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Induktionsheizgerät Es ist bekannt, zum Wärmebehandeln von Werkstücken
Induktionsheizgeräte zu benutzen, die unmittelbar oder über einen Zwischentransformator
an einen Hochfrequenzerzeuger angeschlossen sind. Solche Geräte dienen insbesondere
zum Oberflächenhärten von metallischen Werkstücken, indem nach einem Oberflächenerhitzen
das Werkstück abgeschreckt wird. Die Erfindung befaßt sich mit Induktionsheizgeräten,
die für die Behandlung von zylindrischen Werkstücken gedacht sind, und zwar insbesondere
solchen, die einer. tiefen und gleichmäßigen Einhärtung an der Oberfläche bedürfen,
wie dies beispielsweise bei Kaltwalzen der Fall ist.
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Beim Oberflächenhärten solcher Werkstücke, insbesondere von Kaltwalzen,
sind bisher verschiedene Verfahren angewendet worden. So hat man versucht, mit ein-
oder mehrwindigen Spulen den gesamten Werkstückabschnitt auf einmal aufzuheizen
und anschließend abzuschrecken. Dieses Verfahren, das ohne Relativbewegung zwischen
Werkstück und Heizgerät durchgeführt wird, hat den Nachteil, daß sich Ströme in
der Mitte des Induktors zusammendrängen und infolgedessen in der Mitte des Werkstückabschnittes
eine zu tiefe Einhärtung hervorrufen, während die Abschnittsenden nicht oder ungenügend
erwärmt bzw. gehärtet werden. An Stelle der Gesamtflächenaufheizung im Stillstandverfahren
ist ferner versucht worden, einen das Werkstück umfassenden zylindrischen Induktor
in Achsrichtung langsam fortschreitend über die Werkstückoberfläche hinwegwandern
zu lassen und unmittelbar hinter dem Induktor die Oberfläche abzuschrecken. Dieses
Verfahren führt dazu, daß die Kanten an den Enden des Walzenballens zu stark erwärmt
werden. Um genügend tief erwärmen
zu können, muß außerdem mit einem
sehr geringen Vorschub gearbeitet werden. Dies hat aber gleichzeitig einen erheblichen
Wärmeentzug zur Folge, da bei der langen Einwirkungsdauer notwendigerweise auch
das Abschreckmittel lang andauernd einwirken muß. Es ist daher insbesondere bei
größeren Walzen gar nicht möglich, unter Anwendung tragbarer elektrischer Leistungen
die gewünschte Erwärmung zu erzielen, da die erzeugte Wärrne zum größten Teil direkt
aus der Erhitzungszone von dem Abschreckmittel abgeführt wird. Es ist auch versucht
worden, sogenannte Heizleiterschleifen zu verwenden, die sich über der Werkstückoberfläche
schließen und an diese so angedrückt werden, daß sie nur etwa die Hälfte des Zylindermantels
überdecken. Auch dieses Verfahren, bei welchem das Werkstück während der Behandlung
umläuft, führte nicht zum gewünschten Erfolg.
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Um zu erreichen, daß das Erwärmen über den gesamten Werkstückabschnitt
genau gleichmäßig und auf erhebliche Tiefe erfolgt und somit eine gleichmäßige und
tiefe Einhärtung beim Abschrecken gewährleistet wird, wobei gleichzeitig eine nur
geringe elektrische Leistung erforderlich ist, wird gemäß der Erfindung eine Spule
von elliptischer Form vorgeschlagen. Die Spule, die vorzugsweise einwindig ausgelegt
ist, umfaßt das Werkstück und wird so angelegt, daß der parallel zur Werkstückachse
gemessene Abstand der Ellipsenscheitel der Spule der Breite des um die Achse umlaufenden,
zu erhitzenden Werkstückabschnittes entspricht. Nachdem. die Werkstückoberfläche
bis zur gewünschten Tiefe Härtetemperatur erreicht hat, wird das Werkstück aus dem
Induktor heraus und in einen Abschreckraum hineingeschoben, wo das Abschrecken erfolgt.
Während bisher die das Werkstück umfassenden Induktionsspulen der Form des zu behandelnden
Werkstückes weitgehend angepaßt waren, für einen Fall wie den vorliegenden also
zylindrisch, wird dieser Grundsatz bei der Induktionsspule gemäß der Erfindung bewußt
verlassen und dabei unter anderem auch erreicht, daß trotz erheblicher Breite des
zu behandelnden Werkstückabschnittes mit einer sehr schmalen Spule bzw. einem sehr
schmalen Heizleiter gearbeitet werden kann. Das führt zu einem erstrebenswerten
Zusammendrängen der induzierten Ströme unter dem Heizleiter und ist einer der Gründe
dafür, daß die Induktionsspule gemäß d°r Erfindung mit vergleichsweise geringer
elektrischer Leistung betrieben werden kann.
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Es ist besonders vorteilhaft, die elliptische Spule um die kleine
Ellipsenachse schwenkbar anzuordnen. Auf diese Weise läßt sich der parallel zur
Werkstückachse gemessene Abstand der Ellipsenscheitel verändern, um das Gerät auf
die genaue Behandlungsbreite oder auch in gewissen Grenzen auf verschiedene Werkstückabmessungen
einstellen. zu können.
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Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie zeigt in perspektivischer
Darstellung schematisch ein Gerät zum Oberflächenhärten einer Kaltwalze i, die zu
diesem Zweck mit Hilfe ihrer Zapfen in eine nicht dargestellte drehbankartige Vorrichtung
eingespannt wird, so daß sie um ihre Achse umlaufen kann. Von einem elektrischen
Anschlußflansch 2 führen zwei gegeneinander isolierte Anschlußschienen 3 zur Induktionsspule
4. Diese hat elliptische Gestalt und umfaßt das Werkstück i, dessen gesamte Ballenlänge
5 gleichmäßig tief eingehärtet werd-n soll. Zu diesem Zweck wird der parallel zur
Werkstückachse gemessene Abstand 6 der Ellipsenscheitel der Spule so gewählt, daß
er der Ballenlänge 5 entspricht.
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Es ist besonders zweckmäßig, den Flansch 2 in Richtung des Pfeiles
7 schwenkbar zu befestigen und damit eine Einstellbarkeit der Induktionsspule 4
in dem Sinne zu ermöglichen, daß die Einwirkbreite in Achsrichtung des Werkstückes
6 in gewissen Grenzen vergrößert und verkleinert werden kann. Hierdurch kann die
Erwärmungsbreite und in gewissem Maße auch die Erhitzungstiefe an den Ballenenden
beeinflußt werden und die Induktionsspule auch für die Verwendung von anderen Ballenabmessungen
geeignet gemacht werden. Die durch das Verschwenken der Induktionsspule hervorgerufene
Änderung des Kopplungsabstandes auf beträchtlichen Abschnitten der Gesamtheizleiterlänge
wirkt sich nicht besonders wirkungsgradverschlechternd aus, da die Induktionsspule
mit einer erheblichen Konzentration sowohl der induzierenden Ströme in dem schmalen
Heizleiter als auch der induzierten, in Nachbarschaft des Heizleiters fließenden
Ströme arbeitet. Diese durch die Anordnung bedingte Konzentration der Ströme hat
auch zur Folge, daß mit geringen Leistungen tiefgehend erwärmt werden kann, ohne
daß durch ein sonst erforderliches, lang andauerndes Einwirken Überhitzungen eintreten.
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Über dem Ballen der Walze i wird der Induktor 4 durch Verschwenken
eingestellt, so daß die gesamte Ballenlänge 5 von der Einwirkung der elliptischen
Induktionsspule erfaßt wird. Sodann wird der Strom eingeschaltet, nachdem die Walze
durch nicht dargestellte, an sich bekannte Mittel in Richtung des Pfeiles 8 in Umlauf
versetzt worden ist. Der Ballen wird insgesamt auf die gewünschte spätere Einhärtetiefe
gleichmäßig erwärmt. Wenn dieser Zustand erreicht ist, wird die Walze, gegebenenfalls
unter Einschalten einer kurzen Verweilzeit außerhalb des Spulenwirkbereiches, in
den Abschreckraum geschoben und durch Wasserstrahlen abgeschreckt. Im Ausführungsbeispiel
wird der Abschreckraum von vier einzelnen Abschreckkästen 9 gebildet, die zu einem
viereckigen Raum zusammengestellt sind. Jeder Kasten ist mit einem Wasseranschluß
io versehen, und das. Abschreckwässer tritt aus den _ Löchern ii gleichmäßig
und in großer Menge auf die Werkstückoberfläche äus. Es hat sich gezeigt, daß diese
Anordnung in vollendeter Weise die erwünschte starke Abschreckwirkung gewährleistet,
obwohl selbstverständlich auch anders ausgebildete. Abschreckräume Verwendung finden
können, so beispielsweise auch ein zylindrischer Abschreckraum.
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Die Induktionsspule gemäß der Erfindung ist vornehmlich geeignet für
das Härten von Kaltwalzen, das sowohl elektrisch der verhältnismäßig großen zu erwärmenden
Metallmassen wegen als auch metallurgisch der besonderen Härteempfindlichkeit des
Werkstoffes wegen erhebliche Schwierigkeiten bereitet. Die Induktionsspule kann
aber auch mit Vorteil überall
dort verwendet werden, wo es darauf
ankommt, zylindrische Körner an der Oberfläche zu erhitzen und durch Abschrecken
zu härten, und zwar insbesondere dann, wenn der betreffende Werkstückabschnitt wie
bei einer Kaltwalze mit einer vollkommen gleichmäßig tiefen Härtezone versehen werden
soll, die an den Enden nicht verläuft und im Mittelabschnitt keine Ausbauchung aufweist.