DE869385C - Gluehvorrichtung mit einer Hochfrequenzspule fuer kleinere Werkstuecke aus magnetischen Werkstoffen - Google Patents

Description

• Glühvorrichtung mit einer Hochfrequenzspul . e für kleinere Werkstücke aus magnetischen Werkstoffen Der Bau von Haltevorrichtungen, die kleinere Werkstücke so lange im Hochfrequenzfeld festhalten, bis sie auf die für die Härtun- erforderliche Temperatur erhitzt sind, bietet erhebli che Schwierigkeiten, da es nur schwer möglich ist, mechanische Vorrichtungen für die beim Hochfrequenvglühen vorkommenden Arbeitsgeschwindigkeiten von geringen Bruchteilen von Sekunden zu bauen, zumal sich das Werkstück dabei innerhalb der Glühspule befinden muß und nicht durch metallische Teile der Halterung gegen (las Hochfrequenzfeld abgeschirmt sein darf, da es sich dann an diesen Stellen nicht erhitzt. Für eine Halterung aus Isolierstoffen fehlt es jedoch an geeignetem Material, das den hohen Temperaturen und der großen Temperaturwechselbeanspruchung gewachsen ist. Es ist nun allgemein bekannt, daß man Gegenstände aus magnetischem Material durch entsprechend kräftige Magnetfelder halten kann. Es ist daher vorgeschlagen worden, den zu härtenden Gegenstand durch ein von einer Hochfrequenzspule umgebenes Rohr hindurchfallen zu lassen und ihn dann innerhalb -der Spule durch ein konstantes Magnetfeld zu verzögern oder festzuhalten, bis er durch die Erhitzung bis zum Curiepunkt seine magnetischen Eigenschaften verliert und ausfällt. Da der Curiepunkt jedoch unterhalb der erforderlicheil Härtetemperatur liegt, muß der Gegenstand noch weitererhitzt werden, was man durch eine entsprechend lange Hochfrequenzspule zu erreichen versuchte, in der das Werkstück während des freien Falles noch nachträglich vom Curiepunkt bis' zur Härtetemperatur erhitzt wird. Da mit der Länge der Spule-die Verluste stark ansteigen, ist das Verfahren nicht anwendbar.
• Es sind daher noch besondere Maßnahmen erforderlich, um das Glühgut auch bei einer kürzen Glühspule so lange im Hochfrequenzfeld zu halten, bis es auf Härtetemperatur gekommen ist.
• Erfindungsgemäß; geschieht das dadurch, daß. die Werkstücke auf ihrem Fallweg durch 'das Hochfrequenzfeld in bekannter Weise durch ein konstantes Magnetfeld verzögert oder gehalten werden, wobei das Magnetfeld so stark gemacht wird, daß es den Gegenstand auch dann noch hält, wenn nur ein kleiner Teil des Gegenstandes noch magnetische Eigenschaften besitzt, und daß'gleichzeitig dabei das Hochfrequenzfeld so ausgebildet wird, daß es in axialer Richtung der Hochfrequenzspule abgestuft und so bemessen wird, daiS ein Teil des Werkstücks geringer erhitzt wird, so daß dieser Teil des Werkstücks, an dem das Haltemagnetfeld hauptsächlich angreift, erst dann seine magnetischen Eigenschaften verliert und das Werkstück auszufallen beginnt, wenn die anderen Teile des Werkstücks bereits bis oder Über Härtetemperatur erhitzt sind.
• Durch weitere zusätzliche Maßnahmen kann dann auch bei kurzen Spulen noch erreicht werden, daß auch die Teile, die in der Temperatur zurückgeblieben sind, nachträglich noch auf Härtetemperatur kommen. Die Erfindung soll nun an Hand von fünf Abbildungen erläutert werden: In Abb. i ist beispielsweise eine kleine Welle i mit zwei Lagerzapfen gezeigt, die gehärtet werden sollen, während das Mittelteil 2 der Welle i nicht gehärtet zu werden braucht. Als Glühspule ist hierbei eine einfache zylindrische Wendtl 4 vor-.gesehen, bei der die Abstufung der Stärke des erzeugenden Hochfrequenzmagnetfeldes -dadurch erreicht -wird, daß die Amperewindungszahl pro Zentimeter, die die örtliche. Feldstärke beeinflußt, für die Achszapfen gegenüber der Amperewindungszahl pro Zentimeter für das Mittelteil 2, dadurch größer gemacht wurde, daß die Wendel, soweit sie die Achszapfen umschließt, mit geringerem Windungsabstand gewickelt wurde als beidem Teil der Wendel, der den Mittelteil umgibt. An dieser letzteren Stelle greift das Haltemagnetfeld 3 -an. Beim Einschalten des Hochfrequenzstroms erhitzt sich nun die Welle, und zwar an den beiden Achsschenkeln am schnellsten, so' daß diese bereits über Härtetemperatur erhitzt sind, wenn die Haltekraft des Magnetfeldes 3 infolge des Rückganges der magnetischen Eigenschaften durch die Erwärmung des Mittelteils 2 so schwach geworden ist, daß die Welle aus der Spule heraus in das Abschfh-ckbad fällt.
• In Abb. 2 ist beispielsweise eine Nähmaschinennadel i gezeigt, die in einer Einwindungsspule bzw. einem Konzentrator 8 erhitzt werden soll. Die Ab- stufung des Hochfrequenzfeldes wird hierbei dadurch erreicht, daß der Abstand 5 des Leiters 8 von dem Kolben 2 der Nadel i größer gewählt wurde als der Abstand des Leiters von dem Schaft der Nadel. In dem Fall, da0 wie hier das GlÜhgut an einem Ende schwächer erhitzt werden soll kann man die Abstufung des Hochfrequenzmagnetfeldes auch dadurch erreichen, daß man diesen Teil, der schwächer erhitzt werden soll, etwas aus der Glühspule unten oder oben herausragen läßt, da hier das Magnetfeld schwächer ist.
• In Abb. 3 soll beispielsweise der Bolzen i auf gafizer Länge gleichmäßig oberflächengehärtet werden. Dabei wird die Frequenz und Stärke des Hochfrequenzmagnetfeldes so hoch gewählt, daß die Erwärmung des inneren Teils des Werkstücks erst dann so groß wird, daß das Haltemagnetfeld so weit geschwächt wird und der Bolzen zum Ausfallen kommt, wenn die Oberflächenschicht bereits über Härtetemperatur erhitzt ist.
• Bei Teilen, die über ihre ganze Länge gehärtet sein müssen und bei denen die gewünschte Einhärtetiefe zu groß ist, um nach dem Vorschlag, der in Abb.:2 dargestellt ist, vorzugehen, wählt man als Teil, der geringer erhitzt werden soll, den Teil des Werkstücks, der am geringsten beansprucht ist und bei dem es infolgedessen auf die Güte der Härtung weniger ankommt. Zweckmäßig wählt man den geringer zu erhitzenden Teil im oberen Teil dei Spule, da er dann nach Freigabe durch das Haltemagnetfeld noch am längsten in der Spule verbleibt. Um zu erreichen, daß auch dieser Teil noch auf Härtetemperatur kommt, erhitzt man die benachbarten Teile 6 des Werkstücks stärker als die anderen, wie es in Abb. 4 für einen Bolzen i, der in der Mitte geringer erhitzt wird, gezeigt ist, wobei die Abstufung des Hochfrequenzmagnetfeldes beispielsweise durch entsprechende Ausbildung der Glühwendel erreicht wird. Dann erhitzt sich ein Teil 2 infolge des Wärmeflusses von den höher erhitzten Stellen 6 her während des Falles weiter, so daß er auf Härtetemperatur kommt. Die Fallzeit kann man noch verlängern dadurch, daß man weitere Magnetfelder 7 wechselnder Polarität längs des Fallweges durch die Spule anordnet, die als Bremsmagneten wirken. Außerdem ist es möglich, das Glühgut i nicht frei ausfallen zu lassen, sondern das Isolierrohr 1:2 etwas zu neigen, so daß das Glühgut durch das Rohr rutschen muß und so durch die entstehende Reibung verzögert wird.
• Eine weitere Verbesserung des Glühergebnisses, besonders wenn die zu schwach erhitzte Stelle sich am obern Ende des #Glühgutes befindet, kann erfindungsgemäß dadurch erreicht werden, daß man einen Konzentrator 8 anwendet, bei dem der untere Teil der Glühöffnung, in dem sich, solange das Werkstück gehalten wird, kein Glühgut befindet, konisch ausgebildet ist, wie es in Abb. 5 rechts gezeigt ist. Hierdurch konzentriert sich beim Ausfallen des Werkstücks die gesamte dem Konzen ' trator zugeführte Leistung im Augenblick des Durchtritts des oberen Endes des Werkstücks durch den Konus auf dieses, wodurch es in diesem Augenblick noch kräftig erhitzt wird.
• Die Schwierigkeiten, die Magneten in nächster Nähe des Werkstücks anzuordnen und vor dem gtarken Hochfrequenzmagnetfeld abzuschirmen, werden erfindungsgemäß dadurch überwunden, daß die Glühspule als Konzentrator ausgebildet wird, wie in Abb. 5 dargestellt, und daß die Magneten innerhalb des inaktiven Kupfers des Konzentrators angebracht werden. Dabei ist es zweckmäßig, den Konzentrator mit mehreren Glühöffnungen zu versehen, wie in Abb. 5 gezeigt, da dann bei geringer #-er"l"rößerung seiner Verluste gegenüber der Anordnung mit einer Glühöffnung, wie sie vorstehend in Abb. 2 dargestellt wurde, gleichzeitig mehrere Teile behandelt werden können, wodurch die Verschlechterung des Wirkungsgrades des Konzentrators gegenüber der Glühspule weitgehend wieder ausgeglichen wird, besonders wenn der Konzentrator 8 samt der Hochfrequenzerregerspule 9 noch mit einem Mantel aus U-förmig geschnittenen dünnen Eisenblechen ii umgeben wird. Die einzelnen Bohrungen können den Glüherfordernissen verschiedener Werkstücke angepaßt sein, ohne daß Gefahr besteht, daß die Härteergebnisse unterschiedlich ausfallen, da das Ausfallen des Glühgutes von der erreichten Temperatur abhängig ist.
• Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern kann bei allen ähnlich gelagerten Glühprozessen angewendet werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Glühvorrichtung mit einer Hochfrequenzspule für kleinere Werkstücke aus magnetischen Werkstoffen, die beim Durchfallen durch die Spule erhitzt und auf ihrem Fallweg in der Spule durch das Magnetfeld eines oder mehrerer Elektro- oder Permanentmagneten bis zum Erreichen oder Überschreiten des Curiepunktes in jedem Teil des Werkstücks festgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß das die Erhitzung des Glühgutes bewirk-ende Hochfrequenzfeld derart abgestuft oder die Eindringtiefe der Erhitzung so bemessen ist, daß ein vorbestimmter Teil des eingeführten Werkstücks geringer bzw. später erhitzt wird und seine magnetischen Eigenschaften erst dann verliert, wenn die anderen Teile bereits über Härtetemperatur erhitzt sind.
2. 2. Glühvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstufung des Hochfrequenzfeldes die Amperewindungszahl pro Zentimeter für den Teil des Werkstücks, der geringer bzw. später erhitzt werden soll, ge-I ringer gewählt ist als die Amperewindungszahl pro Zentimeter für die höher bzw. früher zu erwärmenden Teile. 3. Glühvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstufung des Hochfrequenzfeldes für den Teil des Werkstücks, der geringer bzw. später erhitzt werden soll, die Hochfrequenz führenden Leiter größeren Ab- stand vom Werkstück haben als von den Teilen, die stärker bzw. früher erhitzt werden sollen. 4. Glühvorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeverteilung auf dem Glühgut durch eine Kombination der beiden Anordnungen nach Anspruch 2 und 3 erreicht wird. 5. Glühvorrichtung nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldverteilung derart gewählt ist, daß die dem schwächer erhitzten Teil des Werkstücks benachbarten Teile so weit über Härtetemperatur erhitzt werden, daß infolge des Wärineflusses von diesen Teilen auch das schwächer erhitzte Teil während des Falles aus der Glühspule in das Abschreckmittel noch bis auf Härtetemperatur kommt. 6. Glühvorrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet -, daß außer dem obersten Haltemagnetfeld noch weitere zusätzliche -Nfanetfelder wechselnder Polarität vorgesehen sind, um durch die beim Fall durch die Magnetfelder im Werkstück entstehenden Wirbelsträme eine bremsende Wirkung auf das Werkstück auszuüben. 7. Glühvorrichtung nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut durch ein schräg gestelltes, konzentrisch zur Spule angeordnetes Isolierrohr abrutscht, sobald die Magneten es freigelassen haben. 8. Glühvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einwindungsspule, d. i. ein Konzentrator, als Glühspule dient, wobei die Halternagneten innerhalb des inaktiven Kupfers angeordnet und dadurch gegen den Einfluß des Hochfrequenzfeldes abgeschirmt sind. g. Glühvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der komplette Konzentrator samt Erregerspule von U-förmig geschnittenen, radial angeordneten Eisenblechen umgeben io. Glühvorrichtung ist. " nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrator mehrere Glühöffnungen besitzt, die zur Behandlung verschiedenartiger Glühgüter verschieden ausgebildet sein können. i i. Glühvorrichtung nach Anspruch 8 bis i o, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühöffnungen im unteren Ende konisch ausgebildet sind. Angezogene Druckschriften: »Westnik Metalloprornyschlennosti «, 1940, H.ii/i2, Arbeit von Wologdin und Sergeewitsch; Frank W. Curtis, »High Frequency Induction Heating«, S. ioi, 19,4,4.