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Induktionsheizspule Zusatz zum Patent 841180 Das Patent 8,41 iöo hat
eine Heizspule zum induktivent Erhitzern von metallischen Gegenständen, insbesondere
mit nachfolgendem Abschrecken zum Zweck der Härtung zum Gegenstand, die im Gegensatz
zu den bisher bekannten nicht starr, sondern beweglich ausgebildet ist. Die Beweglichkeit
wird erzielt durcbEinbau vornbeweglichernLeiterstücken; die Spule kann, auch in
ihrer gesamtem Ausdehnung nachgiebig hergestellt sein. Zweck dieser nachgiebigen
Ausbildung ist es, die Kopplung zwischen Werkstück und Spule auch dann konstant
zuhalten, wenn die zu härtende Oberfläche des Werkstückes ungewollte oder gewollte
Abweichungen von der geradlinigen Erstreckung aufweist. Ungewollte Abw cichurngen
dieser Art treten beispielsweise bei lan:ggestrecktenr Werkstücken ebener oder zylindrischer
Form infolge von Verzug ein, während gewollte Abweichungen sich beispielsweise durch
Bach- oder kuppelförmige Ausbildung des Werkstückes ergeben.
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Heizspulen dieser Art haben sich zur Härtung langgestreckter Werkstückteile
gut bewährt. Besondere Schwierigkeiten treten jedoch auf, wenn diese Werkstücke
mit Löchern, Aussparungen, oder
Einfräsungen versehene sind. Soll
nun- ein solches Blech oberflächengehärtet werden, so besteht die Gefahr,. daß am
Anfang und am Ende der Aussparungen, Bohrungen usw. eine Überhitzung der Kanten
und eine zu tiefe Einhärtung an den Rändern auftritt. Diese Fehler können zu Rißbildungen
in der überhitzten und überhärteten Oberflächenschickt führen, wodurch eine Beeinträchtigung
der Güte der oberflächengehärteten Werkstücke eintritt.
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Ani Hand der Abb. r seien( die Verhältnisse erläutert, die zu den
gekennzeichneten Mängeln Veranlassung geben. Es ist dort eine Platte x dargestellt,
die mit einer Aussparung 2 verstehen ist. Wird .die Platte in Richtung des Pfeiles
3. durch die Heizspule bewegt, so findet ein Aufheizen der zu härtenden Oberfläche
statt. Dein Aufheizen ,schließt sich dann ein Abschrecken an, wenn die Oberfläche
gehärtet werden soll. Befindet sich der Heizteil der, der Einfachheit halber nicht
dargestellten Heizspule in einer Ebene, die senkrecht zum Werkstück steht, am der
,durch die strichpunktierte Linie q. gekennzeichneten Stelle, so werden im Werkstück
Ströme induziert, die etwa den bei 7 angedeuteten Verlauf haben. Befindet sich der
Heizteil der Spule an der Stelle der Linie 5, so verlaufen die Heizströme im Werkstück
wie bei 8 angedeutet. Hierbei ist durch verschiedene Strichstärke die Verschiedenheit
in der Konzentration der Heizströme angedeutet, d. h. die stärkste Konzentration
befindet sich .an und in der Nähe der Oberfläche, während im rückwärtigen Teil nur
eine geringe Konzentration vorhanden iist. Wird nun das Werkstück kontinuierlich
weiter in Richtung des Pfeiles 3 bewegt, und befindet sich der Heizteil der Spule
bei 6; so tritt ein Ausweichen der Heizströme in der Oberflächernschicht um die
Aussparung 2 herum ein, wie bei 9 und ro angedeutet. Es tritt mithin an der rückwärtigen
Kante und auch an. den Seitenkanten eine unerwünschte Konzentration der Teil-ströme
ein. Die Folgen sind Überhitzungen .dieser Stellern und gegebenenfalls auch zu tiefes
Vordringen der Erwärmung nach dem Werkstückinnern. Dies kann zu Überhärtungen und
Rißbildungen Veranlassung geben. Hinzu kommt, daß ummittelbar nachdem die Aussparung
2 den Bereich der Spule verlassen hat, eine bei z r angedeutete normale Ausbildung
der Teilströme eintritt, wobei jedoch diese Teilströme ihrerseits die bereits stark
erhitzten Teile der rückwärtigen Kante weiter erwärmen. An der bezogen auf die Bewegungsrichtung
vorderen Kante der Aussparung 2 treten ähnliche Verhältnisse ein wie ,sie für die
rückwärtige Kante geschildert worden sind, jedoch sind sie in ihrer Auswirkung nicht
so schädlich wie diejenigen an der rückwäjrtigen Kante.
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Ein Mittel, um die nicht zu vermeidende Konzentration der Teilströme
an den Kanten von Aussparungen, Bohrungen usw. in ihrer Auswirkung unschädlich zu
macheng, besteht darin, an den betreffenden Stellen. die Kopplung zwischen Werkstück
und Heizspule loser zu macheng um eine der Stärke der Konzentration- entsprechende
Verminderung der Stänke der Teilströme herbeizuführen. In weiterer Anwendung des
Erfindungsgedankens, der im Patent 8¢r r8o niedergelegt ist, wird im Sinne dieser
Erkenntnis .die Kopplung zwischen Heizspule und Werkstück gegenüber dem normalen
Maß an den Stellen durch Aufbiegen der beweglichen Leiterteile der Spule loser gemacht,
an denen sich am Werkstück Einfräsungen, Bohrungen, Aussparungen od..dgl. befinden.
Die Heizspule wird zu diesem Zweck so ausgebildet, daß zum mindesten ein bewegliches
Glied an ,die Stelle der Spule gelegt wird, die der zu beheizenden Oberfläche des
Werkstückes benachbart ist. Die Ausbildung dieses. beweglichen Teiles hat unter
Verwendung von beweglichem Metallrohr oder Lamellenpaketen so zu erfolgen, daß beim
kontinuierlichen: Fortschreiten des Werkstückes durch die Spule ein Aufbiegen des
beweglichen Leiterteiles an den Stellen erfolgen kann., an, denen sich Einfräsungen,
Bohrungen., Aussparungen od. @dgl. in dem Werkstück befinden. Das Aufbiegen oder
Anheben des Leiterteiles in der Nähe der erwähnten Stellen kann in der Weise hervorgerufen
werden, daß an dem Werkstück elektrisch nicht leitende Abstandsstücke vorgesehen
werden, die nach Beendigung der Erhitzung bzw. des Abschreckens vom Werkstück wieder
entfernt werden.
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Im nachfolgenden( wird die Erfindung an Hand einiger schematisch dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Nach Abb: 2 sohl ,das mit einer Aussparung 2 versehene Werkstück an
der Oberfläche mit einer Härteschicht, die durch Schraffur angedeutet ist, versehenwerden:Hierzu
wird eine Spuleverwendet, die beweglich ist und in der zum mindestens eines der
beweglichen Glieder denjenigen Leiterteil darstellt, der der zu erhitzenden Oberfläche
benachbart ist. Selbstverständlich können auch im übrigen. Teil der Spule bewegliche
Glieder eingebaut werden oder es kann auch die gesamte Spule aus. nachgnebigem Werkstoff
hergestellt werden. Die Nachgiebigkeit und Beweglichkeit des derzu erhitzenden Oberfläche
benachbarten Leiterteiles wird so gestaltet, daß eine nachgiebig federndes Aufbiegen,
wie bei q. angedeutet, in der Nähe der Aussparungen möglich ist, wenn das Werkstück
auf seinem Wege durch die Spule mit den Aussparungen usw. die senkrechte Ebene der
Spule erreicht hat.
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In Abb. 3 isst gezeigt, wie das Aufbiegen an, den betreffenden Stehren
erreicht werden kann. Sie stellt ein an der Oberfläche zu härtendes Werkstück r
im Längsschnitt dar, das mit einer Bohrung oder Aussparung 2 versehen ist. Die Bewegungsrichtung
des Werkstückes .durch die Spüle hindurch ist .durch den Pfeil 5 angedeutet. Die
Aussparung 2 ist, wie bei der elektroinduktiven Erhitzung üblich, mit einem wärmebeständigen,
nicht leitenden Werkstoff verschlossen. Darüber hinaus sind aus gleichem oder ähnlichem
Werkstoff am Anfang und am. Ende derAussparung2 je einHöcker3 angebracht. Diese
Höcker 3 haben dieAufgäbe, ,den beweglichen Leiter der Spule bei der fortschreitenden
Bewegung des Werkstückes an dem betreffenden Stellen örtlich anzuheben, wodurch
die Kopplung in dem Maße loser
wird, daß eine Überhitzung der Kantert
oder eine Erhitzung auf zu große Tiefen wirksam verhindert wird.
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DerWerkstoff für dieHöcker und dasFüllstück kann beliebig sein, wesentlich
ist lediglich, daß er der Erwärmung standhält und elektrisch nicht leitend ist.
Der Werkstoff kann wasseribeständig sein, er kann aber auch von; einer Art sein,
die durch Wasser sofort zerstört und aufgelöst wird, so daß das Härten ohne Zeitverlust,
der durch Entfernung der Höcker und des Füllstückes bedingt wäre, erfolgen kann.
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Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind in ihrer Anwendungselbstverständlich
nicht beschränkt auf Werkstücke, die an sich eine bleichmäßige Oberflächenform habeni
(glatte Ebenen, glatte Zylinder od.,dgl-.), sondern können auch dort Anwendung finden,
wo .das Werkstück an sich bereits eine Oberfläche mit Erhöhungen oder Vertiefungen
aufweist. Ein. solches Werkstück ist in Abb. q. und 5 in Aufsicht bzw. senkrechtem
Querschnitt dargestellt. Das Werkstück i ist dachförmig ausgebildet. Der First,des
Daches ist mit 'einem Schlitz 2 versehen. Das Werkstück bewegt sich in Richtung,des
Pfeiles 3 durch die bei 6 schematisch angedeutete Heizspule hindurch, und an der
Vorder- und Rückkante des Schlitzes sind bei q. und 5 Höcker 7 vorgesehen.
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Das Maß, um welches die Kopplung an den b,etreffen,denStellen durch
dieAnwendung derHöcker loser gemacht werden. muß, ist für jede Wer!cstückart durch
einige Stichversuche zu ermitteln. Dabei ist so zu verfahren,-daß dieSumme der durchStreuströme
entstehenden Wärme und der bei der endgültigen Aufheizun@g entstehenden Wärme gleich
der in den nicht mit Aussparungen versehenen Plattenteilen entstehenden Wärme ist.
Hierdurch wird gewährleistet, daß :das Maß der Erwärmung und dife Erwärmungstiefe
und somit das M,aß@ der Härtung und die Einhärtetiefe in allen Teilen des Werkstückes
gleich ist.