DE4207607C1 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Behei­ zung mindestens eines in einer Gießform plazierten Einlege­ teils für ein Verbundgußteil, vorzugsweise auf der Basis von Eisen- und/oder Stahlwerkstoffen sowie eine zur Durch­ führung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.

Ein derartiges Verbundgußteil besteht aus einem Einlegeteil oder Kern und aus einer diesen Kern umgebenden Schale oder Ummantelung. Für das Einlegeteil und die Schale werden Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften eingesetzt, um durch ihren Verbund Kombinationen ihrer Eigenschaften herbeizuführen. Zum Beispiel kann für das Einlegeteil ein Stahl hoher Zähigkeit und für die Schale ein besonders har­ ter, verschleißfester oder für bestimmte Anforderungen re­ sistenter metallischer Werkstoff eingesetzt werden. Um eine innige Verbindung zwischen dem Einlegeteil und der Ummante­ lung zu erreichen, ist es erforderlich, das Einlegeteil vor dem Umgießen zu erhitzen.

Das Herstellen von Verbundgußteilen durch Schleudern unter Anwendung des induktiven Erwärmens des Grundkörpers oder Einlegeteils ist aus der DE-PS 7 48 062 bekannt. Bei der dort beschriebenen Vorrichtung ist eine Hochfrequenzspule vorgesehen, die als einwindiger bis höchstens dreiwindiger Induktor ausgebildet ist und den zu erwärmenden Teil um­ schließt. Zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Erwärmung sind die Induktorteile ungleichmäßig gekoppelt. Bei größe­ ren zu erwärmenden Teilen sind gegensinnig vom Strom durch­ flossene Induktorspulen zu verwenden, wodurch die Heizwir­ kung an den Enden vergrößert wird.

Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, daß durch die direkte Anpassung des Induktors an das zu erwärmende Teil, welches gleichzeitig die Kontur bildende Formwand ist, ausschließlich rotationssymmetrische Verbundgußteile herstellbar sind.

Es ist ferner bekannt (DD-PS 2 94 646), bei der Herstellung von Verbundgußteilen durch ein Erwärmen der gesamten Form mit einer Trennschicht vor dem Abgießen die Gasblasenbil­ dung an der Grenzfläche zwischen einzugießenden Teilen und dem erstarrenden Gießmetall zu vermeiden. Das Erwärmen der Trennschicht wird unter anderem durch Anbringen von Kabeln von einem Leistungstrafo an die Trennschicht, beispiels­ weise an eine in der Gießform liegende Stahlblechhülse, er­ reicht. Der die Stahlblechhülse durchfließende Strom soll diese aufheizen.

Die Nachteile der hier verwendeten Widerstandserwärmung von in der Gießform liegenden Trennschichten besteht darin, daß bei Verbundgußteilen die Stromzuführungen nicht vollständig in Formstoff eingebettet sind und somit während des Gießens mit einschmelzen und dadurch Qualitätsverluste verursachen. Ebenfalls ist das komplizierte Einbringen der Kabel in ka­ stenlose Gießformen technisch nicht wirtschaftlich zu re­ alisieren.

Darüber hinaus ist es bekannt (EP 02 06 963 B1), einen C- förmig ausgebildeten Induktorkern mit einander zugewandten Polschuhen aus zwei Schenkeln oder Zweigen zu bilden, die über eine Gelenkverbindung gekoppelt sind und eine Einstel­ lung des Abstandes zwischen den Schenkeln des Induktors er­ möglichen, um diesen Abstand z. B. an die Dicke eines Me­ tallbandes anzupassen.

Aus DE 41 09 308 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Stahlring, von einer Induktionsspule umgeben, in einer Gut­ form plaziert und erhitzt wird. Die Gußform wird dann mit flüssigem Grauguß gefüllt. Nachteilig ist bei diesem Ver­ fahren, daß die Induktionsspule in die Gußform integriert ist und eine Anpassung an die Abmessungen unterschiedlicher Einbauteile nicht zuläßt.

Aus WO 91/15 093 A1 ist eine Heizvorrichtung bekannt, die einen Induktor umfaßt, welcher einen C-förmigen Induktorkern aus einer Traverse und daran gehaltenen Kernwinkeln aufweist, die an ihren Enden aufeinander zu gerichtete End­ stücke mit je einer Spule haben, wobei der Abstand der End­ stücke voneinander veränderbar ist. Diese bekannte Heizvor­ richtung ist zur Erwärmung von zumindest teilweise aus Me­ tall bestehenden Gegenständen bestimmt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art und eine zu seiner Durchführung geeignete Vorrichtung derart zu schaffen, daß ohne jegliche Einschränkung auf rotationssymmetrische Ver­ bundgußteile eine energiesparende wirtschaftliche Beheizung der Einlegeteile und damit eine Verbesserung der Verbund­ gußteile insgesamt möglich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren ge­ löst, welches sich dadurch auszeichnet, daß die Gießform für jedes Einlegeteil von außen mit zwei in einer Ebene einander gegenüberliegenden, mit Abstand vor dem Hohlraum der Form endenden, auf das Einlegeteil zielenden Aussparun­ gen versehen wird, daß Teile eines mit mindestens einer Spule versehenen Induktorkerns in die Aussparungen einge­ bracht werden und daß dann die Spule/die Spulen zur induk­ tiven Beheizung des Einlegeteils an eine Stromquelle ange­ schlossen wird/werden.

Nach diesem Verfahren wird der Luftspalt zwischen den End­ bereichen des Induktors einerseits und dem Einlegeteil an­ dererseits reduziert und eine bessere Umsetzung der elek­ trischen Energie in Wärme zur Beheizung des Einlegeteils herbeigeführt.

Dieses Verfahren ist insbesondere bei kastenlosen Gießfor­ men anwendbar, kann aber auch in Verbindung mit Gießkästen angewandt werden, die dann im Bereich der Aussparungen Durchlässe aufweisen müssen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so ausgeführt wer­ den, daß die Gießform mit dem Einlegeteil/den Einlegteilen in eine Beheizungsstation gebracht wird und daß in dieser Station Endstücke des Induktorkerns in die Aussparungen eingeführt werden. Hierbei können bekannte C-förmige Induktorkerne verwendet werden, deren Endstücke aufeinander zu bewegt werden können, um auf diese Weise entsprechend den jeweiligen Gegebenheiten möglichst nahe an das zu erwär­ mende Einlegestück herangebracht zu werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß in der Beheizungsstation die Endstücke des In­ duktorkerns mit darauf untergebrachten Spulen in die Aus­ sparungen eingebracht werden. Wenn die Spulen mit in die Aussparung eingebracht werden, so wird dadurch der elektri­ sche Wirkungsgrad der Induktionsheizung verbessert. Ande­ rerseits wird dabei ein entsprechend größerer Querschnitt für die Aussparung gefordert.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner so ausgeführt werden, daß Kernverlängerungen in die Aussparungen einge­ bracht werden und daß die Gießform dann in die Beheizungsstation gebracht wird, in der die Kernverlängerungen mit den Endstücken des Induktorkerns ausgerichtet werden. Die einzelnen Abschnitte des Induktors sind dabei nicht gegen­ einander verlagerbar, so daß der Abstand zwischen den End­ stücken des Induktors nicht verändert werden kann. Es kann also mit einem besonders einfach aufgebauten Induktor gear­ beitet werden. Eine Anpassung an die jeweiligen Gegebenhei­ ten der Form erfolgt dabei durch die Kernverlängerungen, mit denen Abweichungen in den jeweiligen Abmessungen der Form auszugleichen sind.

Zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so ausgebildet, daß mit den Endstücken des Induktorkerns ausrichtbare, in die Aussparungen einbringbare separate Kernverlängerungen vorgesehen sind.

Schließlich sieht die Erfindung die Verwendung einer Vor­ richtung mit einem mit mindestens einer Spule versehenen Induktor zur erfindungsgemäßen induktiven Beheizung minde­ stens eines Einlegeteils für ein Verbundgußteil vor, wobei der Induktor einen C-förmigen Induktorkern (Eisenkern) mit einer Traverse und zwei daran gehaltenen Kernwinkeln hat, die an ihren Enden aufeinander zu gerichtete, je eine Spule tragende Endstücke haben, deren Abstand voneinander verän­ derbar ist.

Im folgenden Teil der Beschreibung werden Ausführungsbeispiele des erfindungsge­ mäßen Verfahrens sowie zu seiner Durchführung geeigneter Vorrichtungen beschrieben Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit verschiebbaren Kernwinkeln an der Rollenbahn ei­ ner Formanlage,

Fig. 2 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Kernverlän­ gerungen und

Fig. 3 einen Querschnitt durch das Endstück eines Induk­ tors mit Spule.

Die Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 hat einen C-förmigen Induktorkern 1, der aus einer waagerecht ange­ ordneten Traverse 2 und zwei Kernwinkeln 3 gebildet ist, die jeweils aus einem Schenkel 4 und einem sich daran an­ schließenden, parallel zur Traverse 2 verlaufenden Endstück bestehen. Die Endstücke 5 sind dabei aufeinander zu ge­ richtet.

Die Kernwinkel 3 sind mittels eines Antriebs 6 längs der Traverse 2 verschiebbar, um den Abstand der Endstücke 5 voneinander verändern zu können.

Der Induktorkern 1 insgesamt wird von Stützen 7 getragen.

Auf den Endstücken 5 sitzt jeweils eine Spule 8, die an eine nicht dargestellte Stromquelle angeschlossen ist.

Fig. 1 zeigt ferner eine Rollenbahn 9, auf der Gießformen transportiert und schließlich in eine nicht dargestellte Abgießstation transportiert werden können. In Fig. 1 ist die Beheizungsstation dargestellt, in der sich eine kasten­ lose Gießform 10 befindet. Die Gießform 10 hat einen Hohl­ raum 11, in dem ein Einlegeteil 12 plaziert ist. Dieses Einlegeteil 12 soll letztlich in der Abgießstation mit ei­ nem anderen Material umgossen und damit ummantelt werden.

In der Gießform 10 sind Aussparungen 13 vorgesehen, die von ihren Außenseiten ausgehen und quer zur Transportrichtung der Rollenbahn 9 verlaufen, aufeinander zu gerichtet sind und dabei auf das Einlegeteil 12 zielen. Die Aussparungen 13 enden mit Abstand vor der Innenfläche des Hohlraums 11, so daß hier eine aus Formmaterial gebildete Wand von aus­ reichender Stabilität für das anschließende Abgießen noch verbleibt.

In der Beheizungsstation fluchten die Aussparungen 13 mit den Endstücken 5, so daß die Endstücke 5 gemeinsam mit den Spulen 8 jeweils in eine Aussparung 13 eingebracht werden können. Somit werden die Endstücke 5 eng an das zu erwär­ mende Einlegeteil 12 herangebracht.

Zunächst wird dabei die Gießform 10 gebildet. In ihrem Hohlraum 11 wird das Einlegeteil 12 genau plaziert. Dabei wird die Gießform 10 mit den Aussparungen 13 versehen. Die Gießform 10 wird dann auf der Rollenbahn 9 in die Behei­ zungsstation gebracht, in der die Aussparungen 13 mit den Endstücken 5 ausgerichtet werden. Dann werden die Kernwin­ kel 3 mittels des Antriebes 6 aufeinander zu verfahren, wo­ bei die Endstücke 5 mit den Spulen 8 in die Aussparungen 13 eintreten. Über durch Pfeile 14 angedeutete Druckelemente können die Kernwinkel 3 gegen die Traverse 2 gedrückt wer­ den, um eine optimale Führung des Magnetfeldes zwischen den Teilen des Induktorkerns herbeizuführen. Die Stromversor­ gung der Spule 8 wird eingeschaltet, und das Einlegeteil 12 wird induktiv beheizt. Hat das Einlegeteil 12 dann die ge­ wünschte Temperatur erreicht, wird die Stromversorgung der Spulen 8 unterbrochen, und die Kernwinkel 3 werden wieder voneinander weg bewegt, so daß die Endstücke 5 aus den Aus­ sparungen 13 heraustreten. Die Gießform 10 wird dann in die Abgießstation überführt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist ein C-förmiger In­ duktorkern 15 vorgesehen, der eine Traverse 16, davon aus­ gehende Schenkel 17 und schließlich parallel zur Traverse 16 verlaufende aufeinander zu gerichtete Endstücke 18 hat, auf denen Spulen 19 sitzen. Die Traverse 16, die Schenkel 17 und die Endstücke 18 sind dabei unbeweglich miteinander verbunden.

Es ist auch bei dieser Ausführungsform eine Gießform 10 mit einem Hohlraum 11 und einem darin plazierten Einlegeteil 12 vorgesehen. Auch hier ist die Gießform 10 mit Aussparungen 13 versehen.

In der in Fig. 2 dargestellten Beheizungsstation sind in den Aussparungen 13 Kernverlängerungen 20 angeordnet, die den Abstand zwischen den Endstücken 18 einerseits und dem Einlegeteil 12 andererseits weitgehend überbrücken. Die Kernverlängerungen 20 fluchten in der Beheizungsstation mit den Endstücken 18 und sind an diese in Material und Abmes­ sungen angepaßt.

Dabei wird so verfahren, daß die Gießform 10 mit dem Einle­ geteil 12 in der zuvor beschriebenen Weise hergestellt und mit Aussparung 13 versehen wird. Vor dem Transport der Gießform 10 in die Beheizungsstation werden die Kernverlän­ gerungen 20 in den Aussparungen 13 plaziert. In der Behei­ zungsstation werden die Aussparungen 13 mit den darin be­ findlichen Kernverlängerungen 20 mit den Endstücken 18 aus­ gerichtet. Ohne eine Veränderung des Abstandes der End­ stücke 18 voneinander erfolgt dann die induktive Beheizung. Nach Beendigung der Heizphase werden die Kernverlängerungen 20 den Aussparungen 13 wieder entnommen. Der Gießform 20 wird dann in die Abgießstation weitertransportiert.

Fig. 3 zeigt eine Spule 19, die auf einem Endstück 18 sitzt. Dabei ergibt sich zwischen Endstück 18 und 19 ein Zwischenraum 21, der mit einer wärmeleitenden anorganischen Masse gefüllt ist, um über die Kühlung der Spule 19 auch das Endstück 18 zu kühlen.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel der serien­ mäßigen Herstellung eines als Verbundgußteil ausgeführten Grabewerkzeuges näher erläutert werden. Das Einlegeteil 12, der den Kern des Grabewerkzeuges bilden soll, wird in eine kastenlose Gießform 10 eingelegt. Das Einlegeteil 12 be­ steht dabei aus einem zähen Werkstoff GS-50, welcher mit dem verschleißfesten Werkstoff GX-260Cr27 ummantelt werden soll. Gewicht, Größe und Form des Einiegeteils 12 sind be­ kannt. Die Spulen 8, 19 werden mit elektrischer Energie versorgt, wobei diese so abgestimmt ist, daß das Einiege­ teil 12 in dem hier geschilderten Beispiel auf 450°C er­ wärmt wird. Nach dem Erwärmen erfolgt sogleich der Weiter­ transport der Gießform 10 in die Abgießstation.

Der Transport der Gießform 10 sowie die Energieversorgung der Spulen 8, 19 und die Verlagerung der Kernwinkei 3 wer­ den von einem Rechner gesteuert.

Claims (6)

1. Verfahren zur induktiven Beheizung mindestens ei­ nes in einer Gießform plazierten Einlegeteils für ein Ver­ bundgußteil, vorzugsweise auf der Basis von Eisen- und/oder Stahlwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gießform für jedes Einlegeteil von außen mit zwei in einer Ebene einander gegenüberliegenden, mit Abstand vor dem Hohlraum der Form endenden, auf das Einlegeteil zielenden Aussparun­ gen versehen wird, daß Teile eines mit mindestens einer Spule versehenen Induktorkerns in die Aussparungen einge­ bracht werden und daß dann die Spule/die Spulen zur induk­ tiven Beheizung des Einlegeteils an eine Stromquelle ange­ schlossen wird/werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gießform mit dem Einlegeteil/den Einlegeteilen in eine Beheizungsstation gebracht wird und daß in dieser Station Endstücke des Induktorkerns in die Aussparungen eingeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Beheizungsstation die Endstücke des Induk­ torkerns mit darauf untergebrachten Spulen in die Ausspa­ rungen eingebracht werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß Kernverlängerungen in die Aussparungen eingebracht werden und daß die Gießform dann in die Beheizungsstation gebracht wird, in der die Kernverlängerungen mit den End­ stücken des Induktorkerns ausgerichtet werden.

5. Zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche geeignete Vorrichtung mit einem mit mindestens einer Spule versehenen Induktor, der einen C-förmigen Induktorkern (1; 15) mit einer Tra­ verse (2; 16) und zwei daran gehaltenen Kernwinkeln (3) hat, die an ihren Enden aufeinander zu gerichtete, je eine Spule (8; 19) tragende Endstücke (5; 18) haben, deren Abstand von­ einander veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Endstücken des Induktorkerns ausrichtbare, in die Aus­ sparungen der Gießform (10) einbringbare separate Kernverlängerungen (20) vorgesehen sind.

6. Verwendung einer Vorrichtung mit einem mit min­ destens einer Spule versehenen Induktor, der einen C-förmi­ gen Induktorkern (1; 15) mit einer Traverse (2; 16) und zwei daran gehaltenen Kernwinkeln (3) hat, die an ihren Enden aufeinanderzugerichtete, je eine Spule (8; 19) tragende Endstücke (5; 18) haben, deren Abstand von­ einander veränderbar ist, zur induktiven Beheizung nach ei­ nem der Ansprüche 1 bis 4.