DE7230941U

DE7230941U - Vorrichtung zum induktiven erwaermen von laenglichen werkstuecken

Info

Publication number: DE7230941U
Application number: DE19727230941
Authority: DE
Original assignee: Park Ohio Industries Inc
Current assignee: Park Ohio Holdings Inc
Priority date: 1972-08-22
Filing date: 1972-08-22
Publication date: 1972-12-07

Description

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Gebrauchsmusteranmeldung

der Firma

Park-Ohio Industries, Inc., 3800 Harvard Avenue, Cleveland« Ohio 44105 (USA)

Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von länglichen Werkstücken

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von länglichen Werkstücken, die auf ihrer K'-nge Abschnitte mit unterschiedlichen Querabmessungen, wie z.B. Abstufungen, Konusflächen usw., aufweisen, wie insbesondere Wellen, Achsen u.dgl., mit einem Induktor, der mindestens einen sich entlang der Werkstückaußenfläche erstreckenden Leiter aufweist, welcher mit einem oder mehreren etwa U-förmigen Feldbündelungselementen mit zwei im Abstand angeordneten, gegen die Werkstückfläche gerichteten Schenkeln versehen ist.

Der erfindungsgemäße Induktor ist insbesondere für ..as induktive Erhitzen von Achsen oder Wellen u.dgl. bestimmt, die zumindest auf Teilen ihrer Länge konisch ausgebildet sindj es versteht sich aber, daß die Erfindung allgemein zum induktiven Erhitzen von länglichen Werkstücken verwendet werden kann, deren Oberflächenprofilierung in Werkstücklängsrichtung unterschiedlicn ist.

Zum Induktionshärten von Wellen u.dgl. sind Einschleifeninduktoren bekannt, die zwei parallele, in Längsrichtung des Werkstücks verlaufende Leiter bzw. Schenkel aufweisen. Während des induktiven Erwärmens wird das Werkstück uir. seine Achse gedreht, wobei es von den parallelen Leitern des an eine Hochfrequenzstromquelle angeschlossenen Einschleifeninduktors auf induktivem Wege erwärmt wird. Anschließend wird der auf diese Weise erwärmte Bereich des Werkstücks mittels einer Abschreckvorrichtung abgesclirecht. Me Erfindung ist insbesondere auf solche Einschleifeninduktoren zum induktiven Erwärmen von länglichen Werkstücken mit diskontinuierlicher Längsprofilierung gerichtet. Bei den bisher für diese Zwecke verwendeten Induktoren mit zwei etwa parallelen Leiterschenkeln konnte der Erwärmungseffekt in Längsrichtung der parallelen Lexterschenkel nicht entsprechend der z.B. konischen oder gestuften Außenform der Werkstücke verändert werden. Es ergab sich daher eine ungleichmäßige Erwärmung des Werkstücks bei seiner Drehbewegung. IJm diesen Nachteil zu vermeiden, hat

man vorgeschlagen, die parallelen Leiterschenkel des Induktors in Werkstücklängsrichtung entsprechend der Oberflächenform des VerkstiieVf? unteracnxedixch auszubilden. Die genaue Anpassung des Induktors an die Oberflächenform des Werkstücks ist aber schwierig zu erreichen und führt zu erhöhten Kosten. Außerdem ist es schwierig, den Induktor den unterschiedlichen Werkstücken anzupassen oder ihn so einzustellen, daß die Konstruktionsabweichungen kompensiert werden.

Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, einen Einschleifeninduktor zum Erwärmen von Werkstücken mit diskontinuierlicher Längsprofilierung zu schaffen, mit dem die vorgenannten Nachteile behc'"^: werden. Insbesondere bezweckt die Erfindung e^aen Induktor, bei dem der Erwärmungseffekt in Längsrichtung seiner parallelen Leiterschenkel der Werkstückprofilierung angepaßt ist.

Gemäß der Erfindung haben die Schenkel des Feldbündelungselements unterschiedliche Längen, wobei sie ein zu dem Oberflächeaprofil des Werkstücks angenähert spiegelbildliches Profil aufweisen.

Vorzugsweise besteht das Feldbündelungselement zumindest teilweise aus einer Mehr- oder Vielzahl bzw. einem Paket von etwa U-förmigen Eisenlamellen. Der Einschleifeninduktor weist zweckmäßig in bekannter Weise zwei parallele, sich, über die zu erwärmende Werkstücklänge erstreckende

Leiter bzw. Leiterschenkel und zwei hiermit eine Leiterschieife bildende endseitige Querschenkel auf, wobei die beiden parallelen Lei lex· Jewcilö von etwa U-fcrmigen FeIdbündelungselementen umgeben sind. Dabei sind die Feldbündelungselemenie zumindest des einen Leiters, vorzugsweise beider Leiter mit entsprechend der Oberflächenprofilierung des Werkstücks unterschiedlich langen Schenkeln versehen, derart, daß das Schenkelprofil in Längsrichtung des Leiters angenähert spiegelbildlich 2;u dem Werkstuck-Längsprofil ausgebildet ist. Die beiden parallelen, sich in Längsrichtung des Werkstücks erstreckenden Leiter des Induktors können an dem ein^n Ende zur Bildung einer Leiterschleife unterbrochen sein, wobei hier die elektrischen Anschlüsse des Einschleifeninduktors angeordnet sind. Die vorzugsweise aus Lamellen bestehenden Feldbündelungselemente sind auf den Induktor aufsteckbar, der zweckmäßig ein rechteckiges Profil erhält.

Die zu dem Oberflächenprofil des Werkstücks spiegelbildliche Ausbildung des Schenkelprofils der Feldbündelungselemente hat den Vorteil, daß sich das Werkstück weitgehend gleichmäßig erwärmen läßt, ohne daß die parallelen Leiterschenkel des Induktors der Werkstückform angepaßt zu werden brauchen. Es ist aalier möglich, Werkstücke unterschiedlicher Erofilierungen ohne Veränderung des Induktors zu erwärmen, wobei lediglich die Feldbündelungselemente der Werkstückprofilierung angepaßt werden müssen.

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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es neigen:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine laduktionsbeheizungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten

Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Pig. 1 im Querschnitt nach Linie 2-2 der Fig. 3;

Fig. 3 eine Ansicht nach Linie 3-3 der Fig. 2; Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie 4-4 der Fig. 3} Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie 5-5 der Fig. 3» Fig. 6 in Draufsicht ein geändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Zeichnung, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben sind, zeigt in den Fig. 1 bis 5 eine Induktionsbeheizungsvorrichtung A zum induktiven Erwärmen von länglichen Werkstücken B, deren Außenform 10 einen zylindrischen Abschnitt 12 und einen sich konisch verjüngenden Abschnitt 14 umfaßt. Die beiden Enden des länglichen Werkstücks sind mit 16 und 18 bezeichnet,, Der zwischen diesen Werkstückenden liegende, zu erwärmende Längenabschnitt ist in Fig. 3 mit L angegeben. Das Werkstück B wird zwischen zwei Zentrierspitzen 20 und 22 gelagert, so daß es um seine Längsachse a gedreht werden kann. Der Drehantrieb ist in Fig. 1 schematisch bei 24 gezeigt. Zum induktiven Erwärmen des Werkstücks auf seinem Längenabschnitt L dient ein Induktor C, der zwei paral-

lele Leiter oder Längsschenkel $0 und 32 aufweist, die im Bereich des Werkstückendes 18 über einen Querschenkel 34 und im Bereich des Verkstückendes 16 über einen Querschenkel 36 verbunden sind. Die von den einzelnen Schenkeln gebildeten Leiter bilden somit einen Einschleifeninduktor bekannter Art. Der Querschenkel 36 weist eine Unterbrechung 40 aufϊ er besteht somit aus zwei Schenkelteilen 36a und 36b, die mit radial nach außen gerichteten Anschlußschenkeln 50 und 52 verbunden sind, über die der Induktor an eine Stromquelle angeschlossen werden kann. Diese Stromquelle besteht gemäß Mg. 1 aus einem hier nur schematisch angedeuteten Generator 54» der mit einer den Leistungsfaktor korrigierenden Kapazität 56 versehen ist. Die Vorrichtung entspricht insoweit den bekannten Vorrichtungen, wie sie zum induktiven Erwärmen von Wellen od.dgl. verwendet werden.

Es entspricht der herkömmlichen Praxis, zwei Feldbündelungsvorrichtungen 60 und 62 vorzusehen, die mit U-förmigen Schenkeln 60a und 60b bzw. 62a und 62b versehen sind, welche der Werkstückoberfläche zugewandt sind. Die U-förmigen Feldbündelungselemente können jeweils aus einer Vielzahl von aneinanderliegenden Weicheisenlamellen oder Lamellen aus einem anderen Werkstoff hoher Permeabilität, wie z.B. Ferrit, bestehen. Erfindungsgemäß sind die Schenkel 60a, 60b bzw. 62a, 62b der Feldbundelungselemente 60 und 62 in Anpassung an die Längsprofilierung des Werkstücks B

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so gestaltet, daß sich zwei Schenkelprofilabschnitte 70 ¹JUId 72 ergeben, die im wesentlichen spiegelbildlich zu der Profilierung 10 der Außenfläche des Werkstücks B ausgebildet sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Längsprofilabschnitte 7C und 72 der U-Scb.enkel durch eine Vielzahl kleiner Abstufungen oder durch eine stetige Läi,genzunahme der Schenkel der Feldbundelungselemente erreicht. Der Ausdruck "spiegelbildlich" soll besagen, daß die Profilabschnitte 70 "und 72 im wesentlichen eine zu dem Werkstücklängsprofil 10 umgekehrte Prcfilierung aufweisen, was aber nicht bedeutet, daß die Formgebung hinsichtlich der Abmessungen übereinstimmt. Diese kann vielmehr variieren.

Aus den Fig. A- und 5 läßt sich die Wirkung der unterschiedlichen Formgebung der Feldbündelungselemente erkennen. Wie Fig. 4- zeigt, werden die magnetischen Kraftfelder χ an denjenigen Stellen, an denen die Schenkel 60a, 60b, 62a, 62"L ihre größte Länge haben, so gebündelt, daß sich der hier gestrichelt angedeutete Kraftlinienverlauf im Abschnitt 12 des Werkstücks B einstellt. Werden die U-Schenkel der FeIdbündel^ingselemente gemäß Fig. 5 verkürzt, so wird die Felddichte der beiden Kraftfelder y vermindert, so daß in dem sich konisch verjüngenden Abschnitt 14 des Werkstückes B die Erwärmungstiefe oiwp.s über diejenige hinaus vermindert wird, die sich im Bereich der langen U-Schenkel gemäß Fig, ergibt. Es stellt sich daher in diesem Bereich der in Fig. gezeigte Kraftlinienverlauf e^n, der im wesentlichen dem

Kraftlinienverlauf in dem größeren zylindrischen Abschnitt 12 des Werkstücks entspricht. Auf diese Weise werden die Kraftfelder der parallelen Leiter 30 und 32 so beeinflußt, daß Schwankungen in der Querschnittsform des Werkstücks B im Bereich des zu erwärmenden Längenabschnitts L kompensiert werden.

Es versteht sich, daß das Werkstück B nach dem:. Erwärmen in herkömmlicher Weise abgeschreckt wird, um die Härtung zu bewirken.

Bei dem geänderten Ausführungsbeispiel gemäß Pig. 6 sind übereinstimmende Teile mit denselben Bezugszeichen versehen. Das Werkstück B¹ weist hier gestufte Abschnitte 80, 82 und 84 auf. Der Induktor C ist mit Feldbündelungselementen 90 und 92 an dem Längsschenkel bzw» dem Leiter 30 und entsprechend mit Feldbündelungselementen 94 und 96 an dem Längsschenkel bzw. Leiter 32 versehen. Diese Feldbündelungselemente sind ebenfalls U-förmig ausgebildet, wie dies bei den Peldbundelungselementen 60 und 62 der Fall ist; sie sind ζυ. beiden Seiten der im Durchmesser größeren Abschnitte 80 und 84 des Werkstückes B¹ angeordnet. Im Bereich des verjüngten Werkstückabschnitts 82 weisen die Feldbündelungselemente Unterbrechungen 100 und 102 auf. Diese Unterbrechungen können gegebenenfalls von Feldbündelungselementen ausgefüllt werden, die eine kürzere Schenkellänge aufweisen. Die Arbeitsweise des Induktors gemäß Fig. 6 ist

im übrigen dieselbe wie diejenige des in den I)¹Xg. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiels. Es versteht sich, daß auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 die FeIdbündelunjselemente 90 bis 96 aus einer Vielzahl von U-förmig profilierten Lamellen bestehen können, die auf die längs zu dem Werkstück gerichteten Leiter 30 und 32 aufgesteckt werden.

Der erfindungsgemäße Einschleifeninduktor ist aus einem Hohlprofil, zweckmäßig eineai hohlen Eechteckprofil, gefertigt. Er stellt in Verbindung mit den auf ihn aufgesteck ten Feldbündelungselementen ein formsteifes, einheitliches Bauteil dar.

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Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von länglichen Werkstücken, die auf ihrer Länge Abschnitte mit unterschiedlichen Querabmessungen, wie z.B. Abstufungen, Konusflächen usw., aufweisenj wie insbesondere Wellen, Achsen u.dgl., mit einem Induktor, der mindestens einen sich entlang der Werkstückaußenfläche erstreckenden Leiter aufweist, welcher mit einem oder mehreren etwa U-förmigen Feldbündelungselementen mit zwei im Abstand angeordneten, gegen die Werkstückfläche gerichteten Schenkeln versehen isj, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (60a, 60b, 6La, 62b) des Feldbündelungselements (60, 62, 90 bis 96) unterschiedliche Längen haben und e'.n zu dem Oberflächenprofil des Werkstücks (B, B¹) angenähert spiegelbildliches Profil aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldbündelungseiement (60, 62, 90 bis 96) zumindest teilweise aus einer Mehrzahl von etwa U-förmigen Eisenlamellen testeht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das FeldbiLidelungselement (90 bis 96) in seinem Profilverlauf mindestens eine Unterbrechung (100, 102) aufweist.

4. Verrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch

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gekennzeichnet, daß bei einem Einschleifeninduktor (C, C) mit swei parallelen, sich über die zu erwärmende Werkstücklänge (L) erstreckenden Leitern (30, 32) und zwei hiermit eine Leiterschleife bildenden endseitigen Querschenkeln (34, 36) die beiden parallelen Leiter jeweils von etwa U-förmigen Feldbündelungselementen (60, 62, 90 bis 96) umgeben sind, wobei die Feldbündelungselemente zumindest des einen Leiters eine unterschiedliche Länge mit zu dem Oberflächenprofil des Werkstücks (B, B¹) angenähert spiegelbildlicher Schenkelprofilierung aufweisen, derart, daß die Schenkel in denjenigen Bereichen, in denen das Werkstück eine kleinere Querabmessung hat, kürzer sind als in den Bereichen, in denen das Werkstück eine größere Querabmessung aufweist.

5· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden parallelen Leiter (30, 32) des Induktors (C, C) an dem einen Ende mit einem unterbrochenen, die elektrischen Anschlüsse (50, 52) des Einschleifeninduktors bildenden Querschenkel (36) verbunden sind.

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