DE884811C

DE884811C - Electro-inductive heating device for increasing surface hardness of metallic workpieces

Info

Publication number: DE884811C
Application number: DED1678D
Authority: DE
Inventors: Hermann Kuhlbars; Gerhard Dr-Ing Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1942-10-25
Filing date: 1942-10-25
Publication date: 1953-07-30

Description

Elektroinduktive Heizvorrichtung zum fortschreitenden Oberflächenhärten metallischer Werkstücke Es ist bereits bekannt, für das Oberflächenhärten metallischer Werkstücke elektroinduktive Heizgeräte zu verwenden, denen eine Abschreckeinrichtung nachgeordnet ist, mittels derer nach Erreichen der Härtetemperatur die erwärmte Oberfläche abgeschreckt und- dadurch gehärtet wird.Electro-inductive heating device for progressive surface hardening metallic workpieces It is already known for the surface hardening of metallic Workpieces to use electroinductive heaters that have a quenching device is downstream, by means of which the heated one after the hardening temperature has been reached The surface is quenched and thereby hardened.

Diese elektroinduktiven Heizgeräte sind bekanntgeworden irr der Form vom ein- oder mehrwindigen Spulen, die das zu behandelnde Werkstück oder den Werkstückabschnitt umfassen oder in der Form von Ein- oder Mehrfach'heizleiterschleifen, die sich über der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes schließen. Endlich . ist auch schon vorgeschlagen worden, Spulen und Heizleiterschleifen in geeigneter Weise zu gemeinsamer Einwirkung zu kombinieren. Die bisher vorliegenden Ausbildungsformen der Induktoren haben. sich in der Praxis bewährt, jedoch ergeben sich bei der Verwendung von Heizleiterschleifen, die sich über der Werkstückoberfläche schließen, oder von Spulen; deren Heizleiterabschnitte über der Werkstückoberfläche unter Verlängerung des Weges zickzackförmig ,geführt sind, gewisse Schwierigkeiten, in der Aufheizung. Es konnte nämlich festgestellt werden, daß überall dort ein besonders starkes Aufheizen stattfindet, wo in Richtung dfr fortschreitenden Erwärmung der Werkstücke die Oberfläche besonders lange unter Einwirkung eines Heizleiterabschnittes steht, und zwar ist dies an den Stellender Fall, wo Heizleiterabschnitte sich in Vorschubrichtung erstrecken. Trotz dieser Erkenntnis ließ sich ein solches ungleichmäßiges Eihitzen. schwer vermeiden, da sich Heizleiterabsohnitte, die sich in Vorschubricltung erstrecken, bei der Ausbildung der Induktoren kaum vermeiden lassen. An sich ist schon vorgeschlagen worden, solche Heizleiterabschnitte schräg zur Vorschubrichtung anzuordnen, jedoch ergeben sich hieraus konstruktiv außerordentlich große Schwierigkeiten. Außerdem entstehen bei der Schräglage an den Umlenkstellen:der Heizleiter Gebiete, die bezüg lieh der Aufheizwirku%g nichtgenau zu erfassen sind. , Gemäß der Erfindung sollen die geschilderten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden werden-; und die hierzu vorgeschlagene Vorrichtung zurrt fortschreitenden Oberflächenhärten-unter induktivem Erhitzen und nachfolgendem Abschrecken ist gekennzeichnet durch zwei oder mehrere-in Vorschubrichtung hintereinander angeordnete gewundene oder mehrfach gekrümmte Heizleiter. Diese sind gegeneinander derart ein- oder mehrfach versetzt, däß im Verlauf des Werkstückvorschubes durch die Vorrichtung 'hindurch jedes Oberflächenstück des zu behandelnden Werkstückabschnittes unter unmittelbare Einwirkung mindestens eines -der in Vorschubrichtung sich erstreckenden Teile der Windungen der Einzelleiter gerät.These electroinductive heaters have become known because of their shape from single or multi-turn coils, which the workpiece to be treated or the workpiece section include or in the form of single or multiple heating conductor loops that extend over close to the surface of the workpiece to be treated. Finally . is already has been proposed to jointly coils and heating conductor loops in a suitable manner Combine action. The previously available forms of inductor training to have. has proven itself in practice, however, when using heating conductor loops, which close above the workpiece surface, or from coils; their heating conductor sections zigzag, guided over the workpiece surface while extending the path are, with certain difficulties, in heating up. Namely, it could be established that a particularly strong heating takes place wherever in the direction If the work piece heats up, keep the surface underneath for a particularly long time Effect of a heat conductor section is, and this is at the place of the Case where heating conductor sections extend in the feed direction. Despite this Knowledge was such an uneven Overheating. heavy Avoid, because heating elements that extend in the feed direction, can hardly be avoided in the formation of the inductors. In itself is already suggested been to arrange such heating conductor sections at an angle to the feed direction, however this gives rise to extremely great difficulties in terms of construction. aside from that arise in the inclined position at the deflection points: the heating conductor areas that rel lent the heating effect cannot be precisely recorded. , According to the invention should the disadvantages of known devices are avoided-; and this proposed device zurrt progressive surface hardening-under inductive Heating and subsequent quenching is characterized by two or more-in Direction of advance winding or multiply curved heating conductors arranged one behind the other. These are offset from one another one or more times in such a way that in the course of the Workpiece feed through the device 'through each surface piece of the to treated workpiece section under the direct influence of at least one -the parts of the turns of the individual conductors extending in the feed direction device.

Eine Vorrichtung mit den Kennzeichen der Erfindung gestattet ein außerordentlich @.virksames und tiefes Erhitzen der Werkstückoberfläche, ohne daß die Gefahr der Bildung einer girländenförmgen, erhitzten Zone und damit einer ufergleichmäßigen Härtung besteht, obwohl ,eine -.solche Girlandenwirkurig bei der vorgeschlagenen Ausbildung der Heizleiter eigentlich erwartet werden mußte.A device with the characteristics of the invention allows an extraordinary @. Effective and deep heating of the workpiece surface without the risk of Formation of a girl-shaped, heated zone and thus one that is even on the bank There is hardening, though, such a garland effective in the proposed one Training of the heating conductors actually had to be expected.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist -beispielsweise. besonders geeignet für das tiefe Einhärten von Platten. Zwar könnte zu diesem Zweck auch so vorgegangen werden, =daß mehrere quer zur Vorscnubrichtung des Werkstückes liegende gerade -geführte Heizleiter hintereinander angeordnet wür-,den* Die Praxis zeigt jedoch-, .daß bei einer solchen Ausbildung des Induktors der-Abflüß der -Wärme nach tiefer liegenden Gebieten außerordentlich groß -' ist und hierdurch der Wärrnewirküngsgrad-er'heblich verringert wird. Offenbar ist es bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung gerade die durch die_ besondere Form und Anordnung der Leiter begünstigte Wechselwirkung zwischen den -Strömen im Heizleiter und im Werkstück, die für eine Erhöhung des Wärmewirkungsgrades dienstbar gemacht wird. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung für alle Härtebehandlungen geeignet, bei denen unter Relativbewegung zwischen. Härtegerät und Werkstück das Härtender gesamten Oberfläche oder bestimmter Abschnitte durchgeführt werden soll. Dabei ist es an, sich gleichgültig, ob zunächst unter Relativbewegung zwischen Heizgerät und Werkstück ein Aufheizen der Gesamtoberfläche stattfindet, wie beispielsweise beim Härten, von Kurbelwellenzapfen, und anschließend die Oberfläche insgesamt abgeschreckt wird oder ob unmittelbar anschließend. an das Aufheizen während, der fortschreitenden Bewegung des Härtegerätes das Abschrecken des erhitzten Streifens der Werkstückoberfiäche erfolgt. Mithin ist die Vorrichtung nach der Erfindung sowohl für das Härten von Kurbelwellen, Nockenwellen, Radbandagen, Ringen, Zahnrädern und sonstigen Konstruktionsteilen geeignet als auch für das Härten von Platten-, Maschinenbettführungen, Schienen, Stangen oder sonstigen langgestreckten Werkstücke.The device according to the invention is for example. particularly suitable for deep hardening of panels. Certainly for this purpose it could also do so proceed, = that several lying transversely to the direction of movement of the workpiece straight heating conductors would be arranged one behind the other, which * practice shows However, .that with such a design of the inductor of the -Discharge of the heat after deeper lying areas are extraordinarily large - and therefore the heat efficiency is significant is decreased. Apparently it is straight with the device according to the invention the interaction favored by the special shape and arrangement of the conductors between the currents in the heating conductor and in the workpiece, which are responsible for an increase in the Thermal efficiency is made serviceable. Fundamental is the present invention suitable for all hardening treatments in which there is relative movement between. Hardening device and the workpiece performed hardening of the entire surface or certain portions shall be. It is a matter of indifference whether initially under relative movement the entire surface is heated up between the heater and the workpiece, such as hardening, of crankshaft journals, and then the surface is deterred altogether or whether immediately afterwards. to the heating during, the progressive movement of the hardening device, the quenching of the heated strip the workpiece surface takes place. Thus, the device according to the invention is both for hardening crankshafts, camshafts, wheel bandages, rings, gears and other construction parts suitable as well as for hardening plate and machine bed guides, Rails, bars or other elongated workpieces.

In den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen dargestellt.In the drawings, some of the invention is shown schematically Embodiments shown.

Abb. i zeigt eine Vorrichtung zum Oberflächen-,härten eines Kurbelwellenzapfens. Zwecks besserer Übersicht sind alle die Erfindung nicht unmittelbar betreffenden Teile fortgelassen worden. Das Werkstück i soll an der Oberfläche des zwischen: den Wangen liegenden Zapfens i' gehärtet werden. Hierzu werden gemäß der Erfindung die beiden Heizleiterteile z und @3 angeordnet. Die Speisung dieser Heizleiterteile ist durch die Pfeile bei 3' und 3" bzw. 2' und 2" angedeutet. Naturgemäß können die beiden Heizleiterteile ge und 3 sowohl in Reihe als auch parallel geschaltet sein. Durch die bei 4 und 5 angedeuteten Magnetjoche aus geschichteten Blechen wird zusätzlich für eine Konzentration der Heizströme in der Werkstückoberfläche gesorgt.Fig. I shows a device for surface hardening of a crankshaft journal. For the sake of clarity, all of them are not directly related to the invention Parts have been left out. The workpiece i should be on the surface of the between: the cheeks lying pin i 'are hardened. To this end, according to the invention the two heat conductor parts z and @ 3 arranged. The supply of these heating conductor parts is indicated by the arrows at 3 'and 3 "or 2' and 2". Naturally, you can the two heat conductor parts ge and 3 connected both in series and in parallel be. With the magnet yokes of layered metal sheets indicated at 4 and 5 In addition, the heating currents are concentrated in the workpiece surface.

- -Gemäß- der Erfindung werden für das Aufheizen im wesentlichen -die in- Vorschubrichtung liegenden Heizleiterteile 6 bzw: 7 ausgenutzt, die infolge der gewundenenoder mehrfach gekrümmten Ausbildung der Heizleiter -entstehen. Diese einzelnen Heizleiterteile werden erfindungsgemäß, in Vorschubrichtung gesehen, so gegeneinander versetzt, daß jedes Oberflächenstück des zu behandelnden Zapfens unter unmittelbare Einwirkung entweder der Heizleiterteile 6 oder der Heizleiterteile 7 gerät. Die Heizleiter selbst werden aus wasserdurchflossenem Kupferrohr- 'hergestellt- Durch die Wähl der Heizleiterbreite in Verbindung mit der gewählten Form der Heizleiter wird erreicht, daß jeder Oberflächenabschnitt des Werkstückes im- Laufe-der Behandlung unter die unmittelbare Einwirkung mindestens eines in Vorschubrichtung liegenden Heizleiterteiies gelangt. Während der Behandlung wird das Werkstück in Richtung des Pfeiles & in Umlauf versetzt. Nach Erreichen der ,gewünschten Oberflächentemperatur erfolgt zum Zweck des Härtens das Abschrecken durch Mittel; die nicht dargestellt sind.- According to the invention are essentially -the heating for heating in the feed direction lying heating conductor parts 6 or: 7 exploited, the result the winding or multiple curved training of the heating conductors. These According to the invention, individual heat conductor parts are seen in the feed direction, see above offset against each other that each surface piece of the pin to be treated under direct action of either the heat conductor parts 6 or the heat conductor parts 7 device. The heating conductors themselves are made of copper pipe through which water flows. By choosing the heating conductor width in conjunction with the selected shape of the heating conductor it is achieved that every surface section of the workpiece in the course of the treatment under the direct action of at least one lying in the feed direction Heizleiterteiies arrives. During the treatment, the workpiece is directed towards of the arrow & put into circulation. After reaching the desired surface temperature quenching is carried out by means for the purpose of hardening; which are not shown are.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform der- Vorrichtung gemäß der Erfindung für das Oberflächenhärten von, Führungsbahnen oder Laufbä:hnen von Kugellagerringen od.,dgl. Das Werkstück i stellt einen. Abschnitt eines solchen in die Zeichenebene abgewickelten Kugellagerringes dar. Es soll im schraffierten Bereich i' gehärtet werden. Für das Aufheizen: wird der Induktor 2 verwendet, der über die Anschlüsse 2'- und 2" mit einem Strom geeigneter Frequenz :gespeist wird. Erfindungsgemäß sind die in Vorschubrichtung 8 .des Werkstückes angeordneten Heizleiterabschnitte 6 bzw: 7 so gegeneinander versetzt, @daß jeder Abschnitt der zu behandelnden Werkstückoberfläche unter unmittelbare Einwirkung entweder der Heizleiterteile 6 oder der Heizleiterteile 7 gerät. Durch die Wahl der Breite der Heizleiterteile 6 und 7 in Verbindung mit der Form des Gesamtinduktors kann dieser Bedingung in vollem Maße entsprochen werden. Dabei kann die Ausbildung auch so erfolgen, daß z. B. der Leiterteil 6, in Vorschubrichtung gesehen, auf das Gebiet des Leiterteiles 7 übergreift und mithin eine gewisse Überlappung eintritt. Um in noch stärkerem Maße die Ungleichmäßigkeiten der Erwärmung auszuschalten, können die Heizleiterabschnitte 6 länger gemacht werden als die Heizleiterabschnitte7. Hierdurch wird: erreicht, daß ein im Bereich der Heizleiterteile 6 in gewissem Umfang auftretender Wärmefluß ausgeglichen wird, ehe der Werkstückabschnitt unter die Einwirkung der Abschreckbrause 9 gelangt. Es wird somit eine völlig gleichmäßige Erwärmung über die Gesamtbreite auf die gewünschte Tiefe erzielt. Auch bei dieser Ausführungsform kann durch Jochbleche, die quer zur Vorschubrichtung angeordnet werden und in ihrer Form der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes angepaßt sind, eine Erhöhung der Stromkonzentration herbeigeführt werden.Fig. 2 shows an embodiment of the device according to the invention for surface hardening of guideways or raceways of ball bearing rings od., like. The workpiece i represents a. Section of such in the plane of the drawing unwound ball bearing ring. It should be hardened in the hatched area i ' will. For heating: the inductor 2 is used, which is connected to the connections 2 'and 2 "with a current of suitable frequency: is fed. According to the invention the heating conductor sections 6 arranged in the feed direction 8 of the workpiece or: 7 offset from one another so that each section of the workpiece surface to be treated under immediate Effect of either the heat conductor parts 6 or the heat conductor parts 7 device. By choosing the width of the heat conductor parts 6 and 7 in conjunction with the shape of the total inductor can fully meet this condition Dimensions are met. The training can also be done so that, for. B. the Ladder part 6, seen in the feed direction, overlaps the area of the ladder part 7 and consequently a certain overlap occurs. To an even greater extent the irregularities To switch off the heating, the heating conductor sections 6 can be made longer than the heating conductor sections 7. This: achieves that a in the area of Heat conductor parts 6 to a certain extent occurring heat flow is compensated before the workpiece section comes under the action of the quenching shower 9. It will thus a completely uniform heating over the entire width to the desired one Achieved depth. In this embodiment, too, by yoke plates that are transverse to the Direction of feed are arranged and in their shape the surface of the treated Workpiece are adapted, an increase in the current concentration can be brought about.

Abb. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für die Behandlung von langgestreckten, ebenen Werkstücken, wie beispielsweise von Platten. Das zu behandelnde Werkstück i wird in Richtung der Pfeile 12 unter dem Induktor 13 hinweg bewegt. Dieser besteht entweder aus einer das gesamte Werkstück umfassenden Spule, die gegenüber der zu behandelnden Werkstückoberseite in vier parallele Stränge aufgeteilt ist, oder der Induktor 13 besteht aus einer .die Werkstückoberfläche überdeckenden Schleife, wobei der eine Schleifmast durch eine Parallelschaltung der Heizleiter 13' und 13" und der andere Schleifenast durch. die Parallelschaltung der Heizleiter i3"' bzw. i3"" gebildet wird.Fig. 3 shows an embodiment of the invention for the treatment of elongated, flat workpieces, such as plates. The workpiece i to be treated is moved under the inductor 13 in the direction of the arrows 12. This consists either of a coil encompassing the entire workpiece, which is divided into four parallel strands opposite the upper side of the workpiece to be treated, or the inductor 13 consists of a loop that covers the workpiece surface, with one grinding mast being connected in parallel to the heating conductors 13 'and 13 " and the other loop branch through. the parallel connection of the heating conductors i3"'and i3 "" is formed.

Endlich kann. die Vorrichtung auch als Doppelschleife ausgebildet werden, die über der Platte liegt; so daß der Heizleiter 13" als Hinleitung einer Schleife, der Heizleiter i3" als deren Rückleitung, der Heizleiter i3f` als Hinleitung der zweiten Schleife und der Heizleiter i3"" als deren Rückleitung wirkt. Im dargestellten Beispiel (Abt. 3) ist die Vorrichtung als Teil einer .das Werkstück umfassenden Spule gezeichnet. Die Jochpakete 1q. dienen. wiederum zur Konzentration der Ströme in den Teilen 15' bzw. i5", i5"' und i5"" der Heizleiter. Die hintereinanderliegenden gewundenen Heizleiter sind so gegeneinander versetzt angeordnet, daß im Verlaufe des Werkstückvorschubes jedes Oberflächenstück des zu behandelnden Werkstückabschnittes unter unmittelbare Einwirkung von mindestens einem der sich. in Vorschubrichtung erstreckenden Heizleiterteile gerät. Durch geeignete Wahl der Leiterbreite wird erreicht, daß die Wirkgebiete der in Vorschubrichtung liegenden Leiter sich in gewissem Umfang überlappen. Auch hier können die Heizleiter 15" bis i5"" von der Eintrittsseite zur Austrittsseite des Induktors hin an Länge abnehmen, um die in Verbindung mit Abb. 2 erläuterte gleichmäßige Wärmeverteilung vor dem Abschrecken zu erreichen.Finally can. the device can also be formed as a double loop overlying the plate; so that the heating conductor 13 " acts as a feed line for a loop, the heat conductor i3" acts as its return line, the heat conductor i3f` acts as the feed line for the second loop and the heat conductor i3 "" acts as its return line. In the example shown (Section 3), the device is drawn as part of a coil that encompasses the workpiece. The yoke packages 1q. to serve. again to concentrate the currents in parts 15 'or i5 ", i5"' and i5 "" of the heating conductors. The coiled heating conductors lying one behind the other are offset from one another in such a way that, in the course of the workpiece feed, each surface piece of the workpiece section to be treated is under the direct influence of at least one of them. heat conductor parts extending in the feed direction. A suitable choice of the conductor width ensures that the active areas of the conductors lying in the feed direction overlap to a certain extent. Here, too, the heating conductors 15 ″ to 15 ″ ″ can decrease in length from the inlet side to the outlet side of the inductor in order to achieve the even heat distribution explained in connection with FIG. 2 before quenching.

Der an drei Ausführungsformen erläuterte Erfindungsgedanke ist in seiner Anwendung nicht auf diese Beispiele beschränkt, sondern kann auch für das Härten anders geformter Körper benutzt werden. Ferner können Induktoren gemäß der Erfindung auch Zwecken: dienen, bei denen lediglich ein Oberflächenerhitzen oder ein durchgreifendes Erwärmen ohne nachfolgendes Härten durch Abschrecken durchgeführt wird.The inventive concept explained in three embodiments is shown in FIG its application is not limited to these examples, but can also be used for the Hardening other shaped bodies can be used. Furthermore, inductors according to FIG Invention also purposes: serve in which only a surface heating or thorough heating without subsequent quenching is carried out will.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Electro-inductive heating device for progressive Surface hardening of metallic workpieces with subsequent quenching, marked by two or more winding ones arranged one behind the other in the feed direction or multiple curved heating conductors, which are in such a way one or more times against each other are offset that in the course of the workpiece feed through the device each surface piece of the workpiece section to be treated under immediate Action of at least one of the parts of the extending in the feed direction Turns of the individual heating elements.

2. Device according to claim i, characterized in that that the length of the heat conductor parts lying in the feed direction from the inlet side towards the exit side of the hardening device.