DE898220C - Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Vielkantprofilen fuer Zwecke des Oberflaechenhaertens - Google Patents

Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Vielkantprofilen fuer Zwecke des Oberflaechenhaertens

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DE898220C
DE898220C DED1103D DED0001103D DE898220C DE 898220 C DE898220 C DE 898220C DE D1103 D DED1103 D DE D1103D DE D0001103 D DED0001103 D DE D0001103D DE 898220 C DE898220 C DE 898220C
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DE
Germany
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workpiece
coil
heating
hardening
loop
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Expired
Application number
DED1103D
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English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Gerhard Dr-Ing Seulen
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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
    • H05B6/365Coil arrangements using supplementary conductive or ferromagnetic pieces

Landscapes

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

Description

  • Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Vielkantprofilen für Zwecke des Oberflächenhärtens Es ist an sich bekannt, daß das elektroinduktive lErhitzen mit Vorteil dazu benutzt werden kann, um Werkstücke, insbesondere solche aus :Stahl, nur an der Oberfläche zu erwärmen und sodann die erhitzten Flächen durch Abschrecken zu härten. Sofern es sich hierbei um wenig verwickelte Körper bzw. um ein wenig verwickeltes Härtebild handelt, läßt sich die gestellte Aufgabe im allgemeinen verhältnismäßig einfach lösen, indem je nach den vorliegenden ;Bedingungen eine das Werkstück umfassende Spule oder eine Heizleiterschleife angewendet wird, die sich über der Werkstückob.erfläche schließt. Durch Anordnung von Magnetjochen, die die Heizleiter umfassen, kann außerdem in verhältnismäßig weitem Umfang die räumliche Ausdehnung der erhitzten Flächenabschnitte und damit die räumliche Ausdehnung der gehärteten Flächenteile gesteuert werden.
  • Schwierigkeiten ergeben sich, wenn Vielkantprofile erhitzt werden sollen, und zwar insbesondere dann, wenn außerdem noch die Aufgabe gestellt ist, daß auf einzelnen Profilflächen die gehärteten Zonen größere Ausdehnung aufweisen sollen als auf anderen. Eine solche Aufgabenstellung ergibt sich häufig bei der Behandlung von Maschinenteilen, die der Führung oder dem Transport anderer Teile dienen, so beispielsweise bei Klauen, Triebzähnen von Kettengliedern und ähnlichen Teilen. Schwierigkeiten sind aber auch dann zu überwinden, wenn ein derartiges Vielkantprofil auf allen Flächen in gleieher Ausdehnung gehärtet werden soll, weil unter Verwendung einer .das Werkstück umfassenden Spule die Gefahr des Überhitzens der Werkstückkanten besteht.
  • DieErfindung schlägt eine Vorrichtung vor, mit der die gestellte Aufgabe unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile gelöst wird. tDie Erfindung ist gekennzeichnet durch die Anordnung einer das Werkstück umfassenden Spule, in die gegenüber einzelnen oder allen Profilflächen Heizleiterschleifen größerer Länge, als der Spulenbreite entspricht, eingeschaltet sind. Auf .diese Weise wird in dem Werkstück ein induzierter Stromkreis erzeugt, der- in einer Ebene praktisch senkrecht zur Werkstückachse fließt. Des weiteren werden in dem Werkstück je nach der Anzahl der eingeschalteten Heizleiterschleifen induzierte Stromkreise in 'Ebenen parallel zu den Profilflächen erzeugt. Die Wirkung dieser voneinander praktisch unbeeinflußt fließenden Ströme führt im Ergebnis zu dem gewünschten Erhitzungs- und damit Härtebild.
  • Im nachfolgenden wird an Hand .einiger schematischer Darstellungen der Erfindungsgedanke näher erläutert: Abb. i- zeigt in perspektivischer Darstellung ein stabförmiges Vielkantprofil i. Dieser Körper soll mit einem Härtebild versehen werden, wie es durch die schraffiert angelegten Stellen angedeutet ist. Auf der einen Pröfilfläche soll ein nur verhältnismäßig schmaler Härtestreifen 2 erzeugt werden, während gegenüber der anstoßenden Profilfläche eine wesentlich breitere Härtezone 3 entstehen soll. Auf den beiden übrigen, in der perspektivischen Darstellung nicht sichtbaren Profilflächen können die Härtezonen beispielsweise entsprechend ausgebildet sein oder -auch noch andere Ausdehnungen aufweisen. Um .einen solchen Körper derart zu härten, wird gemäß der Erfindung der in Abb. 2 schematisch,dargestellte Induktor benutzt. Dieser Induktor besteht aus einem Teil q., der .das Werkstück spulenförmig umfaßt. Dieser spulenförmige Teil erhitzt das Werkstück in den Zonen 2, weil durch ihn ein induzierter Stromkreis erzeugt wird, der sich in einer Ebene schließt, die parallel zu den Stirnflächen liegt. Um die Härtezone 3 auf der anderen Profilfläche zu erzeugen, ist in die Spule ein schleifenförmiger Induktor 5 eingeschaltet, der in Reihe zur Spule liegt. Durch .diesen Induktor 5 wird .ein induzierter Stromkreis erzeugt, der in einer Ebene parallel zur Längsachse fließt. ;Die Längserstreckung dieser Schleife muß größer sein, als der Breite des spulenförmigen Induktorteiles entspricht, damit das Verhältnis der Ausdehnungen der Zonen 2 und 3 zueinander entsteht, wie es in Ab'b. i durch die schraffierten Flächen angedeutet ist.
  • Um die gewünschte Konzentrierung der induzierten Stromfäden zu erreichen, kann sowohl der spulenförmige Teil q. als auch der schleifenförmige Teil 5 mit Magnetjochen versehen werden.
  • Der Induktor kann, wie an sich für Induktoren üblich, hohl ausgebildet sein, so @daß er gekühlt werden kann. Es kann aber auch die Einrichtung so getroffen werden, daß ohne Kühlung gearbeitet wird, jedoch der Induktor an sich hohl ist, um nach beendetem Aufheizen die Zufuhr eines Abschreckmittels durch die Heizleiter selbst zu ermöglichen. Es kann aber selbstverständlich. auch eine gesonderte Abschreckeinrichtung dem Induktor zugeordnet werden, die nach beendetem Aufheizen in Wirkung tritt und die Härtung herbeiführt.
  • In Abb. 2 ist der einfachste Fall dargestellt, bei welchem sowohl der spulenförmige als auch der schleifenförmige Teil des Induktors einwindig ist. Eine solche Anordnung wird sich im allgemeinen dann empfehlen, wenn mit höheren Frequenzen gearbeitet wird. Werden dagegen die sog. Normalfrequenzen von i62/3; 5o oder 6o Hz benutzt, so empfiehlt es sich, im allgemeinen sowohl für den spulenförmigen als auch für :den schleifentörmigen Teil mit mehrwindiger Ausbildung zu arbeiten. Die Schleife wird in diesem Falle mehrfach parallel zur aufzuheizenden Fläche hin und her geführt und der spulenförmige Teil in mehrere Windungen um das Werkstück herumgelegt, wobei an einer Windung der Anschluß für die in Reihe liegende Schleife vorgesehen ist. Es ist aber auch möglich, nur die Schleife oder nur die Spule mehrwindig auszulegen.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung läßt sich auch dort anwenden, wo die Aufgabe gestellt ist, auf den Profilflächen .gehärtete Zonen zu erzeugen, die praktisch gleiche Ausdehnung haben. Unter Bezugnahme auf Abb. i würde dies bedeuten, daß die Zone :2 in ihrer Ausdehnung der Zone 3 zu entsprechen habe. In diesem Falle wird an dem spulenförmigen Teil q. (vg1. Abb. 2) gegenüber j eder Fläche eine in Reihe liegende Schleife 5 eingeschaltet. Mit Hilfe einer so ausgebildeten Vorrichtung gemäß der Erfindung gelingt es, ohne Gefahr .des überhitzens der Kanten eine gleichmäßige Oberflächenerhitzung und damit eine gleichmäßige Oberflächenhärtung oder bei Ausnutzung .der Wärmeleitung durchgehende Härtung sicherzustellen. Würde dagegen ausschließlich mit einer das Werkstück umfassenden Spule gearbeitet, die in ihrer Breite etwa der Ausdehnung der zu härtenden Zone entspräche, so wäre ein außerordentlich ungleichmäßiges Erhitzen die Folge, wobei außerdem die Gefahr des überhitzens der Kanten bestünde.
  • Die Vorrichtung gemäß der (Erfindung ist aber nicht nur dort anwendbar, wo es sich um eckige Grundformen des Werkstückes handelt. Sie kann vielmehr in einfachster Weise angepaßt werden an ,die Behandlung von Rundstücken, die am Stirnende herausragende Ansätze, wie Klauen od. dgl., aufweisen. Dieser Fall ist in Abb. 3 schematisch dargestellt. Der Rundkörper 6 ist an seinem einen Stirnende mit klauenartigen Ansätzen 7 und 8 versehen. Es sollen sowohl die Oberflächen der Klauen 7 und 8 als auch ein Teil des zylinderförmigen Schaftes gehärtet werden. Zu diesem Zweck wird eine den zylinderförmigen Schaft umfassende Spule 9 vorgesehen. In diese .Spule sind Heizleiterschleifen fo in Reihe eingeschaltet, die gegenüber den Klauen angeordnet sind. Es entstehen auf diese Weise ein Stromkreis, der in einer Ebene senkrecht zur Achse des Körpers 6 fließt, und ferner je zwei Stromkreise, die in Ebenen parallel zu den Klauenoberflächen fließen.
  • Eine besonders schwierige ,Aufgabe stellt das Härten von Triebzähnen an Kettengliedern dar. Die Triebzähne i i (1A bb. q.) solcher Kettenglieder sind eingesetzt zwischen zwei verhältnismäßig sperrige Seitenteile 12 und 13 und reichen tief zwischen diese beiden Seitenteile hinein. Auf Grund der Beanspruchung der Zähne muß eine Härtung vorgenommen werden, die etwa dem Bilde entspricht, das durch die schraffierten Flächen 14 und 15 angedeutet ist, d. h. die breite Zahnfläche muß über eine größere Zone 14 gehärtet werden, während die Stirnflächen des Zahnes eine nur schmale Härtezone 15 aufweisen sollen. Vor allem aber soll die Zahnspitze ungehärtet bleiben, um hier ein Abblättern oder Reißen zu vermeiden. Unter sinngemäßer Anwendung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kann diese verwickelte Werkstückform mit den gewünschten Härtezonen ohne weiteres versehen werden. Zu diesem Zweck wird der Induktor so angeordnet, wie .dies aus Abb. 5 ersichtlich ist. Der spulenförmige Teil 16 umfaßt den Zahn i r. Die in Reihe liegendenHeizleiterschleifen 17 sind so in die .Spule eingeschaltet, daß sie sich parallel der Zahnflanken des Zahnes i i erstrecken. Sofern mit Normalfrequenz gearbeitet wird, empfiehlt es sich, die Schleife mehrwindig auszulegen, und es kann auch vorteilhaft sein, den spulenförmigen Teil 16 mehrwindig auszubilden.
  • Bei der Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung auf die Behandlung von Triebzähnen an Kettengliedern ist es im allgemeinen erforderlich, die Heizleiterabschnitte mit Magnetjochen zu versehen. Diese werden so angeordnet, daß sie die beiden Schleifenäste der Heizleiterschleife 17 umfassen. Auf dem spulenförmigen Teil 16 sind die Joche jeweils den Heizleiter umfassend aufgesetzt.
  • Das Abschrecken der erhitzten Zonen kann entweder, wie beim elektroinduktiven Erhitzen zum Zwecke des Härtens üblich, aus ,den Heizleitern heraus erfolgen. Es ist aber auch möglich, in den erforderlichen Magnetjochen die notwendigen Leitungen für die Abschreckmitteleinrichtung vorzusehen. Ferner kann das Abschrecken auch so stattfinden, daß das Werkstück nach beendetem Aufheizen in ein Abschreckmittelbad abgesenkt oder nach Abheben des Heizkopfes weiterbefördert wird. Welche Art des Abschreckens angewendet wird, entscheidet sich nach den Umständen des 'Einzelfalles.
  • !Als besonders zweckmäßig hat sich eine Vorrichtung zum !Behandeln von Kettengliedern gemäß Abb. 6 erwiesen. Diese besteht aus einem kastenförmigen Teil 2o, an dem außerhalb die Anschlußflansche 2i für die Zuführung des Heizstromes, die bei 22 voneinander isoliert sind, angebracht werden. Von .diesenAnschlußflanschen wird über das Stromverteilungsstück 23 und 2¢ die Speisung des gemäß der Erfindung ausgebildeten Heizgerätes mit Strom vorgenommen. Gemäß der Erfindung besteht das Heizgerät aus dem den Zahn des Werkstückes 25 spulenförmig umfassenden Induktortei126 und den schleifenförmigen Induktorteilen 27 gegenüber den Längsflächen des Zahnes. Um eine gleichmäßige Verteilung der Erwärmung auf den Stirnseiten des Zahnes zu gewährleisten, sind die spulenförmigen Induktorteile 26 zweiwindig ausgeführt. Durch entsprechende T-Stücke, .die bei 28 zu erkennen sind, erfolgt die Reihenschaltung der schleifenförmigen Teile 27 mit dem spulenförmigen Teil 26. Auf der in der Abb. 6 nicht sichtbaren rückseitigen Stirnfläche des Zahnes befindet sich ebenfalls .ein zweiwindiger Induktorteil wie bei 26. Um den Aufheizeffekt gleichmäßig über die zu härtenden Teile verteilen zu können, sind die geschichteten Magnetjoche 29" über den schleif enförmigen Teilen 27 und geschichtete Magnetjoche 29' über den spulenförmigen Teilen 26 des Heizgerätes angeordnet. Unmagnetische Abstandhalter 3o dienen zur Einhaltung des Kopplungsspaltes zwischen Heizgerät und Werkstück. Die Heizleiter und die Jochpakete sind an einem Formkörper 31 befestigt, der sich innerhalb des Kastens 2o befindet. Hierzu sind Bleche 32 vorgesehen, die an den Heizleitern angelötet sind. Im oberen Teil gehen diese Bleche in Schraubenschäfte über, mittels welcher sie durch die Muttern 33 am Formstück 31 befestigt werden.
  • Die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist auf die dargestellten charakteristischen Ausführungsbeispiele nicht beschränkt, sondern kann überall dort erfolgen, wo es sich darum handelt, Vielkantprofile oder Rundprofile mit Ansätzen so zu erwärmen und damit zu härten, daß die Härtezonen in einzelnenFlächenabschnitten größereAusdehnung besitzen als in anderen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum elektroinduktiven "Erhitzen von Vielkantprofilen für Zwecke des Oberflächenhärtens, insbesondere von Zähnen, wobei vornehmlich einzelne Flächen über größere Längenabschnitte gehärtet werden sollen als andere, gekennzeichnet durch eine das Werkstück umfassende ,Spule, in die gegenüber einzelnen oder allen Profilflächen Heizleiterschleifen größerer Länge, als der Spulenbreite entspricht, eingeschaltet sind, derart, daß in dem Werkstück ein induzierter Stromkreis in einer Ebene senkrecht zur Werkstückachse und induzierte Stromkreise in Ebenen parallel zu den Profilflächen entstehen.
  2. 2. .Anpassung der Vorrichtung nach Anspruch i an die Behandlung von Rundstücken, die am Stirnende herausragende Ansätze, wie Klauen od. dgl., aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule um den zylindrischen Schaftteil des Werkstückes herumgelegt ist und die Heizleiterschleifen sich gegenüber den Klauen befinden.
  3. 3. Anwendung der Vorrichtung auf das Härten der Triebzähne von Kettengliedern.
DED1103D 1943-03-12 1943-03-12 Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Vielkantprofilen fuer Zwecke des Oberflaechenhaertens Expired DE898220C (de)

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