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Induktor zum Wärmebehandeln metallischer Werkstücke Zum Wärmebehandeln
metallischer Werkstücke und insbesondere zum Oberflächenhärten werden bekanntlich
Induktoren benutzt, die unter Berücksichtigung der angestrebten Wärmewirkung im
Gesamtwerkstück oder an dessen Oberfläche mit Magnetjochblechen besetzt sind. Diese
Magnetjochbleche, die in der Art von Transformatorkernblechen gegeneinander isoliert
zu Paketen geschichtet sind, haben den Zweck, die Streuverluste zu vermindern und
so den elektrischen Wirkungsgrad der Vorrichtung zu erhöhen. Außerdem wird durch
diese Bleche erreicht, daß die Wärmewirkung an den Stellen, an denen die Bleche
vorgesehen sind, stärker ist als an unbesetzten Stellen, so daß durch das Besetzen
der Heizleiter mit Magnetjochblechen die Möglichkeit gegeben ist, die Temperaturverteilung
im Werkstück in einem gewissen Umfang zu steuern. Die Bleche werden stets so eingeschichtet,
daß sie senkrecht zum Heizleiter stehen, auf den sie aufgesetzt sind. Auf diese
Weise sind die Wirbelstromverluste in den Blechen am geringsten, und damit wird
auch eine Temperaturerhöhung in den Blechen vermieden.
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Derart mit jochblechpaketen besetzte Induktoren haben sich im Betrieb
bewährt und befriedigen in ihrer Wirkung vollkommen, wenn es sich darum handelt,
Werkstücke mit ebenen Flächen oder nur mäßig profilierten Oberflächen zu behandeln,
wo es möglich ist, dem oder gegebenenfalls auch den Heizleitern des Induktors eine
gerade Erstreckung zu geben. Wenn jedoch die Profilierungen der Oberfläche des Werkstückes
stark von der Ebene abweichen und es erforderlich wird, daß der Heizleiter den eckigen
Umrissen oder hinterschnittenen
Formen, wie Schwalbungen u, dgl.,
vollkommen oder angenähert folgt, so ergeben sich Schwierigkeiten. Die Knickstellen
der Heizleiter können nur mangelhaft mit Jochblechen besetzt werden, da die Pakete
auf den Schenkeln des Knickwinkels sich gegenseitig räumlich und auch elektrisch
stören. Vor allen Dingen ergibt sich infolge von Nachbarschaftseffekten eine erhebliche
Erwärmung in den Paketen, die zu Betriebsstörungen im Induktor und zu einer wesentlichen
Verminderung des Wirkungsgrades führen. Außerdem lassen sich vornehmlich beim 'Oberflächenhärten,
bei welchem es darauf ankommt, eine verhältnismäßig schmale Oberflächenschicht zu
erwärmen, die richtigen Eindringtiefen der Wärmewirkung nicht einhalten.
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Diese Schwierigkeiten werden beseitigt, wenn die Jochbleche auf den
Heizleitern abweichend von der bisherigen Übung, die den eckigen Umrissen der Werkstückoberfläche
und/oder hinterschnittenen Formen der Oberfläche, wie Schwalbungen u. dgl., vollkommen
oder angenähert folgen, so aufgesetzt sind, daß sie in mindestens zwei mindestens
45° zueinander geknickten Heizleiterabschnitten ein Paket aus parallelen Blechen
bilden, welche keinen kleineren Winkel als 45° mit jedem der Heizleiter einschließen.
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Es ist durch eine derartige Anordnung der Bleche möglich, bei Oberflächenformen,
die von der Ebene abweichen und denen die Heizleiter des Induktors vollkommen oder
angenähert folgen, diese auf ihrer gesamten Länge mit Jochblechen zu besetzen und
so eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück sicherzustellen. Unter Anwendung
dieser Maßnahme ist es möglich, selbst hinterschnittene Formen der Werkstückoberfläche,
wie beispielsweise Schwalbungen od: dgl., gleichmäßig zu erhitzen. In Fällen, in
denen es nicht angängig erscheint, den Heizleiter genau den Profilierungen der Werkstückoberfläche
folgen zu lassen, kann so vorgegangen werden, daß die zur Werkstücköberfläche zugekehrten
Enden der Magnetj ochbleche in ihrer Gesamtheit der Werkstückoberflächenform genau
angepaßt werden, so daß sich auch bei solchen Formen der Werkstückoberfläche gleichmäßige
Erwärmungen erzielen lassen.
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An Hand der Zeichnungen wird der Erfindungsgedanke an zwei Ausführungsbeispielen,
die schematisch dargestellt sind; näher erläutert.
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Das in Abb: i dargestellte Werkstück i soll mit Hilfe eines das Werkstück
spulenförmig umfassenden Induktors .2 mit einer Oberflächenhärteschicht versehen
werden. Die zu behandelnde Oberfläche des Werkstückes ist nicht eben; sondern besitzt
in der Mitte ihrer Längserstreckung eine Erhöhung. Der Heizleiter des Induktors
2 ist durch eine Linie angedeutet, die in Umrissen der Werkstückoberfläche genau
folgt.
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Die gewünschte Härteschicht ist rechtsseitig der Linie A-A durch die
schraffierte Fläche 3 angedeutet. Um eine derartige Härtung der Oberfläche durch
Erhitzen und nachfolgendes Abschrecken durchzuführen, ist bisher ein Induktor der-
dargestellten Form, wie links der Linie A-A angedeutet, mit ._Magnetjochblechpaketen
4 besetzt worden, bei denen die Bleche senkrecht zur jeweiligen Richtung des Heizleiters
eingeschichtet waren. Durch diese Art der Ausbildung des Induktors ergibt sich eine
Härteschicht 5, die keineswegs den gestellten Forderungen genügt und vor allen Dingen
in dem scharfen Winkel 6 überhaupt keine Erwärmung und damit Härtung zu erzielen
gestattet. Darüber hinaus ergeben sich-an den Stellen 7 erhebliche Temperatursteigerungen
in den Blech-Paketen infolge der Nachbarschaft der Schenkel des abgewinkelten Heizleiters.
Unter Anwendung der bisher üblichen senkrechten Einschichtung der Magnetjochbleche
ist mithin eine im Hinblick auf eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Werkstück
wirksame Besetzung mit Magnetjochblechen nicht möglich. Auch unter Fortlassen der
Blechpakete würde, abgesehen von einem verminderten Wirkungsgrad, ebenfalls eine
Temperaturverteilung erzielt werden, die unerwünscht wäre und die beispielsweise
für eine Oberflächenhärtung ebenfalls zu einer Härteschicht, wie bei 5 angedeutet,
führen würde. Werden dagegen, wie rechts der Linie A-A angedeutet, die Bleche unter
einem Winkel von 45° zum Heizleiter eingeschichtet, der der Oberflächenform des
Werkstückes folgt, so können sämtliche Abschnitte des Heizleiters ungestört mit
Blechen besetzt werden. Die Folge dieser gleichmäßigen Besetzung ist eine gleichmäßige
Temperaturverteilung im Werkstück und in Fällen, in denen ein Oberflächenhärten
das Ziel der Wärmebehandlung ist, wird eine erhitzte Zone und damit Härteschicht,
wie bei 3 angedeutet, ohne weiteres erzielt.
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Bei -Werkstücken mit hinterschnittenen Formen treten bei üblicher
Einschichtung der Magnetjochbleche die beschriebenen Schwierigkeiten in noch stärkerem
Maße auf. In Abb. a ist ein Werkstück i im Schnitt dargestellt, das mit einer Schwalbung
8 versehen ist. Solche Werkstücke werden beispielsweise benötigt bei Preßmatrizen
zum Strangpressen von Kohlebriketts bei Maschinenbettführungen u. dgl. Um dem in
diesen Werkstücken auftretenden Verschleiß zu begegnen, müssen diese Werkstücke
mit einer Oberflächenhärteschicht versehen werden., wie sie rechts der Linie A-A
bei 9 angedeutet ist. Um eine solche Wärmebehandlung durchzuführen, wird ein Induktor
:2 benutzt, dessen Heizleiter den Formen der Oberfläche nur angenähert folgen kann.
Insbesondere ist es nicht möglich, den Heizleiter in den Winkel fo der Schwalbung
hereinzuführen. Bisher ist der Heizleiter, wie links der Linie A-A angedeutet, mit
Magnetjochen ii besetzt worden, deren Bleche senkrecht zum Heizleiter eingeschichtet
waren. An der Stelle des Heizleiters, die dem Schwalbungswinkel fo gegenüberliegt,
konnten Bleche überhaupt- nicht eingeschichtet werden, und selbst wenn bei ausreichenden
Größenverhältnissen ein Besetzen mit Jochblechen durchgeführt werden könnte, ergibt
sich praktisch lediglich eine Temperaturverteilung, die zu einer-Härteschicht, wie
bei 1a angedeutet, führt. Das mechanisch besonders gefährdete. Gebiet des- Schwalbungswinkels
bei fo wurde überhaupt nicht erwärmt, so daß an diese:
Stelle eine
Härtung nicht eintrat. Werden dagegen gemäß der Erfindung die Jochbleche, wie rechts
der Linie A-A bei 13 angedeutet, unter einem Winkel von 4.5° zum Heizleiter
eingeschichtet, so läßt sich mühelos die gesamte Länge des wirksamen Heizleiters
mit Magnetjochblechen besetzen, und es wird eine gleichmäßige Temperaturverteilung
in der Oberfläche erzielt, die zur angedeuteten Härteschicht 9 führt.
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Die Anordnung der Jochbleche gemäß der Erfindung eröffnet auch die
Möglichkeit, die Enden der Magnetjodhbleche in .ihrer Gesamtheit der Werkstückoberflächenform
genau anzupassen. Es ragen z. B. die Enden der B!lerihe bei 14 weit in den Winkelraum
der Schwalbung hinein. Die wirksame Oberfläche der Magnetjochble.che bildet auf
.diese Weise ein Abbild der Werkstückoberfläche.
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In den dargestellten Beispielen sind die Bleche unter einem Winkel
von 4.5° eingeschichtet. Es ist selbstverständlich auch möglich, beispielsweise
einen Winkel von 6o° anzuwenden, wenn auf diese Weise die Form der Magnetjochpakete
der Oberflächenform des Werkstückes besser angepaßt werden kann.
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Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind an Induktoren erläutert worden,
die das Werkstück spulenartig umfassen. Sinngemäß gleiche Möglichkeiten ergeben
sich selbstverständlich auch dann, wenn der Induktor die Form einer Heizleiterschleife
aufweist, die sich über der Werkstückoberfläche schließt.