DE1690547B2 - Vorrichtung zum einstellen der wirksamen laenge eines induk tors zum erwaermen metallischer werkstuecke - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf das induktive Er- aufgenommen sind, deren Induktivitäten durch die wärmen von Werkstücken unterschiedlicher Gesamt- Anordnung unterschiedlicher Kerne guter eleklänge bzw. unterschiedlich langer gewünschter Er- irischer oder magnetischer Leitfähigkeit zum Zwecke wärmungslänge mit einer möglichst geringen Anzahl einer vorgegebenen Variation der in den einzelnen bereitzustellender Induktoren. Es ist dabei gleich- 5 Induktorabschnitten fließenden Ströme veränderbar gültig, ob die induktive Erwärmung zum Zwecke der sind, wird noch die USA.-Patentschrift 1 981631 nachfolgenden Verformung oder des Oberflächen- genannt. Aufgabestellung und Ausführung der Vorhärtens durch Abschrecken der erhitzten Werkstücke richtung gemäß dieser USA.-Patentschrift sind aber durchgeführt wird. völlig verschieden von denen des Erfindungsgegen-

In zwei nicht vorbekannten deutschen Patent- io Standes.

anmeldungen des Erfinders (deutsche Auslegeschrift Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfin-1583 332 und P 15 83 334.8-24) sind Vorrichtungen derischen Vorrichtung ist mindestens ein quer zur zum Einstellen der wirksamen Länge eines Induktors Werkstücksymmetrieachse verlaufender Ast der Heizzum Erwärmen metallischer und um ihre Symmetrie- leiterschleife lösbar und entlang den axialen Heizachse rotierender Werkstücke vorgeschlagen worden. 15 leiterschleifenästen stufenweise verstellbar. Dadurch Die Induktoren weisen dabei jeweils eine sich über ist eine besonders genaue Anpassung des Induktors die Werkstückoberfläche schließende Heizleiter- an unterschiedlich lange Werkstücke bzw. eine geschleif e auf, mit zwei im wesentlichen parallel zur naue Einstellung der Aufheizlänge möglich, weil mit Werkstücksymmetrieachse verlaufenden Heizleiter- der genannten stufenweisen Verstellung zunächst eine ästen. Bei dem Induktor gemäß der deutschen Aus- ao Grobeinstellung und durch die Verstellung des Kerns legeschrift 1583 332 besteht jeder der axial verlau- bzw. des Ringes in dem durch die Stäbe gebildeten fenden Heizleiteräste aus zwei in axialer Richtung Hohlraum eine genaue kontaktlose Feineinstellung sich überlappenden und gegeneinander verstellbarer erfolgt.

Heizleiter, die jeweils in ihrem Überlappungsbereich Andere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung

miteinander verklemmt werden. Gemäß der deut- 25 bestehen darin, daß der Hohlraum einen kreis-

schen Patentanmeldung P 15 83 334.8-24 sind an den förmigen oder polygonalen Querschnitt aufweist und

sich in axialer Richtung erstreckenden Heizleiterästen daß der Kern aus einem oder mehreren aus geschich-

an mehreren Stellen Anschlußfahnen angebracht, an teten Blechen oder aus gesinterten weichmagnetischen

denen diese Heizleiteräste durch eine versetzbare Preßkörpern bestehenden Feldführungskörpern zu-

Kurzschlußbrücke zur Heizleiterschleife verbunden 30 sammengesetzt ist.

werden. Bei der erstgenannten Lösung ist im Zu- Insbesondere wenn der Induktor an eine Ströme sammenhang mit dem robusten Erwärmungsbetrieb, hoher Frequenz liefernde Stromquelle angeschlossen in dem die Induktoren gewöhnlich eingesetzt werden, ist, sollen nach einer weiteren vorteilhaften Variante der nötige mechanische Aufwand aber aus verschie- der Erfindung die Feldführungskörper bzw. der Ring denen Gründen nachteilig. Der zweiten Lösung haftet 35 zum Durchleiten eines Kühlmediums hohl ausgebilder Nachteil an, daß die wirksame Heizlänge des In- det sein.

duktors nicht stetig, sondern nur stufenweise an die Eine vorteilhafte Einstellung der wirksamen Inpraktischen Erfordernisse angepaßt werden kann, duktorlänge wird erfindungsgemäß auch noch er-Der Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zu- zielt, wenn mindestens zwei im Bereich des durch die gründe, eine Vorrichtung zum Einstellen der wirk- 40 Stäbe gebildeten Hohlraumes mit einem Luftspalt versamen Länge eines Induktors zum Erwärmen metal- sehene Kerne im Hohlraum miteinander und gegenlischer Werkstücke anzugeben, bei der die genannten einander verstellbar angeordnet sind.
Nachteile der früher vorgeschlagenen Lösungen ver- Die Einstellbarkeit der wirksamen Induktorlänge mieden werden. Diese Aufgabe wird gemäß der erfin- kann erfindungsgemäß weiter verbessert werden, derischen Vorrichtung dadurch gelöst, daß min- 45 wenn an den Enden des Variationsbereiches an einer destens ein quer zur Werkstücksymmetrieachse ver- oder beiden Seiten der Stäbe, die den quer zur Werklaufender Ast der Heizleiterschleife an dem in der Stücksymmetrieachse verlaufenden Heizleiter bilden, wirksamen Länge zu variierenden Ende des Induk- an den Verlauf dieser Stäbe angepaßte Ringe oder tors — entsprechend der Breite des Variations- Scheiben aus weichmagnetischem Werkstoff angebereiches — in eine Mehrzahl parallel verlaufender 50 bracht sind.

Stäbe aufgeteilt ist, die sich zunächst der Werkstück- Die Erfindung soll nun nachstehend an Hand der

oberfläche anschmiegen und sodann einen Hohlraum A b b. 1 bis 6 näher erläutert werden,

freilassend verlaufen und daß in dem Hohlraum ein A b b. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine

Kern aus magnetisch gut leitendem Werkstoff an- gemäß der Erfindung gestaltete Heizleiterschleife;

geordnet ist mit einem in Richtung der Werkstück- 55 Abb. 2 zeigt den Schnitt entlang der LinieΙ-Γ

Symmetrieachse verstellbaren Luftspalt, derart, daß durch die Vorrichtung gemäß Abb. 1;

durch die Wirkung des Kerns die Impedanz des im A b b. 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie ΙΙ-ΙΓ

Bereich des Luftspaltes liegenden Stabes klein ist durch die Vorrichtung gemäß Abb. 1;

gegenüber den Impedanzen der übrigen Stäbe bzw. Abb. 4 und 5 zeigen die gleiche Ansicht wie

daß — gemäß einer anderen Variante des gleichen 60 Abb. 2, jedoch mit jeweils abgewandelter Form des

Erfindungsgedankens — in dem genannten Hohl- magnetischen Kernes;

raum ein axial verstellbarer Ring aus elektrisch gut Abb. 6 zeigt einen Schnitt entlang der LinieΙ-Γ leitendem Werkstoff angeordnet ist, derart, daß durch durch die Vorrichtung gemäß A b b. 1, in welcher ein die Wirkung dieses Ringes die Impedanz des im verstellbarer Ring angeordnet ist.
Bereich des Ringes liegenden Stabes klein ist gegen- 65 In Abb. 1 ist ein zylindrisches induktiv zu erwärüber den Impedanzen der übrigen Stäbe. mendes Werkstück 1 mit einem Teil einer sich über In bezug auf einen Induktor der in einem Leiter- der Werkstückoberfläche schließenden Heizleiternetzwerk aufgenommen ist, in dem Steuerimpedanzen schleife gezeigt. Derartige Heizleiterschleifen be-

stehen — wie an sich bekannt — im wesentlichen aus zwei parallel zu dem langgestreckten Werkstück verlaufenden geraden Ästen 2 bzw. 2', zwei diese verbindenden quer zur Werkstückachse verlaufenden Äste und Stromanschlüsse. Einer der quer verlaufenden Äste kann auch gleichzeitig — in dieser Weise ist auch die aus A b b. 1 ersichtliche Heizleiterschleife aufgebaut — in entsprechend aufgetrennter Weise als Stromanschluß dienen.

In A b b. 1 ist der Bereich der quer verlaufenden Äste bzw. der Bereich der Stromanschlüsse in Übereinstimmung mit der Erfindung gestaltet. Quer verlaufender Ast bzw. Stromanschlüsse sind in einer bestimmten Breite in eine Mehrzahl parallel verlaufender Stäbe 3, 4, 5, 6 bzw. 3', 4', 5', 6' unterteilt, deren Verlauf sich zunächst der Werkstückoberfläche anschmiegt und sodann einen Hohlraum 7 freiläßt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Stäbe an ihren Enden 8 bzw. 8' elektrisch leitend miteinander verbunden, und die Enden dienen gleichzeitig als Stromanschlüsse. Falls die Stromanschlüsse an einen anderen Ort der Heizleiterschleife verlegt sind, sollen die entsprechenden Stäbe, nämlich 3 und 3', 4 und 4', 5 und 5' sowie 6 und 6' natürlich direkt elektrisch leitend miteinander verbunden sein. Erforderlichenfalls kann der in Abb. 1 nicht dargestellte quer verlaufende Ast am anderen Ende der Heizleiterschleife in der gleichen Weise ausgebildet sein.

In A b b. 1 ist der besseren Anschaulichkeit wegen lediglich der zwischen den Stäben freigelassene Hohlraum gezeigt worden. Im Betriebszustand dagegen ist, wie aus dem Schnittbild in Abb. 2 deutlich wird, in dem Hohlraum 7 ein in Richtung des Pfeiles 9 verstellbarer Kern 10 mit Luftspalt 11 aus magnetisch gut leitendem Werkstoff eingesetzt.

An Stelle des verstellbaren magnetischen Kernes kann auch — wie aus A b b. 6 ersichtlich — ein verstellbarer Ring aus elektrisch gut leitendem Werkstoff in dem Hohlraum angeordnet sein. Dieser Ring ist in dem Hohlraum parallel zum Werkstück längsverschiebbar. Zu diesem Zweck soll er an einem geeigneten Träger, beispielsweise an einer Stange 16 — wie in A b b. 6 angedeutet — befestigt sein, welche in Richtung des Pfeiles 17 beweglich sein soll. Zur Abführung der im Ring erzeugten Verlustwärme ist dieser vornehmlich hohl ausgebildet, und ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium wird durch den Hohlraum 18 hindurchgeleitet.

Der Luftspalt des Kernes 10 bzw. der Kurzschlußring 15 bewirken einen erheblichen Unterschied der Impedanzen der parallelgeschalteten Stäbe 3, 4, 5, 6 und 3', 4', 5', 6', welches zur Wirkung hat, daß der Strom nur noch in demjenigen der Leiter 3, 4, 5, 6 und 3', 4', 5', 6' fließt, wo der Luftspalt bzw. der Kurzschlußring liegen. Bei der induktiven Erwärmung macht sich dies dann in der Weise bemerkbar, als ob die übrigen Leiter nicht vorhanden wären.

Die Länge der Heizzone 12 gemäß Ä b b. 3 bzw. die wirksame Länge der Heizleiterschleife kann somit durch Verschieben des magnetischen Kernes angepaßt werden. Diese kontaktlose Ausführung gestattet die Verstellung auch während des Aufheizens.

Um eine verfeinerte Einstellmöglichkeit zu erzielen, kann der magnetische Kern auch — wie aus A b b. 4 ersichtlich — in zwei Feldführungskörper 10 und 10' unterteilt sein, welche sowohl miteinander als auch gegeneinander in Richtung der Pfeile 9 verschiebbar sein sollen. Mit einer solchen Kernanordnung ist in begrenztem Umfang auch eine Steuerung des Induktorstromes und damit eine Steuerung der dem Induktor zugeführten elektrischen Leistung möglich.

Für manche Anwendungsfälle dürfte als magnetischer Kern auch ein E-Kern 13 ausreichen, wie er in A b b. 5 gezeigt ist. Zur Verminderung des Streuflusses können — wie in den A b b. 4 und 5 angedeutet — neben den Stäben, und zwar entweder nur an einer oder an beiden Seiten Ringe oder Scheiben 14 aus weichmagnetischem Werkstoff angebracht sein.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum stufenlosen Einstellen der wirksamen Länge eines Induktors zum Erwärmen metallischer, um ihre Symmetrieachse rotierender Werkstücke mit einer sich über die Werkstückoberfläche schließenden Heizleiterschleife, die insbesondere zwei im wesentlichen parallel zur Werkstück-Symmetrieachse verlaufende Heizleiteräste aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein quer zur Werkstück-Symmetrieachse verlaufender Ast der Heizleiterschleife an dem in der wirksamen Länge zu variierenden Ende des Induktors — entsprechend der Breite des Variationsbereiches — in eine Mehrzahl parallelverlaufender Stäbe (3 bis 6, 3' bis 6') aufgeteilt ist, die sich zunächst der Werkstückoberfläche anschmiegen und sodann einen Hohlraum (7) freilassend verlaufen und daß in dem Hohlraum (7) ein Kern aus magnetisch gut leitendem Werkstoff angeordnet ist mit einem in Richtung (9) der Werkstück-Symmetrieachse verstellbaren Luftspalt (11), derart, daß durch die Wirkung der Kerne die Impedanz des im Bereich des Luftspaltes (11) liegenden Stabes klein ist gegenüber den Impedanzen der übrigen Stäbe.

2. Vorrichtung zum stufenlosen Einstellen der wirksamen Länge eines Induktors zum Erwärmen metallischer, um ihre Symmetrieachse rotierender Werkstücke mit einer sich über die Werkstückoberfläche schließenden Heizleiterschleife, die insbesondere zwei im wesentlichen parallel zur Werkstück-Symmetrieachse verlaufende Heizleiteräste aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein quer zur Werkstück-Symmetrieachse verlaufenden Ast der Heizleiterschleife an dem in der wirksamen Länge zu variierenden Ende des Induktors — entsprechend der Breite des Variationsbereiches — in eine Mehrzahl parallel verlaufender Stäbe (3 bis 6, 3' bis 6') aufgeteilt ist, die sich zunächst der Werkstückoberfläche anschmiegen und sodann einen Hohlraum (7) freilassend verlaufen und daß in dem Hohlraum (7) ein axial verstellbarer Ring (15) aus elektrisch gut leitendem Werkstoff angeordnet ist, derart, daß durch die Wirkung dieses Ringes (15) die Impedanz des im Bereich des Ringes (15) liegenden Stabes klein ist gegenüber den Impedanzen der übrigen Stäbe.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein quer zur Werkstück-Symmetrieachse verlaufender Ast der Heizleiterschleife lösbar und entlang den axialen Heizleiterschleifenästen stufenweise verstellbar ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (7)

einen kreisförmigen oder polygonalen Querschnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) aus einem oder mehreren geschichteten Blechen oder aus gesinterten weichmagnetischen Preßkörpern bestehenden Feldführungskörpern zusammengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldführungskörper bzw. der Ring (15) zum Durchleiten eines Kühlmediums hohl ausgebildet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei im Bereich des Hohlraumes (7) mit einem Luftspalt versehene magnetische Kerne (10,10') im Hohlraum (7) miteinander oder gegeneinander verschiebbar angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden des Variationsbereiches an einer oder beiden Seiten der Stäbe (3 bis 6, 3' bis 6') dem Verlauf dieser angepaßte Ringe oder Scheiben (14) aus weichmagnetischem Werkstoff angebracht sind.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen