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Vorrichtung zum induktiven Erhitzen, beispielsweise zum Oberflächenhärten
Es ist bekannt, Werkstücke in der Weise zu erhitzen, daß ein von einer Stromquelle
eines hochfrequenten Wechselstromes gespeister Leiter dicht an der zu erhitzenden
Stelle des Werkstückes angeordnet wird.
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Eine solche Einrichtung kommt beispielsweise beim induktiven Oberflächenhärten
in Frage, wobei das Härten durch ein dem Erhitzen sich anschließendesAbschrecken
mittels einerKühlflüssigkeit bewirkt wird.
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Handelt es sich um größere oder längere Werkstückteile, die erhitzt
und daran anschließend gehärtet werden sollen, so kann zwischen dem Werkstück und
dem Heizleiter eine Relativbewegung durchgeführt werden, so daß die zu behandelnde
Oberfläche des Werkstückes nach und nach unter den Heizleiter gelangt. Zur Rückführung
des Stromes muß aber in Reihe mit dem Heizleiter ein Rückflußleiter vorhanden sein.
Wird dieser Rückflußleiter in der Nähe des Werkstückes geführt, so verursacht er
an einer anderen Stelle des Werkstückes, in deren Nähe er sich befindet, eine unerwünschte
Erhitzung des Werkstückes, was für das Werkstück nachteilig sein kann und auch noch
den weiteren Nachteil hat, daß dadurch mehr Strom verbraucht wird; als zum Erhitzen
der eigentlichen Arbeitsstelle erforderlich sein würde.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine solche Vorrichtung zum induktiven
Erhitzen, beispielsweise zum Oberflächenhärten durch anschließendes Abschrecken,
=und
bezweckt eine- Verhütung der unerwünschten Erhitzung des Werkstückes an anderer
Stelle außer der Arbeitsstelle sowie eine Herabsetzung der zum Behandeln der Arbeitsstelle
erforderlichen elektrischen Energie auf das Mindestmaß,.
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= Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß ein mit der zu erhitzenden Werkstückstelle eng gekoppelter Heizleiter einen
vom Werkstück weiter entfernten Rückflußleiter mit einem gegenüber dem Heizleiter
größeren Querschnitt besitzt und daß zwischen Rückflußleiter und Werkstück ein Kopplungskörper
vorgesehen ist, dessen Querschnitt vom Rückflußleiter zum Werkstück vergrößert ist:
-Die Erfindung hat den Vorteil, däß die Rückführung des unter dem Heizleiter sich
im Werkstück ausbildenden Induktionsstromes sich über einen mehrfach größeren Weg
ausbreitet, so daß das Erhitzen des Werkstückes an einer anderen Stelle als der
Arbeitsstelle nicht erfolgt.
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Außerdem ist infolge der losen Kopplung des Rückflußleiters und durch
den Kopplungskörper in dem Werkstück das Entstehen einer Streuinduktivität vermieden,
so daß die Stromquelle nur mit derjenigen Energiemenge belastet wird, die zum Erhitzen
der Arbeitsstelle des Werkstückes tatsächlich erforderlich ist. -Weitere vorteilhafte
Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden beschrieben.
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Die Zeichnung veranschaulicht mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Fig. i zeigt in Seitenansicht einen Heizleiter mit einem Rückflußleiter
zum einseitigen Erhitzen des Werkstückes; Fig. 2 zeigt schaltungstechnisch die Wirkung
der Vorrichtung nach Fig. i; Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung; Fig.
4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung.
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In Fig. i ist i das Werkstück, beispielsweise -eine Stange oder eine
Platte, die an ihrer Oberfläche 2-induktiv erhitzt werden soll; beispielsweise nur
an der Oberfläche, um nach erfolgtem Erhitzen durch anschließendes Abschrecken an
der Oberfläche gehärtet zu werden. Die untere Seite 3 des Werkstückes soll nicht
erhitzt werden. Der Heizleiter q. ist mit dem Werkstück eng gekoppelt und erzeugt
an der darunterliegenden Oberfläche des Werkstückes die durch 5 bezeichnete Heizzone.
Der Rückflußleiter 6 ist in einer größeren Entfernung vom Werkstück angeordnet.
Die von ihm im Werkstück erzeugte Heizzone ist durch 7 angedeutet. Der Rückflußleiter
6 hat einen größeren Querschnitt als der Heizleiter q:. Demzufolge ist die Stromdichte
in dem Rückflußleiter geringer, so daß auch die Erhitzung der Rückseite 3 des Werkstückes
gering ist. Dagegen wird durch den Heizleiter q. mit seinem kleineren Querschnitt
eine große Stromdichte erzeugt, also auch eine stärkere Erhitzung in der Heizzone
5: Schaltungstechnisch bedeutet aber der Rückflußleiter 6 eine - Streuinduktivität,
wie das in Fig. 2 veranschaulicht ist, wo B die hochfrequente Stromquelle, 9 der
durch den Heizleiter q. bedingte Verbrauchswiderstand und io die Streuinduktivität
des Rückflußleiters 6 bedeuten.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 3 wird diese die Stromquelle
ungünstig belastende Streuinduktivität dadurch vermieden, daß zwischen dem Rückflußleiter
6 und dem Werkstück i ein Kopplungskörper i i vorgesehen ist, wobei der Querschnitt
dieses Kopplungskörpers von dem Rückflußleiter 6 zum Werkstück zu vergrößern ist.
Die momentanen Stromrichtungen sind durch die eingezeichneten Punkte und Kreuze
veranschaulicht.
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Durch die doppelte Vergrößerung der Querschnitte, einmal des Rückflußleiters
gegenüber dem Heizleiter und ein andermal des Kopplungskörpers vom Rückflußleiter
zum Werkstück, wird eine weitestgehende Verteilung der Stromfäden im Werkstück an
der nicht zu erhitzenden Stelle bewirkt. Bei dieser Vorrichtung wird die Stromquelle
der geringsten Belastung unterzogen und das Werkstück fast ausschließlich in der
Heizzone erhitzt: Um jegliche, auch die geringste Erwärmung des Werkstückes auf
der der Heizzone gegenüberliegenden Seite zu vermeiden, kann gemäß Fig:4 in dem
Kopplungskörper 12 eine Aussparung 13 vorgesehen sein. Bei dein in Fig. 3 und q.
veranschaulichten Beispiel befanden sich Heizleiter und Rückflußleiter auf verschiedenen
Seiten des Werkstückes. Sie können aber auch auf der gleichen Seite des Werkstückes
angeordnet sein, wie in Fig, 5 veranschaulicht. Auch hier ist dem Heizleiter q.
ein Rückflußleiter 1q. zugeordnet, der auf der gleichen Seite des Werkstückes liegt.
Der Kopplungskörper 15 besitzt über dem Heizleiter 4 eine Aussparung 16, so daß,
der Heizleiter q. in der Heizzone 5 von beiden Seiten vom Kopplungskörper umfaßt
ist.
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Fig. 6 zeigt eine Bauart der Vorrichtung, bei der der Rückflußleiter
17 sich auf der gleichen Seite des Werkstückes befindet wie der Heizleiter q., d.
b. über der Heizzone, und eine Aussparung 18 für den Heizleiter aufweist, wobei
aber der Kopplungskörper i9 sich nur auf der einen Seite des Heizleiters q. dem
Werkstück nähert. Dadurch wird erzielt, däß auf der anderen Seite auch nicht die
geringste Erwärmung des Werkstückes erfolgen kann. Eine solche Bauart kann in den
Fällen vorteilhaft sein, wo vermieden werden soll, daß das Werkstück, welches zu
der Vorrichtung eine relative Bewegung durchführt, auf der einen oder auf der anderen
Seite, d. h. vor oder nach dem eigentlichenErhitzen,auch nur im geringstenMaße angewärmt
wird.
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Der Rückflußleiter 17 kann auch in Richtung des Pfeiles 2o vergrößert
oder verlängert werden, bis in die Nähe des Werkstückes i; wie das gestrichelt dargestellt
ist. Der Kopplungskörper kann dieser Gestalt des Rückflüßleiters angepaßt sein.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann nach Fig. 7 auch zum Erhitzen
und Oberflächenhärten
von Bohrungen in `Falzen, Zylindern oder ällnlichen
Hohlkörpern verwendet werden. In dem zylindrischen Werkstück 21 ist exzentrisch,
und zwar in der Nähe der Innenwandung, ein Heizleiter 22 angeordnet, dem ein Rückflußleiter
23 zugeordnet ist. Zwischen Rückflußleiter und dem Werkstück 21 ist ein Kopplungskörper
2.1. vorgesehen. Die Wirkung ist die gleiche wie bei den übrigen beschriebenen Beispielen.