DE976688C - Induktionsheizgeraet - Google Patents

Description

Es ist bekannt, ein Induktionsheizgerät so aufzubauen, daß die stromleitenden Teile der Spule oder der Heizleiterschleife in einem Schutzkörper untergebracht sind. Der Zweck des Schutzgehäuses ist es, den eigentlichen Induktor zu schützen und/oder zu tragen, und in den weitaus meisten Fällen war in dem Körper auch die Kühlmitteleinrichtung untergebracht. Durch diesen Aufbau ergab sich ein verhältnismäßig handfestes und gedrängtes Gerät, das aber verschiedene Nachteile aufweist.

Mit Rücksicht auf die um Spule oder Heizleiter herum aufgebauten Wechself eider einerseits und mit Rücksicht auf die stromführenden Teile andererseits glaubte man, den Schutzkörper aus einem Isolationswerkstoff aufbauen zu müssen, wenn nicht eine ausgesprochene magnetische Schirmwirkung angestrebt wurde. Zwar sind Isolationsstoffe bekannt, die hinreichende mechanische Festigkeit besitzen, um auch in einem rauhen Betrieb schlag- und stoßartigen Beanspruchungen gewachsen zu sein. Die auf Kunststoffbasis aufgebauten Isolationswerkstoffe sind aber nicht temperaturbeständig und werden durch die strahlende Hitze der zu erwärmenden Werkstücke verbrannt oder zum mindesten im Bereich der Oberflächen und Kanten zerstört. Dies ist besonders dann der Fall, wenn das Gerät in der Fließfertigung praktisch pausenlos hintereinander eine große Anzahl von Werkstücken erhitzen muß. Der Körper hat dann nicht genug Zeit auszukühlen, und selbst die Anordnung von Kühleinrichtungen vermag hier keine Abhilfe zu schaffen, weil die Isolationsstoffe

409 545/9

bekanntlich schlechte Wärmeleiter sind. Es war daher schon allein aus diesen Gründen sehr häufig erforderlich, ein Heizgerät zu überarbeiten, d. h. praktisch einen neuen Schutzkörper vorzusehen. Diese Nachteile werden als besonders schwerwiegend empfunden bei Induktionsheizgeräten mit Schutzkörper für die stromleitenden Teile des Induktors, wie sie für das Erhitzen von Kurbelwellenzapfen im Umlaufverfahren dienen. Bei diesem ίο Verfahren umfaßt der Induktor nur einen Teil der Oberfläche des während des Erhitzens umlaufenden Werkstückteiles. Die Arbeitsweise bringt es mit sich, daß das Gerät bei umlaufender Kurbelwelle auf die Kurbelzapfen aufgesetzt wird und sich während der Einwirkungszeit auf dem Zapfen abstützt, um so die ausmittige Bewegung mitzumachen.

Den hierbei auftretenden mechanischen Beanspruchungen sind Kunststoffe nicht gewachsen; sie sind unter anderem nicht verschleißfest genug. Es läßt sich nämlich bei der geschilderten Arbeitsweise praktisch nicht verhindern, daß die Seitenflächen des Heizgerätes die umlaufenden Kurbelwangen berühren, die, verbunden mit vorhandenem Zunder, Schmutz und dem reichlich zu verwendenden Kühlwasser, einen erheblichen Verschleiß an den Isolationswerkstoffen hervorrufen.

Um diesen Schwierigkeiten zu entgehen, ist auch schon versucht worden, keramische Werkstoffe zum Aufbau des Schutzkörpers und als Träger für die elektrischen Leiter zu verwenden. Diese Werkstoffe sind aber gegen mechanische Beanspruchungen, vor allen Dingen Schlag und Stoß, viel zu empfindlich, als daß sie mit Vorteil benutzt werden könnten. In der Praxis kaum benutzte metallische Trägerkörper sind nur für aufklappbare Induktoren bekanntgeworden, die aber für die vorliegende Aufgabe ungeeignet sind.

Um ein Induktionsheizgerät für den angegebenen Zweck zu schaffen, der den mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist, die bei dem Betrieb solcher Anlagen auftreten, und hinreichende Verschleiß- und Temperaturbeständigkeit aufweist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, folgende teilweise bekannte Merkmale miteinander zu kombinieren:

a) Der Schutzkörper ist als Trägerkörper für das Induktionsheizgerät ausgebildet und besteht

b) aus zwei, die stromleitenden Teile des Induktors frei tragend, zwischen sich aufnehmenden, durch unmagnetische Abstandsstücke zusammengehaltenen Platten aus metallischem, verschleiß- und temperaturbeständigem, vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff,

c) die Platten des Schutzkörpers sind am oberen Ende an einem Trägerkörper aus Isolierwerkstoff befestigt, der außerdem als Träger für die elektrischen Kontaktstücke und/oder Führungsflächen dient,

d) die Platten des Schutzkörpers sind mit der Werkstückform angepaßten maulartigen Aussparungen versehen und weisen Vorsprünge, Walzen oder Rollen auf, auf welchen das Induktionsheizgerät auf dem Werkstück aufgestützt wird.

Das Induktionsheizgerät gemäß der Erfindung erscheint von der Schmalseite gesehen als ein käfigartiges Gebilde, dessen Seitenteile aus Platten bestehen, wobei diese Platten vorzugsweise aus Stahl, am besten unmagnetischem Stahl sind.

Die bekannten Schutzkörper aus Isolationswerkstoff dienten auch als Träger bzw. Halterung der Windungen und Zuleitungen für die Spulen oder die Heizleiterschleifen. Bei Geräten, die mit Schutzkörpern ausgerüstet waren, wurde diese Halterung für erforderlich gehalten, da den stromführenden Leiterteilen keine genügend große Eigenstabilität zugesprochen wurde, obwohl es für verhältnismäßigkleine und wenig komplizierte Spulen- bzw. Schleifenformen bekannt war, sie frei tragend aufzubauen. In den letztgenannten Fällen waren aber Isolationsschutzkörper nicht vorgesehen, da sie überflüssig erschienen. Die mechanische Festigkeit eines Schutzkörpers gemäß der Erfindung ist indes so groß, daß den stromleitenden Teilen jegliche mechanische Beanspruchung ferngehalten wird. Infolgedessen ist es gemäß der Erfindung möglich, die Spule oder die Heizleiterschleife des Gerätes im Inneren des Schutzkörpers frei tragend aufzubauen. Abgesehen von der hierdurch möglichen wesentlichen Vereinfachung des Gesamtaufbaues, ergibt sich der außerordentliche Vorteil, daß die Luft frei durch den käfigartigen Körper hindurchströmen und auch die Heizleiter kühlen kann, zum mindesten aber kommt es, da keinerlei Isolationswerkstoffe vorhanden sind, nicht zu irgendwelchen Wärmestauungen.

In gewissen Fällen besteht die Möglichkeit, daß infolge besonderer Betriebsunistände mit einer unerwünschten Erwärmung der Platten des Schutzkörpers gerechnet werden muß.. In diesen Fällen ist es möglich, eine Innenkühlung dieser Platten vorzusehen, indem kühlmitteldurchflossene Rohre an die Schutzkörperwandungen angelegt werden. In einfachster Weise kann dies dadurch geschehen, daß das die Spule oder die Heizleiterschleife durchströmende Kühlmittel anschließend durch die Kühlrohre für den Schutzkörper geführt wird, ehe es ins Freie entlassen wird. Ein solches Gerät wird selbst dann einwandfrei arbeiten, wenn vom erhitzten Werkstück her eine starke Erwärmung durch Strahlung oder gar durch Berührung zu befürchten ist.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Abb. ι ist eine Seitenansicht, Abb. 2 eine Ansicht von vorn und Abb. 3 eine Aufsicht des Gerätes; Abb. 4 stellt schematisch die Schaltung der bei- iao den Heizleiterschleifen dar, und

Abb. S zeigt das Gerät beim Einschieben in den Halter der Gesamtinduktionseinrichtung.

Bei dem Gerät gemäß der dargestellten beispielsweisen Ausführungsform besteht das Schutzgehäuse aus zwei maulartig ausgesparten Seiten-

blechen ι. Der verwendete Werkstoff ist ein austenitischer, hitzebeständiger Stahl. Die beiden als Seitenwandungen dienenden Platten ι werden mittels Abstandbolzen 2 aus unmagnetischem Werkstoff, beispielsweise Messing, im rechten Abstand voneinander zusammengehalten. Wie insbesondere aus Abb. 2 ersichtlich, entsteht auf diese Weise ein käfigartiges Gebilde, durch das die Luft von vorn nach hinten frei hindurchströmen kann. Im Bereich

ίο der maulartigen Aussparung 3 sind Abstandrollen 4 vorgesehen, die dazu dienen, den Abstand zwischen dem zylindrischen Werkstück, das bei 5 in gestrichelten Linien angedeutet ist, und der Heizleiterschleife 6 einzuhalten. Diese Rollen, aus hitzebeständigem Stahl hergestellt, können auch — wie an sich bekannt — als Gleitflächen od. dgl. ausgebildet sein.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, wenn der Induktur 6 — wie aus Abb. 4 ersichtlich — aus zwei in Reihe geschalteten Heizleiterschleifen besteht, die entsprechend der Oberfläche des Werkstückes 5 gekrümmt sind. Hierbei sind die Verbindungsleitung 9 und die beiden Zuleitungsabschnitte 10 im Bereich des Scheitels des Maules 3 eingezogen, um der dort angeordneten Abstandrolle 4 Raum zu bieten. Die Leiterabschnitte 9 und 10 sind — wie durch Pfeile angedeutet — gegensinnig stromdurchflossen, so daß ihre Heizwirkung in bezug auf das Werkstück aufgehoben ist. Der Induktor ist in an sich bekannter Weise mit Jochpaketen besetzt, um die Wärmewirkung zu steuern.

Wie ersichtlich, sind die stromführenden Teile vollkommen frei tragend zwischen den Platten 1 angeordnet. In bekannter Weise bestehen sie aus Kupferrohr, das kühlmitteldurchflossen ist. Nach Durchströmen des Induktors wird die Kühlflüssigkeit durch die Rohre 12 ins Freie entlassen. Der Stromanschluß und der Kühlwasseranschluß erfolgen von oben her, wo die Platten 1 an einem Trägerkörper oder Füllstück 13 befestigt sind. Dieses Füllstück dient gleichzeitig als Träger für die elektrischen Kontaktstücke 14 sowie für Führungsflächen 15.

Die elektrischen Kontaktstücke sind als Ringe mit konischen Kontaktflächen 16 ausgebildet. Außerdem sind zentrale öffnungen 17 vorgesehen, die Gummidichtungen tragen. Durch Anpressen dieser Kontaktringe gegen entsprechende Gegenstücke wird gleichzeitig der elektrische Kontakt und die dichtende Verbindung der Kühlmittelzufuhr hergestellt.

Zur äußeren Vervollständigung des Gerätes kann ein Handgriff 18 vorgesehen sein, um das Gerät in einen Träger einzuschieben, der Bestandteil der Gesamteinrichtung ist.

Wie aus Abb. 5 ersichtlich, ist dieser bewegliche Träger 19 mit Schienen 20 versehen, in denen die Führungsschienen 15 des Induktionsgerätes gleiten, wenn das Gerät in den Halter eingeschoben wird.

Nach dem Einschieben wird mit dem Exzenterhebel 21 die mechanische Sicherung und gleichzeitig der elektrische Kontakt sowie die dichtende Verbindung für die Kühlmittelzufuhr hergestellt.

Strom- und Kühlmittelzufuhr sind in geeigneter Weise an den Träger 19 angeschlossen.

Bei Benutzung des Gerätes wird es, ermöglicht durch die bewegliche Aufhängung des Trägers 19, während des Umlaufes auf die Kurbelwellenzapfen aufgesetzt. Diese Arbeitsweise ist deshalb möglich, weil das aus den Platten 1 und den Abstandbolzen 2 gebildete Schutzgehäuse den hierbei auftretenden mechanischen Beanspruchungen gewachsen ist und diese den frei tragend aufgebauten stromleitenden Teilen der Heizleiterschleife fernhält. Das Einführen zwischen die Kurbelwangen wird erleichtert durch die umgebogenen Enden 22 der Maulöffnung 3 (vgl. insbesondere Abb. 2).

Es ist naturgemäß möglich, die Platten 1 gegen Verschleiß besonders zu schützen, indem Hartverchromung od. dgl. vorgesehen wird. Es ist ferner möglich, in den Platten 1 Schlitze anzubringen, ohne deren Stabilität zu beeinträchtigen, dabei aber gewisse Wirbelstrombildungen zu unterbinden.

Weiterhin ist es möglich, die Kühlmittelableitungen 12 (Abb. 1) so zu führen, daß sie — ehe die Flüssigkeit ins Freie entlassen wird ■— an den Innenwänden der Platten 1 entlanggeführt werden, um auch diese zu kühlen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Induktionsheizgerät mit Schutzkörper für die stromführenden Teile des Induktors für das Erhitzen von Kurbelwellenzapfen im Umlaufverfahren, bei welchem der Induktor nur einen Teil der Oberfläche des während des Erhitzens umlaufenden Werkstückteiles umfaßt, gekennzeichnet durch die Kombination folgender, teilweise an sich bekannter Merkmale:

   a) Der Schutzkörper ist als Trägerkörper für das Induktionsheizgerät ausgebildet und besteht

   b) aus zwei, die stromleitenden Teile des Induktors frei tragend, zwischen sich aufnehmenden, durch unmagnetischeAbstandsstücke zusammengehaltenen Platten aus metallischem, verschleiß- und temperaturbeständigem, vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff;

   c) die Platten des Schutzkörpers sind am oberen Ende an einem Trägerkörper aus Isolierwerkstoff befestigt, der außerdem als Träger für die elektrischen Kontaktstücke und/oder Führungsflächen dient;

   d) die Platten des Schutzkörpers sind mit der Werkstückform angepaßten maulartigen Aussparungen versehen und weisen Vorsprünge, Walzen oder Rollen auf, auf welchen das Induktionsheizgerät auf dem Werkstück aufgestützt wird.
2. 2. Induktionsheizgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzkörper-

   wände durch an ihnen von innen anliegende kühlmitteldurchflossene Rohre gekühlt sind.
3. 3. Induktionsheizgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der maulartigen Öffnung zwei in Reihe geschaltete Heizleiterschleifen mit einer der Werkstückoberfläche angepaßten Krümmung vorgesehen sind, wobei die entgegengesetzt stromgespeisten Verbindungsleiter der im Scheitel des Maules angeordneten Abstandrolle Raum gewähren.
4. 4. Induktionsheizgerät nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Kontaktstücke als Ringe mit konischen Kontaktflächen und mit gummigedichteten Zentral-

   J 5 durchlassen für das Kühlwasser ausgebildet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 664929, 740261, so 809 332;

   »Vorveröfrentlichungen deutscher Patentanmeldungen«, Bd. 4, S. 862 (Anmeldung L 99077 VIIIc, Auszug) sowie die durch die Alliierten veröffentlichte Anmeldung selbst (jetzt Anmeldung A 12478 VIIId/2ih); a₅

   französische Patentschriften Nr. 514 120, 815003, 871383;

   schweizerische Patentschrift Nr. 226 060;

   USA.-Patentschriften Nr. 2 167 798, 2 335 895, 2 480 299; belgische Patentschrift Nr. 446 095; britische Patentschrift Nr. 611944; norwegische Patentschrift Nr. 68 780;

   Zeitschrift »Maschine und Werkzeug«, vom 17. 11. 1950, S. 6 bis 8;

   Buch von Wologdin: »Oberflächenhärter nach dem Induktionsverfahren«, 1939, Leningrad—Moskau, S. 148 bis 152 der deutschen Übersetzung;

   »Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Kl. 21h«, England, 11. 11. 1948, S. 862.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ©409 545/9 3,64