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Induktor zum Wärmebehandeln von Werkstücken, insbesondere Kurbelwellen
Für,die Wärmebehandliung von Stahlteilen, z. B. zum Zweck des Oberflächenhärtens,
werden In duktoren benutzt; :die aus einem oder einer geringen Anzalhl von Heizleitern
bestehen, die mit d;er elektrisöhen Stromquelle über einten Transformator verbunden
sind. Dfe sekundärseitigen Anschlüsse des Transformators liefern den erforderlich
niedriggespannten Strom und die hohe Stromdiehte. Wenn solche Induktoren zum Erhitzen
von Werkstücken dienen sollen, .die nicht von Abschnitten verhältnismäßig großen
Durchmessers- begrenzt sind., ist es nicht notwendig, den Induktor zu teilen, da
er ohne Schwierigkeiten auf das Werkstück aufgebracht «-erden kann. Wenn jedoch
das zu behandelnde Werkstück mit herausragenden, Abschnntten versehen ist, die verhältnismäßig
große Abmessungen haben, muß der Induktor zweigeteilt sein, so daß er,auf :den Werkzeugabschnitt,
:der behandelt werden ,so1',1, aufgesetzt werden kann. Im allgemeinen wird der Induktor
in diesem Fal!lie aus zwei Hälften zusammengesetzt, d @i:e während der Behandlung
des Werkstückes @durcJh geeignete Mittel zusammengepreßt werden.
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Dies ist z. B. der Fall @bei der Behandlung von Kurbelwellen, Nockenwellen,
Kurbel@zapfeni und ähnlichen Teilen, die gehärtet werden. sollen und bei welchen
der Zapfen, der behandelt werden soll, begrenzt ist durch die Kurbelwangen oder
-schultern.
Die beschriebenen Induktoren haben sich in der Praxis
bewährt. Wenn jedoch Werkstücke verschiedener Abmessungen behandelt wenden müssen,
ist eis notwendig, Induktoren verschiesdaner Abmessungen bereitzuhalten, so daß
jeweils der zu erhitzenden: Zone ein Induktor geeigneter Form zugeordnet werden
kann.
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Um Teile wie Kurbelwellen zu behandeln, müssen so viele Härtestationen
vorgesehen sein, wie Zapfen verschiedener Abmesisungem an der Kurbelwelle vorhanden
sind. Wenn z. B. eine KurbelWelile für eine Dieselmaschine sechs ausmittige und
sfIeben Zwischenzapfen hat und alle diese Zapfen gehärtet werden !sollen, müssen
fünf biss sieben Härtestationen vorgesehen wenden, die -die Kurbelzapfen andere
Abimessungen aufweisen als die dlazwisoohenhegendenLagerzapfen und die letztgenannten
Zapfen häufig voneinander unterschiedliche Abmessungen eu.fweisen. Wenn n u-n die
sechs ausmittigen Kurhelzapfen in der ersten Station gehärtet sind, wird der erste
Lagerzapfen in der zweiten Station, der zweite bis fünfte Lagerzapfen in der ,dritten
Station, edler dirittie Lagerzapfen in ,der vierten Station und der viertle bis
siebente Lagerzapfen in der fünften Station gehärtet usw. Die Anzahl der erforderlichen,
Härtestationen isst bestimmt (durch (die Anzahl der Läger bzw. Kurbelzapfen verschiedener
Abmessungen an der Welllie.
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Dia d 2s Aggregat. für den ungünstigsten Fall ausgelegt werden muß,
müssen im allgemeinen sieben Härtestationen: vorgesehen werden: Jede von ihnen kämm
über -e(nen Transformator und einen geeigneten Schalter an ,den gleichen Generator
anrgeschQossen sein. Durch geeignete Überwachungseinrichtungen kann sichergestellt
werden, dtaß jeweils nur eine Station mit dem Generator verbanden werden kann: Wise
ersicknelliich, ist eine umfangreiche Installation -für (dliese Art der Behandlung
für dies Oberflächenhärten von Kurbelzapfen unvd ähnlichen Werkstücken erforderlich.
Das Auswechseln, der Induktoren -ist eine langwierige und komplizierte An@gelügenhait,
so daß, wenn die üblichen Induktoren benutzt werden, @dieser Nachteil einer In(dhzktions'heiz-
oder -härtecinrichtüng in Kauf genommen werden maß.
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Zweck ier Erfindung ist es, einen Induiktor anzugeben, der für eine
große Anzahl der verschiedensten Durch@mes&er und! Breiten von Werkstücken benutzt
werden ,kann, -ohne .daß es erforderlich isst, wichtige Teile auszuwechseln. Dies
gestattet, die sonst notwendige Zahl von Härtestationen auf eine zu beschränken,
was zur erheblichen Verminderung der Herstellungskasten eduer solchen Anlage führt.
Darüber hinaus ist,eis nicht mehr erforderlich, Glas Werkstück von einer Härtestation
zur anderen zu bewegen, mit dem Erfolg, sdaß die B,ehandsdünsgszeiten verringert
werden. Schließlich. wird die Anzahl der erforderlichem Heizeinheiten auf eine Einheit
reduziert, während, wie im nachfolgenden noch zu.besdhrenibensein wird, jeweils
in Anpassung an die Werkstückabmessunb n Deckkappen ausgewechselt wenden. Es hat
-,sich herausgestellt, .daß dass Induktionserhitzer eines Werkzeugabschnittes mit
einem In@ duktor durchgeführt wenden kann, sder aus zwei Teilen verschiedener Breite
besteht, die- miteinanider verbunden (sind. Aus der Zeichnung wird diese Erfindung
:deutlich. Der Induktor bestecht aus zwei Teilen und ist gzkennizeichnet ,durch
dlie Tatsache, daß der Teil des Induktens; der mit der Stromquelle, z. B. einem
Transformator, verbunden isst, bezüglich eeiner Breite der geringsten Breite dies
zu behandelnden Werkstückes angepaßt ist-, während der zweite Teil das Induktors,
der mit dem erstens lose verbünden ist, :in seiner Breite und seinem Durchmesser
irgendeinem Abschnitt des zu behandelnden Werkstückes entspricht.
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Abb. i ist eine sschemnatische Seitenansicht eines Induktors, Abb.
2 eine-Ansicht von vorn des Induktors nach Abb. i ; . Abb. 3 ist eine teilweise
schematische Darstellung eines Induktors von der Seite gesehen; Abb. q, entspricht
Abb-. 3 von vorn; Abb:5 und 6 zeugenden Abb.3 und 4 entsprechende Darstellungen
eines weiteren Induktors; A!bb. 7 und 8 zeugen dien Abb. ;3 und q. entsprechende
Darstellungen einer anderen! Induktorform; Abb:9 und io @sind rein schematische
Darstellungen besonderer Induktorformen.
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Ab!b. i und 2 zeigen schemnatvsch einen Induktor nach :der Erfindung.
Ein Abschnitt dies Werkstückes, z. B. ein Kurbelzapfen, spei zu behandeln. Der Induktor
bestecht aus einem Teil El, dessen Abmessungen so iausgewählt isind#, idaß die Breite
nicht größer ist .als die Breite das schmalsten zu behandelnden, Werkstückes. Mit
diesem Teil A des Induktors ist eine Kappe B verbünden, deren 'innerer Durchmesser
und öderen innere Breite dien Abmessungen des zu behandelnden Werkstückes W entspricht,
so idaß,der Teil A d les Induktors auf den Mittelabschnitt und die Heizleiter des
Teilres B: des i Induktors auf die Außenabschnitte einwirken. Wein z. B. Zapfen
von etwa zö cm Durchmesser undl etwa ro cm Breite @bzw. Länge erwärmt werden sollen,
kann der gleiche Induktorteil A von etwa 5 cm Breite benutzt werden, als ob ein
Zapfen von 5 cm Durchmesser und 5 cm Breite zu behandeln wäre. Der einzige Unterschied
besteht in dem Teil B des Induktors. Im ersten Falle hat -dieser Teil .des In, dusktörs
eine Breite von io cm und einen innirren Durchmesser von io cm, wohingegen im zweiten
Falle der Teil B (des Induktors eine Breite von 5 cm und einen inneren Durchmesser
von 5 cm aufweist. Die notwendigen Abstände zwischen der Oberfläche,des Werkstückes
find dem Heiziniduktor sind bei dem obigen Beispiel nicht berücksichtigt.
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Während, (des Aufhei.zens des Werkstückes W oder der Teile des Werkstückes
wird, dieses um seine Achse in Umlaufgesetzt, um die Temperatur gleichmäßig zu verteilen.
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Der oder,die Hai:zlefter der Kappe B des Indhüktors können so verlegt
werden, @daß sie da:s Erwärmiurngsbild
nach Wunsch beeinflussen,
d. 1i. diie Temperatur in der. Oberfläche dies zu beb!an,dlelnid@en Werkstückes
planmäßig verteilen. So können der oder .die Heizleiter beispielsweise in ihrer
radialen Richtung unterschiedliche Breite aufweisen. Sie können auch in .be,soniderer
Form mit wechiselndle:m Winkel gegenüber der Achsrichtung des Zapfens verlegt sein.
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Im allgemeinen isst es zweckmäßig, dien Kopplungsspalt zwischen dem
Induktor und der Oberfläehe des Werkstückes so eng wie möglich zu gestalten. Um
dien Unterschied zu verkleinern, der unvermeidbar zwischen dem Teil A des In@dluktors
und der Oberfläche des Werkstückes eintritt, wenn Werkstücke verschiedener Durchmesser
behandielt werden, kann der Teil A,deis Induktors die Form D
annehmen, wie
in ,der Zeichnung angedeutet,.
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Abb.3 und .I sind' eine teilschematische Darstellung einer Anordnung,
die die Gestalt des Induktors -gemäß der Erfindung zeigt. Teil A des
Induktors
besteht aus zwei Kupferschienen dl und a2, die gegeneinander isoliert sind und mit
der Stromquelle, z. B. :dien Transformator, verbunden sind. Die Isolierung ist bei
d angedeutet. Die Kupferschienen a1 und a2 sind flach und liegen in einem Winkel
von i8o° zueinander. Teil B des Induktors besteht aus den Heizleitern. b1 und) b2
und zwei verbindenden Brücken f 1 und f2. Mittels einer Klemmeinrichtung
G wird Teil B des Induktors auf den Teil A des Induktors aufgepreßt, z. B. mit Hilfe
eines Exzenters. Um ,die Lage dieser beiden Teiledles Induktors xelativ zuein@andler
festzulegen, ist Teil A des Induktors miit den Führungsblöckchen H versehen. Die
Abschnitte des Werkstückes, die behandelt werden sollen, laufen in Richtung des
Pfeiles I um, während sie erhitzt werden. Die Werkstücke werden mittels der Führungsrollen
K zentriert, die aus nichtmagnetiisehem Werkstoff hergestellt sind'. Es ist zweckmäßig,
dien Induktor mit Wasser zu kühlen. Das Kühlwasser fließt durch die nicht #dlargestell,ten
Kühlleitungen in Richtung,der Pfeile L unid wird von Teill A in den Teil B des Induktors
übergeleitet. Sodiann fließt es durch die Teile b1 und b2 des Inidüktors und durch
die zweite Kupferschierne dies Teiles A des Induktors zurück. Wenn die Kühlwirkung
sehr stark :sein soll, kann Frischwasser durch beide Kupferschienen des Teiles A
dies Indiukto@rs zugeführt werden und nach. Durclhfließ,e@n einer Hälfte des Teiles.
B des Induktors ins Freie entlassen werden. Die Verbindung, in dier das Wasser von
Teil A zum Teil B des Induktors überfließt, isst durch Spezialdichtungsringe
gedichtet, die bei dem hohen Anpreß,druck zwischen den Teilen A und
B
des Induktors eine dichte Verbindüng gewährleisten.
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Der obere Teil ,der Abb. 3 zeugt einen. Inidlukto,r gemäß der Erfindung
mit einer Kappe für die Behandlung eines Kurbelzapfens von, großem Durchmesser und
großer Breite, während) d er untere Teil ,der gleichen Zeichnung einte Kappe zur
Behandlung eines Zapfens von geringerem Durchmesser und geringerer Breite zeigt.
Die Heizströme fließen in Richtung ,der Pfeile, M. Das Erhitzungsbild wird in einfacher
Weise beeinflußt durch. Ändlerurng der Breite N .der Heizleiter in der Kappe
B. Große Breite dieser Heizleiter veranl@aßt eine stärkere Zuführung der
Wärme zu den mittleren Teilen, des Werkstückes, während eine geringe Breite die
Zuführung der Hitze zu den Außeniabsch@ndtten verstärkt.
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Wenn der Indiektor für das Oberflächenhärten benutzt wird, ist es
zweckmäßig, geeignete Ab schreckeiniridhtungen für des Abschrecken: der Oberfläche
vorzusehen, nachdem diese die Härtetemperatur erreicht hat. Diese Abschreckei.nrichturngen
können an der Seilte A1 des Induktors ans gebracht werden, aber sie können auch
zusätzlich oder ausschließlich im Teil B zwischen, dien Heizleitern bi und b2 angeordnet
sein. In diesem Falle wird die Kappe des Induktors mit einer Zufüih, rungsleitung
für das Absdhreckw asser versehen. Das Wasser kann auch durch Teil A dies Induktors
-durch Öffnungen ini d !en aufeinantdergepreßten, Oberflächen zwischen
A und B zugeführt werden. Teil B
des Induktors ist mit einem Handgriff
versehen, so daß ein Auswechseln nach, jeder Erhiitzungsa:rbeit leicht @durch@geführt
werden kann. Abb. 5 und 6 zeigen eine Indt,ktorform, in welcher Teil A @d!es Induktors
aus zwei Kupferschienen besteht, die einen Winkel von 9o°' miteinander bilden, wie
bei a3 und a4 angedeutet. Um dien Kopplungsspalt zu verkleinern, ist die, bei O
gezeigte Form gewählt worden. In diesem Falle sind die Rollen K so angeordnet, @daß
zwei im Teil A und nur eine im Teil B des Induktors angeordnet sind.
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In diesem Beispiel gemäß der Erfindung siinid dlie beiden Teilte des
Indluktors durch Zapfen P zusammengefaßt, welche unibeweglich auf Teil B des Induktors
angebracht sind und,durch Bohrungen P1 im Teil! A des Induktors hindurchgeführt
werden. Im rückwärtigen Teil werden sie magnetisch, mechanisch, oder hydrauliiisch
durch geeignete Mittel angezogen, so,daß auf diese Weise ein genügentder Kontaktdruck
erzielt wird. Die Abstanidrollen können in Richtung der Pfeile Q verschoben werden.,
um sie -so den verschiedenen, Durchmessern der zu behandelnden Werkstücke anzupassen.
Um einen, guten Kontakt zwischen Teil A und Teil B herbeizuführen, kann die Kontaktfläche
R dies Teiles a3 des Induktors gezahnt sein.
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An @Stelle von zwei parallel liegenden Heizleitern in Teil
B des Induktors bann nur ein Heizleiter vorgesehen sein, wie in Abb. 6 angedeutet.
Dieser erstreckt sich von einer Seite der Brücke f3 zu der anderen Seite der Brücke
f4. Diese Anordnung gestattet, diie Heizzone nach Wunsch zu beeinfluis@sen ,durch
Wahl der Breite .dieses Heizleiters und der Art seiner Anordnung.
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Abb. 7 und) 8 zeigen eine Seitenaneicht und I eine Draufsicht des
Induktors gemäß der Erfinidung mit einem halibkreisförmigen Teil a5 und a6. Diese
Ani-. ordnung gestattet, den Koppiliunigsspalt für alle Durchmesser von zu behandelnden
Werkstücken wese@n@tllicih zu verkleinern.. Um genügenden Anfangsdruck für die Kontakt-
und Wasserüberleitungsflächen:
zu erzeugen, können,die Innenflächen
,der Teile a5 und a6 ;des Induktors treppenartig ausgebildet seih, wie bei Y arngedieutet,:
oder es können Nuten, wie bei T angedeutet, vorgesiehen sein.
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Teil. B des Induktors wird lauf Teil A mittels Zapfen =gedrückt. Auf
diese, Zapfen wird mechanisch, =hydfraüilsch oder pneumatitsch ein Zug ausgeübt.
Auch in diesem Falle ist die Methode veranschaulicht für die Behandlung eines Werkstückes
mit zwei verschiedenen Abmessungen.
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Da die Abstanndrollen unter 'Umständen mit Rücksicht auf die Zuleitung
schlecht unterzubringen sind, kann es zwed-,mäßlig sein, von der mehr oder minder
symmetrischen: Ausbildung der Induktoiren, ,die in; den Abb. i bis 8 d'er Zeich
nungen ,dargestellt sind, sowohl was die Anordhung .der Rallen -selbst als auch
die Anordnung &,r Zuleitungen anlangt, abzuweichen. Dabei muß selbstverstän;dlir1
die symmetrische Dreiecksanordinung der Rollen erhalten bleiben.
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In Abb. 9 ist zu :diesem Zweck die Anordhung so getroffen" daß zwei
Rollen in der Kappe sitzen und eine Rolle auf dem Indü'ktorteid, Bier unmittcl--bar
-an die Stromquelle angeschlossen isst. Die Schienen a, die 'n: einem Winkel von
i8o° liegen, sind ungleich lang, und' die eine Rolle K ist auf der längerem Schiene
vorgesehen. In Abb. io ist ein Induktor mit gebogen ausgeführten Schienen a dargestellt.
Die. Zuführungen lkl ssind gekrIäpft an eine Schiene a geführt, und die Abstanidrolle
K ist im Scheuteil ;des Bogens. vorgesehen. Die beiden Gegenrollen K @befinden,
sich ins ;der Kappe. 'Fas ist auch möglich, die Schlienen a rechtwinklig zueinander
verkaufen zu Basseen und die eine Rolle-K in ,der Spitze des Winkels anzuordnen.
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Eis ist :selbstverständlich, d@aß in dieser Bezi:ehiurng,arach andere
nordmiun@gen gew"a ;lt we@rd#-n können mit dem Ziel, die Rollen einfach unid zweckentsprechend
unterzubringen.
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Die Erfinidung 'ist nicht beschränkt auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsformen. So kann, hier . W irh-ungsugrad verbessert werden durch die Anordnung
von Magnetjochen auf den Heizleitern der Indluktoren. Die einzelnen- Maßnahmen-
beji der Konstruktion eines Induktors nach der Erfindung können :ach, miteinander
kombiniert werden, und: es können ferner Abänderungen bezüglich ,der Form -der Ind(ulirtoren
vorgenommen werden, um isie :anderen Werkstückarten als den beschrii@ebernen ,anzupassen.
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