Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken. Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken, z. B. von Rotationskör pern, wobei die Vorrichtung insbesondere dem Oberflächenerhitzen dienen soll, das, verbunden mit einem nachfolgenden Ab schrecken zum Zwecke des Härtens durch geführt wird. Die Vorrichtung besteht aus einer Leiterschleife, die nachgiebig mit Ab stand an die Oberfläche des Werkstückes angedrückt wird, welches während des Er hitzungsvorganges mehrmals umläuft.
Die Leiterschleife bedeckt, in Umfangsrichtung gesehen, höchstens die halbe Mantelfläche und wird zweckmässig in der Breite so gross gewählt, dass sie den gesamten zu härtenden Abschnitt des Werkstückes überdeckt.
Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent hat sich beim Erwärmen von Rotationskör pern der verschiedensten Art bewährt, und zwar besonders dort, wo es sieh darum han delt, das Werkstück auf dem gesamten Um fang des Abschnittes, auf den die Heizein- richtung einwirkt, gleichmässig zu erwärmen.
In der Praxis ergeben sich aber vielfach Fälle, in denen eine ungleichmässige Vertei lung 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 Temperaturerhöhung verschieden tief in das Werkstück eindringen zu lassen.- Wenn der Zweck des Erwärmens hierbei ein Ober flächenhär ten ist, so bedeutet diese Forde rung, dass die Werkstücke nur teilweise ge härtet, mit verschiedenen Härtegraden bezw. mit verschiedener Härtetiefe versehen werden sollen.
Solche Forderungen treten beispiels weise auf bei Nockenwellen, bei denen. nur die Nockenfläche und nicht der Teil der Nocke gehärtet werden soll, der in. der Mantellinie der eigentlichen Welle verläuft. Auch bei Schwingarmen, Schalthebeln und ähnlichen Maschinenteilen werden Forderun- gen dieser oder ähnlicher Art gestellt. Eine vielfach auftretende Aufgabe besteht ferner darin, sogenannte Halbwellen mit einer Oberflächenhärtung zu versehen. Diese Halb wellen entstehen gewissermassen durch ein Auftrennen einer zylindrischen Welle durch einen Längsschnitt in Achsrichtung, der aber nicht immer durch die Achse selbst verläuft.
Weder die tatsächlichen Halbwellen noch die jenigen, die in Wirklichkeit nicht eine voll kommene Halbwelle darstellen, lassen sich mit den im Hauptpatent erläuterten Ausfüh rungsbeispielen behandeln, obwohl bei wah ren Halbwellen zwei Einzelteile mit den ebe nen Flächen aufeinandergepresst werden kön nen, um dann gemeinsam behandelt zu wer den. Es zeigt sich, dass die induzierten Ströme an der Trennstelle gewissen Störungen unter worfen sind, die zu einem unerwünschten Verlauf der Härteschichten Veranlassung geben. Bei der Behandlung einer einzigen Halbwelle ist in dieser Beziehung mit noch grösseren Störungen zu rechnen.
Zweck der Erfindung ist es, die V orrich- tung gemäss dem Hauptpatent so weiterzubil den, dass auch solche Werkstücke behandelt werden können, bei denen eine Temperatur verteilung verlangt wird, die von der sich normalerweise einstellenden abweicht.
Be kanntlich werden zur Erzeugung der Hoeh- frequenzleistung im allgemeinen umlau fende Generatoren, Funkenstreckengenerato- ren, Stromrichter oder Röhrensender verwen det, und die Erfindung beruht auf der Er kenntnis, dass eine Beeinflussung der Tempe raturverteilung in Umfangsizchtung der Dlan- telfläche möglich ist, wenn die Leistung die ser Erzeuger periodisch geändert wird.
Wenn beispielsweise beim jeweiligen Hindurchgang einer bestimmten Stelle des Werkstückes unter der Heizleitersehleife 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 in verringerteri Masse statt, so dass eine Beeinflussung der Temperaturverteilung ini weitesten Masse möglich ist.
Uni diese Änderung in der Lei stungszufuhr- zur Heizeinrichtung im ge wünschten Sinne zu beeinflussen. wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, ein Regelglied in den Steuerkreis des Stromerzeugers einzu schalten. Dieses Regelglied besitzt vorzugs weise einen Widerstand, der auf dem Um fang einer Seheibe angeordnet ist und mit einem Schleifkontakt ausgerüstet ist. Die Impedanz dieses Regelgliedes wird veränder lich gestaltet, und zwar derart, dass die Änderung entsprechend einem Erhitzungs- programin synchron mit dem Umlauf des Werksdickes erfolgt.
Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der Schleifkontaktarm mecha nisch oder elektrisch. mit dem umlaufenden Werl#:stiick so gekuppelt, dass er mit diesem synchron umläuft. Unter dem Erhitzungspro- gra.mm ist in diesem Sinne die Temperatur verteilung zii verstellen, die in dem betref fenden -XVerlkstiiclr in Umfangsrichtung der Mantelfläche gewünscht wird. Der Ohmsche Widerstand des Regelgliedes kann linear oder logaritlimiseli gewickelt sein; es kann aber auch eine andere Charakteristik durch entsprechende Wicklung erzeugt werden.
Die einzelnen Widerstandswerte auf dem Regel glied entsprechen bei diesen Ausführungs beispielen bestimmten Temperaturhöhen bezw. Eindringtiefen im @Verkstücl@. Bei der Be nutzung eines regelungsträgen Stromerzeu gers, wie z. B. eines umlaufenden Generators, ist lediglich dafür zu sorgen, dass der Kon taktaren während seines mit dem Werkstück synchronen Umlaufes eine gewisse Voreilung zeigt, inn die sogenannte Naehregelungszeit des Hochfrequenzstromerzeugers auszuglei chen.
Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, wenn bei geringer Breite der Schleife ein Vorschub der Heizeinrichtung in Achs richtung des \Verkstückes bei gleichzeitigem @,#rerkstückumlauf erfolgt. Auch bei Anord nungen, bei welchen die Heizvorrichtung in Richtung der Achse des Werkstückes an die sem ständig hin und leer bewegt wird, wäh- rend das Werkstück umläuft, ist die Ver wendung der Vorrichtung in gleicher Weise möglich.
In der beigefügten Abbildung ist schema tisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrieh- tung gemäss der Erfindung dargestellt, an Hand dessen die Wirkungsweise näher erläu tert wird. An den Generator 1 mit der Er regerwicklung 2 ist die Leiterschleife 4 an geschlossen, mit der das Werkstück 3 er wärmt werden soll. Das zwischen den Spit zen 5 gelagerte Werkstück 3 läuft während des gesamten Erhitzungsvorganges mehrmals um. Die angenommene Umlaufrichtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Abbildung ist rechts das Regelglied dar gestellt. Es besteht aus einer Scheibe 9 mit Widerstandswicklung, auf der ein Kontakt arm 7 schleift. Dieser Kontaktarm läuft im Sinne des eingezeichneten Pfeils synchron mit dem Werkstück um.
Zu diesem Zweck kann der Kontaktarm auf einer Welle angebracht sein, die über eine elektrisch isolierende Kupplung 11 mit der Welle unmittelbar ver bunden ist, die den Mitnehmer für den Werk stückumlauf betätigt. Das Regelglied kann aber auch beispielsweise von einem Motor angetrieben werden, der synchron zu dem Antriebsmotor für den Mitnehmer ge schaltet ist.
Das Regelglied ist in die Zuleitung zur Erregerwicklung 2 bei 10 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 Regel gliedes gleich Null. Wenn sich der Kontakt arm bis zum Punkt 9 bewegt hat, ist bei entsprechender Wicklung der Widerstand auf einen Höchstwert angewachsen. In den Zwischenstellungen ändert sich der Wider standswert gemäss der Kennlinie des Regel gliedes.
Durch die Einschaltung des Reglers mit veränderlichem Widerstand in den Steuer kreis 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 ge eignete 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 Erhitzungspro- gramm ablaufen zu lassen.
Bei einem umlaufenden Maschinengenera tor ist es erforderlich, dem Kontaktarm bei seinem Umlauf einen gewissen Winkel der Voreilung zu erteilen, was beispielsweise im dargestellten Beispiel mit Hilfe der Kupp lung 11 geschehen kann, um die Nachrege lungszeit auszugleichen, die durch die Eigen charakteristik des Stromerzeugers bedingt ist.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist nicht nur anwendbar in Verbindung mit um laufenden Generatoren, sie kann auch dort Verwendung finden, wo zur Erzeugung der Leistung Röhren, Stromrichter oder Funken streckengeneratoren benutzt werden.
Die Steuerung von Röhrengeneratoren kann beispielsweise so erfolgen, dass im Gitterkreis der Röhren die synchrone Ände rung eines Blindwiderstandes zur Leistungs regelung 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 Gitterkreis der Röhre unmöglich.
Bei der Verwendung von Funkenstreckengeneratoren kann auf gleiche Weise eine Steuerung der Spannungshöhe im Funkenstreakenkreis oder durch Induk- tivitäten im Schwingkreis erfolgen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung eignet sich nicht nur dazu, ein bestimmtes Erhitzungsprogramm im Werkstück zu ge währleisten, sondern auch dazu, Störungen, die für eine normale und gleichmässige Er hitzung durch angrenzende und unsymme- trische iUassen hervorgerufen würden, zu ver hindern. So kann beispielsweise die Masse von Kurbelarmen, die einen Kurbelzapfen be grenzen, zur unterschiedlichen Leistungsauf nahme in der Heizeinrichtung führen. Dieser unterschiedlichen Leistungsaufnahme kann durch Verwendung eines Reglers gemäss der Erfindung entgegengewirkt werden.
Device for electroinductive heating of workpieces. The subject of the main patent is a device for electroinductive heating of workpieces, eg. B. of Rotationskör pern, the device in particular to serve the surface heating, which, connected with a subsequent fright from for the purpose of hardening is performed. The device consists of a conductor loop, which stood resiliently with Ab is pressed against the surface of the workpiece, which rotates several times during the heating process.
The conductor loop covers, viewed in the circumferential direction, at most half the surface area and is expediently chosen so large in width that it covers the entire section of the workpiece to be hardened.
The device according to the main patent has proven itself in the heating of Rotationskör pern of various kinds, especially where it is a matter of uniformly heating the workpiece over the entire circumference of the section on which the heating device acts .
In practice, however, there are often cases in which an uneven distribution of the temperature level is desired; For example, the task may be to exclude certain areas of the circumference from heating or to maintain an increased temperature in some areas, and furthermore the requirement to allow the temperature increase to penetrate the workpiece to different depths When warming is a surface hardness, this requirement means that the workpieces are only partially hardened, respectively with different degrees of hardness. should be provided with different hardness depths.
Such requirements occur, for example, on camshafts where. only the cam surface and not the part of the cam that runs in the surface line of the actual shaft is to be hardened. Requirements of this or a similar type are also made for swing arms, shift levers and similar machine parts. Another task that occurs frequently is to provide so-called half-waves with surface hardening. These half waves are created to a certain extent by cutting a cylindrical shaft through a longitudinal cut in the axial direction, which does not always run through the axis itself.
Neither the actual half-waves nor those that do not actually represent a perfect half-wave can be treated with the exemplary embodiments explained in the main patent, although with true half-waves, two individual parts with the flat surfaces can be pressed together and then treated together to become. It turns out that the induced currents at the separation point are subject to certain disturbances which give rise to an undesirable course of the hardness layers. When treating a single half-wave, even greater disturbances are to be expected in this regard.
The purpose of the invention is to develop the device according to the main patent in such a way that workpieces can also be treated for which a temperature distribution is required that deviates from that which normally occurs.
It is known that rotating generators, spark gap generators, power converters or tube transmitters are generally used to generate the high frequency power, and the invention is based on the knowledge that it is possible to influence the temperature distribution in the circumferential direction of the delta surface, if the performance of these producers is changed periodically.
If, for example, the power is reduced to zero when the workpiece passes through a certain point under the heating conductor loop, there is no appreciable heating at this point despite the constant rotation of the workpiece. Accordingly, if the power is not periodically set to zero. but down to some intermediate value, heating takes place to a lesser extent, so that the temperature distribution can be influenced to the greatest extent possible.
Uni to influence this change in the power supply to the heating device in the desired sense. is proposed according to the invention to switch a control element into the control circuit of the power generator. This control element has a preference, a resistor which is arranged on the order of a Seheibe and is equipped with a sliding contact. The impedance of this control element is designed to be changeable, namely in such a way that the change takes place in accordance with a heating program synchronously with the rotation of the factory thickness.
For this purpose, the sliding contact arm is preferably used mechanically or electrically. with the rotating Werl #: stiick coupled so that it rotates synchronously with it. In this sense, the temperature distribution zii that is desired in the relevant link in the circumferential direction of the lateral surface is adjusted under the heating program. The ohmic resistance of the control element can be wound linearly or logaritlimiseli; however, a different characteristic can also be generated by a corresponding winding.
The individual resistance values on the control element correspond to certain temperature levels respectively in these execution examples. Penetration depths in the @ Verkstücl @. When using a sluggish power generator, such as B. a rotating generator, it is only necessary to ensure that the Kon tactars shows a certain lead during its rotation synchronized with the workpiece, in the so-called sewing control time of the high-frequency power generator Chen.
The device can also be used if the heating device is advanced in the axial direction of the workpiece with a simultaneous @, # rotation of the workpiece when the loop is narrow. The device can also be used in the same way in arrangements in which the heating device is constantly moved back and forth on the workpiece in the direction of the workpiece axis while the workpiece is rotating.
In the attached figure, an embodiment of a device according to the invention is shown schematically, on the basis of which the mode of operation is explained in more detail. To the generator 1 with the He excitation winding 2, the conductor loop 4 is closed, with which the workpiece 3 he should be heated. The workpiece 3 stored between the Spit zen 5 rotates several times during the entire heating process. The assumed direction of rotation is indicated by an arrow. In the figure, the control element is shown on the right. It consists of a disc 9 with a resistance winding on which a contact arm 7 grinds. This contact arm rotates synchronously with the workpiece as indicated by the arrow.
For this purpose, the contact arm can be mounted on a shaft which is directly connected to the shaft via an electrically insulating coupling 11, which actuates the driver for the work piece circulation. The control element can also be driven, for example, by a motor which is switched ge synchronous to the drive motor for the driver.
The control element is switched into the supply line to the excitation winding 2 at 10, in such a way that one terminal is led to the stationary resistance disk, while one terminal slides as a brush on the shaft of the contact arm. For example, if the contact arm is at point 8, the resistance of the rule element is zero. When the contact arm has moved to point 9, the resistance has increased to a maximum value with the appropriate winding. In the intermediate positions, the resistance value changes according to the characteristic curve of the control element.
By switching on the regulator with variable resistance in the control circuit of the high-frequency generator at 10, the power is changed synchronously with the circulation of the workpiece. It now only needs to be selected in adaptation to the desired temperature distribution in the workpiece, a suitable winding for the control element, linear, logarithmic or resistors with other characteristics are used depending on the requirements. In this way, it is possible to run a specific heating program with the help of the contact arm rotating synchronously with the workpiece.
With a rotating machine generator it is necessary to give the contact arm a certain angle of advance as it rotates, which can be done, for example, in the example shown with the aid of the coupling 11 to compensate for the adjustment time caused by the characteristic of the power generator is.
The device according to the invention is not only applicable in connection with generators running around, it can also be used wherever tubes, converters or spark generators are used to generate power.
The control of tube generators can be done, for example, in such a way that the synchronous change of a reactance in the grid circle of the tubes is used for power regulation. The variable reactance can be achieved by a synchronously rotating iron core. in a coil instead of the variable resistor 6. Even with capacitors that are switched on or off one after the other, it is impossible to influence the grid circle of the tube.
When using spark gap generators, the voltage level in the spark gap circuit or by inductances in the resonant circuit can be controlled in the same way.
The device according to the invention is not only suitable for ensuring a specific heating program in the workpiece, but also for preventing disturbances that would be caused by adjacent and asymmetrical iUassen for normal and uniform heating. For example, the mass of crank arms that limit a crank pin can lead to different power consumption in the heating device. This different power consumption can be counteracted by using a regulator according to the invention.