DE2519467C3

DE2519467C3 - Vorrichtung zur induktiven Erhitzung von Werkstücken

Info

Publication number: DE2519467C3
Application number: DE19752519467
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dr.-Ing. 5630 Remscheid Reinke
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1975-05-02
Filing date: 1975-05-02
Publication date: 1978-05-11
Also published as: GB1504653A; IT1060484B; JPS51137151A; JPS5519036B2; DE2519467A1; DE2519467B2; FR2310056B1; FR2310056A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur induktiven Erhitzung von Werkstücken, insbesondere von Flanschwellen für Radachsen von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung eines dem Verlauf der Werkstückform angepaßten, aus einer Wechselstromquelle mit einem Wechselstrom speisbaren Induktors, dessen Leiter einen geformten Stromkreis bildend an die Ausgangsklemmen der Wechselstromquelle anschließbar und über mindestens eine Teillänge seiner Längserstreckung mittels eines die Teillänge einschießenden Hilfsstromkreises mit einem Hilfsstrom den Hauptstrom überlagernd speisbar ist und bei der der Hilfsstromkreis einen auf eine Resonanzfrequenz abgestimmten Renonanzkreis enthält.

Vorrichtungen dieser Ausbildung sind bekannt, wobei diese den Zweck erfüllen, das Werkstück in Teilbereichen der Längserstreckung des vorgesehenen Induktors in unterschiedlicher Weise zu erwärmen. Normalerweise wird das Wärmebild, das mittels eines wechselstromgespeisten Induktors induktiv in der Oberfläche eines Werkstücks erzeugt wird, durch passende Bemessung des Koppelabstandes zwischen der Induktorschleife und der Oberfläche des Werkstücks gewählt, wobei geringe Abstände zwischen dem Induktor und der Werkstückoberfläche einer vergrößerten Werkstückerwärmung und größere Abstände einer verringerten Werkstückerwärmung entsprechen. Ferner ist es möglich, das Wärmebild, das mit dem Induktor innerhalb der Werkstückoberfläche erzeugt wird, durch die Induktion in dem Werkstück steuernde Eisenbleche, die als Joche auf dem Induktor angeordnet sind, zu beeinflussen.

Häufig ist es jedoch wirtschaftlich nicht möglich, die in dem Werkstück induzierten Wirbelströme durch Abschwächung oder Konzentration der Induktionswirkung eines einheitlichen maximalen Stroms derart zu steuern, daß erwünschte Wärmebilder in der Oberfläche des Werkstücks erzeugt werden.

Es ist deshalb bereits bekannt, die Anordnung derart zu treffen, daß entweder mehrere, aus getrennten Stromquellen mit dem induzierten Wechselstrom gespeiste Induktoren oberhalb der Werkstückoberfläche angeordnet und zur Aufheizung des Werkstücks benutzt werden.

A uch ist es bekannt, die Anordnung derart zu treffen, daß aus einer gemeinsamen Stromquelle mehrere Hilfsstromkreise gespeist werden, die derart ausgebildet sind, daß Teillängen dieser Hilfsstromkreise im Stromkreis des das Werkstück beheizenden Induktors einen gemeinsamen Verlauf aufweisen und miteinander

ίο identisch sind. In den identischen Stromkreisteilen überlagern sich die Ströme der Hilfsstromkreise, die auch aus getrennten HilfsStromquellen speisbar sind, und es ist deshalb unter Beachtung und ggf. Einstellung der Phasenlage der Wechselströme der Hilfsstromkreise möglich, in den Teilbereichen der Induktoren, die zwei Hilfsstromkreisen gemeinsam sind. Ströme zu erzeugen, die in den zugeordneten Bereichen des Werkstücks das gewünschte Wärmebild erzeugen (vgl. DE-PS 19 63 368).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weiter zu vereinfachen.

Dieses wird an Votrichtungen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Resonanzfrequenz des stromquellenfreien Hilfsstromkreises einstellbar ist.

Bei Vorrichtungen nach der Erfindung ist es möglich, durch Ausnutzung der Resonanzüberhöhung im an den Hilfsstromkreis angeschlossenen Resonanzkreis unter Beachtung der zugehörigen Phasenlage des Hilfsstroms die Wärmewirkung, die von dem allen Stromkreisen gemeinsamen Teil des Induktors ausgeht, derart zu steuern, daß die erwünschte Erwärmungsdifferenzen zwischen der Erwärmung aus diesem Teil des Induktors und der Erwärmung aus den übrigen Teilen des Induktors erzielt werden.

Die Erfindung eignet «ich besonders zur Anwendung an Maschinen zur Wärmebehandlung, insbesondere zur Härtung von kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffen, an denen Werkstücke unterschiedlicher Formgebung zur Behandlung gelangen und deshalb Maßnahmen zur Verwendung unterschiedlicher geformter Induktoren, z. B. durch Austausch der Induktoren, in Verbindung mit zugehörigen Speisestromquellen bzw. Speiseanschlüssen getroffen worden sind. An solchen Maschinen sind im Regelfall mehrere Mittel- oder Hochfrequenztransformatoren zur Speisung der Induktoren vorgesehen, und die zugehörigen Transformatoren, Kondensatoren u. dgl. sind über Schaltmittel mit zugehörigen Induktorteilen verbindbar.

Die anliegende Zeichnung erläutert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In der Zeichnung bezeichnen 1 den Schaft einer Hinterradachse eines Kraftfahrzeuges, 2 den fest mit ihr verbundenen und eine bauliche Einheit mit dem Schaft 1 bildenden Flansch 2 der Welle, 3 und 4 zwei Einspannpinolen, zwischen denen die Welle 1, 2 eingespannt und um ihre Längsachse drehbar gelagert ist. Die Pinolen 3 und 4 werden in üblicher Weise motorisch angetrieben, so daß die Welle 1, 2 in gleichmäßige Drehung versetzt wird.

Die Oberfläche der Welle 1, 2 ist im Bereich der Längsausdehnung ihres Schaftes 1 in üblicher Weise einem Oberflächenhärtungsverfahren des kohlenstoffhaltigen Eisenwerkstoffs zu unterwerfen, wozu der Werkstoff in seiner Oberfläche bis zur entsprechenden Tiefe induktiv erhitzt und danach — in nicht näher dargestellter Weise — durch Abschrecken eekühlt und

zur Martensit-Bildung veranlaßt wird.

Zur Erhitzung des Werkstoffs im Bereich des Schaftes S dient ein Induktor bestehend aus den beiden Längsästen 5 und 6, die als Kupferleiter ausgebildet sind und — jeweils um ca. 180° gegeneinander um den Umfang der Welle versetzt — sich entlang der gesamten Länge des Schaftes 1 erstrecken, einem die Längsäste 5 und 6 miteinander verbindenden halbkreisförmigen Verbindungsteil 7, das im bereich des Flansches 2 und in geringem Abstand von der Oberfläche des Flanschs im Bereich der üblichen Hohlkehle zwischen dem Schaft 1 und dem Flansch 2 angeordnet ist und einem zweiten halbkreisförmigen Induktorteil 8, das den Schaft 1 etwa über die Hälfte seines Umfanges umfaßt Die Längsäste 5 und 6 des Induktors sind über die beiden Anschlußleitungen 10 und Il mit der Sekundärwicklung 12 eines Mittelfreque.iz-Transformators 13 verbunden, dessen Primärwicklung 14 über zwei Schaltkontaktel5 und 16 mit den Anschlußklemmen eines Mittelfrequenz-Wechselstromgenerators 17 verbunden ist.

Die Schallkontakte 15 und 16 sind mittels eines Relais 18 schaltbar, wozu das Relais 18 mittels einer Steuervorrichtung 19 derart betätigbar ist, daß — gezählt vom Zeitpunkt des Schließens der Kontakte 15 und 16 — eine bestimmte vorgegebene Energie dem Induktor 5,6,7,8,10,11 zugeführt wird. Beim Err ichen dieser Energie werden die Kontakte 15 und 16 wieder geöffnet, so daß der Aufheizvorgang am Werkstück 1,2 beendet wird.

Die Vorrichtung 19 kann dazu in üblicher Weise als Zähler, der vom Strom und/oder der Spannung im Heizstromkreis des Induktors beaufschlagt ist, ausgebildet sein.

Da die Heizleistung, die dem Werkstück 1, 2 im Bereich der Leiterschleife 7 zugeführt wird, zur Herbeiführung des in diesem Bereich des Werkstücks erwünschten Härtebildes nicht ausreicht, ist der beschriebene Induktor durch einen Hilfsstromkreis bestehend aus einem Hilfsleiter 20, der im Bereich der

to Verbindungspunkte zwischen der Induktorschleife 7 und den Längsästen 5 und 6 des Induktors an diesen Induktor angeschlossen ist, ergänzt, wozu der Hilfsleiter 20 über die Zuleitungen 21 und 22 an einen Resonanzkreis 23 bestehend aus der Primärwicklung 24

eines Übertragers 25 und dem dazu in Reihe geschalteten einstellbaren Kondensator 26 über die Sekundärwicklung des Übertragers 25 angeschlossen ist.

Der Resonanzkreis 23 ist durch passende Wahl der Kapazität des Kondensators 26 derart gewählt, daß der im Resonanzkreis 23 fließende Resonanzstrom unter Berücksichtigung der durch den Übertrager 25 verursachten Phasenverschiebungen in der Hilfsstromkreisschleife 20 einen Hilfsstrom induziert, der sich dem in der Leiterschleife 7 fließenden Strom additiv überlagert. Die Anordnung ist dabei zweckmäßig derart getroffen, daß der Wechselstrom, der die Leiterschleife 20 durchfließt, durch passende Formgebung des Leiters 20 im Bereich der zu erwärmenden Oberfläche des Flanschs 2 zui Erwärmung der Oberfläche des Flansches beiträgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur induktiven Erhitzung von Werkstücken, insbesondere von Flanschwellen für die Radachsen von Kraftfahrzeugen, unter Verwendung eines dem Verlauf der Werkstückform angepaßten, aus einer Wechselstromquelle mit einem Wechselstrom speisbaren Induktors, dessen Leiter einen geformten Stromkreis bildend an die Ausgangsklemmen der Wechselstromquelle anschließbar und über mindestens eine Teillänge seiner Längserstreckung mittels eines die Teillänge einschließenden Hilfsstromkreises mit einem den Hauptstrom überlagernden Hilfsstrom speisbar ist und bei der der Hilfsstromkreis einen auf eine Resonanzfrequenz abgestimmten Resonanzkreis enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz des stromquellenfreien Hilfsstromkreises (21, 20, 7,22) einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d? R auch die Zuleitung (20) zu der Teillänge (7) des Induktors (10, 11, 8, 5, 6, 7) im Bereich der Oberfläche des Werkstücks zur Erwärmung des Werkstücks geformt angeordnet ist.