DE949761C

DE949761C - Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Haerten mittels Hochfrequenz

Info

Publication number: DE949761C
Application number: DEC1888D
Authority: DE
Inventors: Bernard Michel
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1942-09-12
Filing date: 1943-09-14
Publication date: 1956-09-27

Description

Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Härten mittels Hochfrequenz Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum fortlaufenden Härten mittels Hochfrequenz mit selbsttätiger Regelung der Erhitzung eines durch einen Hochfrequenzhärteofen hindurchgeführten Werkstückes.
Sie besteht insbesondere darin, die Stromänderungen in der Primärwicklung des Ofens in Abhängigkeit der Änderungen der Permeabslität und des spezifischen Widerstandes des Eisens, die durch die inneren Strukturänderungen des Stahles während seiner Wärmebehandlung verursacht werden, auszunutzen, um eine selbsttätige Regelung der Härtetemperatur des zu behandelnden Stahlstabes im fortlaufenden Arbeitsgang zu erreichen. Hierbei wird der zu härtende Stab einer Verschiebebewegung unterworfen und bei der Härtetemperatur in den Ofen gebracht, um dann beim Austritt aus dem Ofen plötzlich abgekühlt zu werden.
Die Fig. z zeigt die aus einem Hochfrequenzgenerator (Gen. H. F. Fig. 4) gespeiste Primärwicklung B des Ofens, die aus einer einzigen Windung von der Höhe L besteht. P ist der zu behandelnde Stab, der im Sinne des Pfeiles V bewe@gt wird,. Mit dl ist ein Abschnitt des Stabes bezeichnet, der im Abstand 1 im Innern der Wick- Jung B, von deren Anfang 0 an gerechnet, liegt. Er wird von einem Induktionsstrom i" durchflossen, der einem Strom i in der Primärwicklung entspricht. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß i"=0 für alle außerhalb der Primärwicklung liegenden Punkte ist und daß der Stab sich einen Augenblick in Ruhe befinde. Dann erhitzt sich der Abschnitt dl, und der Verlauf des Primärstromes i in Abhängigkeit der Zeit wird dem Verlauf der in Fig.2 wiedergegebenen Kurve entsprechen, in der AB einer Erhitzung der Oberfläche des Abschnittes dl bis zu einer dem Curi@epunkt entsprechenden Temperatur, der .dem Umwandlungspunkt benachbart ist, bis zum Zeitpunkt t, entspricht, B C D dem Umwandlungsvorgang des Stahles entspricht, DE der Erhitzung des Werkstückes über den Umwandlungspunkt nach dem Zeitpunkt t2 hinaus entspricht.
Die notwendige Erhitzungszeit hängt von der Härtetemperatur ab und liegt durch entsprechende Wahl der Stromstärke sehr nahe bei t2, der Abszisse des Punktes D.
Es sei nun angenommen, daß der Stab durch den Ofen hindurchbewegt werde. Nach der früheren Annahme soll der Stab bei 0 erst kalt eintreten und dann nach und nach erhitzt werden. Er tritt nach der Zeit t2 aus dem Ofen aus, so daß sich bei Annahme einer gleichförmigen Bewegung seine Geschwindigkeit zu L/t. ergibt. In dem dem Abschnitt dl des Stabes entsprechenden Teil der Primärwicklung ändert sich der Strom i mit der jeweiligen Lage dieses Abschnittes, und zwar von dem Wert il beim Eintrittspunkt 0 bis zum Wert i2 für den Abszissenpunkt k (Fig. 3). Die Kurve 2 der Fig.3 zeigt seinen Verlauf in Abhängigkeit von 1.
Der Gesamtstrom in der Primärwicklung beträgt alsdann Dies entspricht der Fläche 0 a b2 C2 d2 h, die dem Rechteck 0 aß h0 flächengleich ist, Wird jetzt die Verschiebegeschwindigkeit kleiner als L/t2, so erhält man für i einen der Kurve r entsprechenden Verlauf, und der Gesamtstrom in der Primärwicklung entspricht der Fläche 0 a b1 C1 dl d2 h, die etwas, größer ist als (i,")2 - L: il > (im)2-L.
In gleicher Weise wird bei zu großer Verschiebegeschwindigkeit des. Stabes P der Verlauf von i durch die Kurve 3 wiedergegeben; der Gesamtstrom in der Primärwicklung entspricht alsdann der Fläche 0 a b3 h: 13 < (im) 2 - L. Man erhält also: il >I2iI3.
Die zuvor beschriebenen Änderungen des Ofenstromes nutzt nun die Erfindung aus, um die Härtetemperatur des Stabes zu regeln, indem die Geschwindigkeit des Stabes während seiner Bewegung im Ofen selbsttätig beeinflußt wird.
Die hierzu erforderliche Vorrichtung und Schaltungsanordnung ist in einem Ausführungsbeispiel in Fig. q. in schematischer Weise dargestellt. Der Strom I in der Primärwicklung B erzeugt an den Klemmen einer mit ihr in Reihe liegenden Impedanz Z eine diesem Strom proportionale Spannung. Diese wird durch einen Gleichrichter V negativ gleichgerichtet und an den Klemmen des durch den Kondensator Cd überbrückten Widerstandes Rd abgenommen. Diese gleichgerichtete Spannung ist proportional der Amplitude von I und an das Gitter der Röhre T gelegt, deren Kathode eine Vorspannung mittels des Potcntiometers Pot erhält. Die Röhre T liegt in Reihe mit der Erregerwicklung eines Nebenschlußmotors M. Dieser' Motor dient dazu, mittels eines Untersetzungsgetriebes Red und gerändelte Räder na die Verschiebung des Arbeitsstückes zu bewerkstelligen. Das Werkstück P wird dabei durch eine Reihe von Führungen g1, g2, g3 usw. geleitet. Beim Austritt aus dem Ofen wird der Stab P zwecks Abschreckung bzw. Härtung mittels der Düsen j, die rings um ihn angeordnet sind, heftig angespritzt. Vor dem Ofenausgang kann ein Schirm e vorgesehen werden, um ein Eindringen des härtenden Strahles der Düse in den Ofen zu verhindern. Die Primärwicklung des Ofens wird zweckmäßig durch umlaufendes Wasser gekühlt.
Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen,: Zunächst sei angenommen, daß die Vorrichtung einreguliert sei, d. h., daß die Gesamtvorspannung der Röhre T (Vorspannung durch Potentiometer -I- Vorspannung proportional I2) derart sei, daß der Motor M bei einer mittleren Umdrehungsgeschwindigkeit den Stab P mit der erforderlichen Geschwindigkeit bewege, um die genaue Härtetemperatur zu erzielen. Die entsprechende Vorspannung der Röhre T soll nahe bei derjenigen liegen, daß der Strom .dem aus der Kurve a b. c2 d2 (Fig. 3) gebildeten Mittelwert entspricht.
Nun ändert sich. die Geschwindigkeit eines Nebenschlußmotors umgekehrt proportional mit dem Erregerstrom; wenn jetzt aus irgendeinem Grunde die Ofenleistung sich verringert oder die Motorgeschwindigkeit sich erhöht, so sinkt die Temperatur des Werkstückes im Ofenausgang, was eine Verringerung von I nach sich zieht und damit eine Verringerung der Vorspannung der Röhre T. Der Erregerstrom des Motors wächst, seine Geschwindigkeit wird geringer und damit auch die des Werkstückes. Dieses erhitzt sich stärker, so daß sich der Vorgang umgekehrt wiederholt. Schließlich regelt sich die Motorgeschwindigkeit selbsttätig in Abhängigkeit der dem Ofen zugeführten Leistung bei geringen Schwankungen derselben, und die Tiefe der auf diese Weise erreichten Härtung ist gleichmäßig.
Das selbsttätige Regelverfahren gemäß der Erfindung ermöglicht die Erzielung einer gleichmäßigen künstlichen Härtung von stangenförmigen Werkstücken beliebiger Form (z. B. Stäben, Eisenbahnschienen usw.) unter Verwendung eine Ofens mittlerer Leistung, indem alle Teile des Werkstückes nacheinander gehärtet werden.
Die praktische Ausführung der Erfindung läßt sehr zahlreiche Abänderungen zu, je nach der Art der zur Durchführung des Erfindungsgedankens verwendeten besonderen Mittel.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zum fortlaufenden Härten mittels Hochfrequenz mit selbsttätiger Regelung der Erhitzung eines durch einen Hochfrequenzhärteofen mit Hilfe eines Fördermotors hindurchgeführten Werkstückes, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Fördermotors für das Werkstück in Abhängigkeit von der mit dem Erhitzungszustand des Werkstückes sich ändernden Stromstärke in der Induktionswicklung (B) des Ofens selbsttätig derart geregelt wird, daß die Härtung zwangläufig bei der optimalen Härtetemperatur erfolgt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch r, bestehend aus einem elektrischen Hochfrequenzhärteofen mit einer Primärwicklung, einem Fördermotor und Führungsmitteln für das Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß der Fördermotor (M) eine Erregerwicklung besitzt, die von einem von einem Röhrenrelais (T) gesteuerten Strom durchflossen wird, wobei die Röhrenvorspannung gleichzeitig durch eine eingestellte feste Spannung sowie eine Gleichspannung gebildet wird, die durch Gleichrichtung einer an den Klemmen einer im Stromkreis der Primärwicklung (B) des Ofens liegenden Impedanz (Z) erhaltenen Gleichspannung erzeugt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 560480.