DE916103C

DE916103C - Verfahren zum Einstellen einer bestimmten Behandlungstemperatur beim elektro-induktiven Erhitzen

Info

Publication number: DE916103C
Application number: DED1690D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1944-06-04
Filing date: 1944-06-04
Publication date: 1954-08-05

Description

Verfahren zum Einstellen einer bestimmten Behandlungstemperatur beim elektroinduktiven Erhitzen Das elektroinduktive Erhitzen hat bekanntlich, verglichen mit anderen Verfahren des Erwärmens, beispielsweise der Ofenerhitzung od. dgl., den Vorzug, daß die zu erreichende Temperatur verhältnismäßig genau eingehalten werden kann und auch eine Temperaturstaffelung möglich ist. Allerdings ist die Regelung selbst mit gewissen Schwierigkeiten verbunden, und es sind daher auch schon die verschiedensten Vorschläge gemacht worden, wie die gewünschte Temperatur, ohne sie zu über- oder unterschreiten, einzuhalten ist. Bekannt ist hier zunächst die Tatsache, daß die Frequenz des induzierenden Stromes eine Rolle spielt. So weiß der Fachmann, daß ein Werkstück verhältnismäßig großer Abmessung, das gleichmäßig durchwärmt werden soll, mit verhältnismäßig niederer Frequenz behandelt werden muß, wenn die gewünschte erhöhte Temperatur in tragbaren Zeiten überhaupt erreicht werden soll, und daß umgekehrt Werkstücke geringer Abmessung mit hohen Frequenzen bearbeitet werden müssen, wenn überhaupt eine Erwärmung eintreten soll. Es sind daher schon von jeher für einzelne Werkstückabmessungen in grober Staffelung geeignete Frequenzen ausgesucht worden, um die jeweils erwünschte Erwärmung durchführen zu können. Diese fast ausschließlich aus wirtschaftlichen Erwägungen entspringende Anpassung der Frequenz an die Werkstückabmessung ist aber im eigentlichen Sinne keine Temperaturregelung; denn mit Hilfe dieser Maßnahme war es bisher nicht möglich, bestimmte Temperaturen bei der Behandlung von Werkstücken einzuhalten. Um eine Regelung zu erreichen, war man vielmehr im Rahmen der einmal gewählten Frequenz auch noch genötigt, die im Werkstück erzeugte Temperatur selbst zu regeln. Verhältnismäßig grob geschieht dies dadurch, daß das Werkstück beobachtet und die Leistung abgeschaltet wird, sobald die gewünschte Temperatur, zum mindesten an der Oberfläche, erreicht ist. Es ist auch schon versucht worden, diese von Hand durchzuführende Regelung voll selbsttätig zu gestalten, wobei im geeigneten Augenblick über Meßorgane und Relais die Leistung abgeschaltet oder gegebenenfalls auch heruntergeregelt wurde. Ein vollkommen genaues Arbeiten ist auf diese Weise nicht immer möglich und zudem ergeben sich besondere Schwierigkeiten, wenn die Fehler der Bedienung durch selbsttätige Einrichtungen ausgeschaltet werden sollen; denn die benötigten Vorrichtungen sind verhältnismäßig verwickelt und störanfällig.
Die Erfindung beruht auf einer überraschenden Erkenntnis, die gestattet, die Regelung der gewünschten Behandlungsendtemperatur beim elektroinduktiven Erhitzen voll selbsttätig zu gestalten, und zwar mit einer Genauigkeit, die sämtliche bisher bekanntgewordenen Verfahren übersteigt. Es wurde festgestellt, daß unerwarteterweise bei einem bestimmten Werkstückquerschnitt eine bestimmte Frequenz zu einer bestimmten Endtemperatur führt, die unter keinen Umständen überschritten werden kann, und zwar auch dann nicht, wenn die Leistung nach erreichter Temperatur beliebig weiter zugeführt wird. Trotz weiterer Leistungszufuhr bleibt das Werkstück konstant auf der für die Frequenz bei dem vorliegenden Werkstückquerschnitt charakteristischen Temperatur stehen.
Es wurde früher angenommen,, daß die Temperatur, die bei einem bestimmten Querschnitt und bei einer bestimmten Frequenz erreicht wird, abhängig ist von der zugeführten Energie. Entsprechend wurde bisher meist durch Verändern des Energiewertes, der dem beheizten Gut zugeführt wird, die Temperatur geregelt. Die Erfindung macht diese Art der Regelung unnötig, wodurch sich eine erhebliche Vereinfachung der Verfahren und der zur' Ausübung verwendeten Anlagen ergibt.
Allerdings besteht eine gewisse Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften des beheizten Werkstückes. Betrachtet man indes beispielsweise den Werkstoff Stahl in seiner Gesamtheit, so ergibt sich zwar ein gewisser Einfluß der unterschiedlichen elektrischen Leitwerte und Permeabilitäten auf die Erwärmungscharakteristik, die jedoch in den einzelnen Stahlgruppen gering ist, so daß sie innerhalb der Gruppe vernachlässigt werden kann.
Auf Grund dieser Erkenntnisse wird gemäß der Erfindung eine bestimmte Behandlungsendtemperatur beim elektroinduktiven Erhitzen, beispielsweise für das Härten, Anlassen, Entspannen, Warmformgeben, Sintern oder Aufschmelzen von Metallen oder Legierungen, eingestellt, indem unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften eine genau definierte, vom Werkstoffdurchmesser abhängige Frequenz eingestellt wird. Die Anwendung dieser Frequenz führt unabhängig von Leistung und Einwirkdauer selbsttätig zu einer bestimmten, nicht überschreitbaren Temperatur.
Das Verfahren arbeitet derart genau, daß es möglich ist, für eine bestimmte Werkstoffgruppe Zahlentafeln aufzustellen, aus denen sich für jede Werkstoffabmessung die Frequenz entnehmen läßt, die gewählt werden muß, um eine bestimmte, nicht zu überschreitende Behandlungsendtemperatur zu erreichen. Um beispielsweise ein Werkstück mit einem Durchmesser von 7 mm auf eine Behandlungsendtemperatur von 820° zu bringen, muß bei einer bestimmten Anlage eine Frequenz von ioooo Hz gewählt werden. Um die gleichen Werkstücke auf 75o° zu erwärmen, ist eine Frequenz von 3goo Hz erforderlich. \Tach einem anderen Beispiel werden drahtförmige Werkstücke von 3 mm Durchmesser bei i8ooo Hz auf 8oo° gebracht. Werkstücke aus dem gleichen Werkstoff mit 4.o mm Durchmesser erwärmen- sich auf 500°, wenn Frequenzen von ioo Hz benutzt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob im Stillstand- oder im Vorschubverfahren gearbeitet wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung macht allerdings ein Abweichen von den bisherigen Erzeugeraggregaten erforderlich. Zwar ist es schon vorgeschlagen -worden, Umrichter zu verwenden, die eine gewisse Abwandlung der Frequenzen gestatten. Auch sind schon Anlagen vorgeschlagen worden, die Mischfrequenzen erzeugen, um gewisse Temperaturstaffelungen im Werkstück hervorzurufen. Diese Einrichtungen sind aber für die Temperaturregelung gemäß der Erfindung in ihrer Einstellbarkeit zu grob, und im übrigen sind sie in der Praxis kaum benutzt worden, vielmehr hat man Erzeugeranlagen bevorzugt, die entweder eine Änderung der Frequenz überhaupt nicht oder nur in äußerst beschränktem Maße zuließen.
Für die Durchführung der Erfindung müssen aber Geräte vorhanden sein, die einen Wechselstrom stufenlos regelbarer Frequenz hervorzurufen gestatten. Geräte, die eine solche stufenlose Regelung der Wechselstromfrequenz gestatten, sind an sich aus anderen Gebieten der elektrischen Schwingungstechnik bekannt. Es können Frequenzgeneratoren mit regelbarem Antrieb, frequenzgeregelte Röhrensender und in gewissen Fällen auch Funkenstreckensender verwendet werden.
Das Verfahren gemäß der Erfindung verlegt mithin gewissermaßen die Temperaturregelung in die Erzeugeranlage, wodurch die eigentliche Heizeinrichtung besonders einfach und wenig störanfällig wird.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zum Einstellen einer bestimmten Behandlungstemperatur beim elektroinduktiven Erhitzen, beispielsweise für das Härten, Anlassen, Entspannen, Warmformgel>en, Sintern oder Aufschmelzen von Metallen oder Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Berücksichtigung der Werkstoffeigenschaften eine genau definierte, vom Werkstückdurchmesser abhängige Frequenz eingestellt wird, die unabhängig von Leistung und Einwirkdauer selbsttätig zu einer bestimmten, nicht überschreitbaren Temperatur führt.