DE971617C - Vorrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von metallischen Koerpern - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 26. FEBEUAR1959

D 1636 VIIId12ih

(Ges. v. 15. 7. 1951)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum elektro-induktiven Erhitzen von metallischen Körpern. Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt. Sie bestehen in allen Fällen aus einem Induktor, dem ein nieder- oder hochfrequenter Wechselstrom zugeführt wird, und entsprechenden Vorrichtungen, die es gestatten, das Werkstück festzuhalten oder am Induktor vorbeizuführen. Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, Induktoren für das elektrische Erhitzen mit Magnetjochen auszurüsten. Die Magnetjoche, die vorzugsweise aus geschichteten Blechpaketen bestehen, sind über den Heizleitern angeordnet und umfassen diese etwa in der Form eines Bügels. Diese Maßnahme bringt sowohl bei Spulen, die das Werkstück umfassen, als auch bei Leiterschleifen, die sich über der Werkstückoberfläche schließen, eine bemerkenswerte Steigerung des Wirkungsgrades und Verbesserung des cos φ mit sich.

Es hat sich nun herausgestellt, daß unter Ver-Wendung von Magnet j ochen eine überraschend starke weitere Verbesserung des Wirkungsgrades und des cos φ erzielt werden kann, wenn gemäß der Erfindung der Heizinduktor aus zwei oder mehreren das Werkstück umfassenden Spulen aufgebaut wird, wobei nebeneinanderliegende Spulen gegensinnig stromdurchflossen und sämtliche Spulen mit einem gemeinsamen Magnet]och ausge-

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rüstet sind. Die einzelnen Spulen werden entweder in Reihe oder parallel geschaltet.

Die Größe der erzielten Wirkung läßt sich nicht damit erklären, daß durch die Joche die Streuung der Kraftlinien in den freien Raum vermindert wird. Offenbar werden bei nebeneinanderliegenden, gegensinnig stromdurchflossenen Spulen durch das gemeinsame Joch Vorgänge beeinflußt, die sich unmittelbar zwischen Heizleiter und Werkstück bzw. ίο Joch und Werkstück abspielen und die in ihrem Ergebnis zusammen mit der an sich günstigen Wirkung einer das Werkstück umfassenden Spule zu der beobachteten erheblichen Steigerung des Wirkungsgrades und Verbesserung des cos φ

is führen.

Die durch das Erhitzen mit einem Induktor gemäß der Erfindung hervorgerufene Erwärmung im Werkstück ist in dem Sinne eine sehr gleichmäßige, daß die gestreckte Aufheizzone auf ihrer gesamten

so Ausdehnung gleich hohe Temperatur annimmt. Wenn daher ein solcher Induktor zum Erwärmen für die Zwecke des Oberflächenhärtens von Zapfen, Walzen, Nocken, Ringen, Wellen usw. benutzt wird, ergeben sich auch besondere Vorzüge metallurgischer Art. Bisher konnte nämlich beim elektroinduktiven Erhitzen nicht wirksam verhindert werden, daß beim Aufheizen gewisse Gebiete des Werkstückes in der Temperaturannahme voreilten, und da ein Härten der betreffenden Werkstückabschnitte erst dann möglich ist, wenn alle Teile die Härtetemperatur erreicht bzw. überschritten haben, ergaben sich meist Überhitzungen an den besonders bevorzugt beheizten Stellen der zu härtenden Abschnitte. Dies führte nicht nur zu Ungleichmäßigkeiten in der Härte der zu behandelnden Abschnitte, sondern häufig auch zu einer empfindlichen Verminderung der Güte des Stahles, die sich beispielsweise inKornvergröberungen äußerte, welche den Ausgangspunkt für Härterisse u. dgl.

bilden können. Die außerordentlich gleichmäßige Heizwirkung eines Induktors gemäß der Erfindung vermeidet solche Überhitzungen und gewährleistet mithin eine gleichmäßige Härteschicht, die frei von Kornvergröberungen und Härterissen ist.

Beim Aufheizen eines zylindrischen Werkstückes mittels eines Induktors gemäß der Erfindung kann entweder das Werkstück eine axiale Bewegung durchführen, so daß der zu behandelnde Abschnitt des Werkstückes fortschreitend erwärmt wird, oder aber es kann ohne einen solchen axialen Vorschub gearbeitet werden. In allen Fällen erscheint es aber zweckmäßig, das Werkstück während des Aufheizens in Umlauf zu versetzen, weil in der Nähe der Anschlußstellen des Induktors Magnetjoche nicht oder in nicht zureichendem Maße angeordnet werden können, so daß an diesen Stellen mit gewissen Störungen des Kraftlinienverlaufes zu rechnen ist. Diese Störungen werden jedoch ausgeglichen, wenn das praktisch zylindrische Werkstück in Umlauf \^ersetzt wird.

Die Heizwirkung und auch der elektrische Wirkungsgrad, die mit einem Induktor gemäß der Erfindung erzielt werden können, sind in einem gewissen Umfang abhängig von dem gegenseitigen Abstand der gegensinnig stromdurchflossenen Einzelspulen voneinander. Elektrischer Wirkungsgrad und Wärmewirkungsgrad erreichen ein Höchstmaß, wenn der gegenseitige Abstand α der benachbarten Kanten der gegensinnig stromdurchflossenen, das Werkstück umfassenden Spulen in Millimeiern nach folgender Erfahrungsformel bemessen wird:

300 bis 500 ]/ Frequenz

Unter Frequenz wird hierbei die Frequenz des Heizstromes verstanden.

Im nachfolgenden wird an Hand einiger Ausführungsbeispiele für den Induktor die Erfindung näher erläutert.

Abb. ι zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Behandlung eines Paßlagers einer Welle;

Abb. 2 ist ein Teilquerschnitt der Vorrichtung nach Abb. 1;

Abb. 3 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung den Längsschnitt einer Vorrichtung für eine stetig fortschreitende Behandlung der Oberfläche glatter Bolzen, Stangen oder Wellen.

Das Werkstück 1 (Abb. 1) soll mit einer bei 1' schraffiert angedeuteten Härtezone versehen werden. Hierzu wird gemäß der Erfindung ein Heizgerät mit den beiden den zu behandelnden Werkstückabschnitt umfassenden einwindigen Spulen 2' und 2" verwendet, die gegensinnig stromdurchiiossen sind, wie durch die Pfeilenden bzw. Pfeilspitzen angedeutet ist. Diese gegensinnig stromdurchflossenen Einzelspulen sind mit einem gemeinsamen bügeiförmigen Magnetjoch 3 ausgerüstet. Zur Halterung des bügeiförmigen Magnetjoches 3 und der Heizspulen 2' und 2" dient ein aus Isolierstoff hergestellter Haltekörper 4' bzw. 4", der doppelteilig ausgebildet, durch nicht dargestellte Schrauben oder Bolzen zusammengehalten wird. Zur Zuführung des nach erfolgtem Aufheizen zur Einwirkung kommenden Abspritzmittels dient der ringförmige Kammerraum 5.

Der Querschnitt Abb. 2 läßt die Lage der bügelförmigen Jochpakete 3 erkennen. Zwischen je zwei Jochpaketen befindet sich eine Zwischenlage 6, die mit Längskanälen & versehen ist. Durch diese Kanäle wird nach beendetem Aufheizen das aus dem Raum 5 herausströmende Abschreckmittel auf die Werkstückoberfläche gerichtet.

Um eine gleichmäßige Stromverteilung über die Querschnitte der Spulen. 2' und 2" zu erzielen, können diese in bekannter Weise unterteilt werden. Dies empfiehlt sich besonders dann, wenn Einzelspulen Verwendung finden, die in Achsrichtung des zu behandelnden Werkstückes große Breite aufweisen. Zur Erhöhung der Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung in der Werkstückoberfläche 1' können ferner die Einzelspulen 2' und 2" eine geringfügige Schräglage im Magnetjoch 3 einnehmen.

Es empfiehlt sich, das Werkstück während des Aufheizens im Sinne des Pfeiles ii umlaufen zu lassen, um einen Ausgleich für die Störungen herbeizuführen, die in der Nähe der Spulenanschlüsse auftreten. Diese Störungen sind dadurch bedingt, daß in der Nähe der Anschlußstellen die Jochpakete entfallen müssen oder jedenfalls nicht in zureichendem Ausmaß vorgesehen werden können.

In Abb. 3 wird das Werkstück ι während der Behandlung in Richtung des Pfeiles 12 durch das Heizgerät bewegt. Der axiale Vorschub kann auch schraubenförmig erfolgen, indem das Werkstück 1 gleichzeitig in Richtung des Pfeiles 12' gedreht wird. Die gemäß der Erfindung gegensinnig stromdurchflossenen, das Werkstück umfassenden Spulen 2' bis 2"" sind mit dem gemeinsamen Magnetjoch 4 bestückt. Beim Oberflächenhärten wird mittels einer nicht dargestellten Abschreckeinrichtung in Richtung der Pfeile 13 ein Abschreckmittel auf die erhitzte Werkstückoberfläche gespritzt.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Abbildungen dargestellten Anwendungsbeispiele beschränkt. Sie kann vielmehr bei allen Induktorbauarten Anwendung finden, bei denen zwei oder mehrere das Werkstück umfassende Spulen vorgesehen sind.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von metallischen Körpern, bei welcher die Heizleiter mit bügeiförmig oder ähnlich ausgebildeten Magnetjochen versehen sind, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere das Werkstück umfassende, gegensinnig stromdurchflossene, einwindige, reihen- und/oder parallel geschaltete, mit einem gemeinsamen Magnetjoch versehene Spulen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der benachbarten Kanten der das Werkstück umfassenden gegensinnig stromdurchflossenen Spulen dem Wert

a =

300 bis 500
]/ Frequenz
in Millimetern entspricht.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen

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