DE903847C - Vorrichtung zum einseitigen elektro-induktiven Erhitzen von Werkstuecken - Google Patents

Vorrichtung zum einseitigen elektro-induktiven Erhitzen von Werkstuecken

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DE903847C
DE903847C DED6139D DED0006139D DE903847C DE 903847 C DE903847 C DE 903847C DE D6139 D DED6139 D DE D6139D DE D0006139 D DED0006139 D DE D0006139D DE 903847 C DE903847 C DE 903847C
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DE
Germany
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heating
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workpieces
auxiliary
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Expired
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DED6139D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Gerhard Seulen
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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Deutsche Edelstahlwerke AG
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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
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H05B6/104Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor metal pieces being elongated like wires or bands

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum einseitigen elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken Zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken werden u. a. Induktoren in Form von Leiterschleifen benutzt, die sich über der Werkstückoberfläche schließen. Diese Leiterschleifen werden mit einem Wechselstrom geeigneter Frequenz gespeist und über die Abschnitte des Werkstückes hinweggeführt, die einem Oberflächenerhitzen unterworfen werden sollen. Solche Einrichtungen werden vornehmlich zum Zweck des Oberflächenhärtens benutzt. Sie können aber auch verwendet werden für Erwärmungen, die mehr oder minder das ganze Werkstück erfassen und die auch anderen Zwecken als dem Härten dienen. Die Leiterschleifen selbst können die verschiedensten Formen aufweisen, beispielsweise mehrere Hin- und Rückleiter besitzen, so daß Mehrfachschleifen entstehen, wobei diese Schleifen gleich groß sein können, nebeneinander liegen oder gegeneinander verschoben oder auch verschieden groß sein können u. dgl.
  • Bei solchen Heizleiterschleifen, die sich praktisch beim elektroinduktiven Aufheizen von Werkstücken bewährt haben, zeigt sich vielfach eine unerwünschte Erscheinung, die darin besteht, daß das aus magnetischem Werkstoff bestehende Werkstück und gegebenenfalls auch die Heizgeräte selbst während der Behandlung in Schwingungen geraten, deren Frequenz abhängt von der Frequenz, mit der die Leiterschleife gespeist wird. Der Ausschlag der Schwingungen richtet sich ebenfalls nach der Frequenz, mit der die Leiterschleife gespeist wird, und außerdem werden die Schwingungen beeinflußt von der gegenseitigen Anordnung von Heizgerät und Werkstück sowie von der gewählten Stromstärke. Auch die Ausbildung des Werkstückes selbst, wie beispielsweise große Länge, und die Form des Heizgerätes können die Stärke und die Art der Schwingungen beeinflussen. In besonders starkem Maße werden diese Erscheinungen beobachtet, wenn die Frequenz vergleichsweise niedrig ist.
  • Die infolge der magnetomechanischen Kräfte auftretenden Schwingungen führen zu einem dauernden Wechsel des Kopplungsspaltes. Hierdurch wird das Erhitzen in einer nicht übersehbaren Weise becinflußt. Um diese unerwünschten Wirkungen der Schwingungen möglichst einzuschränken, wurde bisher so verfahren, daß das Werkstück auf einer Unterlage genügender Stärke aufgeschraubt, mit Klammern festgespannt oder in ähnlicher Weise während der Behandlung befestigt wurde. Außerdem wurde das Heizgerät in Vorrichtungen eingespannt, die besonders stark ausgebildet waren, damit die auftretenden magnetischen Kräfte und Schwingungen aufgenommen werden konnten. Diese Maßnahmen haben den Nachteil, daß .sie vor Beginn der Behandlung zusätzliche Handgriffe erfordern. Darüber hinaus aber ergeben sich Schwierigkeiten, wenn die Werkstücke während der Behandlung dazu neigen, sich zu verziehen, denn die durch den Verzug hervorgerufenen Kräfte sind vielfach so stark, daß die Klammern, Verschraubungen od. dgl. gesprengt und somit die den Schwingungen und magnetomechanischen Kräften entgegenwirkenden Befestigungen unwirksam werden. Außerdem wird das Bedienungspersonal gefährdet.
  • Gemäß der Erfindung sollen diese Schwierigkeiten beim einseitigen elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken, wie Blechen, Platten, Schienen od. dgl., mit Heizleiterschleifen beseitigt werden. Hierzu wird vorgeschlagen, zur Unterdrückung oder Beseitigung von Rüttelschwingungen im Werkstück an der der aufzuheizenden Werkstückseite abgekehrten Fläche ein dem heizenden Magnetfeld entgegengerichtetes, Hilfsmagnetfeld gleicher Frequenz zu erzeugen. Durch die Maßnahme werden die Schwingungen und die anziehenden oder abstoßenden Kräfte, die bei Anwendung nur eines ausschließlich dem Heizen dienenden Magnetfeldes auftreten, völlig ausgeschaltet. Das entgegengerichtete Hilfsmagnetfeld übt gleich große magnetische Kräfte aus wie das eigentliche Heizfeld, und infolgedessen heben sich die magnetodynamischen Wirkungen beider Felder auf.
  • Um das Verfahren auszuüben, können verschiedene Vorrichtungen benutzt werden. So kann das Heizgerät so ausgebildet werden, daB außer der Heizleiterschleife, die dem Erhitzen dient, auf der entgegengesetzten Seite des Werkstückes- eine Hilfsschleife vorgesehen wird, die mit einem Strom gleicher Frequenz gespeist ist. Es kann ferner zweckmäßig sein, die Heizleitersehleife der aufzuheizenden Werkstückseite gegenüber mit Magnetjochen aus. geschichteten Blechen oder Masse zu versehen, um die Heizwirkung zu verstärken. Um zu vermeiden, daß die Werkstückrückseite unerwünschterweise aufgeheizt wird, kann die hier anzuordnende Heizleiterschleife mit einem großen Leiterquerschnitt ausgerüstet werden. Es kann aber auch so verfahren werden, daß für die Hilfsleiterschleife ein größerer Kopplungsabstand gewählt wird als für die eigentliche Heizleiterschleife: Auch die Hilfsschleife kann mit Magnetjochen versehen werden. Jedoch müssen diese andere Abmessungen besitzen als diejenigen der Heizleiterschleife, um zu verhindern, daß ein unerwünschtes Aufheizen stattfindet. Zur Unterstützung der Wirkungen, die die beschriebenen Maßnahmen ausüben, kann auch die Stromaufnahme der unteren Hilfsleiterschleife einstellbar gestaltet werden, was durch Vorschaltwiderstände, Drosselspulen oder zugeschaltete Kapazitäten geschehen kann. Ein weiteres Mittel, um ein Aufheizen durch die Hilfsleiterschleife zu vermeiden, besteht darin, das Werkstück im Wirkbereich der Hilfsleiterschleife stark zu kühlen.
  • Es wird an Hand einiger schematischer Darstellungen der Erfindungsgedanke näher erläutert, wobei in den Abb. i bis 3; erforderliche oder zweckmäßige zusätzliche Einrichtungen, wie Traggestelle, Kühlvorrichtungen, Magnetjoche ü. dgl., der Übersicht halber fortgelassen sind.
  • Das Werkstück i in Abb. i wird in Richtung des Pfeiles z unter der Heizleiterschleife 3E mit ihren Ästen 3' und 31' hindurchgeführt. Die Heizleiterschleife wird bei q, mit einem Wechselstrom geeigneter Frequenz gespeist. Erfindungsgemäß wird gegenüber dieser Heizleiterschleife und der nicht aufzuheizenden Werkstückoberfläche benachbart eine Hilfsschleife 51 mit den Ästen 5; und 5i' vorgesehen. Diese Schleife wird bei 6 mit einem Wechselstrom gespeist, der die gleiche Frequenz besitzt wie der Strom, mit welchem die Schleife 3 gespeist wird. Die Stromrichtungen in den einzelnen Ästen der Heizleiterschleife und der Hilfsleiterschleife in einem bestimmten Augenblick sind durch die Pfeilspitzen gekennzeichnet, und es ist ersichtlich, daB die Ströme in einander gegenüberliegenden Ästen, beispielsweise in den Ästen 3" und 5", entgegengesetzt gerichtet sind. Die beiden Heizleiterschleifen können parallel oder in Reibe geschaltet sein, und dieHilfsschleife kann mit einem Vorwiderstand, einer Drossel, einem Vorkondensator oder einer Kombination solcher Vorrichtungen versehen sein, um die Stromaufnahme in der Hilfsschleife zu regeln. Die Einrichtung kann auch so getroffen werden, daB die Hilfsschleife von einer gesonderten Wicklung des Heiztransformators gespeist wird. Die Hilfsschleife könnte aber auch von einem besonderen mechanisch öder elektrisch mit dem Heizgenerator frequenzgekuppelten Generator gespeist werden, der beispielsweise in seiner Spanneng regelbar ist.
  • Infolge der Anordnung werden die magnetomechanischen Kräfte, die von den beiden Schleifen ausgehen, aufgehoben, so daß keine mechanischen Schwingungen entstehen können. Es, ist daher nicht notwendig, das Werkstück aufzuspannen, und die Tragvorrichtungen für das Heizgerät und sonstige Teile der Maschine können wesentlich schwächer gehalten werden, als dies bisher möglich war.
  • An Stelle einer einfachen Heizleiterschleife, wie sie in Abb. i dargestellt ist, können auch Mehrfachheizleiterschleifen verwendet werden. Dabei bleibt es den Umständen des Einzelfalles überlassen, ob es zweckmäßig ist, als Gegenschleife ebenfalls eine Mehrfachschleife zu verwenden oder eine Einfachschleife. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, als Hilfsschleife eine Mehrfachschleife zu verwenden und die eigentliche Heizleiterschleife als Einfachschleife auszubilden.
  • In Abb. z soll das Werkstück i in Richtung des Pfeiles 2 fortschreitend an der Oberfläche erhitzt werden. Für das Erhitzen ist die Heizleiterschleife 3 mit den Ästen 3' und 3." vorgesehen, die gegensinnig stromdurchflossen sind. Auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstückes i, das, im vorliegenden Beispiel eine Platte darstellt, ist eine Spule 8 angeordnet. Diese Spule 8 besitzt eine Windungszahl, die vorzugsweise größer ist als die Windungszahl der Heizleiterschleife 3. Die Stärke des Stromes in der Spule 8 kann entsprechend der Windungszahl geringer als die des Heizstromes sein.
  • In dem Beispiel der Abb. a ist die Spule 8 auf einen Eisenkern 9 gewickelt. Es ist aber auch möglich, auf den Eisenkern 9 zu verzichten. Während in der Abb.2 eine einzige Spule vorgesehen ist, kann es in manchen Fällen auch zweckmäßig sein, mehrere Spulen vorzusehen, die quer zur Vorschubrichtung angeordnet werden.
  • Die Form der Heizleiterschleife ist beliebig. Auch Mehrfachleiterschleifen können verwendet werden, und es ist möglich, die Schleifen mit Magnetjochen zu versehen, wenn dies erforderlich ist. In jedem Fall muß die Stärke des, Hilfsmagnetfeldes auf die Stärke des um den Heizleiter aufgebauten Magnetfeldes eingestellt sein, was im allgemeinen durch die Ausbildung und die Windungszahl erfolgt. Wenn erwünscht, kann das Hilfsmagnetfeld auch regelbar sein, beispielsweise indem der Abstand zwischen der Spule bzw. dem Spulenkern und der Werkstückrückseite veränderlich gemacht wird. Eine regelbare Beeinflussung ist auch möglich durch einen veränderlichen Hilfsluftspalt im Spulenkern. Außer diesen Mitteln können auch diejenigen angewendet werden, die in Verbindung mit der Vorrichtung nach Abb. i beschrieben wurden, d. h. also Vorkondensatoren, Vorwiderst.ände oder Drosseln.
  • Abb.3' zeigt die Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung auf die Behandlung einer Schiene. Die Schiene i wird in Richtung des Pfeiles 2 unter der Heizleiterschleife 3 mit ihren Asten 3s' und 3" hindurchbewegt. Die Äste 3' und 3" sind entsprechend der Form des Schienenkopfes i' gekrümmt. Der Heizleiter wird bei 4f mit einem Wechselstrom geeigneter Frequenz gespeist. Zum Ausgleich der entstehenden magnetischen Kräfte ist die Spule 8 vorgesehen, die auf einen Kern 9 aufgesetzt ist. Die Spule 8 wird bei io mit einem Strom gleicher Frequenz gespeist wie die Heizleiterschleife 3. Die Schaltung der Spule 8 und der Heizleiterschleife 3, zueinander erfolgt so, daß in jedem Augenblick die entstehenden magnetodynamischen Kräfte entgegengesetzt gerichtet sind.
  • Das beschriebene Verfahren und die Vorrichtungen können überall angewendet werden, wo Werkstücke einem einseitigen oder teilweisen Erwärmen unterworfen werden sollen. Es ist hierbei auch gleichgültig, ob beim Erhitzen eine fortschreitende Relativbewegung zwischen Heizgerät und Werkstück stattfindet. Wird eine solche fortschreitende Relativbewegung nicht durchgeführt, so können die gleichen in Verbindung mit Abb. i bis 3 beschriebenen Einrichtungen verwendet werden.
  • Die Mittel, die gemäß der Erfindung zum Ausschalten der magnetomechanischen Kräfte vorgeschlagen werden, sind derart wirksam, daß die Heizleiterschleifen selbst mit einer Frequenz von 5o Hz betrieben werden können, ohne daß sich Schwierigkeiten ergeben, die ein Aufspannen des Werkstückes oder eine besonders kräftige Ausbildung der Einzelteile der Maschine erforderlich machen würden.
  • Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind an Ausführungsbeispielen erläutert, bei denen es sich darum handelt, langgestreckte Werkstücke zu erhitzen. Bei derartigen Werkstücken wirken sich die Maßnahmen besonders stark aus, weil gerade Werkstücke solcher Form erheblich dazu neigen, in Schwingungen zu geraten, wenn besondere Vorkehrungen nicht getroffen werden. Die Anwendung der Maßnahmen ist aber auf langgestreckte Werkstücke nicht beschränkt, da auch bei anders geformten Werkstücken die Neigung besteht, in Schwingungen zu geraten, und auch bei diesen den magnetomechanischen Kräften entgegengewirkt werden muß.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum einseitigen elektro-induktiven Erhitzen von Werkstücken, wie Blechen, Platten, Schienen od. dgl., mit Leiterschleifen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung oder Beseitigung von Rüttelschwingungen im Werkstück an der der aufzuheizenden Werkstückseite abgekehrten Fläche ein dem heizenden Magnetfeld entgegengerichtetes Hilfsmagnetfeld gleicher Frequenz erzeugt wird, dessen Heizwirkung infolge der Verringerung der Konzentration der durch ihn induzierten Ströme und/oder durch erhöhte Kühlwirkung unterdrückt bzw. herabgesetzt wird.
  2. 2. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine oder mehrere, vorzugsweise mit Magnetjochen versehene Heizleiterschleifen gegenüber der zu erhitzenden Werkstückseite und eine oder mehrere Hilfsschleifen unter dem Werkstück, die mit einem Strom gleicher Frequenz gespeist sind. 3- Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch r, gekennzeichnet durch eine oder mehrere auf dieRückseite desWerkstückes einwirkende, vorzugsweise mit Eisenkern versehene Spulen mit einer Windungszahl, die größer ist als die Windungszahl der Leiterschleifen.
DED6139D 1943-01-12 1943-01-12 Vorrichtung zum einseitigen elektro-induktiven Erhitzen von Werkstuecken Expired DE903847C (de)

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