DE2356135B2

DE2356135B2 - Einlagige zylindrische induktionsspule

Info

Publication number: DE2356135B2
Application number: DE19732356135
Authority: DE
Inventors: Nobukazu Aichi Morisaki (Japa)
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1973-07-12
Filing date: 1973-11-09
Publication date: 1976-11-04
Also published as: JPS5332548B2; DE2356135A1; DE2356135C3; JPS5035734A; GB1453076A

Description

Die Erfindung betrifft eine einlagige zylindrische Induktionsspule mit Ausnehmungen zur hochfrequenten Erwärmung zylindrischer Körper, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zylindrischen Körper gegenüberliegen, in denen der magnetische Fluß beeinflußt wird.

Bei einer derartigen aus der DT-AS 19 14 951 bekannten Induktionsspule dienen die Aussparungen dazu, eine stellenweise verringerte magnetische Kopplung zum aufzuheizenden Werkstück zu erzielen, wobei zur weiteren Verringerung der Kopplung teilweise in die Aussparungen hochpermeable Metallteile eingebracht sind. Dadurch sollen Härterisse durch Überhitzung von durch Erwärmung auszuhärtenden Werkstükken vermieden werden.

Aus der DT-OS 22 OO 473 ist es weiterhin bekannt, an den Stellen von Induktionsspulen, die Werkstückteilen gegenüberliegen, bei denen die Gefahr einer Überhitzung gegeben ist, sowohl größere Abstände vom Werkstück als auch Aussparungen und Bohrungen vorzusehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe liegt demgegenüber darin, eine Induktionsspule der eingangs genannten Art so auszubilden, daß beim Erwärmen von mit Flanschen versehenen Körpern eine gleichmäßige Temperaturverteilung in allen Teilen des Werkstückes erreicht wird, insbesondere eine Überhitzung der Flanschteile vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Erwärmen von zylindrischen, mit Endflanschen versehenen Körpern die Induktionsspule den zylindrischen Körper vollständig umgibt und die axiale Länge der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule gleichmäßig am Umfang verteilte rechteckige Aussparungen vorgesehen sind, deren axiale Länge ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge des Flansches beträgt und deren Breite in Umfangsrichtung ein Viertel bis drei Viertel der Umfangslänge des Flansches beträgt.

Eine weitere Lösung der obengenannten Aufgabe besteht darin, daß zum Erwärmen von drehbar gelagerten zylindrischen, mit Endflanschen versehenen Körpern die Induktionsspule den zylindrischen Körper vollständig umgibt und die axiale Länge der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule eine rechteckige Aussparung vorgesehen ist, deren axiale Länge ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge des Flansches beträgt und deren Breite in Umfangsrichtung ein Vierte! bis drei Viertel der Umfangslänge des Flansches beträgt.

Durch diese Ausgestaltung wird eine Verringerung der magnetischen Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem zylindrischen Körper im Bereich der Flansche und dadurch eine weitgehend homogene Temperaturverteilung im gesamten Werkstück erreicht.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung eine herkömmliche Induktionsspule und Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Induktionsspulen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einer perspektivischen Ansicht den wesentlichen Teil einer herkömmlichen Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen,

Fig.2 eine Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Fig. 1.

Fig.3 eine Abwicklung der in Fig. 1 dargestellten Induktionsspule,

F i g. 4 in einer perspektivischen Ansicht den wesentlichen Teil einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen,

Fig.5 eine Schnittansicht längs der Linie V-V in Fig. 4,

F i g. 6 eine Abwicklung der in F i g. 4 dargestellten Induktionsspule,

F i g. 7, 8a, 8b und 9 bis 11 Abwicklungen anderer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Induktionsspulen,

F i g. 8c, die Schnittansicht eines zu heizenden Werkstücks,

Fig. 12 in einem Diagramm die Beziehung zwischen der Größe einer Aussparung und dem Temperaturunterschied zwischen den Flanschen und dem Hauptkörper des zu heizenden Gegenstandes.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird im folgenden eine herkömmliche Induktionsspule zum Hochfrequenzheizen erläutert

Auf dem Induktionskörper 1 ist eine Kühlleitung 2 vorgesehea Der Induküonskörper 1 ist so aufgebaut daß er im allgemeinen die gesamte Außenfläche des zu heizenden Gegenstandes 4 umgibt Es hat sich gezeigt daß beim Anlegen eines bestimmten Hochfrequtnzstro_mes an die Stromschiene 3 des herkömmlichen Induktionikörpers 1 die Stärke der Konzentration der magnetischen Kraftlinien im Flanschbereich 71 des zu heizenden Gegenstandes 4 in der Praxis zu groß wird. Als Folge davon steigt die Temperatur in den Flanschbereichen 71 im Verhältnis zur Temperatur des Hauptkörpers 72 des zu heizenden Gegenstandes 4 übermäßig an. Daher war es bisher nicht möglich, eine einheitliche Aufheizung über den gesamten Körper des zu heizenden Gegenstandes zu erreicht.i.

In den Zeichnungen sind die folgenden Bezugszeichen verwandt worden:

1 Induktionskörper zum Hochfrequenzheizen,

2 Kühlleitung, die auf dem Induktionskörper zum Hochfrequenzheizen vorgesehen ist,

3 Stromschiene des Induktionskörpers zum Hochfrequenzheizen,

4 zu heizender Gegenstand,

71 Flansch des zu heizenden Gegenstandes,
T2Hauptkörper des zu heizenden Gegenstandes,
E Aussparung des Induktionskörpers zum Hochfrequenzheizen, -*⁰ D Außendurchmesser des Flansches des zu heizenden Gegenstandes,

G Breite des Flansches des zu heizenden Gegenstandes,
H Höhe des Flansches des zu heizenden Gegenstandes. ^3>

Gemäß Fig.4 bis 6 sind Aussparungen E in geeignetem Abstand voneinander an beiden Enden des Induktionskörpers 1 gegenüber den beiden Flanschen Tl des zu heizenden Gegenstandes vorgesehen. Es 4c wurde festgestellt, daß beim Anlegen eines bestimmten Hochfrequenzstromes an die Stromschiene 3 des Induktionskörpers 1 die Stärke der magnetischen Kraftlinien, die auf die Flansche 71 des zu heizenden Gegenstandes 4 wirken, und die Stärke der magnetisehen Kraftlinien, die auf den Hauptkörper 72 des zu heizenden Gegenstandes 4 wirken, nahezu ausgeglichen sind und damit eine einheitliche Temperaturverteilung sowohl über die Flansche 71 als auch über den Hauptkörper 72 erreicht wird. Auf dieser Grundlage wurden die in den F i g. 7 bis 11 dargestellten Konstruktionen entwickelt.

Der in Fig. 7 dargestellte Induktionskörper 1 wird dann verwandt, wenn der zu heizende Gegenstand nur einen Flansch aufweist. Der in Fig.8a dargestellte Induktionskörper 1 weist in seinem mittleren Abschnitt Aussparungen E auf. Dieser Induktionskörper 1 ist zur Verwendung bei einem zu heizenden zylindrischen Gegenstand bestimmt, der in seinem mittleren Abschnitt mit einem Flansch versehen ist. Der in Fig.8b dargestellte Induktionskörper 1 weist vier Aussparungen E über die Breite F auf. Der zu heizende Gegenstand, bei dem der in Fig.8b dargestellte Induktionskörper 1 verwandt werden soll, enthält vier Flansche, wie es in F i g. 8c dargestellt ist. Vorzugsweise ist die Form der Aussparungen des Induktionskörpers 1 rechtwinklig, wenn sich die Aussparungen am Ende des Induktionskörpers 1 befinden, und kreisförmig, wenn sie sich innerhalb der Breite P befinden, um sie durch einfaches Bohren ausbilden zu können. Wie oben beschrieben, besteht jedoch keine Notwendigkeit, die Form der Aussparungen auf diesen Bereich einzuschränken. Der in der F i g. 9a dargestellte Induktionskörper ist ein herkömmlicher Typ, an dessen beiden Enden entlang des Umfanges Segmente N aus dem gleichen Material, aus dem der Induktionskörper 1 besteht, angebracht sind. Das Anbringen der Segmente N am Induküonskörper 1 kann durch Löten oder ein anderes Verfahren geschehen. Wie es in der Figur dargestellt ist sind damit Aussparungen E ausgebildet. Die Fig.9b und 9c zeigen Schnittansichten längs der Linie C-Cund D-D in Fig.9a. Mit w ist die Dicke des Induktionskörpers bezeichnet. Der in Fig.9d dargestellte Induküonskörper 1, dessen Form der des in F i g. 6 dargestellten Induktionskörpers ähnlich ist, weist eine Breite P auf und enthält Segmente Q, die durch Löten daran (R) angebracht sind und Aussparungen E bilden, wie es in der Figur dargestellt ist. F i g. 9e zeigt eine Schnittansicht längs der Linie A-A in F i g. 9d. Der in Fig. 10 dargestellte Induktionskörper weist eine Aussparung E auf, die dadurch gebildet ist, daß die in F i g. £ dargestellten Aussparungen zu einer Aussparung ausgebildet sind. Es ist offensichtlich, daß auf die gleiche Weise die in F i g. 11 dargestellte Aussparung Edadurch gebildet ist, daß die in Fig. 7 dargestellten Aussparungen zu einer einzigen Aussparung ausgebildet sind. Wenn ein Induktionskörper verwandt wird, der — wie oben beschrieben — nur eine Aussparung aufweist, ist es notwendig, den zu heizenden Gegenstand während des Heizvorganges zu drehen.

Im folgenden werden Versuche erläutert. Bei den Versuchen bestand der zu heizende Gegenstand aus Flußeisen und hatte die folgenden Abmessungen:

Außendurchmesser Oder zwei Flansche 112 mm Gesamtlänge (Breite) Fdes Zylinders

mit zwei Flanschen 61mm

Breite G der beiden Flansche 3,5 mm

Höhe /-/der beiden Flansche 7,5 mm

Die bei den Versuchen verwandten Induktionskörper 1 bestanden aus Kupfer, und ihre Aussparungen hatten die folgenden Abmessungen:

Tiefe α·der Aussparung:

2 mm, 4 mm, 5 mm und 0 mm (herkömmlicher Induktionskörper),

Breite y der Aussparung:

die Hälfte der Umfangslänge des Induktionskörpers und 0 mm (herkömmlicher Induktionskörper),

Abstand K zwischen dem Induktionskörper 1 und dem Flansch Ti:
15 mm (siehe Fig. 5).

Wenn der zu heizende Gegenstand auf etwa 1000⁰C durch Anlegen eines Hochfrequenzstromes an die Stromschiene 3 aufgeheizt war, wurde der Temperaturunterschied zwischen dem Flansch Ti und dem Hauptkörper 72 gemessen, und es wurde die in F i g. 12 dargestellte Beziehung erhalten. Auf der Ordinate ist der Temperaturunterschied in ⁰C aufgetragen, während auf der Abszisse der Wert von χ in mm aufgetragen ist. Wie oben erwähnt, betrug während sämtlicher Versuche der Wert von y die Hälfte der Umfangslänge des Induktionskörpers, außer wenn im Falle der Verwendung eines herkömmlichen Induktionskörpers keine Aussparungen vorgesehen waren.

Aus Fig. 12 ergibt sich, daß der Temperaturunterschied zwischen den Flanschen Ti und dem Hauptkörper Tl 250⁰C beträgt, wenn ein herkömmlicher Induktionskörper 1 verwandt wird, und daß der Temperaturunterschied merklich geringer wird und eine einheitliche Aufheizung erfolgt, wenn eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionskörpers verwandt wird. Es zeigt sich, daß es zur Minimalisierung des Temperaturunterschiedes zwischen den Flanschen Ti und dem Hauptkörper Γ2 notwendig ist, die Abmessungswerte χ und y der Aussparung E des Induktionskörpers, die sich dem Flansch Π des zu heizenden Gegenstandes gegenüber befindet, so groß wie möglich zu machen. Die Ergebnisse einer großen Anzahl von durchgeführten Versuchen haben gezeigt, daß zum Erreichen des günstigsten Ergebnisses der Wert für χ in einem Bereich zwischen einem Drittel und dem Vierfachen der Breite G des Flansches des zu heizenden Gegenstandes und der Wert für y in einem Bereich zwischen einem Viertel und drei Viertel der Umfangslänge des zu heizenden Gegenstandes liegen sollten.

Es wurde ein Lager aus einer Bleikupferlegierung durch Schleuderguß hergestellt, indem das geschmolzene Metall in das Innere eines Fluß;tahlzy!inders gegossen wurde, der zwei Flansche aufwies und der eine einheitliche Temperaturverteilung zeigte. Das gegossene Lager wurde abgeschreckt und einer mikroskopischen Prüfung der Oberfläche unterworfen, die eine sehr einheitliche und ausgezeichnete Beschaffenheit der Metalloberfläche ergab. Wenn ein herkömmlicher Induktionskörper unter denselben Bedingungen, wie bei dem obigen Versuch verwandt wurde, wurde deutlich beobachtet, daß die Beschaffenheit der Oberfläche des Produktes bei weitem schlechter als die des zuerst genannten Produktes war.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einlagige zylindrische Induktionsspule mit Ausnehmungen zur hochfrequenten Erwärmung zylindrischer Körper, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zylindrischen Körper gegenüberliegen, in denen der magnetische Fluß beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen von zylindrischen, mit Endflanschen versehenen ι ο Körpern die Induktionsspule (1) den zylindrischen Körper (4) vollständig umgibt und die axiale Länge der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule gleichmäßig am Umfang verteilte rechteckige Aussparungen (E) vorgesehen sind, deren axiale Länge (x) ein Dritte! bis zum Vierfachen der axialen Länge (G) des Flansches (Ti) beträgt urd deren Breite in Umfangsrichtung (y) ein Viertel bis drei Viertel der Umfangslänge (Dn) des Flansches (TX) beträgt.

2. Einlagige zylindrische Induktionsspule mit Ausnehmungen, zur hochfrequenten Erwärmung zylindrischer Körper, bei der die Ausnehmungen den Teilen der zylindrischen Körper gegenüberliegen, in denen der magnetische Fluß beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erwärmen von drehbar gelagerten zylindrischen, mit Endflanschen versehenen Körpern die Induktionsspule (1) den zylindrischen Körper (4) vollständig umgibt und die axiale Länge der Induktionsspule gleich der des zylindrischen Körpers ist und an den den Flanschen gegenüberliegenden Stellen der Induktionsspule eine rechteckige Aussparung (E) vorgesehen ist, deren axiale Länge (x) ein Drittel bis zum Vierfachen der axialen Länge (G) des Flansches (Ti) beträgt und deren Breite in Umfangsrichtung (y) ein Viertel bis drei Viertel der Umfangslänge (Dn) des Flansches (T 1) beträgt.

3. Einlagige zylindrische Induktionsspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei zusätzlich auf dem zylindrischen Körper in dessen mittleren Bereich angeordneten ringförmigen Flanschteilen gleichmäßig am Umfang verteilte kreisförmige, sich in radialer Richtung erstreckende Löcher in den diesen Flanschteilen gegenüberliegenden Bereichen der Induktionsspule angeordnet sind.