DE885999C

DE885999C - Heating device for inductive annealing or hardening of thin-walled cylindrical steel shells

Info

Publication number: DE885999C
Application number: DEB5594D
Authority: DE
Inventors: Gerhart Dipl-Ing Hennicke
Original assignee: BROWN
Current assignee: BROWN
Priority date: 1943-04-10
Filing date: 1943-04-10
Publication date: 1953-08-10

Description

Heizeinrichtung zum induktiven Glühen oder Härten von dünnwandigen zylindrischen Stahlhülsen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Erhitzen von dünnwandigen zylindrischen Stahlhülsen mitBoden auf induktivemWeg° zwecks nachfolgenden Härtens.Heating device for inductive annealing or hardening of thin-walled cylindrical steel sleeves The invention relates to a device for heating of thin-walled cylindrical steel sleeves with a bottom inductively ° for the purpose of subsequent Hardening.

Es sind induktive Heizanlagen für Rohre, Drähte und ähnliche zylindrische Teile bekannt, bei denen das Wärmgut durch eine waagerecht liegende Induktionsspule gezogen oder geschoben, wird. Es ist naheliegend, eine ähnliche Anordnung auch für die Wärmebehandlung der vorgenannten zylindrischen Stahlhülsen zu verwenden. Eine derartige Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß die einzelnen Teile des Gutes nicht gleichmäßig erwärmt werden, und zwar aus folgenden Gründen: i. Das Gutteil, welches gerade in die Induktionsspule einrückt, wird ungleichmäßig erhitzt, einerseits wegen der ungleichmäßigen Feldverteilung, andererseits weil Wärme von dem heißesten Gutteil innerhalb der Spule an die nachrückenden kälteren Gutteile abgeführt wird.There are inductive heating systems for pipes, wires and similar cylindrical ones Known parts in which the heat material through a horizontally lying induction coil is pulled or pushed. It is obvious to have a similar arrangement for to use the heat treatment of the aforementioned cylindrical steel sleeves. One However, such a device has the disadvantage that the individual parts of the property are not heated uniformly for the following reasons: i. The good part, which is just moving into the induction coil is heated unevenly, on the one hand because of the uneven field distribution, on the other hand because heat from the hottest Good part is discharged within the coil to the colder good parts that follow up.

a. Ein Gutteil, welches sich am Ende der Induktionsspule befindet, dieselbe also zum Abschrecken gerade verlassen soll, wird ungleichmäßig warm gehalten, da es einerseits an einer Stelle geringerer Felddichte liegt und andererseits durch die Öffnung der Induktionsspule Wärme abstrahlt.a. A good part, which is at the end of the induction coil, it should just leave it to quench it, is kept unevenly warm, because it is on the one hand at a point of lower field density and on the other hand through the opening of the induction coil radiates heat.

3. Mit einer Induktionsspule üblicher Bauart ohne Zuhilfenahme von Eisenkernen allein können Gutteile mit dieser Form, vor allem auch mit ungleichmäßig verteilten Metallmassen, nicht gleichmäßig erhitzt werden. Die starkwandigeren Teile, z. B. die Böden, bleiben in der Temperatur zurück, da .der Induktionsstrom vorwiegend in den der Spule zunächst liegenden Wandteilen fließt. Man könnte nun die Form,der Spule an die :des Wärmgutes anpassen, um auch in die Nähe des Bodens bzw. der Spitze induzierende Windungen zu bringen. Damit wird aber verhindert, da.ß die Gutteile durch die Spule hindurchgefördert werden. Das gleiche gilt für das Anbringen von Eisenkernen zur Lenkung des Magnetfeldes.3. With an induction coil of conventional design without the aid of Iron cores alone can produce good parts with this shape, especially with uneven parts distributed metal masses, are not heated evenly. The thicker-walled parts, z. B. the soils, remain in the temperature, because .the induction current predominantly flows in the wall parts lying next to the coil. One could now Adapt the shape of the coil to the: of the items to be heated so that they are also close to the bottom or to bring inducing windings to the tip. But this prevents that the good parts are conveyed through the coil. The same goes for that Attachment of iron cores to direct the magnetic field.

q.. Die Erhitzungstemperatur muß bei jedem einzelnen Stück genau eingehalten werden. Hierzu kann die Steuerung der Gutbewegung von der erreichten Temperatur abhängig gemacht werden.. Da jedoch die Messung der Temperatur jeweils nur an einem sehr begrenzten Teil des Gutes vo-rg,enommen werden kann, kann diese Art der Temperaturbestimmung und Gutförderung den Aniforderungen an eine gleichmäßige Gutbehandlung nicht genügen.q .. The heating temperature must be strictly adhered to for each individual piece will. This can be done by controlling the movement of the material based on the temperature reached can be made dependent .. However, since the temperature is only measured on one very limited part of the material can be taken, this type of temperature determination can and material conveyance do not meet the requirements for uniform material handling.

5. Die Hülsen müssen mit dem Boden voran sogleich nach der Erhitzung in das Abschreckbad gelangen, ohne daß sie sich vorher an irgendeiner Stelle abkühlen und ihre gleichmäßige Temperatur verlieren.5. The pods must be bottom first immediately after heating get into the quench bath without them cooling down at any point beforehand and lose their uniform temperature.

Der induktiven Wärmebehandlung von solchen Stahlteilen steht ferner die grundsätzliche Schwieerigkeit entgegen, daß dabei der magnetische Umwandlungspunkt des Eisens bei etwa 780' C überschritten wird, um die zum Härten erforderliche Temperatur vom: etwa 85o° C zu erreichen. Beim Überschreiten des magnetischen Umwan.dlungspunktes fällt die Leistungsaufnahme- einer induktiven Heizeinrichtung stark ab; aus induktionstechnischen Gründen ist daher die Frequenz des Induktionsstroms genügend hoch zu wählen. Dabei ergeben sich im allgemeinen Induktionsspulen mit nur wenigen Windungen. Jede solche Windung erzeugt nun in dem benachbarten Wandteil der Hülse wegen. der geringen Eindringtiefe einen Stromfaden von mäßigem Umfang. Zwischen diesen Stromfäden entstehen daher leicht schwächer beheizte Stellen, so. daß die Hülse nicht gleichmäßig heiß wird, wenn man nicht abwartet, bis die Temperatur sich durch Wärmeleitung ausgleicht. Dieses Abwarten verringert aber die Leistung einer solchen Maschine erheblich, und dabei verzundern die Teile, so daß die Präzision leidet. Eine Nacharbeit an den gehärteten Stücken ist aber schwierig und bleibt unbefriedigend.The inductive heat treatment of such steel parts is also available the fundamental difficulty opposes that the magnetic transition point of the iron at about 780 ° C is exceeded, around the temperature required for hardening from: to reach about 85o ° C. When the magnetic conversion point is exceeded the power consumption of an inductive heating device drops sharply; from induction technology Therefore, the frequency of the induction current should be chosen sufficiently high for reasons. Included induction coils generally result with only a few turns. Any such Winding is now generated in the adjacent wall part of the sleeve because of. the low penetration depth a stream filament of moderate size. Therefore arise between these stream filaments slightly less heated areas, like that. that the case does not get evenly hot, if you don't wait for the temperature to equalize through conduction. However, this waiting significantly reduces the performance of such a machine, and in the process, the parts become scaled, so that the precision suffers. A rework on the hardened pieces is difficult and remains unsatisfactory.

Nach vorliegender Erfindung werden alle diese Schwierigkeiten durch eine Einrichtung beseitigt, bei der die Gutteile unter Zuhilfenahme der Schwerkraft einzeln in und .durch eine zylindrische. Induktionsspule befördert werden, die aus einer Windung besteht, deren Höhe etwa gleich der Länge eines Gutteiles ist. Die Spule ist mit .einem beweglichen lamellierten Eisenkern ausgerüstet, der der weiteren Erfindung entsprechend gleichzeitig zum Festhalten des Gutteiles in der Induktionsspuledient.In accordance with the present invention, all of these difficulties are overcome eliminates a facility in which the good parts with the aid of gravity individually in and through a cylindrical. Induction coil conveyed out consists of a turn, the height of which is approximately equal to the length of a good part. the The coil is equipped with a movable laminated iron core, which is the other Invention at the same time serves to hold the good part in the induction coil.

Abb. i zeigt eine der Erfindung entsprechende Einrichtung in senkrechtem Querschnitt. et ist ein Führungsrohr, welches in einer Länge ausgeführt wird, die der gewünschten Auffüllung der Gutteile entspricht. In diesem Rohr befindet sich also eine größere Anzahl von Gutteilen, die erhitzt werden sollen. Das am weitesten: unten liegende Gutteil h wird mittels eines unter Federkraft stehenden Bolzens c dadurch gehalten, daß es mit einer Kraft an die Wandung des Führungsrohres gedrückt wird, die ausreicht, um das Gutstück samt der Last der auf ihm ruhenden übrigen Teile zu halten.Fig. I shows a device corresponding to the invention in vertical view Cross-section. et is a guide tube, which is carried out in a length that corresponds to the desired filling of the good parts. In this tube is thus a larger number of good parts that are to be heated. The furthest: Good part h below is secured by means of a spring-loaded bolt c held in that it is pressed with a force against the wall of the guide tube that is sufficient to remove the good piece together with the burden of the rest of the rest Parts to hold.

In gewissem Abstand: unterhalb befindet sich die eigentliche Heizeinrichtung; die aus einem kurzen Auffangrohr d und der Induktionsspule e besteht. Die einwandige Induktionsspule e ist durch ein Band,gebildet, das mindestens ebenso breit ist, wie der Gutteil f in der Spule lang ist. Das Band ist verhältnismäßig dünn, da der Strom bei der Frequenz von einigen tausend Hertz, mit der die Einrichtung betrieben wird, nur eine ganz geringe Tiefe einnimmt. Die Spule ist als Wasserkasten ausgebildet und von Kühlwasser g durchflossen.At a certain distance: underneath is the actual heating device; which consists of a short collecting tube d and the induction coil e. The single walled Induction coil e is formed by a band that is at least as wide as how long the good part f in the coil is. The tape is relatively thin because of the Electricity at the frequency of a few thousand Hertz at which the facility operated is, only occupies a very shallow depth. The coil is designed as a water tank and through which cooling water g flows.

Werden. mehrere Induktionseinrichtungen nebeneinander angeordnet, so werden die Spulen zweckmäßig nach Abb. 2 aus einem gewellten Band c gebildet. Dieses kann aus einem Kupferblock gearbeitet werden, der an den Stellen h für die Durchleitung des Wärmegutes ausgebohrt und zur Isolation dazwischen geschlitzt ist. Die Schlitze können mit Isoliermaterial, z. B. Glimmer, ausgefüllt werden, @so daß ein fester Block .entsteht.Will. several induction devices arranged side by side, so the coils are expediently formed from a corrugated tape c as shown in Fig. 2. This can be made from a copper block, which is placed at points h for the The passage of the heat material is drilled out and slotted in between for insulation. The slots can be filled with insulating material, e.g. B. mica, are filled, @so that a solid block. emerges.

An dem unteren Ende der Induktionsspule beefindet sich ein durch einen Elektromagneten i zu betätigender Hebel k. Dieser Hebel setzt sich mit seinem einem Ende in der Ruhelage unter die Induktionsspule. Er hat den Zweck, das zu erhitzende Gutteil so lange im Innern der Induktionsspule zu halten, bis die Wärmebehandlung beendet ist. Der weiteren Erfindung entsprechend trägt dieser Hebel einen vorzugsweise bolzenförmigen Kernm, auf dem das Gutteil während der Wärmebehandlung aufliegt und der aus lamelliertem Eisen besteht. Er hat die Aufgabe, die Kraftlinien am Ende der Spule zusammenzuziehen, so daß sie den Hülsenboden durchsetzen. Auf diese Weise wird eine gleichmäßige Erwärmung des Gutteils erreicht. Dies ist vor allem dann von Bedeutung, wenn das Gutteil ungleiche Massenverteilung besitzt, wie dies z. B. bei Munitions- und Geschoßhülsen der Fall ist. Man, kann mit dieser Einrichtung auch solch° Teile gleichmäßig erwärmen.At the bottom of the induction coil is a through a Electromagnet i lever to be actuated k. This lever is set with its one End in the rest position under the induction coil. Its purpose is to heat that Hold the good part inside the induction coil until the heat treatment is finished. According to the further invention, this lever preferably carries one Bolt-shaped core on which the good part rests during the heat treatment and which consists of laminated iron. His job is to end the lines of force to pull the coil together so that they penetrate the case base. In this way an even heating of the good part is achieved. This is especially then of importance when the good part has uneven mass distribution, as z. B. is the case with ammunition and shell casings. You can, with this facility heat such parts evenly.

Der Hebel h wird durch den Elektromagneten i in Zeitabständen bewegt, die der erforderlichen Wärmebehandlungszeit entsprechen. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Hebels soll dabei größer sein als die Fallgeschwindigkeit des erhitzten Gutteiles, damit eine richtungsändernde Beeinflussung seines Fallweges nicht.tstattfinden kann.The lever h is moved by the electromagnet i at time intervals, which correspond to the required heat treatment time. The speed of movement of the lever should be greater than the falling speed of the heated good part, so that a direction-changing influence on its fall path cannot take place.

Der Hebel k ist durch geeignete Zwischengelenke mit dem Hebel n zwangsläufig verbunden, der die Lösung der Halteeinrichtung e für die aufgefüllten Gutteile bewirkt. Die Lösung geschieht dadurch, da3 der Hebel n. mit seinem einen Ende nach Zurücklegung eines gewissen freien Weges. den Bolzen c löst und damit die Halterung der Gutteile in dem Magazin freigibt. Mit dem Hebel n steht ein klappenartiger Teil L in Verbendung, welcher das Führungsrohr a an seinem unteren Ende so fange abschließt, bis der Hebel n den Bolzen c löst. Durch das Zusammenwirken des Bolzens c mit dem Hebel h wird mit Sicherheit erreicht, daß das aufzuheizende- Gutteil mit den nachrückenden Teilen nicht in Berührung steht und keine Wärme an sie abgibt. Unterhalb der Spule 4 fällt das Gut in ein möglichst dicht unter der Heizspule befindliches Abschreckbad.The lever k is inevitable by suitable intermediate joints with the lever n connected, which causes the release of the holding device e for the filled good parts. The solution takes place in that the lever n. With one end after it has been moved back a certain free path. the bolt c loosens and thus the holder of the good parts in releases the magazine. A flap-like part L is connected to the lever n, which closes the guide tube a at its lower end until the lever n loosens the bolt c. The interaction of the bolt c with the lever h becomes achieved with certainty that the good part to be heated with the following parts is not in contact and does not give off any heat. Falls below the coil 4 the material in a quenching bath located as close as possible under the heating coil.

Der Induktionsstrom kann nach jeder Erhitzung beim Wechseln des Gutes abgeschaltet werden, jedoch kann dies zur Vermeidung eines Haftens des Gutes in der Heizspule nur ahn erforderlich sein, wenn die Temperatur unter dem magnetischen Umwandlungspunkt des Gutes bleibt. Wenn, wie dies beim Härten der Fall ist, Temperaturen über 7oo° C erreicht werden, so braucht der Strom nicht unbedingt abgeschaltet zu werden, weil dann das unmagnetisch gewordene Gut ohne Schwierigkeit herausfällt. Dabei werden die: Schalter geschont.The induction current can after each heating when changing the goods be switched off, but this can be done to avoid sticking of the goods in The heating coil will only be required if the temperature is below the magnetic The transformation point of the good remains. When, as is the case with hardening, temperatures over 700 ° C are reached, the current does not necessarily have to be switched off because the goods that have become non-magnetic then fall out without difficulty. The switches are protected.

Da bei der vorstehend beschriebenen Einrichtung jedes Gutteil unter vollkommen gleichen Bedingungen gleichmäßig erhitzt wird, kann bei konstant gehaltenem Induktionsstrom in der Spule vorausgesetzt werden, daß die Erwärmungstemperatur bei jedem Gutteil innerhalb einer ganz bestimmten" einmal versuchsmäßig festzulegenden Zeit erreicht ist. Die der Erfindung entsprechende Einrichtung kann daher vorteilhaft durch einen einfachen Zeitschalter taktmäßig. gesteuert werden und dabei ein, gleichmäßigeres Ergebnis erzielen lassen als andere Einrichtungen mit der Steuerung durch Temperaturmeßgeräte. Infolge .der durch den Kern gesteuerten Feldverteilung wird das Wärmgut ganz gleichmäßig erhitzt, ohne daß es an die nachrückenden Teile Wärme abgibt. Die Wärmebehandlungszeit kann daher äußerst kurz bemessen werden, da alle Punkte der Hülse die erforderliche Temperatur gleichzeitig erreichen und ein Temperaturausgleich durch Wärmeleitung nicht abgewartet zu werden braucht; auch die Haltevorrichtung h ergibt infolge der Feldkonzentration keine Temperaturverminderung am Hülisenboden. Die vollkommen gleichmäßig erhitzten Gutteile fallen auf kürzestem Weg mit dem Boden voran in das Abschreckbad. Die Spule und der Kern sind so ausgebildet, daß sie völlig gleichmäßige Temperaturverteilung ergeben, ohne den Fördervorgang zu stören.Since in the device described above, each good part under is heated evenly at exactly the same conditions, can be kept constant Induction current in the coil is assumed that the heating temperature for each good part within a very specific "to be determined once by trial" Time is reached. The device according to the invention can therefore be advantageous by means of a simple timer. can be controlled and at the same time a more even Can achieve result than other devices with control by temperature measuring devices. As a result of the field distribution controlled by the core, the material to be heated is completely uniform heated without giving off heat to the moving parts. The heat treatment time can therefore be made extremely short, since all points of the sleeve have the required Reach temperature at the same time and a temperature equalization through thermal conduction need not wait; also the holding device h results as a result of Field concentration no reduction in temperature at the bottom of the husk. The perfectly even Heated good parts fall bottom first into the quenching bath in the shortest possible way. The coil and the core are designed so that they have completely uniform temperature distribution without disrupting the delivery process.

Abb.3 stellt eine Anlage dar, in der die Einrichtung nach Abb, i, hier mit A bezeichnet, viermal angewandt ist. Die Anlage besteht im übrigen aus einem Elektromotor B, der einen Mitbelfrequenzgenerator C antreibt, Kondensatoren D, die: zum Ausgleich des Phasenwinkels dienen, ferner einem Zwischentransformator E, der die geeignete Spannung an der Heizspule herstellt. Die Induktionsspulen sind vorzugsweise nach Abb, 2 ausgebildet.Fig.3 shows a system in which the device according to Fig, i, here denoted by A, is applied four times. The system also consists of an electric motor B, which drives a mid-frequency generator C, capacitors D, which: serve to compensate for the phase angle, and also an intermediate transformer E, which creates the appropriate voltage on the heating coil. The induction coils are preferably designed according to Fig. 2.

Die Fortschalteinrichtungen an den vier Induktionsspulen können nun zweckmäßig derart gesteuert werden, Uaß das Wärmgut in den verschiedenen Induktionsspulen abwechselnd behandelt wird. Hierdurch gelingt es, die Belastung des Generators C und den Induktionsstrom in den Spulen verhältnimäßig konstant zu halten, auch wenn jede Spule während des Gutverschubes vorübergehend abgeschaltet wird. Bei vier Spulen wird z. B. die Belastung zwischen drei Viertel und. vier Viertel der Volleistung schwanken, wenn. niemals zwei Spulen gleichzeitig abgeschaltet oder beschickt werden.The switching devices on the four induction coils can now are appropriately controlled in such a way that the heat material in the various induction coils is treated alternately. This makes it possible to reduce the load on generator C. and to keep the induction current in the coils relatively constant, even if each coil is temporarily switched off while the material is being moved. With four coils is z. B. the load between three quarters and. four quarters of full power sway when. never two coils are switched off or loaded at the same time.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Heating device for inductive annealing or hardening of thin-walled cylindrical steel sleeves, characterized by a single-walled cylindrical induction coil that is loaded vertically with individual sleeves under the force of gravity and has to be emptied, the height of which is approximately equal to the length of a good part.

2. Heating device according to claim. i, characterized in that a construction part intended to hold the goods in the induction coil carries a laminated iron core that can be inserted into the end of the induction coil.

3. Heating device according to claim i and 2, characterized in that a. Retaining lever for the good parts in the magazine and in the induction coil inevitably with one another are coupled and driven together. q .. heating device according to claim i to 3, characterized in that the advance of the individual good parts and thus the heat treatment time and temperature can be regulated by a timer that the The conveyor system starts up at regular intervals. 5. Single wall induction coil for one System consisting of several heating devices according to claims i to 4, characterized. marked that it was made in one piece by drilling and slotting is. 6. Operation of a heating system, consisting of several heating devices according to. Claims i to 5, characterized in that the material to be heated is in the various induction coils is alternately treated so that only one coil or a small fraction of all coils is switched off at the same time.