DE892354C - Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von verzahnten Werkstuecken - Google Patents

Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von verzahnten Werkstuecken

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DE892354C
DE892354C DED1064D DED0001064D DE892354C DE 892354 C DE892354 C DE 892354C DE D1064 D DED1064 D DE D1064D DE D0001064 D DED0001064 D DE D0001064D DE 892354 C DE892354 C DE 892354C
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DE
Germany
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teeth
conductor
projections
shape
heating
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Expired
Application number
DED1064D
Other languages
English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Gerhard Dr-Ing Seulen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/40Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
    • H05B6/405Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces for heating gear-wheels

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum elektroinduktiven Oberflächenerhitzen von verzahnten Werkstücken Die Verwendung von hochfrequenten Strömen zum Oberflächenerhitzen von Werkstücken ist an sich bekannt, und zwar werden in Ausübung dieses Heizverfahrens Spulen verwendet, die das Werkstück umschließen oder sich über der Oberfläche der aufzuheizenden Werkstückteile zu einer Schleife schließen. Durch diese Mittel werden in dem Werkstück Ströme induziert, die entsprechend dem Widerstand des Werikstückes ein Aufheizen bestimmter, der Oberfläche benachbarter Schichten ermöglichen. Die Eindringtiefe ist in sehr weitgehendem Maße abhängig von der Frequenz :des Primärstromes, und je höher die Frequenz ist, um so geringer ist die Schichtdicke, in der sich die die Temperaturerhöhung hervorrufenden induzierten Ströme konzentrieren. Das elektroinduktive Verfahren und die anzuwendenden Mittel sind derart entwickelt, -daß sie sich für die Wärmebehandlung und auch für das Oberflächenerhitzen mit nachfolgendem Abschrecken zwecks Härtens in der Praxis für Werkstücke verhältnismäßig einfacher Form voll bewährt haben. Wenn jedoch die Aufgabe gestellt ist, verwickeltere Formen insbesondere nur oberflächlich aufzuheizen, ergeben sich gewisse Schwierigkeiten, und zwar erklären sich diese Schwierigkeiten auf Grund folgender Überlegungen.
  • Der im Werkstück erzeugte Heizstrom sucht den Weg .des geringsten Gesamtwiderstandes. Dieser Gesamtwiderstand setzt sich aus einer Ohmschen Komponente und einer induktiven Komponente zusammen. Bekanntlich ist nun der induktive Widerstand am geringsten, wenn die Heizströme die größtmögliche Querschnittsfläche einschließen, d. h. wenn möglichst viele im Werkstück verlaufende magnetische Kraftlinien von den Strömen umschlossen werden. Demgegenüber ist für. die Ohnische Komponente der geringste Wert erzielt, wenn der Weg der Heizströme möglichst klein ist, d. h. wenn .die Heizströme sich eng um die Achse des Werkstückes schließen. Die wirklich auftretende Eindringtiefe des Stromes stellt das mögliche Optimum der @beiden genannten Faktoren dar, d. h. die wirkliche Eindringtiefe ergibt sich in einer Schicht, für .die der Gesamtwiderstand (Ohmsche und induktive Komponente) ein Minimum wird.
  • Hieraus ergibt sich, daß gerade bei verzahnten Werkstücken eine ungünstige und ungewollte Wirkung der hochfrequenten Ströme beobachtet wird. Unter verzahnten Werkstücken sind solche zu verstehen, bei denen aus der Gesamtmasse des Werkstückkörpers regelmäßig .oder tunregelmäßig verteile Vorsprünge 'herausragen., wie beispielsweise die Zähne von Zahnrädern, Zahnstangen od..dgl. oder Vorsprünge sonstiger Art, wie beispielsweise Rippen, Nocken od. dgl. Bei diesen Werkstücken ist die tatsächliche Oberfläche gegenüber der Oberfläche, ,die die Hauptmasse des Körpers aufweisen würde, stark vergrößert, so daß. der induzierte Strom; der an der Oberfläche fließen soll, außerordentlich lange Stromwege durchlaufen müßte. Tatsächlich nimmt der induzierte Strom diesen Weg nicht oder nur unvollkommen, weil der Widerstand auf dieser Strecke zu groß ist. Wenn daher beispielsweise ein Zahnrad i (Abb. i) von einer konzentrisch stromdurchflossenen Spule 3 konzentrisch umschlossen wird, ,die dem Aufheizen der Zähne 2 bzw. Zahnflanken dienen soll, so tritt diese erwünschte Wirkung nicht ein. Infolge des durch die größere Länge ,des Weges q. bedingten Ohmschen Widerstandes gegenüber einem Stromweg, der durch .den Fußkreis 5 verläuft, ist bei,den gebräuchlichen technischen Frequenzen eine gleichmäßige Aufheizwirkung nicht zu erzielen; .denn der optimale Gesamtwiderstandswert liebt in der Nähe des Fußkreises 5. Die Temperatursteigerung erfolgt daher zunächst in der Nähe des Fußkreises, und erst bei genügend langet Einwirkung würde auch eine Temperaturerhöhung der Zähne 2 eintreten. Jedoch ist auf diese Weise ein vollkommenes Durcherwärmen der Zähne nicht zu verhindern, und, die Folge wäre eine vollkommene Durchhärtung der Zähne beim Abschrecken, ein Zustand, der die Verwendbarkeit eines solchen Zahnrades ausschließen würde. Eine kurzzeitige Einwirkung würde zu einer Temperaturerhöhung und damit zu einer Härtung führen, die nur .die Fußpunkte der Zähne in,der Nähe des Fußkreises erfassen würde, wie bei 6 angedeutet Auf Grund ,dieser Überlegungen ist es offenbar erforderlich, bei verzahnten Werkstücken der genannten Art induzierte Ströme zu erzeugen, .deren Strombahnen minimale Weglängen aufweisen. Dies gelingt .dann, wenn bei Werkstücken, deren aufzuheizende Oberflächenteile aus der Gesamtmasse dee Werkstückkörpers regelmäßig oder unreigel@mäßic verteilt herausragen, wie beispielsweise Zähne vor Zahnrädern, Zahnstangen u. dgl., oder wie Vorsprünge sonstiger Art, beispielsweise Rippen, Nocken u. dgl., ein Heizleiter ziekzackförmig durch die Lücken zwischen den Zähnen oder Vorsprüngen hindurchgeführt wird, so :daß den Flanken der Zähne und Vorsprünge gegensinnng gespeiste Leiterteile benachbart sind, die einen im Zahn oder Vorsprung fließenden, in sich geschlossenen Heizstromkreis induzieren.
  • Im nachfolgenden wird an Hand :der Zeichnungen der Erfindungsgedanke näher erläutert: In Abb. 2 ist eine Ausführungsform der Erfindung schematisch .dargestellt. Das Werkstück :2 stellt entweder eine Zahnstange oder eine teilweise Abwicklung des Umfanges eines Zahnrades dar. Der Leiter i ist jeweils einmal von der einen und einmal von der anderen Seite an den Zahnflanken eines Zahnes vorbeigeführt, so daß neben jedem Zahn ein Leiterteil 3 liegt, der in einer Phase in der einen Richtung gespeist wird, und auf der anderen Seite ein Leiterteil q., der entgegengesetzt gespeist wird. Durch die Heizleiterteile 3 und q. wird ein Stromfluß längs der Zahnflanken erzwungen. Dieser Stromfluß schließt sich im Zahn, wie bei 5 angedeutet. Die Heizleiterteile 6 und 7 erzeugen ein magnetisches Feld; welches ebenfalls eine Konzentration der Ströme in der Oberflächenschicht hervorrufen soll. Durch Zusammenwirken der entstehenden Felder wird eine besonders starke Verdrängung in den Oberflächenschichten der Zähne erzielt.
  • Der Heizleiter, der in Abb. 2 als Draht dargestellt ist, kann selbstverständlich seiner Form nach der Ausbildung der Zähne bzw. der Zahnlücken angepaßt werden.
  • Um den Wirkungsgrad einer Anordnung nach Abb. 2 zu verbessern, kann gemäß Abb. 3 noch ein zweiter Leiter benutzt werden, der ebenfalls zickzackförmig um die Zähne bzw. Vorsprünge herumgeführt wird. Um die Zähne der Zahnstange i nach Abb. 3 sind .die beiden Leiter 3 und 5 entgegengesetzt zickzackförmig herumgeführt. Der Leiter 3 wird in Richtung des Pfeiles ¢ und der Leiter 5 in Richtung des Pfeiles 6 gespeist, d. h. also .beide Leiter sind entgegensinnig stromdurchflossen: In den Zahnlücken. bei 7 liegen jeweils zwei Leiter, deren Ströme gleichgerichtet sind. Die Stromstärke ist mithin an diesen Stellen und damit gegenüber den Flanken der Zähne doppelt so groß als gegenüber den Stirnflächen io, so daß die Stirnflächen, die eine Härtung nicht erfahren sollen, vor einer übermäßigen Temperaturerhöhung bewahrt werden. Durch diese Anordnung zweier zickzackförmiger Leiter bilden sich um die Zähne herum gewissermaßen Einzelheizelemente, die in jedem Zahn einen geschlossenen Stromkreis 9 induzieren. Dieser in sich geschlossene Stromkreis kann durch geeignete Wahl der Kopplung so gesteuert werden, daß er an den zu härtenden. Stellen der Zahnflanken höchste Konzentration zeigt. Die in den Lücken liegenden Leiter können, wie aus Abb. q. und 5 ersichtlich, über- oder nebeneinanderliegen, wobei ihre Formen sich zu einer der Lückenform entsprechenden Gestalt ergänzen.
  • Die Maßnahmen gemäß ider Erfindung sind in ihrer Anwendung nicht beschränkt auf das Behandeln von Zahnrädern, Zahnstangen u. dgl. Sie können vielmehr überall dort angewendet werden, wo es sich darum handelt, ausschließlich die Oberflächen von Vorsprüngen u..dgl. zu erwärmen, die aus einer großen Gesamtmasse :des Werkstückes herausragen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung ,zum elektroinduktiven Oberflächenerhitzer, gegebenenfalls unter nachfolgendem Abschrecken, von Werkstücken, deren aufzuheizende Oberflächenteile aus :der Gesamtmasse .des Werkstückkörpers regelmäßig oder unregelmäßig verteilt herausragen, wie beispielsweise Zähne von Zahnrädern, Zahnstangen u. dgl., oder wie Vorsprünge sonstiger Art, beispielsweise Rippen, Nocken u. dgl., gekennzeichnet durch einen Heizleiter, der zickzackförmig .durch :die Lücken zwischen den Zähnen oder Vorsprüngen hindurchgeführt ist, so daß den Flanken der Zähne und Vorsprünge gegensinnig gespeiste Leiterteile benachbart sind, die einen im Zahn oder Vorsprung fließenden, in sich geschlossenen Heizstromkreis induzieren.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch einen zweiten,ebenfalls zickzackförmig geführten,gegensinnig gespeistenLeiter, wobei die ;auf :diese Weise gebildeten, @dieZähne bzw. Vorsprünge umschließenden Einzelheizelemente in Iden Zahn- bzw. Vorsprunglücken je zwei Ströme gleicher Richtung führende Leiter aufweisen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, .daß der oder die bandförmigen Leiter eine der -Lückenform angepaßte Gestalt aufweisen, wobei sich bei zwei Leitern, .die über- oder nebeneinander angeordnet sind, deren Formen zu einer der Lückenform entsprechenden Gestalt ergänzen. Angezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 816 362
DED1064D 1940-05-30 1940-05-30 Vorrichtung zum elektro-induktiven Oberflaechenerhitzen von verzahnten Werkstuecken Expired DE892354C (de)

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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2746574A1 (fr) * 1996-03-22 1997-09-26 Renault Dispositif de chauffage par induction pour le traitement superficiel de la denture d'une piece mecanique

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FR816362A (fr) * 1936-12-10 1937-08-06 Procédé et moyens perfectionnés pour le traitement thermique de pièces

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