DE19725653A1 - Induktor zum Aufheizen eines länglichen metallischen Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktor zum Aufheizen eines länglichen metallischen Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Ein derartiger Induktor ist aus der DE 39 29 145 C1 bekannt. Induktoren werden zum induk­ tiven Aufheizen von metallischen Werkstücken verwendet, wobei in eine als Primärspule wirkenden Schleife des Induktors ein Wechselstrom eingespeist wird und durch induktive Kopplung in dem als Sekundärspule wirkenden metallischen Werkstück Wirbelströme her­ vorgerufen werden, die aufgrund des ohmschen Widerstands des metallischen Werkstücks zu dessen Erhitzung führen. Der als Induktorschleife wirkende Heizleiter des Induktors be­ steht dabei zumeist aus massivem Kupfer, um die ohmschen Verluste und die daraus fol­ gende Erwärmung gering zu halten, und wird zusätzlich durch in Längsrichtung des Leiters verlaufende Wasserleitungen gekühlt. Der Primärstrom wird über Stromanschlüsse in einer Anschlußeinrichtung, die sich an einem Ende des Heizleiters befindet, über einen in Längs­ richtung des metallischen Werkstücks verlaufenden ersten Leiterzweig, ein der Anschluß­ einrichtung gegenüberliegendem Kopfstück und einem zum ersten Leiterzweig im wesentli­ chen parallel verlaufenden zweiten Leiterzweig zurück zur Anschlußeinrichtung geführt, wo­ durch eine im wesentlichen geschlossene Primärspule gebildet wird.

Wenn Induktoren zur Erhitzung unterschiedlich langer Werkstücke verwendet werden sollen, ist es notwendig, die Länge der Leiterschleife entsprechend der Länge des jeweiligen Werk­ stücks variieren zu können. Die DE 39 29 145 C1 beschreibt einen Induktor zum Erhitzen unterschiedlich langer Werkstücke mit einem geteilten, aus zwei stufenlos verschiebbar zu­ einander angeordneten Hälften bestehenden und den Werkstückkonturen anpaßbaren In­ duktor, bei dem die zweiteilige Anschlußeinrichtung mit einem ersten Paar von Leiterzweig­ hälften und das Kopfstück mit einem zweiten Paar von Leiterzweighälften als separate Teile ausgebildet sind. Die jeweils mit der Anschlußeinrichtung bzw. dem Kopfstück verbundenen Leiterzweige sind dabei versetzt und zueinander kontinuierlich verschiebbar angeordnet, wobei der Stromfluß zwischen den Leiterzweighälften über Kontakte gewährleistet wird. Durch Verschieben der aus dem Kopfstück und dem ersten Paar von Leiterzweighälften be­ stehenden Induktorhälfte gegenüber der anderen, aus der Anschlußeinrichtung und dem zweiten Paar von Leiterzweighälften bestehenden Induktorhälfte kann die Induktorlänge kontinuierlich variiert werden. Dieser Induktor läßt sich dabei insbesondere zum Erhitzen von Gelenkwellen verwenden, wobei der mittlere Rohrabschnitt der Gelenkwelle von den parallel zum Rohr verlaufenden Leiterzweigen und die mit Zahnkränzen versehenen Außenbereiche der Gelenkwelle von dem entsprechend geformten, der Kontur des Gelenkteils der Welle angepaßten Kopfstück und der Anschlußeinrichtung aufgenommen werden.

Nachteilhaft an einem derartigen Heizleiter ist jedoch zum einen, daß er mit relativ hohen Strömen betrieben werden muß, was zu einem hohen Energieverbrauch führt, eine starke Kühlung notwendig macht und im Außenbereich der Induktionsschleife ein hohes störendes Außenmagnetfeld hervorruft. Weiterhin ist der Heizleiter des Induktors der Wärmestrahlung des Werkstücks ausgesetzt, so daß er insbesondere an seiner nahe an dem Werkstück be­ findlichen Innenseite entsprechend abnutzt und in regelmäßigen Wartungsintervallen aus­ gewechselt werden muß. Dabei muß bei einem Heizleiter, wie er in der DE 39 29 145 C1 beschrieben ist, zumindest eine Hälfte des Heizleiters ausgetauscht werden, was jeweils eine längere Betriebspause des Induktors und einen vollständigen Ausbau des Heizleiters erforderlich macht, insbesondere da die beiden Induktorhälften diagonal ineinander verscho­ ben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktor gemäß dem Oberbegriff von An­ spruch 1 dahingehend weiterzubilden, daß die Verwendung niedriger Ströme und eine ko­ stengünstige Reparatur eines beschädigten Heizleiters ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch einen Induktor nach Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche be­ schreiben bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Induktors.

Indem erfindungsgemäß die beiden Leiterzweige jeweils einstrangig ausgebildet werden, d. h. nicht entsprechend der DE 39 29 145 C1 aus zwei diagonal zueinander versetzten und ineinandergeschobenen Hälften bestehen, wird die Anbringung von Blechen an den Leiter­ zweigen ermöglicht. Dabei wird durch die Unterteilung der einstrangigen Leiterzweige quer zu ihrer Längsrichtung dennoch eine Veränderung der Gesamtlänge der beiden Leiterzweige ermöglicht, indem Leiterabschnitte mit einer gewünschten Länge eingesetzt werden. Als Bleche zur Verstärkung und Bündelung des Magnetfeldes lassen sich dabei die bekannten Materialien mit entsprechend hoher Permeabilität, insbesondere Eisen und Stahl verwen­ den.

Die Bleche lassen sich dabei insbesondere als dünne Streifen quer zur Längsrichtung der Leiterzweige und um den Leiterzweig-Querschnitt umlaufend verwenden, da durch eine der­ artige Anordnung zum einen eine entsprechende Verstärkung des Magnetfelds erreichen läßt und dennoch Wirbelströme in den Blechen selbst gering gehalten werden. Durch eine versetzte Anordnung der Unterteilungen der Leiterzweige in die verschiedenen Leiterab­ schnitte gemäß Anspruch 3 kann erreicht werden, daß die durch die Unterteilungen even­ tuell hervorgerufenen Ungleichmäßigkeiten des Magnetfelds der beiden Leiterzweige nicht auf eine Stelle des Werkstücks einwirken.

Die Unterteilung der Leiterzweige läßt sich insbesondere nach Anspruch 4 als stufenartige Unterteilung des Leiterzweigs ausbilden, so daß eine Verzahnungswirkung zwischen den separaten Leiterabschnitten erreicht und eine selbsttragende Konstruktion der Leiterzweige ermöglicht wird. Eine derartige stufenartige Unterteilung ermöglicht insbesondere auch eine einfache Auswechselbarkeit eines beschädigten Leiterabschnitts, indem dieser einfach quer zur Leiterlängsrichtung, z. B. in vertikaler Richtung aus der Heizleiterschleife entnommen wird. Durch die stufenartige Unterteilung wird weiterhin eine große Kontaktfläche zwischen den aneinanderliegenden Leiterabschnitten erreicht, so daß die Stromdichte in diesen Kon­ taktbereichen gering gehalten werden kann. Die Leiterzweige können dabei alternativ nach Anspruch 5 oder 6 zwei oder drei separate Teile aufweisen. Eine Unterteilung eines Leiter­ zweigs in mehrere separate Teile ermöglicht es entsprechend, jeweils nur einen kleinen be­ schädigten Leiterabschnitt auszuwechseln, ohne in unnötiger Weise unbeschädigte Leiterbe­ reiche auswechseln zu müssen.

Die Ausbildung von Kanten an den Innenseiten der Leiterzweige nach Anspruch 8 bewirkt in Zusammenwirkung mit den an den Leiterzweigen angebrachten Blechen eine deutliche Verstärkung des Magnetfelds im Innenraum der Heizleiterschleife.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Heizleiterschleife für einen Induktor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 die Seitenansicht eines Heizleiterzweigs eines Induktors gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Heizleiterzweigs aus Fig. 1;

Fig. 4 eine Seitenansicht einer Heizleiterschleife eines Induktors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Heizleiterschleife eines Induktors gemäß einer dritten Aus­ führungsform der Erfindung.

Eine Heizleiterschleife weist gemäß Fig. 1 eine aus Anschlußteilen 6a und 6b bestehende Anschlußeinrichtung 6, zwei Profilleisten 2a, 2b und ein Kopfstück 4 auf. Über Stroman­ schlüsse 14 wird ein hochfrequenter Wechselstrom in die Heizleiterschleife eingeleitet, der ein entsprechendes Magnetfeld um den Heizleiter herum hervorruft. Die Profilleisten 2a und 2b sind jeweils in drei Teile unterteilt, die mit den Anschlußteilen 6a und 6b einteilig ausge­ bildeten Ansätze 8a und 8b, Mittelleisten 12a und 12b und Ansätze 10a und 10b, die mit dem Kopfstück 4 einteilig ausgebildet sind. Die Profilleisten 2a und 2b weisen dabei an ihrer Innenseite Kanten 18 auf, die zu einer Bündelung des Magnetfelds im Inneren der Heizlei­ terschleife führen.

Das zu behandelnde Werkstück wird im Induktor in den Freiraum zwischen den beiden Lei­ terschleifen 2a und 2b gelegt wobei die Enden des Werkstücks, z. B. die Außenteile einer Gelenkwelle, von halbrunden Öffnungen der Anschlußeinrichtung 6 und des Kopfstücks 4 umgeben werden, so daß eine gleichmäßige Erwärmung des Werkstücks auch an den End­ bereichen erreicht wird. Dabei kann die Heizleiterschleife in den Endbereichen entsprechend der Kontur des zu behandelnden Werkstücks formgerecht ausgebildet werden.

Erfindungsgemäß sind Bleche 16 um die Leiterzweige 2a und 2b gewickelt, wobei in Fig. 1 nur die Bleche an dem Leiterzweig 2a gezeigt sind, entsprechende Bleche jedoch auch am Leiterzweig 2b vorzusehen sind. Durch die Verwendung der Bleche wird eine Verstärkung des Magnetfelds, insbesondere im Innenraum der Heizleiterschleife erreicht, so daß gerin­ gere Stromstärken verwendet werden können. Die Anschlußteile 6a und 6b mit den Ansät­ zen 8a und 8b, die Mittelstücke 12a, 12b und das Kopfstück 4 mit den Ansätzen 10a und 10b sind jeweils gemäß der Schnittansicht von Fig. 3 mit Kühlwasserbohrungen 15 und 17 versehen, wobei jeweils eine Bohrung als Wasserzuführung und Wasserrückführung ver­ wendet wird, so daß die aus massivem Kupfer bestehenden verschiedenen Abschnitte des Heizleiters entsprechend gekühlt werden können, um eine Erwärmung des Heizleiters zu begrenzen.

Die verschiedenen Profilleistenabschnitte 8a, 8b, 12a, 12b, 10a und 10b sind jeweils über stufenartige Unterteilungen miteinander verbunden, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist. Durch die Verzahnungswirkung z. B. der Vorsprünge 11 und 13 des Ansatzes 8a und der Mittelleiste 12a wird dabei zum einen eine große Kontaktfläche zwischen diesen Bauteilen erreicht und zum andern eine einfache Auswechslung eines beschädigten Leiterabschnitts ermöglicht, da die Mittelleisten 12a und 12b jeweils auf den anderen Teilen aufliegen und somit leicht entfernt werden können, so daß anschließend auch eine einfache Entnahme des Kopfstücks 4 sowie der Anschlußteile 6a und 6b ermöglicht ist.

Alternativ zur ersten Ausführungsform kann auch gemäß den Fig. 4 und 5 eine Untertei­ lung der Profilleisten jeweils in zwei Abschnitte erreicht werden, wobei Fig. 2 eine mittige Unterteilung der Profilleisten und Fig. 5 eine ungleichmäßige Unterteilung der Profilleisten in zwei Abschnitte vorsieht.

Der erfindungsgemäße Induktor kann dabei für Werkstücke mit unterschiedlicher Länge verwendet werden. Dafür müssen nur die entsprechenden Teile der Profilleisten 2a und 2b entsprechend der gewünschten Länge des Werkstücks ausgewechselt werden. Z.B. können in der Ausführungsform der Fig. 1 die beiden Mittelleisten 12a und 12b entsprechend der Länge des zu behandelnden Werkstücks eingesetzt werden, so daß für zu behandelnde Werkstücke jeweils entsprechende Mittelleisten bereit gehalten werden müssen. Ein solches System von genau einstellbaren Profilleisten ermöglicht zwar nicht die kontinuierliche Ver­ schiebung der Profilleisten, wie es in der DE 39 29 145 C1 möglich ist; in der Praxis ist es jedoch nur selten erforderlich, Werkstücke beliebiger Länge zu behandeln, da mit einem In­ duktor zum Erwärmen von länglichen Werkstücken in der Regel jeweils nur einige verschie­ dene Werkstücke vorgegebener Länge behandelt werden müssen, so daß eine jeweilige Einstellung einer kontinuierlich verschiebbaren Profilleiste sogar nur den unnötigen Aufwand einer genauen Einstellung der Länge erforderlich macht, die durch paßgenau einzulegende Mittelleisten 12a bzw. 12b bereits genau eingestellt wird.

Bei den Ausführungsformen der Fig. 5 und 6 muß jeweils eine der beiden Hälften des Induktors als Längenausgleichsstück entsprechend der gewünschten Länge des Werkstücks ausgewählt werden, während der andere, vorzugsweise mit der ortsfesten Hälfte des Induk­ torgehäuses verbundene Teil des Heizleiters nicht verändert wird.

Zum Einstellen einer gewünschten Heizleiterlänge muß jeweils das Induktorgehäuse geöff­ net werden, die beiden mit der Anschlußeinrichtung 6 und dem Kopfstück 4 verbundenen Induktorhälften auseinandergefahren und anschließend durch Einsetzen des gewünschten variablen Längenausgleichsstücks z. B. der Mittelleisten 12a und 12b, eine gewünschte Profilleistenlänge eingestellt werden.

Claims (8)

1. Induktor zum Aufheizen eines länglichen metallischen Werkstücks, mit einem Heizlei­ ter, der Stromanschlüsse (14) für eine elektrische Stromversorgung, zwei im wesentli­ chen parallel verlaufende Leiterzweige (2a, 2b) und ein eine Stromverbindung zwi­ schen den Leiterzweigen herstellendes Kopfstück (4) aufweist, wobei eine Länge des Heizleiters für die Aufnahme eines jeweiligen länglichen Werkstücks einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterzweige (2a, 2b) jeweils einstrangig ausgebildet und quer zu ihrer Längsrich­ tung unterteilt sind, und Bleche (16) an den Leiterzweigen angebracht sind zur Verstärkung eines von einem durch die Leiterzweige fließenden Strom hervorgerufenen Magnetfelds.

2. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche (16) quer zur Längsrichtung der Leiterzweige und um die Leiterzweigquerschnitt herum umlaufend angebracht sind.

3. Induktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterteilungen der Leiterzweige (2a, 2b) in deren Längsrichtung zueinander versetzt angeordnet sind.

4. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter­ zweige (2a, 2b) stufenartige Unterteilungen (11, 13) in den Leiterzweigen aufweisen.

5. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lei­ terzweig (2a, 2b) mindestens drei separate Teile aufweist, jeweils einen Ansatz (8a, 8b) einer mit den Stromanschlüssen (14) verbundenen Anschlußeinrichtung (6), eine Mittelleiste (12a, 12b) und einen Ansatz (10a, 10b) des Kopfstücks (4).

6. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Lei­ terzweig aus zwei separaten Teilen besteht.

7. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch jeden Profilleistenabschnitt zwei Wasserleitungen (15, 17), jeweils eine Hinleitung und eine Rückleitung verlaufen, die miteinander verbunden sind.

8. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an den In­ nenseiten der Leiterzweige (2a, 2b) Kanten (18) ausgebildet sind.