-
Einrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken
Bekanntlich werden für das elektro-induktive Aufheizen metallischer Werkstücke Induktionsspulen
verwendet, die unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an
die Stromquelle angeschlossen sind. Dabei dient als Stromquelle entweder ein umlaufender
Motorgenerator oder ein Funkenstrecken- bzw. Röhrengenerator oder ein statischer
Frequenzwandler.
-
Sollen nun mittels der den Induktor bildenden Heizspule Werkstücke
verschiedener Form und Abmessung behandelt werden, so ergeben sich Schwierigkeiten
hinsichtlich - der Ausnutzung der Stromquellen und Umspanner, da diese nur
in einem sehr kleinen Spannungsbereich eine Abgabe der Höchstleistung zulassen.
Die Ausnutzung der Stromquelle ist dann am größten, wenn bei einem Höchstwert der
Leistung die von der Werkstückform bestimmte Induktorspannung der Nennspannung der
Stromquelle bzw. der sekundären Nennspannung des etwa an die Stromquelle angeschlossenen
Transformators entspricht.
-
Sollen beispielsweise mit einer bestimmten Einrichtung Werkstücke
kleinen Durchmessers auf einem großen Längsabschnitt erhitzt werden und wird hierbei
von der Stromquelle die zulässige Höchstleistung (Nennleistung) abgegeben, so ist
mit der gleichen Einrichtung ein Erhitzen von Werkstücken großen Durchmessers auf
einem
kleinen Längsabschnitt init der an sich verfügbaren Höchstleistung
(Nennleistung) nicht möglich. Während nämlich im ersten Fall die,für die Werkstückform
nötige Spannung am Induktor -
also an der Heizspule - relativ gering
ist,-fordert die letztgenannte Werkstückforni eine relativ hohe Spannung. Da jedoch
nur die gleiche Spannung wie im ersten Fail zur Verfügung steht, kann der Stromquelle
nur ein Bruchteil der zulässigen Höchstleistung entnommen werden.
-
Uni diesen Betriebsbedingungen gerecht zu werden, wurde bisher im
Gebrauch der Transformator jeweilig gegen einen anderen ausgetauscht oder statt
dessen eine Umschaltung der Stromquelle bzw. der Wicklung des Transformators durchgeführt.
Für eine Umschaltung der Primärwicklung muß aber der Transformator so überbemessen
sein, daß er auch bei seiner kleinsten Sekundärspannung die Höchstleistung übertragen
kann, wohingegen eine Umschaltung der Sekundärwicklung des Transformators meist
wegen der außerordentlich hohen Stromstärken nicht dur#hführbar ist. Die vorgenannten
Abhilfemaßnahmen sind naturgemäß zeitraubend un d kostspielig und setzen
außerdem den Wirkungsgrad der Anlage nicht unerheblich herab.
-
Die Erfindung bezieht sich auf die bekannte Einrichtung zum elektro-induktiven
Erhitzen von metallischen Werkstücken, bei welchen die den Induktor bildende Heizspule
von der Stromquelle unmittelbar oder unter Zwischenschalten eines gegebenenfalls
durch Schaltschienen umschaltbaren Transformators gespeist wird.
-
Erfindungsgemäß ist diese bekannte Einrichtung ausgerüstet mit einem
auswechselbaren, jeweilig eine bestimmte Schaltung der Heizspule und/oder des Transformators
erzwingenden Einsatzstück als Zwischenverteiler, bestehend aus zwei gegeneinander
isolierten ebenen oder aus mehreren gegeneinander isolierten gekröpften Schienen,
die ein einheitliches Bauteil bilden und gleichzeitig mechanischer Träger für den
Induktor oder wenigstens für dessen Heizwicklungen sind.
-
Niederspannungstransformatoren werden bekanntlich außer mit Klemmen
für verschiedene Anschlußwerte auch mit Schienen versehen, die verschiedene Schaltungen
gestatten. Für Zwecke des elektro-induktiven Erhitzens sind jedoch solche Schalteinrichtungen
unbrauchbar. Abgesehen davon, daß die Verbindung zwischen den Klemmen oder Schaltschienenenden
und der Verbraucherstelle durch Kabel hergestellt werden müßten, die aber nicht
mit den notwendigen Abmessungen ausgelegt werden könnten, um der auftretenden Erwärmung
zu begegnen, birgt die bekannte Anordnung die Gefahr in sich, daß Schaltfehler begangen
werden. Bei jeder Schaltung muß aufs neue überlegt werden, welche Klemmen anzuschließep
und wie die Schaltschienen zu legen sind. Beim elektro-induktiven Erhitzen muß aber
häufig umgeschaltet werden, um wechselnden Betriebsbedingungen, hervorgerufen durch
das Erfordernis, laufend auf die Behandlung verschiedener Werkstückformen umzustellen"-
- -gerecht - werden -, zu können. Unter diesen Umstähden genüpn die
be--kannten Einrichtungen mit ihrer nicht nur- unsicheren,_s`Ondern auch zeitraubenden
Handhabung den gestellten Bedingungen nicht. Bei Verwendung der auswechselbaren
Verteiler gemäß der Erfindung dagegen kann die Anlage rasch umgeschaltet werden,
und Schaltfehler sind ausgeschlossen, weil der Verteiler eine bestimmte Schaltunk
erzwingt. Selbst den Verteiler falsch anzuschließen, ist nich ' t möglich;
denn ein solcher Fehler macht sich schon beim Versuch bemerkbar, weil die Schraubenverbindungen
nicht passen. Im übrigen ergibt sich eine gedrängte Gesamtanordnung, da der Zwischenverteiler
gleichzeitig mechanischer Träger für das Heizgerät ist und ohne viel Raum zu beanspruchen
den elektrischen Erfordernissen angepaßt werden kann.
-
Diese auswechselbaren Verteiler haben den Zweck, in Anpassung an geforderte
oder gegebene Bedingungen die Windungen des Heizgerätes einzeln oder in Gruppen
zu mehreren in Reihe oder parallel zu schalten. Hierdurch wird es möglich, die Gesamtanlage
jeder Werkstückforni anzupassen, indem jeweilig der leicht auswechselbare Zwischenverteiler
gegen einen passenden ausgetauscht wird. Es ist dann nicht mehr notwendig, den Transformator
auszuwechseln oder verwickelte Umschaltverfahren vorzunehmen, und trotzdem wird
dabei ein günstiger Wirkungsgrad bei jeder beliebigen Leistungsabgabe bis zur zulässigen
Höchstleistung sichergestellt. Auch kann durch die Wahl eines geeigneten Verteilers
der Aufheizvorgang nach Bedarf weitgehend beeinflußt werden.
-
Bei Verwendung eines, Zwischentransformators kann ein zweiter auswechselbarer
Verteiler vorgesehen werden, der den Sekundärwindungen des Transformators nachgeschaltet
wird und in Anpassung an die gegebenen Verhältnisse die einzelnen Windungen der
Sekundärwicklung zusammenfaßt.
-
Die dieser Anpassungsschaltung dienenden Zwischenverteiler bestehen
bei der Ausführung des Erfindu'ngsgegenstandes aus zwei oder mehreren gegeneinander
isolierten, mit Löchern für Befestigungssehrauben versehenen Schienen. Entweder
sind die Schienen eben oder sie sind teils gekröpft und teils eben und wechseln
dann miteinander ab, wobei sie ebenfalls sämtlich gegeneinander isoliert sind.
-
In der Zeichnung sind durch die Abb.- i bis i i Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Abb. i zeigt das Schema einer mit dein erfindungsgemäßen
Verteiler ausgerüsteten Einrichtung. Die mehrwindige Primärwicklung T eines Transformators
ist über Zuführungen L an eine Stromquelle S angeschlossen. Die Primärwick-Iting
T ist von einer mehrwindigen Sekundärwicklung t umgeben, an die der auswechselbare
Zwischenverteiler z angeschlossen ist. Über diesem erfindungsgemäßen Zwischenverteiler
z wird die Heizspule h gespeist, und durch den jeweiligen Austausch dieses Einsatzstückes
z wird zwängsweise
entweder die benötigte Reihen-, Reihenparallel-
oder Parallelschaltung der Windungen der Heizspuleh herbeigeführt, oder es werden
statt dessen die Windungen der Sekundärwicklungt in geeigneter Weise zwingend zusammengefaßt.
-
Abb. 2 zeigt, in Pfeilrichtung 15 der zugehörigen Aufsicht nach Abb.
3 gesehen, den Verteiler mit angeschlossenen Einzelwindungen der Heizspule,
die dem Erhitzen des zylindrischen Körpers i dienen soll. Die Induktionsheizspule2
besteht aus wassergekühlten Einzelwindungen3, die in ihrem Durchmesser in ihrer
Breite den Anforderungen der gewünschten Behandlung angepaßt sind. Die Einzelwindungen
sind an ihren Enden mit Anschlußstücken 4 versehen, die hohl ausgebildet sind, so
daß sie in Richtung der Pfeile 5 und 6 von einem Kühlmittel durchflossen
werden können. Mittels der Schraubenbolzen 7 werden gleichzeitig die Einzelwindungen
zusammengehalten und mit der Verteilerschiene 8 verbunden. Die Bolzen
7
müssen, beispielsweise mittels Isolationsunterlegscheiben 16, unter den
Muttern isoliert eingesetzt werden, oder es müssen Isolierstoffbolzen zur Anwendung
kommen, Bei dem Beispiel nach Abb. 2 und 3 schaltet der Zwischenverteiler,
der mittels der Schraubenlöcher 12 an den Transformator angeschlossen wird, die
acht Einzelwindungen 3 der Spule in Reihe. Die Induktionsspannung entspricht
somit der Summe der an den Einzelwindungen auftretenden Spannungen. Unter Verwendung
eines Verteilers dieser Art können die verschiedensten Behandlungsarten des Werkstücks
durchgeführt werden. Wenn der zylindrische Körper i eine erheblich größere Länge
aufweist als die Spule, so kann das Erwärmen unter Relativbewegung zwischen Werkstück
und Heizgerät erfolgen. Soll das Werkstück beispielsweise zum Zwecke einer Oberflächenhärtung
nur oberflächlich erhitzt werden, so können die acht Windungen parallel geschaltet
werden, so daß bei hoher Spannung der Stromquelle ein großer Induktorstrom fließt.
Für andere Arten der Erwärmung kann es aber auch zweckmäßig sein, je vier
oder je zwei Windungen der Spule zusammenzufassen, wobei die einzelnen Gruppen
entweder in Reihe oder parallel geschaltet werden. Es ist ferner möglich, die Anzahl
der Windungen verschieden zu wählen, beispielsweise an Stelle der acht Windungen
nur drei oder vier Windungen zu verwenden. An Stelle der dargestellten Windungen
untereinander gleicher lichter Weite kann auch eine Gruppe von Windungen untereinander
verschiedener lichter Weite verwendet werden, um so eine Anpassung der Gesamtanlage
an die Behandlung von Werkstücken verschiedener Größe zu ermöglichen. Die Zwischenschaltung
solcher Verteiler macht es daher möglich, eine gegebene Anlage in umfassender Weise
für das Aufheizen von Werkstücken verschiedenster Form unter größtmöglicherAnpassung
an die elektrischen Konstanten der Stromquelle zu verwenden. In Abb. 4 und
5 ist in Ansicht und Aufsicht ein auswechselbarer Zwischenverteiler dargestellt,
der der Parallelschaltung der gesamten Einzelwindun-,en des Heizleiters dient. Der
Verteiler besteht aus zwei Stromzuführungsschienen 9 und io, die plattenförmig
ausgebildet und durch die Zwischenschicht ii gegeneinander isoliert sind. Die Löcher
12 dienen dem Anschluß an die Stromquelle, die Löcher 13 der Befestigung der Einzelwindungen
des Heizgerätes.
-
In Abb. 6 und 7 ist ein Verteiler in Ansicht und Aufsicht
dargestellt, der dazu dient, einzelne Gruppen der Induktorwindungen zusammenzufassen.
Die rechtsseitig und linksseitig je nebeneinanderliegenden vier Windungen
werden durch die Schienen 9 und io parallel geschaltet. Hierdurch entstehen
zwei Windungen, die durch die gekröpfte und gegen die Schienen 9 und io bei
i i isolierte Schiene 14 in Reihe geschaltet werden. Der Verteiler, der in Abb.
8 und 9 in Ansicht und Aufsicht dargestellt ist, schaltet
je zwei Einzel-"vindungen parallel, die wiederum in Reihe geschaltet werden.
Der Verteiler nach Abb. 9 und io dient der Reihenschaltung der acht Einzelwindungen,
wie sie z. B. bei der Anordnung nach Abb. 2 und 3 verwendet wird.
-
Die erfindungsgemäßen Zwischenverteiler ermöglichen es zwangsweise
auch, einzelne der dargestellten acht Windungen bzw. Windungsgruppen außer Wirkung
zu setzen und so jede beliebige Windungszahl in den verschiedenen Schaltungsarten
zwischen den eins bis acht Windungen herzustellen. An Stelle eines Verteilers, der
die Möglichkeit des Anschlusses von höchstens acht Einzelwindungen vorsieht, kann
man natürlich auch einen solchen für eine größere oder kleinere Höchstzahl (Gesamtzahl)
von Einzelwindungen verwenden.
-
Eine Anordnung, wie sie beispielsweise in den Abb. 2 und
3 dargestellt ist, kann auch der Schaltung der Sekundärwicklung des Zwischentransformators
dienen. Für die Windungen 3, die in den Abb. 2 und 3 die Windungen
der den Induktor bildenden Heizspule darstellen, treten dann sinngemäß die Sekundärwicklungen
des Zwischentransformators. Bei der gleichzeitigen Verwendung sowohl eines Verteilers
für die Heizspulwicklung als auch eines Verteilers für die Sekundärwicklung des
Transformators werden die beiden Verteilerschienen mittels der Schraubenlöcher und
entsprechender Bolzen 12 unmittelbar miteinander verbunden. Es ist auch möglich,
auf den Verteiler für die Heizspule zu verzichten und ausschließlich mit einem Verteiler
für die Sekundärwicklung des Transformators zu arbeiten.
-
Vorrichtungen zum elektro-induktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken,
die gemäß der Erfindung mit auswechselbaren Verteilern ausgerüstet sind, können
zu den verschiedensten Behandlungsarten von Werkstücken verschiedenster Form benutzt
werden, sofern die anzuschließende Heizspule dementsprechend gewählt wird. Es lassen
sich dann unter Benutzung des erfindungsgemäßen, als Zwischenverteiler dienenden
Einsatzstückes alle in
Verbindung mit dem Oberflächenhärten erforderlichen
Erhitzungsarten und sinngemäß auch das Hochfrequenzschweißen durchführen.
-
Da das erfindungsgemäße, den Zwischenverteiler bildende Einsatzstück
in seinen Schienen ein einheitliches Ganzes bildet und somit genügende mechanische
Festigkeit aufweist, ist hierdurch nicht nur Fehlschaltungen vorgebeugt, sondern
gleichzeitig auch die vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, die Heizspule nebst deren
Zubehör durch das Zwischenstück zu tragen und in der richtigen, Lage zu halten.