DE970000C - Vorrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von Werkstuecken - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 7. AUGUST 1958

(Ges. v. 15. 7.1951)

Es sind schon Vorrichtungein zürn elektro-indukErhitzen von Werkstücken vorgeschlagen worden, die in der Form von Zylindern, oder ähnlichen Rotationskörpern, wie beispielsweise Kurbelwellenzapfen, vorliegen, wobei die Vorrichtung insbesondere dem Oberflächenerhitzen dienen soll, das, verbunden mit einem nachfolgenden Abschrecken, zum Zwecke des Härtens durchgeführt wird. Für diesen Zweck sind insbesondere auch Leiterscbleifen verwendet worden, wobei das Werkstück in Umlauf versetzt wird.

Eine derartige Vorrichtung hat sich beim Erwärmen von Rotationskörpern der verschiedensten Art bewährt, und zwar besonders dort, wo es sich darum handelt, das Werkstück auf dem gesamten Umfang des Abschnittes, auf dem die Heizeinrichtung einwirkt, gleichmäßig zu erwärmen. In der Praxis ergeben sieb aber vielfach Fälle, in denen eine ungleichmäßige Verteilung der Temperaturhöhe gewünscht wird; so kann beispielsweise die Aufgabe gestellt sein, gewisse Stellen des Umfanges von der Erwärmung auszunehmen oder an einigen Stellen eine erhöhte Temperatur zu erhalten, und ferner noch, die Forderung gestellt sein, die Temperatorerhöhung verschieden tief in. das Werkstück eindringen, zu lassen. Wenn der Zweck des Erwärmens hierbei, ein Oberflächenhärten ist, so bedeutet diese Forderung, daß die Werkstücke nur teilweise gehärtet, mit verschiedenen Härtegraden bzw. mit verschiedener Härtetiefe versehen

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werden sollen. Solche Forderungen treten beispielsweise auf bei Nockenwellen, bei denen nur die Nockenfläche und nicht der Tail des Nockens gehärtet werden soll, der in der Mantellinie der eigentlichen Weille verläuft. Auch bei Schwingarmen., Schalthebeln! und ähnlichen Maschinenteilen werden Forderungen dieser oder ähnlicher Art gestellt. Eine vielfach auftretende Aufgabe besteht ferner darin, sogenannte Halbwelten mit einer ίο Oberflächenhärtung zu versehen. Diese Halbwellen entstehen gewissermaßen durch ein Auf trennen einer zylindrischen Welle durch einen Längsschnitt in Achsrichtung, der aber nicht immer durch die Achse selbst verläuft. Weder die tatsächlichen HaIbwellen noch diejenigen, die in Wirklichkeit nicht eine vollkommene Halbwelle darstellen, lassen sich befriedigend mit einer Vorrichtung¹ gemäß einem früheren Vorschlag behandeln, bei der ein Schleifeninduktor mechanisch bzw. hydraulisch und nadhgiebig im Kopplungsabstand an die Oberfläche des während des Aufheizens mehrmals- umlaufenden Laigerzapfens angedrückt wird und dessen sämtliche Äste auf die Zapfenoberfläche einwirken, wobei die in Achsrichtung des Zapfens verlaufenden Äste eine der Breite des zu behandelnden Zapfens entsprechende Länge aufweisen und die in Umfangsrichtung liegenden Äste den zu behandelnden Zapfen höchstens zur Hälfte umfassen. Bei wahren HalbweHen können zwei Einzelteile mit den ebenen Flächen aufeinandergepreßt werden, um dann gemeinsam behandelt zu werden. Es zeigt sieb, daß die induzierten. Ströme an der Tnennstelle gewissen Störungen unterworfen sind, die zu, einem unerwünschten Verlauf der Härteschichten Veranlassung geben. Bei- der Behandlung einer einzigen HaIbwelle ist in dieser Beziehung mit noch größeren Störungen zu rechnen.

Diese Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt. Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der vorstehend bezeichneten Art mit einem Schleifeninduktor zum elektro-induktiven Erhitzen von Lagersitellen an Kurbelwellen mit nachfolgendem Abschrecken zum Zwecke des Oberflächenhärtens und besteht darin, daß in den Steuerkreis des Stromerzeugers ein Regelglied eingeschaltet ist, dessen Wirk- oder Blindwiderstand sich entsprechend dem Erhitzungsprogramm synchron mit dem Umlauf des Werkstückes ändert.

Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß eine B-eeinflussung der Temperaturverteilung in Umfangsrichitung der Mantelfläche möglidh ist, wenn die Leistung dieser Erzeuger periodisch geändert wird. Wenn beispielsweise beim jeweiligen Hindurchgang einer bestimmten Stelle des Werk-Stückes unter der Heizleiterschleife die Leistung auf den Nullwert gemindert wird, so· tritt trotz des ständigen Umlaufes des Werkstückes· an dieser Stelle eine nennenswerte Erwärmung nicht ein. Setzt man dementsprechend die Leistung periodisch nicht auf den Nullwert, sondern auf irgendeinen Zwischenwert herab, so findet eine Erwärmung im verringerten Maße statt, so daß eine Beeinflussung der Temperaturverteilung im weitesten Maße möglich ist. Um diese Änderung in der Leistungszufuhr zur Heizeinrichtung im gewünschten Sinne zu beeinflussen, wird gemäß d«r Erfindung vorgeschlagen, ein Regelglied in den Steuerkreis des Stromerzeugers einzuschalten. Diesem Regelglied wird man vorzugsweise die Form eines scheibenförmigen Wilderstandes zu geben haben, der mit einem Schleifkontakt ausgerüstet ist. Der Wirkoder Blindwiderstand dieses Regelgliedes wird veränderlich gestaltet, und zwar derart, daß die Änderung entsprechend einem Erhitzungsprogramm synchron mit dem Umlauf des Werkstückes erfolgt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der Schleifkontaktarm mechanisch oder elektrisch mit dem umlaufenden Werkstück so gekuppelt, daß er mit diesem synchron umläuft. Unter dem Erhitzungsprogramm ist in diesem Sinne die Temperaturver- teilung zu verstehen, die in dem betreffenden Werkstück in Umfangsrichtung der Mantelfläche gewünscht wird. Der Ohmsche Widerstand des Regelgliedes kann linear oder logarithmisch gewickelt sein, es kann aber auch eine andere Charakteristik durch entsprechende Wicklung erzeugt werden. Die einzelnen Widerstandswerte auf dem Regelglied entsprechen bestimmten¹ Temperaturhöhen bzw. Eindringtiefen im Werkstück. Bei der Benutzung eines regeilungsträgen Stromerzeugers, wie z. B. eines umlaufenden Generators, ist lediglich dafür zu sorgen, daß der Kontaktarm während seines mit dem Werkstück synchronen Umlaufes eine gewisse Voreilung zeigt, um die sogenannte Nachregelungszeit des Hochfrequenzstromerzeuigers auszugleichen.

Die Vorrichtung kann audh verwendet werden, wenn bei geringerer Breite der Schleife ein Vorschub der Heizeinrichtung in Achsrichtung des. Werkstückes bei gleichzeitigem Werkstückumlauf erfolgt. Auch bei Anordnungen, bei welchen die Heizvorrichtung in Richtung der Achse des Werkstückes an diesem ständig bin*- und herbewegt wird, während das Werkstück umläuft, ist die Verwendung der Vorrichtung in gleicher Weise möglich.

In der Zeichnung ist schematisch eine Vorrichtang gemäß der Erfindung beispeilswetise dargestellt, an Hand der die Wirkungsweise näher erläutert wird. An den Generator 1 mit der Erregerwicklung 2 ist die Leiterschleife 4 angeschlossen, mit der das Werkstück 3 erwärmt werden soll. Das zwischen den Spitzen 5 gelagerte Werkstück 3 läuft während des gesamten Erhitzungsvorganges mehrmals um. Die angenommene UmI auf richtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Zeichnung ist rechtsseitig' das Regelglied dargestellt. Es besteht aus einer Scheibe 9 mit Wiiderstandswicklung, auf dem ein Kontaktarm 7 schleift. Dieser Kontaktarm läuft im Sinne des eingezeichneten Pfeiles synchron mit dem Werkstück um. Zu diesem Zweck kann der Kontaktarm auf einer Welle angebracht sein, die über eine elektrisch isolierende Kupplung mit der Welle unmittelbar verbunden ist, die den Mitnehmer für den Werkstückumlauf betätigt. Das Regelglied kann aber auch beispielsweise von einem Motor angetrieben werden, der synchron zu dem Antriebsmotor für den Mitnehmer geschaltet ist.

Das Regelglied ist in die Zuleitung¹ zur Erregerwicklung 2 bei- io eingeschaltet, und zwar derart, daß die eine Klemme an die ruhende Widerstandsscheibe geführt ist, während eine Klemme als'Bürste auf der Welle des Kontaktarmes schleift.. Befindet sich beispielsweise der Kontaktarm an der Stelle 8, so ist der Widerstand des Regelgliedes gleich Null. Wenn sich der Kontaktarm his zum Punkt 9 bewegt hat, ist bei entsprechender Wicklung der

to Widerstand auf einen Höchstwert angewachsen. In den Zwischenstellungen ändert sich der Widerstands wert gemäß der Kennlinie des Regelgliedes. Durch die Einschaltung des Reglers mit veränderlichem Widerstand in den Steuerkreiis des Hochfrequenzerzeugers bei 10 wird die Leistung synchron mit dem Umlauf des Werkstückes verändert. Es braucht nunmehr nur noch in Anpassung an die gewünschte Temperaturverteilung im Werkstück eine geeignete Wicklung für das Regelglied gewählt zu werden, wobei je nach den Erfordernissen lineare, logarithmische oder Widerstände mit sonstiger Charakteristik benutzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe des synchron mit dem Werkstück umlaufenden Kontaktarmes ein bestimmtes Erhitzungsprogramm ■ ablaufen zui lassen.

Bei einem umlaufenden 'Maschinengenerator ist es erforderlich, dem Kontaktarm bei seinem Umlauf einen gewissen Winkel der Voreilung zu erteilen, was beispielsweise im dargestellten Beispiel mit Hilfe der Kupplung 11 geschehen kann, um die Nachregelungszeit auszugleichen, die durch die Eigencharakteristik des Stromerzeugers bedingt ist.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist nicht nur anwendbar in Verbindung mit umlaufenden Generatoren, sie kann auch dort Verwendung finden, wo zur Erzeugung der Leistung Röhren, Stromrichter oder Funkenstreckengeneratoren¹ benutzt werden. Die Steuerung von Röhrengeneratoren kann beispielsweise so erfolgen, daß im Gitterkreis der Röhren die synchrone Änderung eines Blindwiderstandes' zur Leistungsregelung verwendet wird. Der veränderliche Blindwiderstand kann durch einen synchron umlaufenden Eisenkern in einer Spule an Stelle des Regelwiderstandes 6 dargestellt werden. Auch durch Kondensatoren, die nacheinander zu- oder abgeschaltet werden, ist eine Beeinflussung im Gitterkreiis der Röhre möglich. Bei der Verwendung von Funkenstreckengeneratoren kann auf gleiche Weise eine Steuerung der Spannungshöhe im Funkenstreckenkreis oder durch Induktivitäten im Schwingkreis erfolgen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung eignet sich nicht nur dazu, ein bestimmtes Erhitzungsprogramm im Werkstück zu gewährleisten, son- dem auch dazu, Störungen, die für eine normale und gleichmäßige Erhitzung durch angrenzende und unsymmetrische Massen hervorgerufen wurden, zu ■verhindern. So kann beispielsweise die Masse von Kurbelarmen, die einen Kurbelzapfen begrenzen, zu unterschiedlicher Leistungsaufnahme in der Heizeinrichtung führen. Dieser unterschiedlichen Ijeistungsaufnahme kann durch Verwendung eines Reglers gemäß der Erfindung entgegengewirkt werden.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von Lagerstellen an Kurbelwellen mit nachfolgendem Abschrecken zum Zwecke des Ober- _v flächenhärtens, bestehend aus einem Schleifeninduktor, der mechanisch bzw. hydraulisch und nachgiebig im Kopplungsabstand an die Oberfläche des während des Aufheizens mehrmals umlaufenden Lagerzapfens angedrückt wird und dessen sämtliche Äste auf die Zapfenoberfläche einwirken, wobei die in Achsrichtung des Zapfens verlaufenden Äste eine der Breite des zu behandelnden Zapfens entsprechende Länge aufweisen und die in Umfangsrichtung liegenden Äste den zu behandelnden Zapfen höchstens zur Hälfte umfassen, gekennzeichnet durch ein in den Steuerkreis des Stromerzeugers eingeschaltetes Regelglied, dessen Wirk- oder Blindwiderstand sich entsprechend dem Erhiitzungsprogramm synchron mit dem Umlauf deisWerkstückes ändert.

   In Betracht gezogene Druckschriften:

   Britische Patentschrift Nr. 485 651;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 164 310, 2024906, 2202759;

   Buch von Wologdin: »Oberflächenbehandlung nach dem Induktionsverfahren«, Moskau/Leningrad 1939, S. 148 bis 155, 157/158, 203/204;

   Russische Zeitschrift »Mitteilung der Metallindustrie«, 1940, Nr. 8, 9, Aufsatz von Lo si η ski.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809 585/57 7.58