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Anordnung zum induktiven Erwärmen von Körpern aus Metall Zur Warmbehandlung
von Gegenständen aus Metall, z. B. zum Glühen oder Härten, ist es bekannt, das zu
behandelnde Gut auf induktivem Wege zu erwärmen. Um eine möglichst große spezifische
Leistung auf das Glühgut zu übertragen, sind hierzu sogenannte Glühkonzentratoren
verwendet worden. Diese bestehen aus einer tran.sformatorisch wirkenden Vorrichtung,
welche es gestattet; einen Strombelag der Sekundärseite bestimmter Länge auf einen
Strombelag geringer Länge zu verdichten. Ein solcher Konizentrator besteht beispielsweise
aus einer Primärwicklung und aus einem einen geschlitzten Zylinder und eine geschlitzte
Scheibe enthaltenden Sekundärteil, wobei in die Öffnung -der Scheibe das zu behandelnde
Gut eingesetzt wird. Die- Primärwicklung induziert in dem Zylinder einen Strom,
der sich längs der Öffnung der Scheibe schließt und auf induktivem Wege !das Glühgut
erwärmt. In den Fig. r und 2 ist ein, solcher Konzentrator dargestellt. Die Primärwicklung
ist mit r bezeichnet, der geschlitzte Zylinder mit 2 und die geschlitzte Scheibe
mit 3. q, ist das zu behandelnde Gut. Aus Fig. 2 ist durch. Pfeile ersichtlich,
wie der Strom in dem Sekundärteil verläuft. Er fließt längs dies Umfanges des Zylinders,
tritt dann auf der einen Seite des Schlitzes in die Scheibe über, fließt am inneren
Umfang der Scheibe entlang und tritt auf der anderen Seite des Schlitzes wieder
in den Zylinder ein. Dadurch, daß der am äußeren Umfang des Zylinders auftretende
Strombelag auf die kleine Höhe der inneren Scheibe verdichtet wird, tritt ein sehr
großer Strom in der Scheibe auf, welcher eine starke Erwärmung des Glühgutes hervorruft.
Soll
beispielsweise der Konzentrator zum Härten, beispielsweise der Oberfläche einer
Welle, dienen, so wird diese zunächst auf die Härtetemperatur erwärmt und dann abgeschreckt.
Die Frequenz der Ströme, welche die Primärwicklung erregt, kann verschieden sein,
z. B. niederfrequent, mittel- oder hochfrequent.
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Um die Wirkung der Verdichtung des Strombelages des Konzentrators
zu steigern, wird erfindungsgemäß die Induktion am Rande des Glühgutes erhöht. Ein
Mittel hierzu besteht erfindungsgemäß darin., d'aß man den Nutzfluß, der die Erwärmung
des Gutes zustande bringt, dadurch vergrößert, daß man für diesen Nutzfluß einen
magnetischen Rückschlußweg in der Weise. vorsieht, daß zwei oder mehrere Blechpakete,
mit ihren Enden in Richtung des Nutzflusses nahe und zu beiden Seiten der Erwärmungsstelle
des Gutes angebracht, den Nutzfluß .aufnehmen und ihn um- den äußeren Umfang der
Primärwicklung lenken. Unter Nutzfluß ist dabei der Fluß zu verstehen, der durch
das Glühgut hindurchtritt. Ein zusätzliches Mittel, das gleichzeitig mit dem ersten
angewendet wird, besteht darin, daß für den Hauptfluß, der die Primärwicklung und
den Strombelag im Zylinder 2 verkettet, ebenfalls ein magnetischer Rückschluß vorgesehen
wird. Man- erreicht durch diesen Rüc@cschlußweg, .daß die primären und sekundären
Amperewindungen ungefähr gleich groß werden, was wiederum zur Folge hat, daß der
Strom in dem. Teil des Konzentrators, welcher die Erwärmung des Glühgutes bewirkt,
ebenfalls relativ groß wird. Als magnetischen Rückschlußweg für den Nutzfluß kann
man bei rotationssymmetrischen Kon:zentratoren beispielsweise vier sternförmig angeordnete
Blechpakete vorsehen, während der magnetische Rü.ckschlußweg des Hauptflusses aus
Eisenband gewickelt werden kann, das am Umfang mindestens an einer Stelle aufgeschlitzt
ist, damit sich keine Kurzschlußwindung bilden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen die Fig. 3 und folgende.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein Ausführungsbeispiel im Aufriß und Grundriß
derart dargestellt, daß die Fi.g. 3 einen Schnitt -nach der Linie III-III der Fig.4
zeigt, um Einzelheiten der Ausführung besser zeigen zu können. Der Konzentrator
besteht wieder aus der Primärwicklung i, dem geschlitzten Zylinder 2 und der geschlitzten
Scheibe 3, in deren Öffnung das zu behandelnde Gut, z. B. die Welle 4, eingesetzt
ist. Zur Verstärkung des Nutzflusses sind vier Blechpakete 5 vorgesehen, die einen
Stern bilden und so ausgebildet sind, daß sich für den Nutzfluß ein möglichst geschlossener
magnetischer Pfad bildet. Der Verlauf des Nutzflusses .ist durch eine gestrichelte
Linie dargestellt.
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Um auch für den Hauptfluß einen magnetischen Rückschluß zu schaffen,
sind Eisenbänder vorgesehen.. Diese bestehen aus lauter einzelnen geschlitzten Zylindern
6. Man kann aber auch jeden .dieser einzelnen Zylinder durch achsparallele Schlitze
wieder in einzelne Tbile unterteilen. Der Hauptfluß ist in Fig. 3 strichpunktiert
dargestellt. Durch den Eisenschluß für den Hauptfluß wird erreicht, daß der primäre
Strombelag und der auf dem Zylinder 2 auftretende sekundäre Strombelag möglichst
eng gekoppelt sind, so d'aß die sekundären Amperewindungen ungefähr gleich den primären
werden. Das bedeutet wiederum, daß der Strom am Innenrand der Scheibe möglichst
groß wird. Dadurch wird der Nutzfluß vergrößert, der weiter dadurch erhöht wird,
daß auch für diesen ein magnetischer Rückschluß vorgesehen ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 5 und 6; Fig. 5 ist
ein Schnitt nach Linie V-V der Fig.6, und Fig.6 ist ein- Schnitt nach Linie VI-VI
der Fig. 5. Hier besteht der Konzenti#ator wieder aus einer Primärwicklung i, die
wassergekühlt ist, und einem Sekundärteil, der aus einem äußeren Zylinder 2 und
einem inneren Zylinder 7 besteht, in welchem das Glühgut 4 eingesetzt ist. Beide
Zylinder sind .durch einen Kegelmantel 8 und zwei trapezförmige Abschlußscheiben
-9 miteinander verbunden. Der Strom in dem äußeren Zylinder, der durch Induktion
von der Primärwicklung in diesem induziert wird, schließt sidh über die trapezförmigen
Abschlußscheiben und den inneren Zylinder des Konzentrators. Zur Verstärkung des
Nutzflusses im Glühgut, der durch gestrichelte Linien dargestellt ist, ist wieder
durch vier Blechpakete 5 ein. Eisenrückschlußweg vorgesehen. Der gemeinsame Fluß
(Hauptfluß), dessen Verlauf strichpunktiert dargestellt ist, hat ebenfalls einen
nahezu geschlossenen Eisenweg, indem zwischen dem äußeren und inneren Zylinder Teilzylinder
i i aus Eisen eingesetzt sind. Statt dieser Teilzylinder können jedoch auch, wie
beider Anordnung nach. Fig. 3 und 4, wieder geschlitzte ganze Zylinder vorgesehen
werden. Um den inneren Teil des' Konzentrators gut kühlen zu können; ist im Ausführungsbeispiel
noch ein weiterer Zylinder 12 vorgesehen, der mit dem inneren Zylinder zusammen
einen Kühlwasserbehälter bildet, in welchem Kühlwasser an geeigneter Stelle eingeleitet
und: wieder herausgeführt wird.
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Der aus den Teilzylindern i r bestehende Rückschlußweg für den Hauptfluß
kann, wie in Fig. 5 dargestellt ist, einen Luftspalt gegenüber den Blechpaketen
5 besitzen. Die Teilzylinder z i können aber auch durch die Wandung des Kegelmantels
& hindurch bis- zur Berührung mit .den Blechpaketen 5 hindurchgeführt- werden,
-wie es in Fig. 7 und 8 gezeigt ist. Auch wenn statt der Teilzylinder ii geschlitzte
ganze Zylinder wie nach Fig. 4 vorgesehen werden, können diese nach Fig. 7 bis zur
Berührung mit den Blechpaketen 5 gebracht werden; allerdings hängen dann; die Zylinder
2 und 7 nur noch .durch die trapezförmigen Abschlußstücke 9 miteinander zusammen.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen die Fig. 9 und io. Hier besteht
oder Konzentrator aus drei im Querschnitt T-förmigen geschlitzten Mittelstücken
2o und zwei daran angrenzenden, im Querschnitt L-förmigen Stücken 21. In den so
gebildeten Zwischenräumen ist die wassergekühlte Primärwicklung 23 untergebracht.
Die Breite b wird
dabei gleich der doppelten Eindringtiefe der Ströme
gewählt, während die Breite bi gleich der einfachen. Eindringtiefe .gewählt wird.
Die Eindringtiefe ist von den Materialwerten und der Frequenz abhängig und kann
in bekannter Weise errechnet werden. Bei der Anordnung nach Fig. 9 ist die axiale
Länge des Konzentrators am äußeren Umfang genau so groß wie an dem dem Glühgut zugewandten
Teil, so daß durch Fortsetzung des gleichen Aufbaues in axialer Richtung beliebig
große Längen des Glühgutes aufgeheizt werden können.
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Für den Rückschluß des Nutzflusses sind wieder vier sternförmig angeordnete
Eisenblechpakete 5 vorgesehen, für den Rückschluß des Hauptflusses, also des .die
Primärwicklung und den in den L- und T-förmigen Stücken induzierten Strom verketten.-den
Flusses, sind wieder Eisenbänder eingelegt, die entweder aus einzelnen geschlitzten
Zylindern bestehen können oder, wie im Ausführungsbeispiel angenommen, aus vier
Teilzylindern ii. Diese nehmen, wie in der Fig. 9 dargestellt ist, lediglich den.
Raum zwischen den L- und T-förmigen Stücken ein; sie können aber auch durch
die L- und T-förm;igen Stücke hindurchtreten, ähnlich wie in Fig. 7 die Teilzylinder
i z durch den Kegelmantel g hindurchtreten, so daß wiederum für den Hauptfluß kein
Luftspalt entsteht. Der Verlauf des Nutzflusses ist auch hier gestrichelt und der
des Hauptflusses strichpunktiert eingezeichnet.