WO2014118196A1 - Flächiger induktor - Google Patents

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WO2014118196A1
WO2014118196A1 PCT/EP2014/051658 EP2014051658W WO2014118196A1 WO 2014118196 A1 WO2014118196 A1 WO 2014118196A1 EP 2014051658 W EP2014051658 W EP 2014051658W WO 2014118196 A1 WO2014118196 A1 WO 2014118196A1
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carrier
spacer elements
inductor according
induction coil
conductor loop
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PCT/EP2014/051658
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Inventor
Marco Burtchen
Mathieu LANGELS
Original Assignee
Thyssenkrupp Rothe Erde Gmbh
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Publication date
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    • H01F27/28—Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2823—Wires
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    • C21D1/09—Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core

Definitions

  • the invention relates to a planar inductor for feed-surface hardening with a support and an inductance coil, which is accommodated by the support and is exposed on a first side of the support, in the form of a conductor loop.
  • the planar inductor is intended to be guided in a feed operation over a surface to be hardened of a metallic workpiece.
  • the conductor loop lies in a plane which is parallel to the surface to be hardened, wherein a predetermined gap remains between the conductor loop as an induction coil and the surface.
  • a small clearance gap in the millimeter range or sub-millimeter range is usually set.
  • a direct contact between the induction coil and the workpiece to be cured must be avoided in order to avoid local overheating and material buildup by melting.
  • the planar inductor can be used in particular for a large rolling bearing for hardening a tread. Corresponding methods are known from DE 10 2005 006 701 B3 and DE 10 2008 033 735 A1.
  • the inductors only schematically illustrated in the cited documents have a conductor loop with two parallel legs. The legs are aligned perpendicular to the direction of movement of the inductor in the feed surface hardening and can be arranged on a support of a flow concentration material.
  • the inductor With the inductor, the underlying surface is heated to a temperature which causes a structural transformation of the surface layer, wherein subsequently in the feed operation, the hot surface is quenched, including, for example, a cooling liquid is applied with a shower.
  • the inductor In the case of surface hardening in feed mode, a predetermined distance between the flat, usually planar inductor and the hardened To be able to comply with the surface surface, the inductor is usually arranged adjustable or floating with an adjusting mechanism, wherein a distance measurement is carried out with a arranged next to the inductor measuring roller.
  • the use of a measuring roller has proven itself in practice. If, however, according to a method according to DE 10 2005 006 701 B1, two inductors are moved on an annular surface in the opposite direction, they must be approached as close to each other as possible at the beginning and end of the surface hardening, so that then the use of a laterally arranged roller not readily possible.
  • the role does not serve for direct power support but only for measuring the distance, in which case the gap is tracked with a suitable adjustment.
  • the known system can not keep the gap constant under all circumstances at the beginning of the hardening process, because just by switching on the currents at the beginning of considerable attractive forces can result, which pull the inductor on the surface to be hardened, in which case damage is not excluded.
  • Object of the invention and solution of the problem is a planar inductor according to claim 1.
  • a generic planar inductor according to the invention two arranged at a distance to each other Nete, inserted into the carrier and provided on the first side of the carrier and the conductor loop projecting spacers.
  • the spaced-apart spacers are provided as securing means to avoid direct contact between the conductor loop and the surface to be hardened.
  • the use of two spaced apart spacers uniform support is achieved.
  • a substantially punctiform support can be achieved, whereby the further function of the inductor is not impaired.
  • the inductor is equipped with more than two spacer elements.
  • a configuration which has exactly two spaced-apart spacer elements is preferred.
  • the planar inductor is usually flat or substantially planar. Accordingly, the first side of the carrier lies in a plane, wherein the induction coil is usually either flush-mounted in the plane or slightly protruding from the plane.
  • the inductor preferably has a rectangular shape with a long side and a short side.
  • the aspect ratio of the long side to the short side may be 2: 1 or more. Embodiments with an aspect ratio between 4: 1 and 5: 1 are particularly preferred.
  • the two spacer elements are as far as possible, taking into account the concretely provided structural design, on the one hand to achieve a stable support and on the other hand not to hinder the further function of the inductor. Starting from the rectangular shape described above, it is correspondingly preferred if the distance between the two spacer elements is at least 50%, particularly preferably 60%, of the length of the long side.
  • the spacers may be disposed between the legs.
  • the connection of such a conductor loop with two legs is usually carried out between the legs or at an interruption of a the thigh.
  • the terminal is formed at a first end of the two legs, the two legs are connected together at their opposite second end to form the conductor loop.
  • the terminal is formed at an interruption of one of the legs, the legs are connected at both ends thereof to form a closed loop from the terminal.
  • the carrier serves to hold the induction coil and the spacer elements in a predetermined position.
  • the carrier is advantageously also used for a flux concentration in order to improve the power input through the induction coil.
  • the support can be made of a soft-plastic compound that can be processed in a press-sintering process and has both ferromagnetic and dielectric properties and is therefore suitable for concentrating or shielding high-frequency electromagnetic fields. By using iron powder in a non-conductive plastic matrix eddy current losses can be avoided even with a large permeability.
  • a flux concentration material suitable for the wearer is sold under the trade names Ferroton® and Fluxtrol®.
  • a receiving groove for the coil and depressions for the spacer elements can be produced directly.
  • the depressions can be formed either in the form of blind holes or in the form of through openings.
  • the advantage of the described materials is that they can also be processed using chip-removing methods.
  • a cross-sectionally U-shaped groove is preferably formed within the base area of the carrier, so that the conductor loop is then laterally surrounded by flux concentration material after insertion.
  • the spacers must be formed of a thermally and mechanically sufficiently resistant material, for which purpose ceramic is used according to a preferred embodiment of the invention. Ceramics draws characterized by dimensional stability, mechanical strength and temperature resistance.
  • the spacers contact the surface during relative movement between the inductor and the surface to be cured, scratching or jamming should be avoided.
  • contact surface of the spacer elements has a rounded, in particular a spherical shape.
  • the spacer elements can be inserted into the carrier with a circular-cylindrical section. Accordingly, the recess formed in the carrier is then circular cylindrical, wherein such a recess can be particularly easily produced by drilling or directly during the sintering process for the preparation of the carrier. With the spacer elements, a minimum gap is maintained when using the inductor, which avoids direct contact between the conductor loop and the surface to be hardened.
  • the spacer elements are provided only to an auxiliary support when an additional gap tracking fails, is disabled or not working properly.
  • the distance between the inductor and the surface to be hardened is adjusted by the gap tracking, in which case a gap also remains between the spacing elements and the surface to be hardened.
  • the spacer elements are preferably only slightly opposite the conductor loop, in order to enable a free control of the gap by the corresponding control device on the one hand and, on the other hand, to avoid direct contact with sufficient safety. Based on a plane formed by the first side of the carrier, the spacer elements are preferably projected by 0.5 to 2 mm over the conductor loop.
  • the spacers can be fastened to the carrier in different ways. Basically, it is conceivable to screw the spacers themselves, secure with a screw or with a clamping mechanism to tense. But particularly preferred is a permanent attachment of the spacer elements by gluing. This results in the advantage that a subsequent adjustment of the spacer elements is excluded.
  • the planar inductor can be produced with glued-in spacer elements in a particularly simple manner.
  • the groove and depressions can be formed either directly in the molding of the substrate from a raw material or subsequently by a material-removing process. Then, the induction coil is inserted and fixed in the groove. To install the spacer elements, these are first inserted with adhesive into the assigned recess and merely pre-positioned. The adhesive may be applied to the spacers and / or the walls of the recess. After the pre-positioning of the spacer elements they are pressed even before the curing of the adhesive to a desired position. With the described method, the spacers can be mounted easily with a high accuracy. The wells usually have a height that is not fully utilized in the pressing.
  • the pressing takes place only up to a desired position in which the spacer elements with respect to the induction coil have a predetermined distance.
  • a parallel piece for the planar inductor can be used for the press-fitting, wherein the parallel piece has a substantially planar surface which has indentations only in the area of the spacer elements.
  • the depth of the indentations corresponds to the projection of the spacer elements relative to the induction coil.
  • FIG. 1 shows the view of a first side of a planar inductor
  • FIG. 2 shows the inductor according to FIG. 1 in a cross section during one
  • FIG. 3 is the cross section of the inductor according to Fig. 1 during its manufacture.
  • 1 shows a planar, substantially planar inductor for feed-surface hardening of a first side, which is guided in the hardening process at a small distance over a surface to be hardened 1 (Fig. 2).
  • the inductor has a carrier 2 made of a soft iron-plastic compound as flux concentration material.
  • the soft iron is provided as a powder and bonded to the plastic in a sintering process.
  • the shaping of the carrier 2 can take place both during the sintering process as well as by a subsequent processing, in particular a machining.
  • an induction coil 3 in the form of a conductor loop is arranged in a circumferential groove 4 within the first side of the carrier 2.
  • the induction coil 3 is shown only schematically.
  • the induction coil 4 for example, be hollow inside, to allow the passage of a cooling liquid.
  • Corresponding water-cooled induction coils 3 are known from practice.
  • the planar inductor usually has a rectangular shape with a long side and a short side.
  • the induction coil 3 in the form of a conductor loop comprises two legs extending along the long side, which are connected together to form a closed loop.
  • the terminal 5 is formed in the illustrated embodiment at an interruption of the leg. Alternatively, the connection 5 can also take place at one end of the limbs, wherein these are then of course not directly interconnected there.
  • the flat, planar inductor is arranged with an arm 6 on an adjusting device, not shown, with which a gap So between the bottom of the induction coil 3 and the surface to be cured 1 can be adjusted.
  • the planar inductor according to the invention can also be combined with a measuring roller known per se. In particular, in the case of a malfunction of the adjusting device, an inaccurate position determination by means of a measuring roller or the like as well as the switching on of the high frequency for feed surface hardening, there is the risk that the planar inductor does not comply with a predetermined gap dimension S 0 .
  • the spacer elements 7 cause that always a minimum gap S m in between the induction coil 3 and the surface to be cured 1 is maintained.
  • the two spacer elements 7 may preferably be made of ceramic and are preferably far apart so as not to disturb the further function of the planar inductor and, if necessary, to ensure a uniform support.
  • Fig. 2 shows the planar inductor during the feed surface hardening.
  • the planar inductor is guided in the direction of movement B, wherein the surface 1 below is heated by the action of the induction coil 3 by AC voltage. Subsequently, the hot surface 1 is then quenched with cooling liquid from a shower 8 in order to achieve a structural transformation and hardening of the metallic material of the surface layer in relation to the unheated, deeper areas.
  • sealing air 9 is blown in according to FIG. 2 on the opposite side, which flows between the surface 1 to be hardened and the planar inductor in the direction of the showerhead 8. Due to the widely spaced spacer elements 7, the flow of the sealing air 9 is not affected.
  • FIGS. 1 and 2 A comparative consideration of FIGS. 1 and 2 it can be seen that the spacer elements 7 are inserted with a circular cylindrical portion in the carrier 2.
  • the depressions 10 accordingly have a circular-cylindrical shape, which can be produced particularly easily during the sintering process for producing the carrier or subsequently by a chip-removing machining. If the spacer elements 7 come during the movement of the planar inductor in contact with the surface to be hardened 1, a grinding is to be avoided, which is why the spacer elements 7 have an exposed contact surface 1 1 with a spherical shape.
  • the spacer element is fixed in the associated recess 10 so that when a contact of the contact surface 1 1 with the surface to be hardened 1, the gap S m is adhered to.
  • the spacer element 7 does not extend to the bottom of the recess 10 which can be formed accordingly by a through hole.
  • Fig. 3 shows against this background, a preferred method for producing the planar inductor.
  • the induction coil 3 is already inserted into the associated groove 4 and fixed there.
  • an adhesive 1 2 is used, which is introduced into the recesses 10 and / or applied to the cylindrical portion of the spacer elements 7.
  • the spacer elements 7 are only rough prepositioned in the associated recesses, in which case the spacer elements 7 are pressed before curing of the adhesive 12 to a desired position.
  • a parallel piece 13 can be used in accordance with FIG. 3 in a particularly simple manner, which has a step 14 in the region of the spacer elements 7.
  • the height of the step 14 corresponds to the minimum gap dimension S m in, which is then always maintained by the spacer elements 7 after the curing of the adhesive 12 in the feed surface hardening.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen flächigen Induktor zum Vorschub-Randschichthärten mit einem Träger (2) und einer von dem Träger (2) aufgenommenen, an einer ersten Seite des Trägers (2) freiliegenden Induktionsspule (3) in Form einer Leiterschleife. Erfindungsgemäß umfasst der Induktor zwei in einem Abstand zueinander angeordnete, in den Träger (2) eingesetzte und an der ersten Seite aus dem Träger (2) und über die Leiterschleife (3) vorstehende Abstandselemente (7). Die Erfindung betrifft auch ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des flächigen Induktors.

Description

BESCHREIBUNG
Titel Flächiger Induktor
Die Erfindung betrifft einen flächigen Induktor zum Vorschub-Randschichthärten mit einem Träger und einer von dem Träger aufgenommenen, an einer ersten Seite des Trägers freiliegenden Induktionsspule in Form einer Leiterschleife. Der flächige Induktor ist dazu vorgesehen, in einem Vorschub-Betrieb über eine zu härtende Oberfläche eines metallischen Werkstücks geführt zu werden. Die Leiterschleife liegt dabei in einer Ebene, die parallel zu der zu härtenden Oberfläche ist, wobei zwischen der Leiterschleife als Induktionsspule und der Oberfläche ein vorgegebener Abstandsspalt verbleibt. Um eine möglichst effiziente Aufwärmung durch Induktion zu ermöglichen, wird in der Regel ein kleiner Abstandsspalt im Millimeterbereich oder Submillimeterbereich eingestellt. Andererseits muss aber auch ein direkter Kontakt zwischen der Induktionsspule und dem zu härtenden Werkstück vermieden werden, um lokale Überhitzungen und Materialanhaftungen durch ein Aufschmelzen zu vermeiden.
Der flächige Induktor kann insbesondere bei einem Großwälzlager zum Härten einer Lauffläche eingesetzt werden. Entsprechende Verfahren sind aus der DE 10 2005 006 701 B3 sowie der DE 10 2008 033 735 A1 bekannt. Die in den genannten Druckschriften lediglich schematisch dargestellten Induktoren weisen eine Leiterschleife mit zwei parallelen Schenkeln auf. Die Schenkel sind dabei senkrecht zu der Bewegungsrichtung des Induktors bei dem Vorschub-Randschichthärten ausgerichtet und können auf einem Träger aus einem Flusskonzentrationsmaterial angeordnet sein. Mit dem Induktor wird die darunter angeordnete Oberfläche auf eine Temperatur erwärmt, welche eine Gefügeumwandlung der Randschicht bewirkt, wobei nachfolgend im Vorschubbetrieb die heiße Oberfläche abgeschreckt wird, wozu beispielsweise eine Kühlflüssigkeit mit einer Brause aufgebracht wird. Um bei dem Randschichthärten im Vorschubbetrieb einen vorgegebenen Abstand zwischen dem flächigen, üblicherweise ebenen Induktor und der zu här- tenden Oberfläche einhalten zu können, ist der Induktor üblicherweise mit einem Stellmechanismus verstellbar oder schwimmend angeordnet, wobei eine Abstandsmessung mit einer neben dem Induktor angeordneten Messrolle erfolgt. Der Einsatz einer Messrolle hat sich in der Praxis bewährt. Wenn jedoch gemäß einem Verfahren nach der DE 10 2005 006 701 B1 zwei Induktoren an einer Ringfläche in entgegengesetzter Richtung bewegt werden, müssen diese zu Beginn und zum Ende der Randschichthärtung so nahe wie möglich aneinander herangefahren werden, so dass dann der Einsatz einer seitlich angeordneten Rolle nicht ohne Weiteres möglich ist. Darüber hinaus dient die Rolle nicht zur direkten Kraftabstützung sondern lediglich zur Messung des Abstan- des, wobei dann das Spaltmaß mit einer geeigneten Verstellung nachgeführt wird. Das bekannte System kann zu Beginn des Härtevorganges den Spalt nicht unter allen Umständen konstant halten, weil gerade durch das Einschalten der Ströme zu Beginn erhebliche Anziehungskräfte resultieren können, welche den Induktor auf die zu härtende Oberfläche ziehen, wobei dann eine Beschädigung nicht ausgeschlossen ist.
Um bei dem Härten von Großwälzlagern einen solchen Kontakt zu vermeiden, ist es bekannt, direkt beim Einschalten der Ströme einen Kunststoffstreifen aus Polytetrafluorethylen zwischen den Induktor und die zu härtende Oberfläche zu führen. Der Kunststoffstreifen dient dann als Abstandshalter und vermeidet ein direktes Anschlagen des Induktors auf der zu härtenden metallischen Oberfläche. Mit dem Erreichen eines konstanten Wechselstroms lassen dann die Anziehungskräfte nach, so dass der Kunststoffstreifen von einem Benutzer entfernt werden kann. Wenn der Kunststoffstreifen zu lange zwischen dem Induktor und der zu härtenden Oberfläche verbleibt, besteht die Gefahr, dass dieser aufschmilzt oder sich zersetzt, wodurch Verschmutzungen entstehen können. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flächigen Induktor zum Vorschub-Randschichthärten anzugeben, mit dem ein größeres Maß an Betriebssicherheit erreicht werden kann.
Gegenstand der Erfindung und Lösung der Aufgabe ist ein flächiger Induktor gemäß Patentanspruch 1 . Ausgehend von einem gattungsgemäßen flächigen Induktor sind erfindungsgemäß zwei in einem Abstand zueinander angeord- nete, in den Träger eingesetzte und an der ersten Seite aus dem Träger und über die Leiterschleife vorstehende Abstandselemente vorgesehen. Die voneinander beabstandeten Abstandselemente sind als Sicherungseinrichtungen vorgesehen, um einen direkten Kontakt zwischen der Leiterschleife und der zu härtenden Oberfläche zu vermeiden. Durch den Einsatz von zwei voneinander beabstandeten Abstandselementen wird eine gleichmäßige Abstützung erreicht. Insbesondere kann mit den beiden beabstandeten Abstandselementen jeweils eine im Wesentlichen punktförmige Auflage erreicht werden, wodurch die weitere Funktion des Induktors nicht beeinträchtigt ist.
Im Rahmen der Erfindung ist nicht ausgeschlossen, dass der Induktor insgesamt mit mehr als zwei Abstandselementen ausgestattet ist. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, die genau zwei voneinander beabstandete Abstandselemente aufweist.
Der flächige Induktor ist üblicherweise ist eben oder im Wesentlichen eben. Entsprechend liegt auch die erste Seite des Trägers in einer Ebene, wobei die Induktionsspule üblicherweise entweder flächenbündig in die Ebene eingesetzt ist oder leicht aus der Ebene vorsteht. Darüber hinaus weist der Induktor bevor- zugt eine Rechteckform mit einer langen Seite und einer kurzen Seite auf. Das Längenverhältnis der langen Seite zu der kurzen Seite kann insbesondere 2:1 oder mehr betragen. Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen mit einem Längenverhältnis zwischen 4:1 und 5:1 . Die beiden Abstandselemente liegen unter Berücksichtigung der konkret vorgesehenen konstruktiven Ausgestaltung möglichst weit auseinander, um einerseits eine stabile Abstützung zu erreichen und andererseits die weitere Funktion des Induktors nicht zu behindern. Ausgehend von der zuvor beschriebenen Rechteckform ist es entsprechend bevorzugt, wenn der Abstand zwischen den beiden Abstandselementen zumindest 50 %, besonders bevorzugt 60 %, der Länge der langen Seite beträgt.
Wenn die Leiterschleife sich entlang der langen Seite erstreckende Schenkel aufweist, können die Abstandselemente zwischen den Schenkeln angeordnet sein. Der Anschluss einer solchen Leiterschleife mit zwei Schenkeln erfolgt dabei üblicherweise zwischen den Schenkeln oder an einer Unterbrechung eines der Schenkel. Wenn der Anschluss an einem ersten Ende der beiden Schenkel gebildet ist, sind die beiden Schenkel an ihrem gegenüberliegenden zweiten Ende miteinander verbunden, um die Leiterschleife zu bilden. Wenn der Anschluss dagegen an einer Unterbrechung eines der Schenkel gebildet ist, sind die Schenkel an ihren beiden Enden miteinander verbunden, um ausgehend von dem Anschluss eine geschlossene Schleife zu bilden.
Der Träger dient dazu, die Induktionsspule sowie die Abstandselemente in einer vorgegebenen Position zu halten. Darüber hinaus wird der Träger vorteil hafter- weise auch für eine Flusskonzentration genutzt, um die Leistungseinkopplung durch die Induktionsspule zu verbessern. Der Träger kann beispielsweise aus einem Weicheisen-Kunststoff-Compound gefertigt werden, der in einem Press- Sinter-Verfahren bearbeitet werden kann und sowohl über ferromagnetische als auch über dielektrischen Eigenschaften verfügt und sich daher für die Kon- zentration oder Abschirmung hochfrequenter elektromagnetischer Felder eignet. Durch den Einsatz von Eisenpulver in einer nicht leitenden Kunststoffmatrix können auch bei einer großen Permeabilität Wirbelstromverluste vermieden werden. Einen für den Träger geeignetes Flusskonzentrationsmaterial wird unter den Markennamen Ferroton® und Fluxtrol® vertrieben.
Bei der Herstellung des Trägers in einem Sinterprozess können direkt eine Aufnahmenut für die Spule und Vertiefungen für die Abstandselemente erzeugt werden. Die Vertiefungen können entweder in Form von Sacklöchern oder in Form von durchgehenden Öffnungen gebildet werden. Alternativ ergibt sich aber bei den beschriebenen Materialien auch der Vorteil, dass dieser auch noch mit spanabtragenden Verfahren bearbeitet werden können.
Zur Aufnahme der Leiterschleife ist vorzugsweise innerhalb der Grundfläche des Trägers eine im Querschnitt U-förmige Nut gebildet, so dass die Leiter- schleife dann nach dem Einsetzen seitlich von Flusskonzentrationsmaterial umgeben ist.
Die Abstandselemente müssen aus einem thermisch und mechanisch ausreichend widerstandsfähigem Material gebildet sein, wozu gemäß einer bevor- zugten Ausgestaltung der Erfindung Keramik eingesetzt wird. Keramik zeichnet sich durch eine Formbeständigkeit, mechanische Belastbarkeit und auch Temperaturbeständigkeit aus.
Wenn die Abstandselemente während einer Relativbewegung zwischen dem Induktor und der zu härtenden Oberfläche die Oberfläche berühren, ist ein Kratzen oder Klemmen zu vermeiden. Zu diesem Zweck weist die für den Kontakt mit der zu härtenden Oberfläche vorgesehene Anlagefläche der Abstandselemente eine abgerundete, insbesondere eine ballige Form auf. Die Abstandselemente können mit einem kreiszylindrischen Abschnitt in den Träger einge- setzt werden. Entsprechend ist dann auch die in dem Träger gebildete Vertiefung kreiszylindrisch, wobei eine solche Vertiefung besonders einfach durch ein Bohren oder auch direkt während des Sinterprozesses zur Herstellung des Trägers erzeugt werden kann. Mit den Abstandselementen wird bei der Benutzung des Induktors ein minimaler Spalt aufrechterhalten, der einen direkten Kontakt zwischen der Leiterschleife und der zu härtenden Oberfläche vermeidet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Abstandselemente lediglich zu einer hilfsweisen Abstützung vorgesehen, wenn eine zusätzliche Spaltnachführung aus- fällt, deaktiviert ist oder nicht ordnungsgemäß funktioniert. Während des üblichen Vorschub-Randschichthärtens wird der Abstand zwischen Induktor und zu härtender Oberfläche durch die Spaltnachführung eingestellt, wobei dann auch zwischen den Abstandselementen und der zu härtenden Oberfläche ein Spalt verbleibt.
Die Abstandselemente stehen deshalb vorzugsweise nur geringfügig gegenüber der Leiterschleife vor, um einerseits eine freie Steuerung des Spaltes durch die entsprechende Steuereinrichtung zu ermöglichen und andererseits aber noch mit einer ausreichenden Sicherheit einen direkten Kontakt zu ver- meiden. Bezogen auf eine von der ersten Seite des Trägers gebildeten Ebene stehen die Abstandselemente vorzugsweise um 0,5 bis 2 mm über die Leiterschleife vor.
Die Abstandselemente können auf unterschiedliche Weise an dem Träger be- festigt werden. Grundsätzlich ist es denkbar die Abstandselemente selbst anzuschrauben, mit einer Schraube zu sichern oder mit einem Spannmechanismus zu verspannen. Besonders bevorzugt ist aber eine dauerhafte Befestigung der Abstandselemente durch ein Verkleben. Dabei ergibt sich der Vorteil, dass eine nachträgliche Verstellung der Abstandselemente ausgeschlossen ist. Darüber hinaus kann der flächige Induktor mit eingeklebten Abstandselementen auf besonders einfache Weise hergestellt werden. So sieht ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des zuvor beschriebenen flächigen Induktors vor, dass zunächst der Träger mit einer Nut für die Induktionsspule und mit einer Vertiefung für die Abstandselemente gefertigt wird. Wie bereits zuvor erläutert, können die Nut und die Vertiefungen entweder direkt bei dem Formen des Trägers aus einem Rohmaterial oder nachfolgend durch ein materialabtragendes Verfahren gebildet werden. Sodann wird die Induktionsspule in die Nut eingesetzt und fixiert. Zur Montage der Abstandselemente werden diese zunächst mit Klebstoff in die zugeordnete Vertiefung eingesetzt und lediglich vorpositio- niert. Der Klebstoff kann auf die Abstandselemente und/oder die Wände der Vertiefung aufgebracht werden. Nach dem Vorpositionieren der Abstandselemente werden diese noch vor dem Aushärten des Klebstoffes bis zu einer Solllage eingepresst. Mit dem beschriebenen Verfahren können die Abstandselemente auf einfache Weise mit einer großen Genauigkeit montiert werden. Die Vertiefungen weisen dabei üblicherweise eine Höhe auf, die bei dem Anpressen nicht vollständig ausgenutzt wird. Das Einpressen erfolgt nur bis zu einer Solllage, in der die Abstandselemente gegenüber der Induktionsspule einen vorgegebenen Abstand aufweisen. Für das Einpressen kann beispielsweise ein Parallelstück für den flächigen Induktor eingesetzt werden, wobei das Parallel- stück eine im Wesentlichen ebene Oberfläche aufweist, die lediglich im Bereich der Abstandselemente Einbuchtungen aufweist. Die Tiefe der Einbuchtungen entspricht dabei dem Überstand der Abstandselemente gegenüber der Induktionsspule. Die Erfindung wird im folgenden anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 Die Ansicht einer ersten Seite eines flächigen Induktors, Fig. 2 den Induktor gemäß der Fig. 1 in einem Querschnitt während eines
Verfahrens zum Vorschub-Randschichthärten, Fig. 3 der Querschnitt des Induktors gemäß der Fig. 1 während seiner Herstellung. Die Fig. 1 zeigt einen flächigen, im Wesentlichen ebenen Induktor zum Vorschub-Randschichthärten von einer ersten Seite, die bei dem Härtevorgang in einem geringen Abstand über eine zu härtende Oberfläche 1 (Fig. 2) geführt wird. Der Induktor weist einen Träger 2 aus einem Weicheisen-Kunststoff-Com- pound als Flusskonzentrationsmaterial auf. Das Weicheisen wird als Pulver be- reitgestellt und mit dem Kunststoff in einem Sinterprozess verbunden . Die Formgebung des Trägers 2 kann dabei sowohl während des Sinterprozesses als auch durch eine nachträgliche Bearbeitung, insbesondere eine spanabhebende Bearbeitung erfolgen. Einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, dass eine Induktionsspule 3 in Form einer Leiterschleife in einer umlaufenden Nut 4 innerhalb der ersten Seite des Trägers 2 angeordnet ist. Die Induktionsspule 3 ist lediglich schematisch dargestellt. Um eine gute Kühlung zu erreichen, kann die Induktionsspule 4 beispielsweise innen hohl sein, um den Durchtritt einer Kühlflüssigkeit zu ermöglichen. Entsprechende wassergekühlte Induktionsspulen 3 sind aus der Praxis bekannt.
Der flächige Induktor weist üblicherweise eine Rechteckform mit einer langen Seiten und einer kurzen Seite auf. Die Induktionsspule 3 in Form einer Leiter- schleife umfasst zwei sich entlang der langen Seite erstreckende Schenkel, wobei diese miteinander verbunden sind, um eine geschlossene Schleife zu bilden. Der Anschluss 5 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einer Unterbrechung eines der Schenkels gebildet. Alternativ kann der Anschluss 5 auch an einem Ende der Schenkel erfolgen, wobei diese dann dort selbstver- ständlich nicht untereinander unmittelbar miteinander verbunden sind.
Gemäß der Fig. 2 ist der flächige, ebene Induktor mit einem Arm 6 an einer nicht dargestellten Versteileinrichtung angeordnet, mit der ein Spalt So zwischen der Unterseite der Induktionsspule 3 und der zu härtenden Oberfläche 1 eingestellt werden kann. Auch der erfindungsgemäße flächige Induktor kann dazu mit einer an sich bekannten Messrolle kombiniert werden. Insbesondere bei einer Fehlfunktion der Versteileinrichtung, einer ungenauen Positionsbestimmung mittels einer Messrolle oder dergleichen sowie bei dem Einschalten der Hochfrequenz zum Vorschub-Randschichthärten besteht die Gefahr, dass der flächige Induktor eine vorgegebenes Spaltmaß S0 nicht einhält. Um dabei einen direkten Kontakt des Trägers 2 oder der Induktionsspulen 3 mit der zu härtenden Oberfläche 1 zu vermeiden, sind erfindungsgemäß zwei mit einem Abstand zueinander angeordnete, in den Träger 2 eingesetzte und an der ersten Seite aus dem Träger 2 und über die Induktionsspule 3 vor- stehende Abstandselemente 7 vorgesehen. Die Abstandselemente 7 bewirken, dass stets ein Mindestspalt Smin zwischen der Induktionsspule 3 und der zu härtenden Oberfläche 1 eingehalten wird. Die beiden Abstandselemente 7 können vorzugsweise aus Keramik gefertigt sein und liegen bevorzugt weit auseinander, um die weitere Funktion des flächigen Induktors nicht zu stören und im Bedarfsfall eine gleichmäßige Abstützung zu gewährleisten.
Entsprechend zeigt Fig. 2 den flächigen Induktor während des Vorschub-Randschichthärtens. Der flächige Induktor wird in Bewegungsrichtung B geführt, wobei durch die Beaufschlagung der Induktionsspule 3 durch Wechselspannung die darunter liegende Oberfläche 1 erwärmt wird. Nachfolgend wird dann die heiße Oberfläche 1 mit Kühlflüssigkeit aus einer Brause 8 abgeschreckt, um gegenüber den nicht erwärmten, tiefer liegenden Bereichen eine Gefügeumwandlung und Härtung des metallischen Materials der Randschicht zu erreichen. Um den Eintritt von Kühlflüssigkeit unter den Induktor zu vermeiden, wird gemäß der Fig. 2 an der gegenüberliegenden Seite Sperrluft 9 einge- blasen, die zwischen der zu härtenden Oberfläche 1 und dem flächigen Induktor in Richtung der Brause 8 strömt. Durch die weit auseinander liegenden Abstandselemente 7 wird der Strom der Sperrluft 9 nicht beeinträchtigt. Einer vergleichenden Betrachtung der Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, dass die Abstandselemente 7 mit einem kreiszylindrischen Abschnitt in den Träger 2 eingesetzt sind. Die Vertiefungen 10 weisen entsprechend eine kreiszylindrische Form auf, die besonders leicht während des Sinterprozesses zur Herstellung des Trägers oder nachfolgend durch eine spanabtragende Bear- beitung erzeugt werden kann. Wenn die Abstandselemente 7 während der Bewegung des flächigen Induktors in einen Kontakt mit der zu härtenden Oberfläche 1 gelangen, ist ein Schleifen zu vermeiden, weshalb die Abstandselemente 7 eine freiliegende Anlagefläche 1 1 mit einer balligen Form aufweisen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist das Abstandselement so in der zugeordneten Vertiefung 10 fixiert, dass bei einem Kontakt der Anlagefläche 1 1 mit der zu erhärtenden Oberfläche 1 das Spaltmaß Smin eingehalten wird. Das Abstandselement 7 erstreckt sich dabei nicht bis zu dem Boden der Vertiefung 10 die entsprechend auch durch eine durchgehende Bohrung gebildet werden kann.
Die Fig. 3 zeigt vor diesem Hintergrund ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des flächigen Induktors.
Nachdem zunächst der Träger 2 mit der Nut 4 für die Induktionsspule 3 und mit den Vertiefungen 10 für die Abstandselemente 7 gefertigt wurde, ist bereits die Induktionsspule 3 in die zugeordnete Nut 4 eingesetzt und dort fixiert. Zur Befestigung der Abstandselemente 7 in den zugeordneten Vertiefungen 10 wird dann ein Klebstoff 1 2 eingesetzt, der in die Vertiefungen 1 0 eingebracht und/oder auf den zylindrischen Abschnitt der Abstandselemente 7 aufgebracht wird. Die Abstandselemente 7 werden erst grob in den zugeordneten Vertiefungen vorpositioniert, wobei dann die Abstandselemente 7 vor dem Aushärten des Klebstoffs 12 bis zu einer Solllage eingepresst werden. Dazu kann gemäß der Fig. 3 auf besonders einfache Weise ein Parallelstück 13 eingesetzt werden, welches im Bereich der Abstandselemente 7 eine Stufe 14 aufweist. Die Höhe der Stufe 14 entspricht dabei dem minimalen Spaltmaß Smin, welches dann nach dem Aushärten des Klebstoffes 12 bei dem Vorschub-Randschichthärten stets von den Abstandselementen 7 aufrechterhalten wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Flächiger Induktor zum Vorschub-Randschichthärten mit einem Träger (2) und einer von dem Träger (2) aufgenommenen, an einer ersten Seite des Trägers (2) freiliegenden Induktionsspule (3) in Form einer Leiterschleife, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h zwei in einem Abstand zueinander angeordnete, in den Träger (2) eingesetzte und an der ersten Seite aus dem Träger (2) und über die Leiterschleife vorstehende Abstandselemente (7).
2. Flächiger Induktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Trä- ger (2) aus Weicheisen-Kunststoff-Compound als Flusskonzentrationsmaterial gebildet ist.
3. Flächiger Induktor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Rechteckform mit einer langen Seite und einer kurzen Seite, wobei das Län- genverhältnis der langen Seite zu der kurzen Seite zumindest 2:1 beträgt.
4. Flächiger Induktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den beiden Abstandselementen (7) zumindest 50 % der Länge der langen Seite beträgt.
5. Flächiger Induktor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife 2 sich entlang der langen Seite erstreckende Schenkel aufweist, wobei die Abstandselemente (7) zwischen den Schenkeln angeordnet sind.
6. Flächiger Induktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine An- schluss (5) der Induktionsspule (3) zwischen den Schenkeln oder an einer Unterbrechung eines der Schenkel gebildet ist.
7. Flächiger Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (7) aus Keramik bestehen.
8. Flächiger Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine freiliegende Anlagefläche (1 1 ) der Abstandselemente (7) eine ballige Form aufweist.
9. Flächiger Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (7) mit einem kreiszylindrischen Abschnitt in den Träger (2) eingesetzt sind.
10. Flächiger Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (7) bezogen auf eine von der ersten Seite des Trägers (2) gebildeten Ebene um 0,5 mm bis 2 mm über die Induktionsspule (3) vorstehen.
1 1 . Flächiger Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife in eine innerhalb des Trägers (2) gebildete, im Querschnitt U-förmigen Nut (4) eingesetzt ist.
12. Verfahren zur Herstellung eines flächigen Induktors zum Vorschub-Rand- schichthärten mit einem Träger (2), einer von dem Träger (2) aufgenommenen, an einer ersten Seite des Trägers (2) freiliegenden Induktionsspule (3) in Form einer Leiterschleife und zumindest zwei in einem Abstand zueinander angeordneten, in den Träger (2) eingesetzten und an der ersten Seite aus dem Träger (2) und über die Leiterschleife vorstehende Abstandselementen (7), wobei der Träger (2) mit einer Nut (4) für die Induktionsspule (3) und mit Vertiefungen (10) für die Abstandselemente (7) gefertigt wird, wobei die Induktionsspule (3) in die Nut (4) eingesetzt und fixiert wird, wobei die Abstandselemente (7) mit Klebstoff (12) in die zugeordneten Vertiefungen (10) eingesetzt werden und wobei die Abstandselemente (7) nachfolgend vor einem Aushärten des Klebstoffes (12) bis zu einer Solllage eingepresst werden.
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