DE888140C

DE888140C - Device for inductive heating of metallic workpieces

Info

Publication number: DE888140C
Application number: DED1656D
Authority: DE
Inventors: Hermann Kuhlbars; Gerhard Dr-Ing Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1941-09-09
Filing date: 1941-09-09
Publication date: 1953-08-31

Description

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstücke Eis ,i.st bereits bekannt, für das induktive Erhitzen metallischer Werkstücke Spulen, die das Werkstück umfassen, oder auch Heizleiterschleifen zu verwenden, die die Werkstückoberfläche je nach den. vorliegenden Anforderungen ganz oder teilweise überdecken. Soll mittels der bekannten Einrichtung im kontinuierlichen Verfahren ein: langgestrecktes Werkstück behandelt werden, so ist es bisher immer erforderlich gewesen, entsprechend den verschiedenen Werkstückabmessungen eine genügend große Anzahl von Heizgeräten bereitzuhalten, die in ihren Abmessungen den jeweiligen Werkstückquerschnitten entsprechen.Device for inductive heating of metallic workpieces ice, i.st already known, for the inductive heating of metallic workpieces coils, the include the workpiece, or to use heating conductor loops that form the workpiece surface depending on the. completely or partially cover the existing requirements. Should by means of the known device in the continuous process: an elongated workpiece be treated, so it has always been necessary according to the to keep a sufficiently large number of heating devices ready for different workpiece dimensions, whose dimensions correspond to the respective workpiece cross-sections.

Grundsätzlich ist es allerdings bei der Behandlung von Werkstücken mit rechteckigem oder ähnlichem Profil möglich, für die verschiedensten Werkstückbreiten das gleiche Heizgerät zu verwenden. Diese Möglichkeit besteht sowohl für solche Heizgerätformen, die das Werkstück umfassen, als auch für solche, die sich schleifenförmig auf einer oder mehreren Seitendes Werkstücks erstrecken. Elektrisch gesehen ist es jedoch :außerordentlich ungünstig, wenn beispielsweise zur Behandlung eines Werkstücks @bzw. Werkstückabschnitts. geringer Breite ein Heizgerät verwendet wird, welches an sich für die Behandlung eines Werkstücks hzw. Werkstückabschnitts großer Breite bestimmt ist. Sowohl bei s,pulenförmiigen als auch bei schleifenförmigen Heizgerä@ten stellen @die Teile der Heizeinrichtung, welche nicht im Eingriff mit -dem Werkstück stehen, eine Voridrossel dar,- durch welche :die Induktivi.tät .der Gesamtanordnung in unzulässigem Maße erhöht wird. Naturgemäß erhöhen sich in einem solchen Fall auch die Stromwärmeverlu.ste im Heizgerät durch die im Verhältnis zur Werkstückbreite unverhältnismäßig langen Stromwege in den Heizleitern. .Basically, however, it applies to the treatment of workpieces Possible with a rectangular or similar profile, for a wide variety of workpiece widths to use the same heater. This possibility exists for both Heater shapes that embrace the workpiece as well as those that are looped extend on one or more sides of the workpiece. From an electrical point of view it is it, however: extremely unfavorable, for example when treating a workpiece @respectively. Workpiece section. small width a heater is used, which hzw per se for the treatment of a workpiece. Workpiece section of large width is determined. Both with s, pulp-shaped and loop-shaped heaters represent @ those parts of the heating device which are not in contact with the workpiece stand, a pre-throttle, - through which: the inductivity. of the overall arrangement in is increased to an impermissible extent. Naturally increase in one In such a case, the electricity heat losses in the heater due to the in relation to Workpiece width disproportionately long current paths in the heating conductors. .

Besonders .unigünstig gestalten sich die Verhäfnisse, wenn im fortschreitenden Verfahren Werkstücke mit wechselnder Breite behandelt werden- sollen, .da naturgemäß hierbei mit den bekannten Heizeinrichtungen die Verluste während der Behandlung der vergleichsweise schmalen Werkstückabschnitte immer besonders groß sind.The conditions are particularly unfavorable if the progressive Process Workpieces with changing widths are to be treated, as naturally in this case, with the known heating devices, the losses during the treatment the comparatively narrow workpiece sections are always particularly large.

Dient das Aufheizendem Oberflä.chenhärten bestimmten Werks:tückteile durch nachfolgendes Abschrecken, so ist mit den bekannten Einrichtungen ein gleichmäßiger Verlauf der Häwteschicht überhauet nicht zu erzielen.. Befindet sich nämlich beispielsweise beim Oberflächenhärten von 1'tatten oder Blechen eine Heizlei.terschleife über, der zu härtenden Oberfläche, die im Normalfall in- ihrer Breite gerade: der Breite -des Werkstücks entspricht, so ergibt sich für :diesen Fall ein bestimmter Verlauf .der Härteschicht an den Werks.tückkanten. Kommen jedoch nun Werkstückaibschnitte unter die Einwirkung des Härtegerätes, die geringere Breitenerstreckung aufweisen, so .steht die Heizleiterschleife an beiden Seiten. über. Hierdurch verändert sich im Bereich der Werkstückkanten der Kopplungsfaktor, so daß das Häirbebild ein völlig anderes wird. Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Verwendung von Spulen, die das Werkstück umfassen. Auch hier ändert sich bei entsprechend schmaleren Werkstückabschnitten .der Kopplungsfaktor im Bereich (der @Werkstückkanten bei Verwendung eines Heizgerätes konstanter Breite erheblich, so daß Fehlhärtungen. unvermeidilnch sind. Auch. bei Verwendung eines Härtegerätes, bei welchem gemäß einem nicht vorbekannten Vorschlag der Stromischluß @durch beson(dere Ausbildung der HeizleiterschWife in die Nachbarschaft der gekühlten Seitenflächen verlegt wird, tritt der geschilderte Nachteil bei der Behandlang von Werkstücken mit verschiedenen Ouerschnitten auf.Used to heat up the surface hardening of certain workpiece parts by subsequent quenching, then with the known devices a more uniform one The course of the skin layer cannot be hewn over .. Is namely located for example When hardening the surface of matting or sheet metal, a heating conductor loop over, the surface to be hardened, which is normally straight in width: the width - corresponds to the workpiece, there is a certain course for: this case .the hardness layer on the work. But now there are workpiece arcs under the influence of the hardening device, which have a smaller width, so .the heating conductor loop is on both sides. above. This changes in the area of the workpiece edges the coupling factor, so that the Häirbebild a completely other will. The situation is very similar when using coils, which include the workpiece. Here, too, changes with correspondingly narrower workpiece sections . the coupling factor in the area (the @ workpiece edges when using a heater constant width considerably, so that incorrect hardening. are inevitable. Even. at Use of a hardening device in which, according to a proposal that was not previously known The current connection @ due to the special design of the heating conductor loop in the neighborhood the cooled side surfaces is laid, the disadvantage described occurs with the Treatment of workpieces with different cross cuts.

Es ist anch schon vorgeschlagen worden, eine Spule -dem Werkstückquerschnitt anpaßbar zu gestalten. Praktisch ergeben sich :bei dieser Einrichtung die gleichen Schwierigkeiten" weil zwar die Hauptheizleiter in den richtigen Kopplungsabstand gebracht werden können, die Rückschlüsse als absteh ende Schleifen jedoch weit überschießen. Das Heizgerät bleibt mithin auch im angegaßtenZustand zu groß für den zu behandelnden Werkstückquerschnitt, und es ändert sich bei veränderlicher Breite .des Werkstücks der Kopplungsfaktor ebenfalls.It has also already been proposed to use a coil - the workpiece cross-section to make customizable. In practice, this results in: the same for this facility Difficulties "because although the main heating conductor in the correct coupling distance can be brought, but the conclusions far exceed them as protruding loops. The heater therefore remains too large for the one to be treated, even when it is gassed Workpiece cross-section, and it changes as the width of the workpiece changes the coupling factor as well.

Die Erfindung bezieht :sich. auf -Vorrichtungen zum indtuktiven Erhitzen metallischer Werkstücke mittels, das Werkstück umfassender Spulen oder das Werkstück überdeckender Schleifen., welche insbesondere zum Oberflächenhäxtendurch ein dem Aufheizen folgendes Abschrecken dienen sollen, wobei jedoch die oben beschriebenen Nachteile bekannter Einrichtungen dieser Art vermieden sind. Gemäß der Erfindung Wird dies erreicht. durch ein oder mehrere parallel und absatzweilse oder -stetig verschiebbare Leitstücke zum Verändern der Stromweglängen im Induktor in Anpassung an beliebige Werkstückbreiten.The invention relates to: on devices for inductive heating metallic workpieces by means of coils or the workpiece encompassing the workpiece covering loops The following quenching should be used for heating, but with those described above Disadvantages of known devices of this type are avoided. According to the invention Will this be achieved. by one or more parallel and discontinuous or continuous Slidable conductive pieces for changing the current path lengths in the inductor in adaptation to any workpiece width.

Die Vorrichtung gemäß. ider Erfindung kann sowohl beim Oberflächenhärten mittels umfassender Spulen als -auch beim Erwärmen oder Oberflächenhärten mit Idas. Werkstück überdeckenden Schleifen Verwendung finden. Auch bei Vorrichtungen., bei :denen- der Stromschluß durch besondere Ausbildung ,des Heizgerätes in die Nähe der gekühlten Seitenflächen verlegt wird, ist die Erfindung mit Erfolg anwendbar.The device according to. The invention can be used both in surface hardening by means of comprehensive coils as -also when heating or surface hardening with Idas. Loops covering the workpiece are used. Even with devices., With : which- the current short due to special training, the heater in the vicinity the cooled side surfaces is laid, the invention can be used with success.

In . den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen - Ausführungsbeispielen, an Hanid,deren !diese näher erläutert wird, dargestellt.In . the drawings show the invention in some - exemplary embodiments, to Hanid, whose! this will be explained in more detail.

Ab'b. i zeigt ;schematisch eine Heizleiterschleife i, die :bei. 2 Minit einem. Strom geeigneter Frequenz und Spannung gespeist wird. Gemäß der Erfindung wird ,der Stromweg ,durch -die Leitstücke 3 bzw. 4, die unabhängig voneinander in Richtung der Pdeile 5 verschiebbar sind, den verschiedenen vorliegenden Anforderungen ängepaßt. Die Pfeile i i kernzeichnen. den Stromweg. An den Stromleitstücken 3 und 4 sind Kontaktstücke 13 ;bzw. 14 vorgesehen, ,die für einen fünkenfreien und verlustarmen Austritt des Heizstromes von den Heizleiterteilen 17 zu ,den Heiizleiterteäen i" sorgen. Diese Kontaktstücke können als Gleitstücke, Rollen oder Kugeln aus--gebildet sein. Auf der rechten Seite der Abb. i sind ,die Heizleiterabschnitte i' und i" nicht miteinander verbunden. Die glaicheAnordnung kann auch rechtsseitig getroffen werden. Je nach. Stellung des Stromleitstücks 3 und 4 schließt sich der Heizstrom in ,der gewollten Entfernung vom Speisepunkt 2.. Linksseitig ist in der Abb. i eine .andere, besonders günstige Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung,dargestellt. In diesem Fall sind die beiden Heizleiteiabschnitte i' und i" des eigentlichen Heizgerätes- i durch d as Stromleitstück 7 fest miteinander verbunden. Diese Lös@ungsform hat den Vorteil, daß bei Verschieben des Stromleitstücks 3 in Richtung des Pfeiles, 5 während des. Betriebes der Heizeinrichtung -das Funken an .den Kontaktstellen 13 oder ein Verbrennen verhindert wird, @da bei Erhöhung des Kontaktwiderstandes ein Leitweg für den Strom über das feste Leitstück 7 gegeben. ist..Fig. i shows schematically a heating conductor loop i, which: at. 2 Minit one. Current of suitable frequency and voltage is fed. According to the invention is, the current path through the conductive pieces 3 and 4, which are independent of each other in Direction of the Pdeile 5 are displaceable, the various requirements present adapted. Core the arrows i i. the current path. On the current conducting pieces 3 and 4 are contact pieces 13; or. 14 provided, which for a spark-free and low-loss Exit of the heating current from the heat conductor parts 17 to the heat conductor parts i " care for. These contact pieces can be designed as sliding pieces, rollers or balls be. On the right-hand side of Fig. I, the heating conductor sections i 'and i " not connected to each other. The same arrangement can also be made on the right-hand side will. Depending on. Position of the Stromleitstücks 3 and 4 closes the heating current in, the desired distance from the feed point 2 .. On the left in Fig. i is a .other, particularly favorable embodiment of the device according to the invention shown. In this case, the two Heizleiteiabschnitte i 'and i "of the actual heater- i firmly connected to one another by the current conducting piece 7. This solution form has the advantage that when moving the current conducting piece 3 in the direction of the arrow, 5 during the operation of the heater -the spark at .den contact points 13 or a burn is prevented, @ because when the contact resistance is increased a route for the current via the fixed guide 7 is given. is..

A'bb.2, zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, ein schleifenförmiges Heizgerät i, welches von den beiden Punkten 2 aus ge.speiist Wird. Wenn es sich, wie im dargestellten Beispiel, Üin eine Mehrfachschleife handelt, sind naturgemäß auch entsprechend mehrere Stromleitstücke 3a, 3b bzw. 4a, 4b erforderlich. Diese Stromleitstücke sind rnit Hilfe nicht näher veranschaulichter mechanischer Mittel in Richtung des Pfeiles 5 beweglich. Zur Stromübertragung dienen -die Kontaktstücke 13 bzw. 14. Um eine besonders feine Abstufung der Heizwirkung -im Bereich der Stromleitstücke 3 bzw. 4 zu erzielen, kann den Stromleitstücken 3T1 und 3b bz-w. 4a und 4b eine verschiedenartige Bewegung zugeordnet werden. Das Heizgerät i'selbst kann dabei, wie in der Abb. 2 dargestellt, mit gleichen Abständen 8, 9 bzw. 8' und g' zwischen,den einzelnen quer zur Vorschubrich.tungg liegenden Heizleiterteilenausgebildet sein. Es können jedoch auch diese Abstände 8 und 9 beim Vorliegen besonderer Betriebsanforderunigen verschieden ,gestaltet werden, wenn es sich :beispielsweise darum handelt, eine bestimmte Temperaturstaffelung in Vorschubrichtung zu erzielen.A'bb.2 shows, also in a schematic representation, a loop-shaped heater i, which is fed from the two points 2. If it is a multiple loop, as in the example shown, a number of current conducting pieces 3a, 3b or 4a, 4b are of course also required. These current conducting pieces can be moved in the direction of arrow 5 with the aid of mechanical means that are not illustrated in any more detail. The contact pieces 13 and 14 are used for current transmission. In order to achieve a particularly fine gradation of the heating effect in the area of the current conducting pieces 3 and 4, the current conducting pieces 3T1 and 3b or w. 4a and 4b can be assigned a different type of movement. The heater itself can, as shown in Fig. 2, be designed with the same distances 8, 9 or 8 'and g' between the individual heating conductor parts lying transversely to the direction of advance. However, these distances 8 and 9 can also be designed differently when there are special operational requirements, if it is, for example, a matter of achieving a certain temperature graduation in the feed direction.

Abb.3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsformdes mehrschleifigen Heizgerätes, -dessen Länge in Vorschwbrichtung .in allen Teilen gleich ist, so daß eine rechteckige Form des Heizgerätes selbst entsteht. Die bei,dieser Form auftretenden Stromrichtungen sind durch die Pfeile i i dargestellt. Die Verschiebung der Stromleitstücke 3a, 3b bzw. 4a, 4b kann gemeinsam oder getrennt in Richtung des Pfeiles 5 vorgenommen werden. Zur Vermeidung von Funkenerscheinungen sind die festen Stromleitstücke 7 .angeordnet.Fig.3 shows a schematic representation of a further embodiment of the multi-loop heater, -Its length in Vorschwbrichtung. in all parts is the same, so that a rectangular shape of the heater itself is created. The one at, this one Current directions occurring in the form are shown by the arrows i i. The postponement the current conducting pieces 3a, 3b or 4a, 4b can be jointly or separately in the direction of arrow 5 can be made. To avoid sparks, the fixed current conducting pieces 7 .arranged.

In .den Abb. ii bis 3 ist 'der Erfindungsgedanke in Anwendung auf schleifenförmige Heizgeräte dar-.gestellt. Abb.4 zeigt dagegen als Anwendungsbeispiel die Verwendung bei einemspulenförmigen Heizgerät i, welches an den Punkten 2 mit einem Strom geeigneter Frequenz und Spannung gespeist wird. Die Stromleitstücke 3 bzw. 4: erstrecken sich parallel zu den Seitenflächen ödes Werkstücks 2o un,d sind in Richtung der Pfeile 5 gemeinsam oder getrennt verschiebbar. Zur Stromübertragung dienen ,die Kontaktstücke 13 bzw. 14. Auch in dieser Ausführungsform kann, wie auf der linken Seite der Abbildung dargestellt, ein festes Stromleitstück 7 zur Verrin:gerun.g der Gefahr,der Funkenbildung bei Verschiebung .des Stromleitstücks 3 während des Betriebes angeordnet sein.In .den Fig. Ii to 3 'the idea of the invention is in use loop-shaped heating devices shown. In contrast, Fig. 4 shows an application example the use in a coil-shaped heater i, which at points 2 with a current of suitable frequency and voltage is fed. The current conducting pieces 3 or 4: extend parallel to the side surfaces of the workpiece 2o un, d can be moved jointly or separately in the direction of arrows 5. For power transmission serve, the contact pieces 13 and 14. Also in this embodiment, as on shown on the left side of the figure, a fixed Stromleitstück 7 to reduce: gerun.g the risk of sparks when moving .des Stromleitstücks 3 during the Be arranged in operation.

Eine mehr konstruktive Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist in Abb. 5 dargestellt. Das an einer Fläche 21 zu behandelnde Werkstück 2o wird in Richtung des Pfeiles 31 -unter der Heizeinrichtung 22 'hinweg bewegt. Die Heizeinrichtung 22, die in -dieser Ausführungsform zum Hiäirten des Werkstücks dient, enthält die beiden Heizleiterschleifenä-ste 23 und 24, die in ihren Räumen 25 und 26 wassengekühlt sind-. Zur Zufuhr des erfonderlichen Wassers dienen die Stutzen 27. In Richtung des #Pfeiles 28 kann das Kühlwasser gemäß einem älteren Vorschlag,durch Schlitze auf die Werkstückoberfläche austreten. Zum Aufrechterhalten,des Abstandes zwischen Härtegerät und Werkstück dienen die Abstandhalter 29. Die Veränderung der Stromweglä @ge im Induktor in Anpassung an ,die Werkstückabmessungen erfolgt durch das Stromleitstück 3o" das senkrecht zur Vorschubrichtu.ng 31 des Werkstücks 2io, mittels einer Spindel 32 beweglich ist. Die Spindel 32 ist aus einem Isolierstoff hergestellt. Zur Kühlung des StromleitStückS 30 dienen die Kühlkanäle 33, durch,die das Kühlmittel in Pfeilrichtung fließt. Die Kontaktgabe zwischen Str omleitstück 30 und den Heizleiterschleifenästen23 und 24 erfolgt bei 34. Um einen sicheren Kontakt zu gewährleisten, wird zweckmäß,i,g eine in dem Ouerschnitt nicht dargestellte Einrichtung verwendet, welche aus einem Exzenter besteht, der dafür Sorge trägt, daß eine innige Berührunig .an den Stellen 34 ;stattfinidet bzw. der Stärke nach beliebig einstellbar ist.A more constructive embodiment of the inventive concept is shown in FIG. The workpiece 2o to be treated on a surface 21 is moved in the direction of the arrow 31 -under the heating device 22 '. The heating device 22, which in this embodiment serves to heat the workpiece, contains the two heating conductor loop branches 23 and 24, which are water-cooled in their spaces 25 and 26. The nozzles 27 serve to supply the required water. In the direction of the arrow 28, the cooling water can, according to an older proposal, exit through slots onto the workpiece surface. The spacers 29 serve to maintain the distance between the hardening device and the workpiece. The change in the current path length in the inductor is adapted to the workpiece dimensions through the current conducting piece 3o "which is perpendicular to the feed direction 31 of the workpiece 2io, movable by means of a spindle 32 The spindle 32 is made of an insulating material. The cooling channels 33, through which the coolant flows in the direction of the arrow, are used to cool the StromleitStückS 30. The contact between the Stromleitstück 30 and the Heizleiterschleifenästen23 and 24 takes place at 34. To ensure reliable contact ensure, it is expedient to use a device, not shown in the cross-section, which consists of an eccentric which ensures that intimate contact takes place at the points 34; or the strength can be adjusted as required.

Wie schon eingangs erwähnt, ist der Erfindungsbedanke nicht nur anwendbar auf :das Werkstück .umfassende Spulen oder das Werkstück überdeckende Schleifen, sondern auch auf solche Heizvorrichtungen, bei denen die Stromumkehr der induzierten Ströme durch, besondere Ausbildung des Gerätes in die gekühlten Seitenflächen des Werkstücks verlegt ist. In diesem Fall werden die beweglichen Stromleitstücke U-förmig ausgebildet und flächenparallel zu den Seitenflächen ,des Werkstücks angeordnet bzw. bewegt. Außerdem können mit Vorrichtungen gemäß der Erfindung nicht nur rechteckige oder ähnlich geformteWerkstückquerschnitte behandelt werden, sondern auch. Werkstücke mit kreisförms;gem oder ähnlich kurvenförmigem Querschnittsverlauf. In diesen Fällen werden die Stromleitstücke auf einer der Querscbnittsforrn entsprechenden Kurve verschoben.As already mentioned at the beginning, the concept of the invention is not only applicable on: coils encompassing the workpiece or loops covering the workpiece, but also on those heating devices in which the current reversal is induced Currents through, special design of the device in the cooled side surfaces of the Workpiece is misplaced. In this case, the movable current conducting pieces are U-shaped formed and arranged parallel to the surface of the side surfaces of the workpiece or moves. In addition, with devices according to the invention, not only rectangular or similarly shaped workpiece cross-sections are treated, but also. Work pieces with a circular shape or a similar curvilinear cross-section. In these cases the current conducting pieces are on a curve corresponding to the cross-sectional shape postponed.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for inductive heating of metallic Workpieces by means of coils encompassing the workpiece or overlapping the workpiece Grinding, especially for surface hardening @ by heating up the following Quenching, characterized by one or more independently parallel and a'bsarbzweise or continuously displaceable conductor pieces for changing the current path lengths in the inductor in adaptation to any workpiece width.

2. Device according to claim i, characterized in that the current conducting pieces according to the shape of this workpiece ('For example circular cross-section) are displaceable on curved paths.

3. Device according to claim i, marked by spindles made of insulating material, which move the individual current conducting pieces, and optionally eccentric levers which any adjustable contact pressure between the current conducting pieces and the The main conductors of the heater.

4. Apparatus according to claim i or 2, characterized in that in addition to the movable current conducting pieces a constantly the Connection ider the two main conductors arranged main current conductor maintaining the main is. References: U.S. Patent No. 1,861,869.