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Induktor zum induktiven Erhitzen von metallenen Werkstücken, vorzugsweise
zum Oberflächenhärten Zusatz zum Patent 904 448 Das Patent 904 448 schützt einen
Induktor zum induktiven Erhitzen von metallenen Werkstücken durch hochfrequenten
Strom, vorzugsweise zum Oberflächenhärten durch anschließendes Abschrekken, der
dadurch gekennzeichnet ist, daß der dem zu erhitzenden Werkstückteil zugekehrte
und unmittelbar benachbarte Induktorteil ein dünnwandiger blech- oder plattenartiger
Körper aus einem elektrisch gut leitenden Stoff ist, während der übrige Teil des
Induktors aus einem Isolierstoff besteht. Die Erfindung bezweckt eine weitere Vervollkommnung
des Induktors dieser Art. Es hat sich gezeigt, daß in gewissen Anwendungsfällen
von der dem Werkstück zugekehrten metallenen Seite des Induktors gemäß dem Hauptpatent
ein verhältnismäßig großer Streufluß zu den angrenzenden Werkstückteilen stattfindet
und diese in unerwünschter Weise erhitzt. Außerdem besteht in dem Falle, wo die
leitende Seite des Induktors verhältnismäßig dünn ausgeführt werden muß, die Gefahr,
daß
diese dünnen Metallplatten oder Bleche in dem rauhen Werkstattbetrieb leicht verbogen
und beschädigt werden können.
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Die Erfindung bezweckt nun einen Induktor, bei dem der unerwünschte
Streufluß zu dem henachbarten Werkstückteil auf ein Mindestmaß herabgesetzt wird,
bei dem ferner die Möglichkeit besteht, den leitenden Induktorteil auch ganz dünn
herzustellen, falls die besonderen Verhältnisse es erfordern, ohne daß dabei die
Gefahr des leichten Verbiegens und Beschädigens des Induktors entsteht.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe in der Weise, daß der Induktor aus
einem Gehäuse aus wärmebeständigem und druckfestem Isolierstoff besteht, auf dessen
dem Werkstück zugekehrten Wandung unmittelbar ein in seiner Gestalt und Bemessung
den Behandlungsanforderungen für das Werkstück angepaßter, stromleitender blech-
oder plattenartiger Teil befestigt ist.
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Bei diesem neuen Induktor ist ein Beschädigen oder Verbiegen des leitenden,
dem Werkstück zugekehrten Induktorteils nicht mehr möglich, weil er von dem Induktorgehäuse
bzw. der dem Werkstück zugekehrten Wandung dieses Induktorgehäuses getragen wird.
Der leitende Induktorteil kann deshalb beliebig dünn ausgeführt sein, ohne daß eine
Gefahr einer Beschädigung vorliegt.
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Gemäß einer weiteren Einzelheit der Erfindung ist das Induktorgehäuse
aus einem spanabhebend bearbeitbaren keramischen Stoff hergestellt. Dies ermöglicht
eine beliebige Anpassung des Induktorgehäuses an die jeweiligen Erfordernisse des
zu behandelnden Werkstückes. Der leitende Induktorteil kann erfindungsgemäß in den
Fällen, wo er ganz dünn ausgeführt werden soll, auf das Induktorgehäuse galvanisch
aufgetragen werden. Auf diese Weise kann der Induktor leicht auch den praktischen
Fällen angepaßt werden, wo schon ein ganz dünner leitender Induktorteil genügt.
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Der galvanische Auftrag des leitenden Induktorteils hat noch den weiteren
Vorteil, daß die Metallschicht außerordentlich rein ist, daher gut leitende Fähigkeiten
für den elektrischen Strom und für die Wärme besitzt.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind im nachfolgenden
beschrieben.
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Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Abb. i zeigt im Querschnitt einen Induktor zum Oberflächenhärten eines
Kurbelwellenzapfens; Abb. 2 a bis 2 d zeigen im Schnitt verschiedene Ausführungsmöglichkeiten
des dem Werkstück zugekehrten leitenden Induktorteils; Abb.3 zeigt im Schnitt einen
Induktor mit Distanzwarzen für das Werkstück.
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Bei dem Beispiel nach Abb. i soll ein Kurbelzapfen i an seiner Oberfläche
gehärtet werden, der zu beiden Seiten je einen Kurbelarm 2 besitzt. Es soll dabei
der Streufluß zu diesen beiden Kurbelarmen nach Möglichkeit verringert werden. Der
dabei zur Anwendung gelangende Induktor besteht aus einem Gehäuse 3 aus einem wärmebeständigen
und druckfesten Isolierstoff, der beispielsweise unter den Bezeichnungen Steatit,
Callit, Callan bekannt ist, oder aus Preßglas, Porzellan, Kuntsharzstoffen. Besonders
vorteilhaft ist die Herstellung das Induktorgehäuses 3 aus einem spanabhebend bearbeitbaren
keramischen Stoff, da dieser eine genügende Isolations-, Druck- und Wärmefestigkeit
aufweist und außerdem nach der Fertigstellung beliebig bearbeitet werden kann. Das
Induktorgehäuse schließt einen Hohlraum q. ein, indem es von außen durch einen weiteren
Wandungsteil 5 entweder aus dem gleichen oder einem anderen Isolierstoff abgeschlossen
wird. Dieser Abschlußteil enthält auch die Zuleitungen 6 für das Abschreckmittel,
welches aus dem Hohlraum d. durch die Spritzöffnungen 7 dem Werkstück zugeführt
wird. Um die gegenseitige Lage der Gehäuseteile 3 und 5 zueinander zu sichern, sind
an den Berührungsflächen Nuten und Vorsprünge 8 vorgesehen.
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Auf der der zu erhitzenden bzw. zu härtenden Werkstückoberfläche zugekehrten
Wandung 9 des Gehäuseteiles 3 ist der metallene Induktorteil io in Gestalt eines
dünnen Bleches befestigt. Er besitzt Spritzöffnungen ii, die gegenüber den Öffnungen
7 des Gehäuses vorgesehen sind, wobei die öffnungen 7 erfindungsgemäß einen größeren
Querschnitt besitzen als die Spritzöffnungen i i im leitenden Teil, um eine Sicherheit
zu bieten, daß beim Zusammenbau der beiden Teile nicht durch Ungenauigkeiten eine
Verringerung des gesamten Spritzquerschnittes erfolgt. Die Spritzöffnungen können
beliebige Gestalt besitzen, wobei die Kanäle in der Gehäusewandung 9 und die Spritzlöcher
in dem metallenen Teil io verschieden sein können. So zeigt der obere Teil der Abb.
i beispielsweise schematisch einen länglichen Schlitz 12 in der Wandung 9 und runde
Spritzöffnungen 13 im metallenen Teil. Nach einer anderen Ausführung sind die Öffnungen
14. in der Wand 9 oval, die Spritzlöcher 15 im Metallteil ebenfalls oval, aber von
einem kleineren Querschnitt. Die ovalen Öffnungen können entweder senkrecht oder
waagerecht angeordnet ,verden, wie beispielsweise bei 16 veranschaulicht. Schließlich
können die Löcher in der Isolierstoffwand 9 und auch in dem metallenen Teil io rund
sein, wie bei 17 veranschaulicht. Die jeweilige Größe und Gestalt der Kanäle und
Spritzlöcher kann dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßt sein. Falls der leitende
Teil des Induktors nur dünn zu sein braucht, kann er galvanisch aufgetragen werden.
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Um die Leitfähigkeit des metallenen Induktorteils zu verbessern, insbesondere
bei einer dünnen Aasführung desselben, kann er auch aus Silber oder einer Silber
enthaltenden Legierung bestehen, beispielsweise aus einer Silber-Kupfer-Legierung.
Je dünner der leitende Induktorteil ist, desto größer ist auch die Sicherheit gegen
Streufluß zu dem dem zu behandelnden Werkstück benachbarten Werkstücksteil, bei
dem vorliegenden Beispiel zu dem Kurbelarm.
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Die Gestalt, der Verlauf sowie die Dicke des leitenden Induktorteils
und der ihn tragenden
Wandung des Induktorgehäuses wird dem zu behandelnden
Werkstück bzw. der angestrebten Härtezone angepaßt.
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Der untere Teil der Abb. i und die Abb. 2 a, 2 b, 2c, 2 d zeigen verschiedene
Ausführungsmöglichkeiten des leitenden Induktorteils und der ihn tragenden Gehäusewand.
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So ist nach Abb. i der leitende Induktorteil 20 als ebene Platte ausgebildet,
die an den Rändern dünner ist als in der Mitte. Auf diese Weise wird ein bestimmter
Verlauf der Härtezone erzielt. Der Einfluß der verschiedenen Gestalten des leitenden
Induktorteiles auf die erzielte Härtezone ist in dem Hauptpatent ausführlich beschrieben.
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Bei der Ausführung nach Abb. 2 a besitzt die Gehäusewandung 21 und
der leitende Induktorteil 22 auf ihrer gesamten Ausdehnung die gleiche Dicke.
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Bei der Ausbildung nach Abb. 2 b ist der leitende Induktorteil 23
bogenförmig gestaltet, wobei -die größte Dicke in der Mitte liegt. Die ihn tragende
Wand 24 ist dieser Gestalt derart angepaßt, daß sie in der Mitte dünner gehalten
ist als an den Rändern.
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Nach Abb. 2 c ist der leitende Induktorteil 25 überall von gleicher
Dicke, aber bogenförmig gestaltet und schließt sich einer entsprechenden bogenförmigen
Gestalt der Gehäusewandung 26 an.
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Nach Abb. 2 d ist der leitende Induktorteil 27 derart sichelförmig
gestaltet, daß er in der Mitte dem Werkstück näher liegt als an seinen Rändern,
entsprechend ist auch die ihn tragende Gehäusewand 28 ausgebildet.
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Es sind beliebige weitere Ausführungsmöglichkeiten denkbar, die von
dem Verlauf und der Dicke der zu erzielenden Härtezone abhängig sind. Das Werkstück
muß beim Erhitzen und Abschrecken in einer bestimmten genau einzuhaltenden Entfernung
von dem leitenden Induktorteil gehalten werden. Hierzu sind besondere Distanzstücke
erforderlich.
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Nach Abb. 3 dienen als solche Distanzstücke Warzen 3o, die unmittelbar
an der den leitenden Induktorteil 3 tragenden Gehäusewand 32 vorgesehen sind und
den leitenden Induktorteil durchbrechen. Die Anzahl der Warzen richtet sich nach
der Gestalt und der Größe des Werkstückes.
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Die Erfindung ist von besonderem Vorteil für den Fall, wo das zu behandelnde
Werkstück sehr schmal ist und, von großen anderen Werkstückteilen begrenzt wird.
Hier läßt sich durch die Erfindung ein Streufluß nach dem benachbarten Werkstückteil
weitestgehend verringern bzw. verhüten durch entsprechende Bemessung der Länge und
der Dicke des leitenden Induktorteils.
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Die Erfindung ist natürlich nicht beschränkt auf die Anwendung zum
induktiven Erhitzen, vorzugsweise zum Oberflächenhärten von zylindrischen Werkstücken,
wie Kurbelwellenzapfen od. dgl., sondern kann sinngemäß auch für beliebige andere
Werkstücke verwendet werden, beispielsweise zum Härten von Werkzeugen, Blechen,
Schneidwerkzeugen, der Innenwandungen von zylindrischen und anderen Körpern usw.
Je nach dem zu behandelnden Werkstück kann der Induktor ein- oder mehrteilig sein.
Bei zylindrischen runden Werkstücken, beispielsweise Kurbelweilenzapfen, ist der
Induktor meist zweiteilig, um bequem um das Werkstück herumgelegt zu werden. In
den Fällen, wo das Werkstück von einer oder von beiden Seiten bequemer zugänglich
ist, kann auch der Induktor einteilig sein. Je nach Größe und Ausdehnung des Werkstückes
kann der Induktor eine oder mehrere Windungen besitzen, in letzterem Fall hat er
dann eine etwa spiralschraubenförmige Gestalt.
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Die Erfindung ist auch nicht beschränkt auf das Gebiet des Oberflächenhärtens,
sondern kann auch zum induktiven Erhitzen schlechthin bis zu einer beliebigen Tiefe
in das Werkstück hinein, als auch zum Durcherhitzen von Werkstücken benutzt werden.
Ist ein Abschrecken des Werkstückes nicht erforderlich, so braucht dann das Isolierstoff
gehäuse des Induktors keinen Hohlraum einzuschließen und keine Spritzöffnungen zu
besitzen. Es kann aber ein etwa vorgesehener allseitig geschlossener Hohlraum zum
Durchleiten einer Kühlflüssigkeit für den Induktor selbst verwendet werden, um auf
diese Weise eine weitere Verringerung der Dicke des leitenden Induktorteils zu ermöglichen,
die durch die Stärke und die Dauer des durchzuleitenden Stromes begrenzt ist.