DE886942C - Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von langgestreckten Werkstuecken, insbesondere Platten oder Blechen - Google Patents

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von langgestreckten Werkstuecken, insbesondere Platten oder Blechen

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DE886942C
DE886942C DED1649D DED0001649D DE886942C DE 886942 C DE886942 C DE 886942C DE D1649 D DED1649 D DE D1649D DE D0001649 D DED0001649 D DE D0001649D DE 886942 C DE886942 C DE 886942C
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DE
Germany
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heating
section
workpiece
coil
heated
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DED1649D
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English (en)
Inventor
Gerhard Dr-Ing Seulen
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

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Description

  • Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von langgestreckten Werkstücken, insbesondere Platten oder Blechen Es ist bekannt, daß Werkstücke der verschiedensten Formen und Ausbildung mittels induktiver Erhitzung oberflächlich gehärtet werden können. Zur Ausübung derartiger Verfahren sind stromführende Spulen vorgeschlagen worden, die mit einem Strom hoher Frequenz gespeist werden, wobei die Spule entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Energiequelle angeschlossen ist.
  • Für das Oberflächenhärten von langgestreckten Werkstücken, die verhältnismäßig dünn sind, wie Bleche und Platten, sind Spulen besonderer Art vorgeschlagen worden. Diese Spulen sind so ausgebildet, daß sie über dem Werkstück eine Schleife bilden, wobei die eine Schleife so ausgebildet ist, daß sie geringe Stromkonzentration und schlechte Kopplung aufweist, so daß durch diese Schleife eine nur geringe Temperaturerhöhung im Werkstück erzielt wird, die zur Vorwärmung vor der eigentlichen Erreichung der Härtetemperatur durch den zweiten Teil der Schleife dient. In diesem Zusammenhang ist auch vorgeschlagen worden, die eine Schleife der Spule unter dem Werkstück hindurchzuführen, so daß die Platte gewissermaßen durch die Spule hindurchläuft, wobei aber Stromkonzentration und Kopplung in der unter dem Werkstück hergeführten Schleife so gewählt werden, daß eine Beeinflussung des Werkstücks hierdurch nicht eintritt.
  • Bekannt war an sich, däß durch die geeignete Wahl der Kopplung, das ist der Abstand zwischen Werkstück und Heizleiter der Spule, gewisse Beeinflussungen der Wärmewirkung möglich sind.
  • Bei Verwendung der vorgeschlagenen Einrichtungen zur Oberflächenhärtung von Blechen und Platten ergibt sich der Übelstand, daß die Werkstücke starkem Verzug sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung aufweisen. Zweck der Erfindung ist es, Maßnahmen anzugeben, mit denen es gelingt, diesen Verzug zu beseitigen. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß eine mit hochfrequentem Strom gespeiste Spule um das Werkstück herumgelegt wird, wobei aber die Spule so ausgebildet wird, däß sie nicht nur die eine Oberfläche auf Härtetemperatur bringt, sondern auch auf der gegenüberliegenden Oberfläche eine gewisse Temperaturerhöhung hervorruft.
  • Der Verzug wird um so geringer sein, je höher die Temperatur auf der nicht zu härtenden Fläche getrieben wird. Im allgemeinen handelt es sich aber um vergütete Bleche oder Platten, so daß für die Temperaturerhöhung auf der Gegenseite eine Temperatur gewählt werden muß, bei der die Vergütung noch nicht aufgehoben wird. Dies wird im allgemeinen bei Stahl für Temperaturen der Fall sein, die zwischen 400 und 6oo° liegen.- Ferner wird der Verzug um so stärker verringert, je tiefer die Temperaturerhöhung in das Werkstück eindringt und je breiter die erwärmte Zone ist.
  • Die gleichzeitige Erhitzung der zu härtenden Oberfläche auf Härtetemperatur und die Erwärmung der Gegenseite werden erreicht durch zweckmäßige Wahl der Querschnitte und der Kopplung der Spulenteile über den verschiedenen Oberflächen. Es ist auch möglich, die Vorrichtung so auszubilden, daß gleichzeitig eine Vorwärmung der zu härtenden Oberfläche erfolgt. Bei Stahl kommen hierfür Temperaturen von etwa 500° in Frage.
  • Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • Abb. i bis 5 stellen senkrechte Schnitte durch Vorrichtungen gemäß der Erfindung dar; Abb. 6 und 7 .zeigen eine Vorric'b.tung im senkrechten Schnitt und in Aufsicht, bei welcher eine Vorwärmung der zu härtenden Oberfläche erzielt wird, und Abb. 8 zeigt eine Einrichtung, bei der ebenfalls eine Vorwärmung der zu härtenden Oberfläche durchgeführt wird, wobei jedoch zwei Spulen vorgesehen sind.
  • Nach Abb. i bis 5 soll eine Platte mit einer durch besondere Schraffur gekennzeichneten Härteschicht 2 versehen werden. Hierzu wird gemäß der Erfindung eine Spüle vorgesehen, die mit Strom hoher Frequenz gespeist wird, wobei die Spule entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Energiequelle angeschlossen ist. In der Nähe der zu härtenden Oberfläche der Platte i ist ein dünnes Kupferrohr 4 vorgesehen, das wassergekühlt wird. Dieses Kupferrohr .4 ist in enge Kopplung mit der zu behandelnden Platte gebracht. Der Stromkreis wird geschlossen durch ein unter der Platte hergeführtes Teil 5" das einen bedeutend größeren Querschnitt aufweist und in größerer Kopplung zu dem Werkstück steht. Eine Kühlung der Spule ist lediglich in der Nähe der zu härtenden Oberfläche erforderlich. Die Zu- und Ableitung des Kühlwassers erfolgt durch Stutzen 6, die seitlich angeordnet sind.
  • Das Abschrecken erfolgt unmittelbar nach der Aufheizung auf Härtetemperatur mittels einer Spritzvorrichtung, die der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Auch sind Transportvorrichtungen für die Relativbewegung zwischen Spule und Werkstück fortgelassen: WelcheMittel für denTransport zu verwenden sind, ergibt sich für den Fachmann von selbst. Die Bewegungsrichtung des Werkstücks zur Heizvorrichtung. ist durch Pfeile angedeutet.
  • Die richtige Wahl des Verhältnisses zwischen Erhitzungsquerschnitt 4 und Erwärmungsquerschnitt 5 ergibt sich auf Grund einiger Stichversuche. Die Wahl hat zu erfolgen unter Berücksichtigung der zur Verfügung stehenden Leistung der elektrischen Anlage, der gewünschten Härtetiefe und der Vorschubgeschwindigkeit. Das Kupferrohr 4 mit geringem Querschnitt, das zu hoher Stromkonzentration Veranlassung gibt, dient der Erhitzung auf Härtetemperatur und kann entweder, wie aus Abb. i ersichtlich, senkrecht stehen oder, wie in Abb. 2 bis 5 gezeigt, seine flache Seite der zu erhitzenden Oberfläche zuwenden. Selbstverständlich ist die Ausbildung der Vorrichtung nicht an die gezeigten Rohrquerschnitte gebunden. Vielmehr können auch andere Formen, z. B. kreisförmig, rechteckig, oval, angewendet werden. Das unter der Platte hergeführte Teil 5 der Spule, das die Erwärmung der Unterseite hervorruft, hat einen großen -Querschnitt und weist eine schlechte Kopplung 3 auf. Nach Abb. i, 2 und q. ist das Teil 5 symmetrisch unter der Härtezone angeordnet, wobei nach Abb. i die Erwärmungszone breiter ist als die Härtezone. Nach Abb.3 und 5 dagegen liegt die Erwärmungszone nicht symmetrisch zur Härtezone. Bei einer Einrichtung nach Abb.3 setzt die Erwärmung der nicht zu härtenden Fläche gleichzeitig mit der Erhitzung der zu härtenden Fläche auf Härtetemperatur ein, während nach Abb. 5 die untere Fläche schon vorzeitig erwärmt wird. Durch geeignete Auswahl einer der Ausbildungsformen der Heizvorrichtung nach Abb. i bis 5 ist es möglich, besonderen Umständen, die bei der Härtung auftreten und den Verzug beeinflussen, entgegenzuwirken.
  • In Abb. 6 ist eine Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei welcher die Platte i mit einer Härteschicht :2 unter Vorwärmung der zu härtenden Oberfläche und Erwärmung der Gegenfläche versehen wird. Die eigentliche Härtetemperatur wird hervorgerufen durch den Querschnitt 4. der Spule, die Erwärmung der Unterseite der Platte durch den Querschnitt 5, der eine verhältnismäßig große Kopplung 3 zum Werkstück aufweist. Der große Querschnitt 7 der Spule, der ebenfalls eine große Kopplung zum Werkstück aufweist, dient der Vorwärinung -der zu härtenden Oberfläche.
  • Die Stromzuleitungen 8 und 9 sind, wie aus der A11.7 ersichtlich, in der Mitte der Spule angeordnet. Wie ebenfalls aus Abb. 7 ersichtlich, sind zwischen dein Teil 7 und dem Teil 4. Verstärkungsrippen io vorgesehen, die eine unerwünschte Überhitzung der Kanten des Werkstücks vermeiden.
  • Es ist selbstverständlich, daß bei der Vorrichtung gemäß Abb. 6 und 7 das Verhältnis der Leiterquerschnitte unter Berücksichtigung der Leistung der elektrischen Anlage und der angewendeten Kopplung so gewählt werden muß, daß die gewünschte Stromverteilung und damit die gewünschte Temperaturhöhe und Temperatureindringtiefe in den einzelnen Heizabschnitten eintritt. Im allgemeinen wird man zur Herstellung der Spulen Kupfer verwenden; es können aber auch andere elektrisch leitende Werkstoffe Anwendung finden. Unter Berücksichtigung der verschiedenen Leitfähigkeit dieser Stoffe kann durch geeignete Wahl ebenfalls die Stromverteilung und damit die Erhitzung des Werkstücks beeinflußt werden.
  • Während in Abb. 6 und 7 Vorwärmung, Erhitzung auf Härtetemperatur und Erwärmung der Gegenseite des Werkstücks mit einer einzigen Spule durchgeführt wird, ist in Abb. ä eine Vorrichtung dargestellt, bei welcher für diesen Zweck zwei Spulen q., 5 urid 11, 12 vorgesehen sind, die zur Erreichung des gleichen Endzweckes zusammenwirken. -Die eigentliche Erhitzung auf Härtetemperatur wird vermittelt durch das Spulenteil 4. und Spulenteil i i. Durch die gekennzeichnete Zusammenwirkung beider Spulen wird in einfacher Weise eine vergleichsweise breite Erhitzungszone erzielt, was in vielen Fällen von Vorteil sein kann, beispielsweise wenn mit hoher Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet werden soll. Das Spulenteil 4 schließt sich mit dem Teil 5, das unter dem Werkstück hergeführt ist. Teil 5 dient, wie in Verbindung mit Abb. 3 beschrieben, der Erwärmung der Gegenseite des Werkstücks. Die dieser Spule q., 5 vorgeschaltete Spule i i, 12 liegt mit beiden Windungen über der Oberfläche des Werkstücks. Das Spulentei112 mit großem Querschnitt und großer Kopplung dient der Vorwärmung.
  • Die Stromzuführung für beide Spulen ist getrennt, dabei ist dafür Sorge zu tragen, daß die Stromrichtung in den Teileng. und ii in jedem Augenblick die gleiche ist, d. h. beide Spulen müssen synchron auf der gleichen Phase arbeiten. Unter Berücksichtigung dieser Forderung kann auch jede Spule von einer gesonderten Energiequelle gespeist werden.
  • Mit Vorrichtungen der gekennzeichneten Art ist es in einfacher Weise möglich, langgestreckte Werkstücke mit verhältnismäßig dünnem Querschnitt, wie Platten und Bleche, verzugsfrei mit einer gehärteten Oberflächenschicht zii versehen. je nachdem, oh vergleichsweise große oder kleine Platten bzw. Bleche zu behandeln sind, wird unter Anwendung einer Vorwärmung der zu erhitzenden Zone gearbeitet oder nicht, wobei gleichzeitig eine entsprechende Einstellung der Erwärmung der Gegenseite zu erfolgen hat. Welche der beschriebenen Vorrichtungen in jedem Einzelfall zur Anwendung gebracht werden muß, ergibt sich durch einfache Stichversuche.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Oberflächenhärten langgestreckterWerkstücke, wie Platten oder Bleche, durch elektroinduktives Oberflächenerhitzen durch das Werkstück umfassende Heizspule und Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit dein Erhitzen der zu härtenden Fläche die gegenüberliegende Fläche durch die Spule auf niedere Temperaturen elektroinduktiv erwärmt wird, um Verzug im Werkstück zu unterbinden.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i mit unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Stromquelle angeschlossener Heizspule, gekennzeichnet durch eine Heizspule, die in der Nähe der auf hohe Temperatur, insbesondere Härtetemperatur, zu erhitzenden Oberfläche geringen Querschnitt und enge Kopplung, auf der Gegenseite dagegen großen Querschnitt und geringe Kopplung aufweist, so daß die Gegenseite zur Vermeidung von Verzug im Werkstück gleichzeitig auf niedere Temperaturen erwärmt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Erwärmung der Gegenseite des Werkstücks hervorrufende Querschnitt (5) unsymmetrisch unter dem Heizquerschnitt (q.) für die Werkstückoberseite liegt, so daß die Erwärmung der Unterseite gegenüber der Erhitzung der Oberseite vor- bzw. nacheilt. q..
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizspule auf der Seite, die der insbesondere auf Härtetemperatur zu erhitzenden Fläche zugekehrt ist, mit einem der Vorwärmung dienenden Vorsatz (7) großen Querschnittes und geringer Kopplung versehen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Heizspule eine zweite Spule vorgeschaltet ist, deren Windungen (i i,12) beide über der zu erhitzenden Fläche liegen, wobei die eine Windung (ii) geringen Querschnitt und enge Kopplung und die andere (12) großen Querschnitt und schlechte Kopplung aufweist. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 81g.758.
DED1649D 1939-07-11 1939-07-11 Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von langgestreckten Werkstuecken, insbesondere Platten oder Blechen Expired DE886942C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE965816C (de) * 1941-02-27 1957-06-19 Aeg Verfahren zum induktiven Oberflaechenhaerten von Stahlwerkstuecken
EP0243340A1 (de) * 1986-04-16 1987-10-28 VOEST-ALPINE INDUSTRIEANLAGENBAU GESELLSCHAFT m.b.H. Vorrichtung zum Ausgleich der Schienenschatten an erhitzen Brammen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR814758A (fr) * 1935-12-31 1937-06-29 Perfectionnements au traitement thermique de pièces

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