-
Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken Zum elektroinduktiven
Erhitzen von metallischen Werkstücken werden bekanntlich Spulen oder Leiterschleifen
verwendet. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden, diese Induktoren mit i\Iagnetjochen
aus geschichteten Blechen oder sog. Masse zu versehen, die den Zweck haben, das
erregende Magnetfeld zu konzentrieren und dadurch die Heizwirkung zu verbessern.
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, die Anordnung der Joche so vorzusehen, dag
jeder einzelne Leiter von dem betreffenden Joch umfaPt wird. Brei Spulen wird auf
diese Weise der Wirkungsgrad noch wesentlich verbessert, da offenbar innere Streuungen
in der Spule vermieden werden. Bei Leiterschleifen wird eine wirtschaftliche Ausnutzung
durch eine solche Anordnung überhaupt erst ermöglicht.
-
Bei Induktoren, die mit derartigen Magnetjochen versehen sind, kann
die Heizwirkung in einem gewissen Umfang beeinflußt werden, indem nicht vorbekannten
Vorschlägen zufolge der Kopplungsspalt zwischen dem Joch und dem Werkstück verändert
wird oder aber, indem Joche verwendet werden, die längs ihrer Erstreckung verschiedene
Querschnitte aufweisen oder bei welchen Werkstoffe verschiedener Permeabilität in
Längsrichtung miteinander abwechseln. Wenn hierdurch die Heizwirkung auch beeinflußtwerden
kann, so ist jedoch im allgemeinen durch die getroffene Anordnung für den praktischen
Betrieb
die W irküng, die der Induktor auszuüben imstande ist, unveränderlich festgelegt.
-
Zweck der Efindung ist es, Induktoren zu schaffen, bei denen die Erhitzungscharakteristik
den jeweils vorliegenden. Bledingungen angepaßt werden kann etwa in dem Sinne, daß
für Werkstücke ähnlicher Abmessungen ein Normalinduktor hergestellt wird, der den
besonderen Bedingungen jedes einzelnenWerkstückes angepaßtwerden kann: Zweck der
Erfindung ist es ferner, besondere Erhitzungscharakteristiken zu erzeugen, die unter
Verwendung von .Induktoren üblicher Art im allgemeinen nur sehr schwer zu erzielen
sind.
-
GemäD der Erfindung gelingt dies dann, wenn die Spulen oder Leiterschleifen
mit Jochblechen oder Jochkörpern unterschiedlicher Wirklänge versehen werden, die
auswechselbar sind. Wenn zur Ver-Wendung eines solchen Induktörs geschritten wird,
werden die einzelnen Jochbleche oder Jochkörper unterschiedlicher Wirklänge auf
den Induktor aufgeschichtet, und durch einen oder mehrere Stichversuche wird festgestellt,
wie die Erhitzungscharakteristik verläuft und ob diese dem zu behandelnden Werkstück
angepaßt ist. Ist dies nicht der Fall, so werden einzelne Joche durch andere Joche
mit anderer Wirklänge ersetzt, und dies geschieht so lange, bis die gewünschte Erhitzun:gscharakteristik
erzielt ist.
-
Auf diese Weise lassen sich die verschiedensten Aufgaben des elektroinduktiven
Erhitzens lösen, die bisher nur mit sehr verwickelten Anordnungen gemeistert werden
konnten. So zeigt z. B'. eine Spule ein Feld, das in der Spulenmitte eine größere
Konzentration aufweist als in den äußeren Gebieten. Um mit einer solchen Spule ein
gleichmäßiges Erhitzen zu erreichen, ist versucht worden., in den äußeren Spulengebieten
mit engerer Kopplung zu arbeiten. Ein Induktor, der im äußeren und im inneren Teil
mit unterschiedlicher Kopplung arbeitet, ist jedoch in der Praxis sehr unzuverlässig,
da die gewünschten Kopplungsgrade selten genau eingehalten werden können. Abgesehen
hiervon ist es schwierig, eine solche Spule herzustellen, da die einzelnen Windungen
unterschiedliche Durchmesser aufweisen müssen. Aber selbst bei einer einwindigen
Spule mitbreitemHeizleiter ergeben sich erhebliche Schwierigkeiten bei der Herstellung
und bei der Verwendung. Wendet man dagegen auf eine solche Spule die Maßnahmen gemäß.
der Erfindung an, so kannbeigleichmäßngemKopplupgsabstand zwischen Werkstückoberfläche
und Heizgerät die durch die Streuung hervorgerufene Ungleichmäßigkeit in der Aufheizwirkung
ausgeglichen werden, indem in ge-
eigneter Weise Joche verschiedener Wirklänge
eingeschichtet werden.
-
Die Wirkung der einzuschichtenden Joche verschiedener Wirklänge geht
sogar so weit, daß mit einer zylindrischen Spule Werkstücke behandelt Werden können,
die von der Zylinderform abweichen und beispielsweise kegel- oder doppelkegelförmig
sind. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß es einen erheblichen Vorteil bietet,
darauf verzichten zu können, Spulen: zu wickeln, die Kegel- oder D'oppelkegelform'
auf«"eisen und die auß'erd'em noch aufklappbar sein müßten, um das Werkstück überhaupt
einführen und herausnehmen zu können.
-
Mit Heizgeräten gemäß der Erfindung kann ferner die -Aufgabe gelöst
werden, Werkstücke in Längsrichtung auf verschiedene Temperaturstufen zu erwärmen,
wie dies beispielsweise beim fortschreitenden Anlassen gehärteter Werkstücke, beim
Entspannen, Tempern, Herstellen von Verbundgußlagern u. dgl. erforderlich ist. Durch
das Einschichten von einzelnen Jochen unterschiedlicher Wirklänge quer zur Erstreckung
der Heizleiter läßt sich ohne weiteres erreichen, daß die Heizwirkung auf der Länge
des Induktors und insbesondere einer Spule verschieden ist.
-
Die Verwendung von auswechselbaren Jochblechen oder Jochkörpern unterschiedlicher
Wirklänge ist bei sämtlichen Induktorformen möglich, gleichgültig ob es sich um
einwindige oder mehrwindige Spulen handelt und ob bei den letztgenannten die einzelnen
Windungen in Reihe oder parallel geschaltet sind. Die Maßnahmen können ferner angewendet
werden bei ein- oder mehrwindigen Leiterschleifen. Es ist dabei auch gleichgültig,
ob es sich um ebene Schleifen handelt oder um solche, die in Anpassung an die zu
behandelnde Werkstückoberfläche in eine oder mehrere Richtunken hin gekrümmt sind.
-
In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens
dargestellt. Abb.,i zeigt im Längsschnitt eine mehrwindige Heizspule, deren Einzelwindungen
i in Reihe geschaltet sind. Die Windungen bestehen aus Kupfer oder Aluminium und
können hohl ausgebildet und reit Gasen oder Flüssigkeiten gekühlt sein, wie dies
an sich bekannt ist. Auf die Einzelwindungen sind quer zu ihrer E'rstneckung Jochbleche
oder Jochkörper unterschiedlicher Wirklänge aufgesetzt. Die einzelnen Bleche sind
bei a; bis 6 angedeutet. :Die Bleche umfassen die Leiter derart, daßi der einzelne
Leiter praktisch in einem Schlitz oder einer Nut des betreffenden Blechkörpers oder
Massekörpers liegt. 'Die Einzelbleche oder zu Blechpaketen zusammengefaßten Bleche
werden in bekannter Weise durch Zwischenleben eines Isolierstoffes, wie Lack, Papier,
Preßstoff, Glimmer usw., nebeneinandergeschichtet. Hierbei ist es zweckmäßig, gelegentlich
Zwischenlagen zu benutzen, die keilförmig sind, damit diekundung des entstehendenGesamtkö.rpers
gegeben ist. Die Bleche bzw. Blechpakete kä;imen mit gleicher Wirkung auch durch
Jochkörper aus Preßmässe, die an sichbekannt sind, ersetztwerden.
-
Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß' ein Isolierstoffkörper
vorgesehen wird, der geeignete Ausfräsungen besitzt, in die die Bleche, Blechpakete
bzw. Körper aus Masse auswechselbar einzusetzen sind.
-
Die Einschichtung der Joche gemäß Abb. i verleiht dem Induktor eine
Erhitzungscharakteristik, die das Gerät besonders für die Behandlung eines kegelfärmigen
Werkstückes geeignet macht. Der zu erhitzende Kegel wäre so einzuschieben; daß sich
sein Ende dort befindet, wo die dichteste Einschichtung
i i der
Bleche vorhanden ist. Besondere Verhältnisse vorausgesetzt, kann es gelegentlich
auch zweckmäßig sein, daß die dichteste Einschichtung sich dort befindet, wo sich
die Kegelspitze befindet. Diie für jeden Anwendungsfall erforderliche Einschichtung
wird durch einige Viersuche ermittelt.
-
Ein Gerät mit einer Einschichtung nach Abb. i ist auch besonders geeignet
für ein teilweises Anlassen gehärteter Werkstücke. An der Stelle, an der die dichteste
Einschichtung i i vorliegt, wird die höchste AnlaPtemperatur erreicht, während sich
die Temperatur nach dem anderen Ende des Induktors hin in dem Maße verringert, wie
die Dichte der Einschichtung abnimmt.
-
Abb. 2 zeigt eine vierwindige Spule 2o, deren Windungen parallelgeschaltet
sind. Dlie Windungen sind mit Hohlräumen 21 zum Zwecke der Kühlung versehen. Die
Blechpakete 22 unterschiedlicher Wirklänge sind so eingeschichtet, daß sich in der
Mitte der Spule eine weniger dichte Schichtung ergibt als an den Außenrändern. Auf
diese Weise wird der äußere Streufluß der Spule wesentlich vermindert, und es kann
eine Erhitzungscharakteristik erzeugt «-erden, die eine gleichmäßige Temperaturerhöhung
eines in die Spule eingeführten Werkstückes über die gesamte Spulenlänge ermcglicht.
Ein Induktor mit einer Einschichtung nach Abb. 2 wäre aber auch geeignet für das
Erhitzen eines Dbppelkegels, und es ist ohne weiteres ersichtlich, daß durch eine
anders geartete Schichtung der auswechselbaren Joche unterschiedlicher Wirklänge
eine Erhitzungscharakteristik erzielt werden kann, die den jeweiligen Anforderungen
angepaßt ist.
-
In Abb. 3, ist eine Mehrfachheizleiterschleife 30 dargestellt, die
bei 311 mit einem Strom geeigneter Frequenz gespeist wird. Dtie Heizleiterschleife
ist mit Jochen 32 bis 3S- unterschiedlicher Wirklänge versehen. Auch hier erfolgt
das Einschichten in der Weise, daß sich Isolierstoffzwischenlagen in die Zwischenräume
39 zwischen die Bleche oder Jochpakete legen und diese sowohl elektrisch voneinander
isolieren als auch in ihrer Lage festhalten. Mit einer Einschichtung der Joche gemäß.
Abb. 3 wäre die Heizleiterschleife 3.o beispielsweise geeignet für das Aufheizen
einer ebenen Platte im fortschreitenden Verfahren, bei welcher die Außenränder stärker
erwärmt werden sollen als die Mitte. Durch eine andere Einschichtung kann selbstverständlich,
genau wie in Verbindung mit den Abb. i und 2 geschildert, eine andere Erhitzungscharakteristik
erzielt werden.
-
Das Heizgerät ist nicht nur geeignet für das Erhitzen ebener Werkstücke.
Es können vielmehr auch gekrümmte Werkstücke behandelt werden, wie beispielsweise
Nockenscheiben, Exzenter oder andere Teile. Wenn das Gerät vollkommen zur Kreisringform
gebogen würde, so ergäbe sich ein spulenartiger Körper mit Bifidarwirkung. Die Rifilarwirkung
ist aber überall dort aufgehoben, wo Jochkörper die einzelnen Heizleiter umfassen.
In Gebieten, in denen sich die bifilare Anordnung voll auswirken kann, wird eine
Heizwirkung überhaupt nicht erzielt, so daß mit einem Gerät der gekennzeichneten:
Art besonders charakteristische Erwärmungsbilder erzielt werden können.
-
Die beschriebenen und dargestellten Einschichtungsarten sind keineswegs
erschöpfend. Vielmehr ist es so, daß für jeden einzelnen Anwendungsfall durch Wähl
einer geeigneten Einschichtung der Magnetjoche verschiedener Wirklänge die Erhitzungscharakteristik
hergestellt werden kann, die erforderlich oder zweckmäßig erscheint. Dsemgemäß sind
Induktoren mit auswechselbaren Jochen verschiedener Wirklänge auch geeignet für
alle Erhitzungsaufgaben, die in der Praxis auftreten, gleichgültig ob es sich dabei
um ein Erwärmen zum Zwecke des Ob@erflächenhärtens oder durchgehenden Härtens handelt
bzw. um Vergüten oder Anlassen von Stahl, um Tempern oder Sintern, um das Herstellen
von Verbundgußlagern od. dgl.
-
Während in den Abbildungen jeweils Bleche, Blechpakete oder Jochkörper
gezeigt sind, die aus einem Stück bestehen, ist es auch mcglich, für einen Induktor
Jochbleche nur einer Normallänge herzustellen. Um die Joche verschiedener Wirklänge
zu erhalten, ist es hierbei lediglich erforderlich, zwei oder mehrere solcher einzelnen
Jochbleche aneinanderzureihen. Es vereinfacht sich auf diese Weise die Herstellung
der Bleche bzw. Bnechpakete und gegebenenfalls auch der Jochkörper aus Masse.
-
Es kann bei der Herstellung der Jochbleche auch so vorgegangen werden,
daßi nur eine Normallänge angefertigt wird, die länger ist als alle erforderlichen
Blechpakete. Sodann werden von dieser Normallänge aus die einzelnen Jochbleche oder
Blechpakete nach verschiedener Wirklänge zugeschnitten, wobei jeweils die Reststücke
ebenfalls als Wirkpakete bei geringeren Längen verwendet «-erden können.