichen Kühl- und Abschreckmittel zu benutzen. In dem Ausführungsbeispiel ist die Anordnung so getroffen, daß der Hohlraum durch Deckel io aus Isolierwerkstoff abgeschlossen und durch eine Zwischenwand 9 eine Unterteilung in zwei Kammern 7 und 8 vorgenommen ist. Die Kammer 7 dient der Führung des Abschreckmittels, das durch die Schlitze 13 auf die erhitzte Oberfläche zum Zweck des Abschrekkens austritt. Die Kammer 8 dagegen führt Preßluft oder Preßgas, das durch die Schlitze 14 unter die Heizeinrichtung geblasen wird, um zu erreichen, daß die aus den Schlitzen 13 austretende Abschreckflüssigkeit nicht unter die Heizeinrichtung zurückfließt. Es sind auch andere Ausführungsformen der Erfindung möglich und die Maßnahmen der Erfindung sind auch anwendbar auf solche Fälle, in denen nicht nur einwindige, sondern mehrwindige Spulen bzw. Leiterschleifen Verwendung finden.In cases in which such a device is to be used to carry out the hardening of workpieces on the surface, it is useful, but not absolutely necessary, the space between the yoke 6 and the yoke ii to guide the required coolants and quenching agents to use. In the exemplary embodiment, the arrangement is such that the cavity is closed off by a cover made of insulating material and a partition 9 is used to divide it into two chambers 7 and 8. The chamber 7 serves to guide the quenching agent, which emerges through the slits 13 onto the heated surface for the purpose of quenching. The chamber 8, on the other hand, carries compressed air or compressed gas which is blown through the slots 14 under the heating device in order to ensure that the quenching liquid emerging from the slots 13 does not flow back under the heating device. Other embodiments of the invention are also possible and the measures of the invention can also be applied to those cases in which not only single-turn, but multiple-turn coils or conductor loops are used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for electroinductive heating of workpieces, primarily for their subsequent quenching and hardening, using several magnetic fields of different frequency that pass through all around at the same time Coaxial excitation coils placed on the workpiece or by on the workpiece surface Arranged conductor loops generated, if necessary also by the respective phase position and amplitude of the excitation currents are also determined, characterized in that during the heating process either the excitation currents of different frequencies as a mixed frequency in one and the same or instead also as individual frequencies in several coaxially stacked or coaxially nested excitation windings or also flow simultaneously in appropriately arranged conductor loops and so: generate magnetic fields of different frequencies, which are within the range of the workpiece penetrated coil cavity at the same time and act overlying each other during the Heating affect the temperature distribution in the workpiece favorably and thereby in the case of the subsequent hardening, primarily the hardened workpiece with regard to its mechanical and also its metallurgical properties.

2. Device for performing the method according to claim i, characterized by a The transformer emitting the desired mixing frequency to which a heating device in the form of a coil surrounding the workpiece or in the form of a Workpiece surface closing conductor loop is connected.

3. Device for carrying out the method according to claim i, characterized by several coils or conductor loops, each of which is connected to a special power source a stream of uniform frequency is fed.

4. Apparatus according to claim 3, characterized by laminated yokes assigned to the individual heating elements, the optionally designed as coolant chambers and od with openings, slots. Like. Are provided for supplying the coolant to the workpiece surface.