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Schaltung für elektroinduktive Heizeinrichtungen Zum Wärmebehandeln
metallischer Werkstücke bedient man sich bekanntlich vorteilhafterweise elektroinduktiver
Heizeinrichtungen. Die Induktoren solcher Heizeinrichtungen sind als Spulen oder
Leiterschleifen ausgebildet und unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators
an die Stromquelle angeschlossen. Im allgemeinen besitzen solche indulziven Heizeinrichtungen
in Verbindung mit einem Stromerzeuger nur eine Verbraucherstelle, und sofern mehrere
Verbraucherstellen vorgesehen sind, befindet sich jeTeils nur eine dieser Verbraucherstellen
in Betrieb, während die anderen abgeschaltet sind. Werden ;gleichzeitig mehrere
Verbraucher gespeist, so sind diese zum Stromerzeuger parallel .geschaltet. Das
Erfordernis, jeweils nur eine Verbraucherstelle in Betrieb zu haben, während die
anderen abgeschaltet sind, macht ein häufiges Schalten notwendig. Das zu .behandelnde
Werkstück wird in den Induktor eingebracht, und nach beendetem Aufheizen wird dieser
Induktor wieder abgeschaltet und das Werkstück ausgewechselt bzw. ein neues in einen
anderen Induktor gebracht. Die hierbei notwendigen Schaltvorgänge führen sowohl
an den Schalteinrichtungen selbst als auch an den Stromerzeugungs- oder Stromübertragungseinrichtungen
vielfach zu Störungen. Diese Störungen sind in erster Linie bedingt durch unvermeidbare
elektrische Schwingungserscheinungen beim Sehalten, die namentlich beim Abschalten
am Stromerzeuger
und an den Übertragungseinrichtungen zu- erheblichen
Überspannungen führen, die die gesamte Anlage gefährden. Auch können beim Schalten
Lichtbögen an den Schaltern entstehen, die die Heizzeiten der Induktoren in unkontrollierbarem
Maße verlängern. Durch verlängerte Heizzeiten ergeben sich aber für die zu behandelnden
Werkstücke Ungleichmäßigkeiten, die sich vor allem bei einer Serienfertigung unangenehm
bemerkbar machen.
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Durch die Schaltung gemäß der Erfindung sollen diese Nachteile bekannter
Anordnungen vermieden werden, wobei zunächst, wie an sich bekannt, zwei oder mehrere
nacheinander einzuschaltende Heizgeräte an eine Stromquelle angeschlossen sind.
Die Schaltung erfolgt erfindungsgemäß derart, daß die einzelnen Induktoren in Reihe
zur Stromquelle liegen und mit Kurzschlußbrücken so versehen sind, daß jeweils die
das Außerbetriebsetzen ,des einen Induktors bewirkende Kurzschlußbrücke erst schaltet,
kurz nachdem die Kurzschlußbrücke des nächstfolgend in Betrieb zu setzenden Induktors
bereits geöffnet hat. Durch diese Schaltung werden zunächst Schaltüberspannungen
praktisch vollständig-vermieden. Die Art der Schaltung bewirkt, daß im jeweiligen
Schaltaugenblick eine völlige Entlastung es Stromerzeugers nicht eintritt, sondern
daß nur eine Entlastung bis zu einem bestimmten Teilbetrag erfolgt, .dessen Höhe
in einem gewissen Umfang abhängig ist von der Ausbildung und Form der einzelnen
Der Stromerzeuger ist infolge der gewählten Schaltung ständig mit mindestens einem
Induktor verbunden. Infolgedessen bringt die Schaltung auch den Vorteil mit sich,
daß der Stromerzeuger praktisch keine Leerlaufzeiten aufweist. Dies ist deshalb
besonders günstig, weil Belastungsschwankungen am Erzeuger auf ein Mindestmaß beschränkt
bleiben und die Spannungs- oder Leistungsregler des Stromerzeugers günstig beaufschlagt
sind. In besonders günstig .gelagerten Fällen kann durch,die Schaltung gemäß der
Erfindung erreicht werden, daß an Stelle der bisher erforderlichen außerordentlich
verwickelten Röhrenregler oder mechanischen Schnellregler normale, bei Niederfrequenzerzeugern
übliche langsam arbeitende Spannungs-, Strom-oder Leistungsregler Anwendung finden
können.
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Für die Schaltung werden gemäß der Erfindung Vorrichtungen vorgeschlagen,
bei welchen Kurzschlußbrücken gegen die Spannung von Federn mechanisch, hydraulisch
oder elektromagnetisch an die Induktorzuleitungen angedrückt werden. Die Elektromagnete
können dabei gegeneinander verriegelt sein und von einem Zeitrelais gesteuert werden.
Bei mechanischer Steuerung der Kurzschlußbrücken können Exzenter- oder Nockenwellen
benutzt werden.
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An Hand der Zeichnungen wird der Erfindungsgedanke näher erläutert.
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Abb. i zeigt eine Schaltung für drei Heizgeräte. Gemäß der Erfindung
liegen diese drei Heizgeräte 2-4 in Reihenschaltung zum Transformator i. Die einzelnen
Induktoren können, wie in Abb. i ' schematisch dargestellt, gleiche Form besitzen.
Sie können aber auch untereinander verschieden sein, beispielsweise um einmal !Zapfen,
zum anderen Male Nocken usw. behandeln zu können. Die Schaltung ist für Nieder-,
Mittel- und Hochfrequenz geeignet, und es ist außerdem gleichgültig, ob der Anschluß
an die Stromquelle unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators
erfolgt. Es ist auch verständlich, daß bei :dieser Schaltung jede beliebige Art
von Stromerzeugern verwendet werden kann, d. !h. Maschinenumformer, Umrichter, Funkenstreckensender,
Frequenzwandler oder Röhrensender sind alle gleich geeignet.
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Gemäß der Erfindung müssen die einzelnen in Reihe geschalteten Induktoren
2-q. nacheinander in Betrieb gesetzt werden. Um dies sicherzustellen, sind .die
Kurzschlußbrücken 5, 6 und 7 vorgesehen, ,die jeweils die nicht in Betrieb befindlichen
Induktoren kurzschließen: Die Kurzschlußstellen sollen nach Möglichkeit so gelegt
werden, daß sie in der Nähe der Abzweigungen der eigentlichen Zuleitungen zu den
Induktoren liegen, damit unnötige Verluste vermieden werden, die in den Induktor--
anschlüssen entstehen könnten.
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Gemäß der Erfindung erfolgt :das Schalten der Kurzsehlußbrücken derart,
.daß die Kurzschlußbrücke desjenigen Induktors, der sich in Betrieb befindet, den
Kurzschluß zum Zwecke des Abschaltens dieses Induktors erst vornimmt, wenn die Kurzschlußbrücke
des nächstfolgend in Betrieb zu setzenden Induktors bereits geöffnet hat.
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Die Abb. 2 zeigt in schematischer Darstellung ,das hierzu erforderliche
Schaltprogramm: In der Senkrechten ist der Schaltweg, in der Waagerechten die Zeit
aufgetragen. Durch o ist die Stellung bei :der Öffnung des Kontaktes gekennzeichnet,
durch z die Stellung bei geschlossenem Kontakt. Arbeitet :beispielsweise der Induktor
2, so ist der Kontakt 5 geöffnet, während die beiden Kontakte 61 und 7 geschlossen
sind. Soll nun bei Beendigung der Heizzeit im Induktor 2 :der Induktor 3 zur Einwirkung
gebracht werden, so wird kurz vor dem Schließen des Kontaktes 5 der Kontakt 6 ;geöffnet,
während der Kontakt 7 .geschlossen gehalten wird. Während des Betriebes des Induktors
3 sind also die Kontakte 5 und 7 geschlossen. Bei Beendigung der Heizzeit des Induktors
3, wird kurz vor dem Schließen des Kontaktes 6 der Kontakt 7 geöffnet, während der
Kontakt 5 geschlossen bleibt. Bei dem in Abb. 2 dargestellten Wegzeitdiagramm für
die Schaltbewegungen 5', 6' und 7' der einzelnen Kontakte 5, 6 und 7 ist angenommen,
daß die Einschaltzeit der Kontakte bzw. Kurzschlußbrücken gleich groß ist, d. h.
daß jeder Induktor die gleiche Heizzeit aufweist. Es ist aber selbstverständlich
auch möglich, die Einschaltzeiten der Kurzschlußbrücken und damit die Heizzeiten
der einzelnen Induktoren verschieden lang zu bemessen.
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An sich ist es zweckmäßig, bei Verwendung von Zwischentransformatoren
die Schaltung auf der Sekundärseite der Transformatoren vorzunehmen, da hierdurch
jeweils für mehrere Heizgeräte nur ein Transformator benötigt wird. Grundsätzlich
ist
es jedoch auch möglich, mehrere Transformatoren vorzusehen, deren Primärwicklungen
in Reihe geschaltet sind. Auch bei dieser Ausführungsart des Erfindungsgedankens
ergeben sich .die gleichen Vorteile, die bereits eingangs beschrieben sind. Bei
dieser Art der Schaltung ist es besonders vorteilhaft, daß die zu schaltenden Ströme
gering sind. Es ist jeweils von Fall zu Fall zu prüfen, ob. eine Schaltung auf der
Primärseite der Transformatoren oder im Zuge der Stromzuführung zu den Heizgeräten
zweckmäßiger ist. Naturgemäß liegt ein besonderer Vorteil darin, daß bei solchen
Anlagen, die mit Zwischentransformatoren zwischen Stromerzeuger und Heizgeräten
arbeiten, nur ein einziger Transformator benötigt wird, während sonst bei Zuordnung
mehrerer Induktoren zu einem Stromerzeuger für jeden Induktor ein Transformator
für erforderlich gehalten wurde. Unter Anwendung ,der Schaltung gemäß der Erfindung
können sogar praktisch beliebig viele Induktoren einem einzigen Stromerzeuger bzw.
Transformator zugeordnet werden. Hieraus ergeben sich insbesondere für die Serien-und
Massenfertigung .große Vorteile.
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In Abb. 3 ist eine Vorrichtung dargestellt, die in Verbindung mit
einer Schaltung gemäß der Erfindung benutzt werden kann. Die zum Induktor führenden
Stromzuleitungen ii und 12 müssen zu gegebenen Zeiten kurzgeschlossen werden. Hierzu
ist folgende Anordnung vorgesehen: Die Zuführungen rit und 12, die mit Hohlräumen
i i' bzw. 12' zum Zwecke des Kühlens ausgerüstet sein können, sind in einem Isolierstoffteil
13 gebettet. An den Kontaktstellen 1q. und 15- können sie ferner mit einem Belag
17 aus Silber oder einem sonstigen :geeigneten Kontaktwerkstoff versehen werden.
Der den Kurzschluß herstellende Kontakt 16, der ebenfalls zweckmäßigerweise mit
einem Belag 17 aus Kontaktwerkstoff versehen wird, ist in einer Isolierstoffbrücke
i8 gebettet. Diese Isolierstoffbrücke ist auf zwei Bolzen i9 und 2o beweglich geführt,
und durch Federn :2i und 22 wird die Brüche in geöffneter Stellung gehalten. Die
Federn haben außerdem den Zweck, der Brücke beim Öffnen des Kontaktes eine Beschleunigung
zu erteilen, damit ein rasches Schalten sichergestellt ist. Zum Schließendes Kontaktes
kann gemäß dem dargestellten Beispiel einMagnet28 verwendet werden, dessen Anker
27 angezogen wird und über den Hebelarm 26, der am Drehpunkt 25 gelagert ist, und
die am Drehpunkt 24 ;gelagerte Stange 23 das Kurzschließen -der beiden Zuleitungen
ii und 12 bewerkstelligt. Durch Verwendung eines mechanischen oder elektrischen
Zeitrelais wird durch die Schaltung des Magnets 28 gleichzeitig die Heizzeit bestimmt.
Dabei werden die Betätigungsmagnete der einzelnen Kurzschlußbrücken so gegeneinander
verriegelt, daß jeweils das Öffnen des nächstfolgenden Kontaktes erfolgt, ehe der
vorherige (Kontakt geschlossen wird.
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Die Betätigung der Kurzschließer kann auch hydraulisch oder mechanisch
erfolgen. Bei mechanischer Betätigung wäre beispielsweise unter dem Brückenstück
iS der Abb.,31 eine Exzenterwelle oder Nockenwelle zu verlegen, deren Exzenter bzw.
Nocken jeweils auf einen Kurzschließer einwirken und -diesen in Kürzschlußstellung
heben bzw. aus der Kurzschlußstellung freigeben. Durch die Form .der Exzenter bzw.
Nocken und ihre Stellung zueinander wird: in Verbindung mit der Drehzahl der Welle
die zeitliche Aufeinanderfolge der Schaltungen und die Schaltdauer bestimmt. Gestaltet
man die Nocken bzw. Exzenter auswechselbar, so kann das (Gerät auf verschiedene
Betriebsbedingungen eingestellt werden. Auch ist es möglich, während: des Betriebes
ohne Auswechseln,der Nocken bzw. Exzenter durch Veränderung der Drehzahl der Welle
andere Heizbedingungen einzustellen.
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Die Schaltung und die Vorrichtungen gemäß der Erfindung können für
Heizgeräte benutzt werden, die die verschiedensten Heizaufgaben zu erledigen !haben,
die in Verbindung mit der Wärmebehandlung von metallischen Werkstücken aufzutreten
pflegen. Es ist also gleichgültig, ob die Anlage benetzt wird für das Härten, Anlassen,
Sintern, Aufschmelzen, Glühen, Entspannen, für die Wärmebehandlung von Verbund:gußlagern
od. dgl.
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Besondere Bedeutung hat die Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung
in Verbindung mit solchen Geräten, die dem Oberflächenhärten von Werkstücken dienen.
Bekanntlich - ist es hierbei erforderlich, das an der Oberfläche aufgeheizte Werkstück
dort abzuschrecken, wo auch das Aufheizen vorgenommen wurde, weil meist die erforderliche
Zeit nicht zur Verfügung steht, um das. Werkstück beispielsweise in ein Abschreckmittelbad
zu befördern oder das Abschrecken durch Brausen an einer anderen Stelle vornehmen
zu lassen. Während des Abschreckens muß im allgemeinen der Induktor abgeschaltet
werden, und es ergibt sich infolgedessen für den Erzeuger gewöhnlieh eine Leerlaufzeit,
die noch dadurch vergrößert wird, d.aß das Werkstück ausgespannt und durch ein neues
zu behandelndes Werkstück ersetzt werden muß. Durch die Schaltung gemäß der Erfindung
wird nun ermöglicht, daß, während das eine Werkstück abgeschreckt wird, das nächste
bereits dem Aufheizen unterworfen wird, während vielleicht an einer dritten Stelle
ein neues Werkstück eingespannt wird. Es ergibt sich mithin die Möglichkeit, eine
voll selbsttätige Fließfertigung beim Oberflächenhärten von Werkstücken durchzuführen,
wobei der Stromerzeuger unter Vermeidung von Leerlaufzeiten in ,der vorteilhaftesten
Weise ausgenutzt werden kann.