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Induktionseinrichtung zum Anwärmen der Enden langgestreckter Werkstücke
Es ist bekanntlich vielfach die Aufgabe gestellt, die Enden langgestreckter Werkstücke
auf erhöhte Temperaturen zu bringen, weil sie an diesen Enden warm verformt, beispielsweise
gestaucht werden sollen. Besonders häufig ist diese Aufgabe in Verbindung mit Rohren,
die an den Enden bezüglich der Gesamtform oder in der Wandstärke verändert werden
sollen. Es ist schon vorgeschlagen worden, hierzu sich des Induktionserhitzens zu
bedienen, weil es mit diesem Mittel am sichersten gelingt; die Temperaturerhöhung
am Werkstückende auf den tatsächlich zu verformenden Abschnitt zu beschränken. Das
Werkstückende wird hierbei in eine Spule entsprechender Länge eingeschoben und unter
Wirkung des Induktionsstromes auf Temperatur gebracht. Eine Spule hat die Eigenschaft,
in ihren mittleren Abschnitten stärker aufzuheizen als an den Enden, und zwar ist
dies eine Folge der sich in einer solchen Spule ausbildenden Feldverteilung. Selbstverständlich
gilt diese Feststellung für eine vollkommen symmetrisch aufgebaute Spule, und es
kann die Feldverteilung durch unterschiedliche Gestaltung der Wicklungsdichte auf
den einzelnen Längsabschnitten der Spule beeinflußt werden, beispielsweise in dem
Sinne, daß die höchste im Werkstück entwickelte Temperatur an den Enden der Spule
vorliegt oder aber, daß die Spule über die ganze Länge gleichmäßig aufheizt. Je
nachdem, welches Erhitzungsbild im Werkstückende erwünscht ist, wäre eine bestimmte
Spulenform zu wählen. In den meisten Fällen aber wird in einer
einzigen
Spule nicht nur eine bestimmte Werkstückform behandelt bzw. die Werkstücke werden
unterschiedlichen Verformungen zugeführt, nachdein-sie erwärmt worden sind. Ferner
kann es vorkommen, daß in einer Spule zunächst das Werkstück angeheizt, anschließend
verformt und dann für eine weitere Verformung in der gleichen Spule noch einmal
angewärmt wird. Bei dem zweiten Erwärmungsprozeß hat sich die Werkstückform geändert
und damit auch die Erhitzungsbedingungen. Um in diesen Einzelfällen jeweils das
gewünschte Erhitzungsbild zu erhalten, müßte stets die Spulenform gewechselt werden.
Das Wechseln der Spulen ist indes umständlich und zeitraubend.
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Die Erfinder haben erkannt, daß die Beeinflussung des Feldes innerhalb
der Spule und damit auch der Erhitzungscharakteristik in einfacher Weise bewerkstelligt
werden- kann. Die langgestreckten Werkstücke, insbesondere Rohre und Stangen, werden
während des Erhitzungsvorganges zweckmäßigerweise von einem Zentrierdorn abgestützt.
Gemäß der Erfindung wird dieser das Werkstückende stützende Zentrierdorn zur planmäßigen
Beeinflussung des Feldes innerhalb der Induktionsspule ausgenutzt. Der Dorn kann
hierbei aus magnetischem oder auch aus unmagnetischem Werkstoff hergestellt sein,
und vorzugsweise wird er geschlitzt bzw. aus drei oder mehr sternförmig angeordneten
Blechen od. dgl. hergestellt. Gleichgültig ob er aus magnetischem oder unmagnetischem
Werkstoff hergestellt ist, hat er einen erheblichen Einfluß auf die Verteilung des
Feldes innerhalb der Spule und damit auf die Erwärmungscharakteristik; denn der
Dorn zieht infolge seiner Masse einen gewissen Teil der magnetischen Kraftlinien
an sich und entzieht sie so der Wirkung innerhalb des Werkstückes: Der Zentrierdorn
wird gemäß der Erfindung zunächst axial verschiebbar ausgebildet, und nach dem oben
Ausgeführten ist es ohne weiteres ersichtlich, daß sich die Erwärmungscharakteristik
ändern muß, je nachdem, welchen Abstand der Zentrierdorn vom Spulenende einnimmt
bzw. wie weit er in die Spule eintaucht. Zwar wird durch die axiale Lage des Dornes
rein mechanisch auch die Länge des Werkstückes bestimmt, die sich im Wirkbereich
der Spule befindet, indes geht aber die magnetelektrische Wirkung der Dornstellung
weit über die rein mechanische Längenfixierung hinaus. Es kann durch axiale Verstellung
des Dornes erreicht werden, daß bei gleichbleibender Spule die Höchsttemperatur
sich einmal am äußersten Ende einstellt, während im restlichen Wirkbereich der Spule
geringere Temperaturhöhen erreicht werden. Das Erwärmungsmaximum kann in die Mitte
des Abschnittes verlegt oder auch dort erzeugt werden, wo sich unmittelbar der kalt
bleibende Rest des Werkstückes anschließt.
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Besonders vorteilhaft ist es, den Dorn auch in Ebenen verstellbar
zu machen, die senkrecht zur Achse liegen, am zweckmäßigsten wird man so "erfahren,
daß die Ebenen der Verstellbarkeit auch senkrecht zueinander stehen, so daß sich
eine Höhrn- und Seitenverstellbarkeit ergibt. Mit diesem Mittel kann nicht nur ein
gleichmäßiger Kopplungsabstand auf dem zu erhitzenden Abschnitt erzielt werden,
sondern es ist auch möglich, diese Beweglichkeit zur Beeinflussung der Erhitzungscharakteristik
auszunutzen.
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Bei Behandlung von Rohren kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung
der Kopf des Dornes auch mit einem Ansatz versehen werden, der dornartig in das
Rohr hineinragt. Dieser Ansatz befindet sich im Wirkbereich der Spule und beeinflußt
die Erhitzungscharakteristik, und es ist ersichtlich, daß durch Verschiebung dieses
Ansatzes relativ zum Zentrierdornkopf und damit auch relativ zur Spule ein Mittel
gegeben ist, während des Betriebes die Erhitzungscharakteristik planmäßig zu beeinflussen.
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Es war schon erwähnt, daß der Zentrierdornkopf zweckmäßig zu schlitzen
ist, um die Entstehung von Wirbelströmen und damit eine Erwärmung des Dornes hintanzuhalten.
Sinngemäß Entsprechendes gilt für den Dornansatz.
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Zweckmäßigerweise wird der Dorn, da sich eine Erwärmung allein schon
durch die Wärmeübertragung und -strahlung nicht vermeiden läßt, aus hochhitzebeständigem
Werkstöff hergestellt. Diese Werkstoffe sind im allgemeinen unmagnetisch und daher
für diesen Zweck auch aus elektrischen Gründen besonders geeignet.
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Der Dorn und sein Fortsatz können zweckmäßigerweise mit einer Kühlung
versehen sein, und zwar in der einfachsten und wirksamsten Form mit einer Wasserkühlung.
Diese Kühlung hat nicht nur den Zweck, den Dorn an sich kalt zu halten, vielmehr
soll die Masse des kalt gehaltenen Dornwerkstoffes ihrerseits thermisch die Erhitzungscharakteristik
beeinflussen, und sie bietet ; daher im Betriebe eine weitere Möglichkeit, das Erhitzungsbild
in den zu erwärmenden Werkstückenden im gewünschten Sinne zu beeinflussen.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung gestattet daher in außerordentlich
anpassungsfähiger Weise, planmäßig das Erhitzungsbild zu beeinflussen, indem einerseits
Einfluß genommen wird auf das magnetelektrische Feld der Spule und andererseits
auf den Wärmefluß, wobei gleichzeitig eine rein mechanische Einstellung des Werkstückes
zur i Spule erfolgt, die ebenfalls die Entstehung eines gewünschten Erhitzungsbildes
in einem gewissen Umfang beeinflußt.