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Spulenförmiger Induktor Zum elektroinduktiven Erhitzen von metallischen
Werkstücken für die verschiedensten Zwecke werden u. a. auch spulenförmige Induktoren
verwendet. Bei diesen Induktoren wird, wenn, sie mehrwindig sind!, die Beobachtung
gemacht, daß sich eine sehr unterschiedliche Temperaturverteilung im Werkstück ergibt.
Wenn z. B. das elektrain@duktive Erhitzen dazu dienen soll, nur die Oberfläche auf
Härtetemperatur zu bringen, so wird die Beobachtung gemacht, daß die Eindringtiefe
der Erwärmung gegenüber der Mitte der axialen Länge der Spule bedeutend größer ist
als gegenüber den Enden. Dies hängt damit zusammen, daß an den Spulenenden eine
erhebliche Streuwirkung auftritt, die eine Schwächung des Feldes und damit eine
geringere Heizwirkung in diesen Gebieten zur Folge hat. Es sind schon Mittel( vorgeschlagen
worden, um dieser ungleichmäßigen Heizwirkung zu begegnen. So sind die Spulen mit
ungleichmäßigem Abstand der einzelnen Windungen ausgelegt worden. Diese Maßnahme
ist verhältnismäßig umständlich, da sie große Erfahrung bei der Herstellung der
Spulen erfordert und einmal festgelegt, auch nicht mehr veränderlich ist. Es ist
ferner vorgeschlagen worden, in der Mitte der axialen Länge mit einem anderen Kopplun:gsabstand
zu
arbeiten alls an den Endabschnitten. Solche Spulen, deren innere lichte Weite doppelkomisch
sein muß, sind ebenfalls schwierig herzustellen, ohne daß die ungleichmäßige Heizwirkung
dadurch vollkommen beseitigt wird. Eint anderes Mittel besteht darin, gut leitende
metallische Zusatzkörper vorzusehen, die in einzelnen Abschnitten der Spule die
Induktivität verändern. Solche zusätzlichem gut leitenden Körper können auch die
Form einer zusätzlichen Spule annehmen, die als Kurzschlußwi-adung vorgesehen und
als solche selbstverständlich nicht mit der Stromquelle des Induktors verbunden
@st. Zwar kann durch dieses Mittel die Induktivität in: einzelnen Abschnitten wirkungsvoll
beeinflußt werden; jedoch liegt auch hier die hervorgerufene Wirkung ein für allemal
fest, wenn, die -Spule zusammengesetzt ist.
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Es, musß aber angestrebt werden, die Wirkung einer solchen Zusatzspule
veränderlich zu gestalten, um unterschiedlichen Heizbedingungen Rechnung tragen
zu können; denn nur so ist es: möglich, unabhängig vorn den verschiedensten Einsflüssen;
wie Kopplungsspalt, elektrische Leitfähigkeit bzw. magnetische Leitfähigkeit dies
Werkstückes us:w., eine gleichmäßige Temperaturverbeiliung gegenüber der gesamten.
SpuiIenlän!ge zu erreichen. Gemäß der Erfindung gelingt dies, indem die Enden .der
Zusatzwicklung untereinander über einen regelbaren Widerstand verbunden sind. Dieser
Widerstand kann als. Ohmscher; induktiver, kapazitiver oder gemischter Widerstand
ausgebildet sein. Die Zusatzwicklung wird so ausgelegt, d:aß sie im Mittelabschnitt
:der Heizspule höchste Windungs-_zaht aufweist. Beim Aufbau eines solchen Induktors
ist so vorzugehenl, .daß -zunächst einmal überschlägig festgelegt wird, eise hoch
die Windrangszahl der zusätzlichen Spule sm Mittelabschnitt und an den Endabschnitten
ungefähr sein muß. Im Betrieb w:irdt die Wirkurig diesen Spule durch Verändern des:
eingeschal'beten Widerstandes eingeregelt.
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In denn Abbildungen sind zwei Ausführungsformen eines Induktors gemäß
der Erfindung schematisch -im Schnitt dargestellt.
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Nach Abb. i soll ein: zylindrisches Werkstück :2 durch eine zylindrisch--
Spüle i an der Oberfläche erhitzt werden. Bei :gleichmäßiger Verteilung der Wihdungen,
auf die axiale Länge der Spule wird, wenn Vorkehrungen zufr Vergleichsmäßigung des
Feldes -und damit der- Heizwirkung nicht durchgeführt werden, ein Erhitzungsbilid
erzielt; wie es bei 3a durch die schraffierten Flächen angedeutet ist, während ein
Erhitzungsbild erwünscht ist, wie es durch die strichpunktierten Linien 3b angedeutet
ist. Gemäß der Erfindung wird, um die angestrebte Vergleichsmäßigung zu erreichen;
eine Zusatzspule q vorgesehen, deren Windungen zwischen den Windungen des eigentlichen
Induktors i liegen. Die Windungszahl ist im Mittelabschnitt der Spule größer als
an den Endabschnitten. Die Enden dieser Zusatzspule, die nicht an die Stromquelle
des Heizinduktors angeschlossen ist, sind miteinander unter Zwischenschaltung :des
Widerstandes 5 verbunden. Der Widerstand 5- kann als Ohmscher, induktiver, kapazitiver
oder, gemischter Widerstand ausgebildet sein. Die Anzahlt der Windungen und ihre
Verteilung über die axiale Länge des. Gesamtinduktors wird auf Grund von Erfahrungen
festzulegen sein, und zwar, derart, daß bereits. hierdurch einte möglichst gleichmäßige
Verteilung des Feldeis über die Gesamtlänge erreicht wird. Noch bestehende Ungleichmäßigkeiten
oder im Betrieb sich ergebende Störungen des Feldes werden sodann- Häufend: durch
Regelung des Widerstandes 5 .ausgeglichen. Dieses Mittel gestattet, vollkommene
Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung -im Werkstück zu erreichen, und zwar unter
Berücksichtigung jeweills vorliegender Bedingungen. Die Herstellung des Gesamtinduktors
ist dabei wesentlich einfacher, als wenn unveränderliche Ausgleichsmittel; -in die
Spule ein@-gebaut werden.: I.n "Abt:. i ist eine mehrwindige Zusatzspule gezeigt.
Die Einzelwindungen könnten in: Reihe öder parallel geschaltet sein. Es ist aber
nicht notwendig, :daß .die. Spule immer mehrwindig ist. Es ist vielmehr auch durchaus:
mögllich:, je nach den Bedingungen mit weniger Windurigen, -insbesondere auch mit
einer Windung auszukommen.
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Da die Zusatzwicklung unter Umständen einer erheblichen Wärmewirkung
unterliegt, kann es erforderlich sein, sie zu kühlen, was am besten in an sich bekannter
Weise dadurch geschieht, daß Hohlleiter verwendet werden, durch die ein Kühlmittel
hindurchfließt.
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In; Abb. 2 ist eine Sonderlösung ;dargestellt. Das zylindrische Werkstück
:2 soll! mittels einer zweiwindigen Spule i erwärmt werden. Im Mittelabschnitt der
Spule ist einte einwindige Zusatzwicklung 6 vorgesehen, die wassergekühlt ist. Um
das: Kühlwasser zuzuführen, sind Stutzen 7 vorgesehen. Die aus metallischem Werkstoff
bestehenden Stutzen sind wesentlich länger ausgebildet als für den Zweck; einen
Anschluß an die Kühlmittelleitung herzustellen, notwendig wäre: Auf diesen Stutzen
ist. eint Kontraktschieber 8 vorgesehen, der beide Stutzen elektrisch miteinander
verbindet. Der in Richtung des Pfeiles 9 hin und her schiebbare Kontakt isst einstellbar.
Auf diese Weise -sind die Kühlmittelanschlüßstutzen als Regelwiderstand ausgenutzt,
und die Gesamtvorrichtung wird besonders einfach. Die Vergleichmäßigunig des Induktorfeldes
wird ohne wesentliche Zusatzteile und Schaltungen erreicht.
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Induktoren der beschriebenen Art können für .alle Erhitzungszwecke
ausgenutzt werden, unabhängig davon; ob es darauf ankommt, nur Oberflächenschichten
öder den gesamten Querschnitt des Werkstückes zu erwärmen.