DE973915C - Einrichtung zum induktiven Erhitzen durch hochfrequenten Wechselstrom, insbesondere zum Oberflaechenhaerten durch anschliessendes Abschrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum induktiven Erhitzen durch hochfrequenten Wechselstrom, insbesondere zum Oberflächenhärten durch anschließendes Abschrecken, und bezweckt eine Verbesserung des Induktors nach dem Patent 904 448. Der Induktor nach diesem früheren Vorschlag des vorgenannten Patentes weist einen dünnwandigen blech- oder plattenförmigen Teil aus einem elektrisch gut leitenden Stoff auf, der dem zu erhitzenden Werkstückteil zugekehrt und unmittelbar benachbart ist,

während der übrige Teil des Induktors aus einem Isolierstoff besteht.

Es hat sich nun gezeigt, daß auch bei einer Ausbildung des Induktors nach dem früheren Vorschlag bei bestimmten Werkstücken, z. B. bei Werkstücken, die neben der zu behandelnden Oberfläche seitliche, quer zu dieser Fläche liegende Teile aufweisen, wie beispielsweise die Kurbelarme neben dem Lager- und Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, die Erhitzung nicht bis dicht heran an die seitlichen Vorsprünge geführt

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werden kann, dafür aber sogar bei geringem Luftspalt zwischen dem leitenden Induktorteil und dem Werkstück eine Erwärmung der seitlichen Vorsprünge erfolgt. Diese unerwünschte Erwärmung der benachbarten Werkstückteile bedingt aber eine Verringerung der Erhitzung an der zu behandelnden Oberfläche, insbesondere aber eine Verringerung der Erhitzung an den Enden des zu erhitzenden Werkstückteils, d. h. in den Ecken zwischen der zu härtenden Oberfläche und ίο den seitlichen Vorsprüngen.

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der unerwünschten Erhitzung der benachbarten Werkstückteile, beispielsweise der seitlichen Vorsprünge, die auf die Streuung von dem induzierenden Induktorteil zurückzuführen ist, und löst diese Aufgabe dadurch, daß bei Induktoren der vorgenannten Art eine Abschirmung aus gut stromleitendem unmagnetischem Werkstoff elektrisch isoliert vom Induktor und vom Werkstück vorgesehen ist.

In Ausgestaltung der Erfindung kann diese Abschirmung entweder nur an den seitlichen Vorsprüngen des Werkstückes vorgesehen sein, die gegen Erhitzung geschützt werden sollen, sie kann aber auch den Induktor von außen mantelförmig umgeben. Die relative Lage zwischen Abschirmung und leitendem Induktorteil wird dabei so gewählt, daß zwischen den seitlichen Rändern der Abschirmung und den Außenrändern des leitenden Induktorteils nur ein enger Luftspalt als Kraftlinienweg offen bleibt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß bei einem mehrteiligen Induktor, wie er beispielsweise zur Aufnahme von Kurbelwellenzapfen sein muß, um zum Einbringen des Werkstückes geöffnet werden zu können, die Abschirmung zwischen den einzelnen leitenden Induktorteilen mit diesen in Reihe geschaltet ist. Das hat den Vorteil, daß zwischen den Einzelteilen des Induktors keine leitenden Kontakte erforderlich sind. Statt dessen bleiben die leitenden Induktorteile voneinander durch einen Luftspalt oder durch eine dünne Isolierschicht getrennt. Bei dieser Bauart werden die sonst bei leitenden Kontakten zwischen den Einzelinduktorteilen erforderlichen Klammern zur Herstellung eines guten Kontaktes überflüssig.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind nachfolgend beschrieben.

Die Zeichnung veranschaulicht einige Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Fig. ι zeigt im Schnitt und teilweise in Ansicht den erfindungsgemäßen Induktor zum Oberflächenhärten eines Kurbelwellenzapfens,

Fig. 2 eine andere Ausführung der erfindungsgemäßen Abschirmung dazu;

Fig. 3 zeigt die Ecke zwischen einem Kurbelwellenzapfen und dem Kurbelarm mit einem Teil des Induktors und der Abschirmung,

Fig. 4 desgleichen in anderer Ausführung; Fig. 5 zeigt die Schaltung des leitenden Induktorteils mit der Abschirmung;

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführung der Trennfugen zwischen zwei Induktorteilen.

In Fig. ι ist 1 ein Kurbelwellenzapfen, der an der Oberfläche durch induktives Erhitzen und anschließendes Abschrecken gehärtet werden soll, 2 sind die zu beiden Seiten des Zapfens befindlichen Kurbelarme. Der Induktor besteht aus einem leitenden Teil 3, der von einem Isolierstoffgehäuse 4 umgeben ist, wobei der Hohlraum 5 zum Zuführen des Abschreckmittels dient, welches durch Spritzöffnungen 6 nach erfolgtem Erhitzen gegen das Werkstück gespritzt wird und die Härtung bewirkt. Der leitende Induktorteil 3 ist an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossen. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Induktor 3 nur eine einzige, das Werkstück umfassende Windung. Es können natürlich auch Induktoren mit mehreren das Werkstück umfassenden Windungen vorgesehen sein, falls die Gestalt des Werkstückes es zuläßt. Bei Werkstücken mit seitlichen Vorsprüngen, wie bei Kurbelwellen, ist ein einwindiger Induktor vorteilhafter, da er zur Aufnahme des Werk-Stückes zwei- oder mehrteilig sein muß, um aufgeklappt werden zu können.

Bei Verwendung eines Heizleiters 3 entsteht an dem Zapfen eine gehärtete Zone, 7, die an den Ecken des Heizleiters 3 ausläuft und somit nicht bis in die Ecken 8 zwischen Zapfen und Kurbelarm reicht. Dagegen entsteht infolge der Streuung des Heizleiters 3 eine Erwärmung der Kurbelarme 2 an den Stellen 9. Um dies zu verhüten, ist eine Abschirmung in Gestalt von seitlich vom Induktor an dem Kurbelarm angeordneten Platten 10 vorgesehen, die aus einem gut leitenden unmagnetischen Stoff hergestellt sind, beispielsweise aus Kupfer. Die Platten sind sowohl gegenüber dem Induktor als auch gegenüber dem Werkstück isoliert angeordnet. Eine Erhitzung der Kurbelarme kann jetzt nicht mehr erfolgen, weil durch den Stromfluß im Heizleiter 3 ein Gegenstrom in den Abschirmplatten 10 hervorgerufen wird. Die Kopplung zwischen den Strömen in 3 und 10 ist aber so groß, daß der Stromfluß in den Platten 10 praktisch nur an der dem Heizleiter 3 zugekehrten Seite erfolgt, so daß er von sich aus nicht in der Lage ist, die Kurbelarme 2 zu erwärmen. Die von den Teilen 3 und 10 herrührenden Kraftlinien verstärken sich gegenseitig und treten in erhöhtem Maße in dem Luftspalt 11 zwischen dem Heizleiter 3 und den Platten 10 aus.

Nach Fig. 2 wird die Wirkung der Abschirmung dadurch verbessert, daß die Platten 10 zu beiden Seiten des Induktors durch einzelne Stege oder sogar ein geschlossenes Blech 12 miteinander verbunden sind. Hierdurch wird erreicht, daß praktisch der gesamte Fluß das Werkstück durchsetzen muß, dann durch den Luftspalt 11 geht und sich um den Induktor herum schließt.

Die Abschirmplatten 10 nach Fig. 1 und die mantelförmige Abschirmung 10, 12 nach Fig. 2 können an dem Isolierstoffgehäuse des Induktors befestigt sein, wobei lediglich zwischen den Außenrändern des Induktors und der Abschirmung ein Spalt als Weg für die Kraftlinien frei bleibt. Die Abschirmung kann auch in Gestalt einer dünnen Metallauflage auf das Isolierstoffgehäuse aufgetragen werden.

Um das Erhitzen des Zapfens bis in die Ecke zum Kurbelarm hinein zu erreichen, kann nach Fig. 3 der Heizleiter 13 am Rand zugespitzt sein, ebenso wie die Abschirmplatte 14.

Nach Fig. 4 erhält der Heizleiter 15 am Rand eine Verdickung, die nach der Hohlkehle zu zugespitzt ist, um mit Sicherheit eine Erhitzung bis in die Hohlkehle hinein zu bewirken. Die Abschirmung besteht hier aus einem den Induktor von außen allseitig umfassenden Mantel 16, der eine dach- oder bogenförmige Gestalt haben kann. Die schräge Lage der Abschirmungsränder 17 zu dem Kurbelarm 2 trägt in erhöhtem Maße zum Schutz der Kurbelarme vor unerwünschtem Erwärmen bei. Dabei ist zu beachten, daß die geometrische Ausbildung von Induktor und Abschirmung abhängig ist von der Frequenz des verwendeten Wechselstromes.

Bei der Behandlung von Werkstücken mit seitlichen Vorsprüngen, wie Kurbelwellenzapfen, muß der Induktor zweiteilig sein, um das Werkstück einlegen zu können. Beim Schließen des Induktors um das Werkstück herum muß der elektrische Kontakt an den sich berührenden Stellen der beiden Induktorhälften sehr gut sein, was dazu führt, daß die beiden Induktorhälften mittels einer Klammer mit hohem Druck zusammengedrückt werden müssen. Dieses Zusammendrücken kann vermieden werden, wenn nach Fig. 5 die beiden Induktorhälften mit der Abschirmung derart in Reihe geschaltet sind, daß die Abschirmung zwischen die beiden Induktorhälften gelegt ist. Die beiden Induktorhälften 18 und 19 sind mit je einem Ende an die Hochfrequenzstromquelle 20 angeschlossen, während die beiden anderen Enden 21, 22 durch die Abschirmung 23 leitend verbunden sind. Die Abschirmung besteht dabei auch aus zwei Hälften, diedurch ein Gelenk 24 verbunden sind. Die beiden Induktorhälften brauchen nunmehr nicht zusammengedrückt zu werden. Statt der bisherigen Kontakte können beide Induktorhälften an den sich berührenden Enden durch dünne Isolierschichten voneinander getrennt sein. Dadurch wird erreicht, daß eine nachteilige Wirkung auf das Oberflächenhärten des Werkstückes nicht entsteht. Die eingezeichneten Pfeile zeigen die Stromrichtung während eines Zeitpunktes. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Induktorhälften mit der Abschirmung in Reihe geschaltet. An Stelle der Reihenschaltung kann auch die Parallelschaltung beider Induktorhälften und der als Stromrückführung dienenden Abschirmung angewandt werden.

Sind die Spalte zwischen den beiden Induktorhälften aus irgendeinem Grunde etwas größer bemessen, so kann die nachteilige Wirkung auf das Härten des Werkstückes dadurch vermieden werden, daß die Trennfuge in der Längsrichtung parallel zur Werkstückachse nicht geradlinig verläuft, sondern, wie in Fig. 6 dargestellt, in einer gebrochenen, beispielsweise gezahnten Linie 25. Dieser gebrochene Verlauf der Trennfuge 25 zwischen den beiden Induktorhälften 18 und 19 hat zur Folge, daß durch Wärmeleitung die Werkstückfläche gegenüber der Trennfuge gleichmäßig erhitzt wird.

Eine gleichmäßige Erwärmung gegenüber der Trennfuge kann auch noch dadurch erzielt werden, daß zwischen Werkstück und Induktor eine Drehoder Pendelbewegung durchgeführt wird.

Claims (8)

Patentansprüche: g

1. Einrichtung zum induktiven Erhitzen durch hochfrequenten Wechselstrom, insbesondere zum Oberflächenhärten durch anschließendes Abschrecken, mit einem Induktor, der einen aus einem elektrisch gut leitendem Stoff bestehenden dünnwandigen blech- oder plattenförmigen Teil aufweist, der dem zu erhitzenden Werkstückteil zugekehrt und unmittelbar benachbart ist, während der übrige Teil des Induktors aus Isolierstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung aus gut stromleitendem unmagnetischem Werkstoff, die vom Induktor und vom Werkstück elektrisch isoliert ist, vorgesehen ist zum Schutz von Werkstückteilen, die der zu erhitzenden Werk-Stückoberfläche benachbart sind, vor unerwünschtem Erhitzen infolge Streuung vom induzierenden Induktorteil.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung am Isolierstoffgehäuse des Induktors befestigt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung den Induktor von außen mantelförmig allseitig umgibt.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Ränder der Abschirmung mit den Außenrändern des ,induzierenden Induktorteiles einen engen Spalt als Kraftlinienweg bilden.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mantelförmige allseitige Abschirmung eine dach- oder bogenförmige Gestalt hat.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrteiligem Induktor die Abschirmung zwischen den leitenden Induktorteilen und in Reihe mit diesen geschaltet ist (Fig. 5).

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stoßstellen benachbarter leitender Induktorteile dünne Isolierstücke eingelegt sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßstellen leitender Induktorteile einen gebrochenen, z. B. gezahnten Verlauf haben.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Schweizerische Patentschrift Nr. 192 888;

französische Patentschrift Nr. 815 003;

USA.-Patentschrift Nr. 2 144378;

deutsche Patentschriften Nr. 904 448, 749 254, 261;

Buch von Wologdin: »Oberflächenhärtung nach dem Induktionsverfahren«, Moskau 1939, Fig. 150.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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