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Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstücke Eis ,i.st
bereits bekannt, für das induktive Erhitzen metallischer Werkstücke Spulen, die
das Werkstück umfassen, oder auch Heizleiterschleifen zu verwenden, die die Werkstückoberfläche
je nach den. vorliegenden Anforderungen ganz oder teilweise überdecken. Soll mittels
der bekannten Einrichtung im kontinuierlichen Verfahren ein: langgestrecktes Werkstück
behandelt werden, so ist es bisher immer erforderlich gewesen, entsprechend den
verschiedenen Werkstückabmessungen eine genügend große Anzahl von Heizgeräten bereitzuhalten,
die in ihren Abmessungen den jeweiligen Werkstückquerschnitten entsprechen.
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Grundsätzlich ist es allerdings bei der Behandlung von Werkstücken
mit rechteckigem oder ähnlichem Profil möglich, für die verschiedensten Werkstückbreiten
das gleiche Heizgerät zu verwenden. Diese Möglichkeit besteht sowohl für solche
Heizgerätformen, die das Werkstück umfassen, als auch für solche, die sich schleifenförmig
auf einer oder mehreren Seitendes Werkstücks erstrecken. Elektrisch gesehen ist
es jedoch :außerordentlich ungünstig, wenn beispielsweise zur Behandlung eines Werkstücks
@bzw. Werkstückabschnitts. geringer Breite ein Heizgerät verwendet wird, welches
an sich für die Behandlung eines Werkstücks hzw. Werkstückabschnitts großer Breite
bestimmt ist. Sowohl bei s,pulenförmiigen als auch bei schleifenförmigen Heizgerä@ten
stellen @die Teile der Heizeinrichtung, welche nicht im Eingriff mit -dem Werkstück
stehen, eine Voridrossel dar,- durch welche :die Induktivi.tät .der Gesamtanordnung
in
unzulässigem Maße erhöht wird. Naturgemäß erhöhen sich in einem
solchen Fall auch die Stromwärmeverlu.ste im Heizgerät durch die im Verhältnis zur
Werkstückbreite unverhältnismäßig langen Stromwege in den Heizleitern. .
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Besonders .unigünstig gestalten sich die Verhäfnisse, wenn im fortschreitenden
Verfahren Werkstücke mit wechselnder Breite behandelt werden- sollen, .da naturgemäß
hierbei mit den bekannten Heizeinrichtungen die Verluste während der Behandlung
der vergleichsweise schmalen Werkstückabschnitte immer besonders groß sind.
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Dient das Aufheizendem Oberflä.chenhärten bestimmten Werks:tückteile
durch nachfolgendes Abschrecken, so ist mit den bekannten Einrichtungen ein gleichmäßiger
Verlauf der Häwteschicht überhauet nicht zu erzielen.. Befindet sich nämlich beispielsweise
beim Oberflächenhärten von 1'tatten oder Blechen eine Heizlei.terschleife über,
der zu härtenden Oberfläche, die im Normalfall in- ihrer Breite gerade: der Breite
-des Werkstücks entspricht, so ergibt sich für :diesen Fall ein bestimmter Verlauf
.der Härteschicht an den Werks.tückkanten. Kommen jedoch nun Werkstückaibschnitte
unter die Einwirkung des Härtegerätes, die geringere Breitenerstreckung aufweisen,
so .steht die Heizleiterschleife an beiden Seiten. über. Hierdurch verändert sich
im Bereich der Werkstückkanten der Kopplungsfaktor, so daß das Häirbebild ein völlig
anderes wird. Ganz ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Verwendung von Spulen,
die das Werkstück umfassen. Auch hier ändert sich bei entsprechend schmaleren Werkstückabschnitten
.der Kopplungsfaktor im Bereich (der @Werkstückkanten bei Verwendung eines Heizgerätes
konstanter Breite erheblich, so daß Fehlhärtungen. unvermeidilnch sind. Auch. bei
Verwendung eines Härtegerätes, bei welchem gemäß einem nicht vorbekannten Vorschlag
der Stromischluß @durch beson(dere Ausbildung der HeizleiterschWife in die Nachbarschaft
der gekühlten Seitenflächen verlegt wird, tritt der geschilderte Nachteil bei der
Behandlang von Werkstücken mit verschiedenen Ouerschnitten auf.
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Es ist anch schon vorgeschlagen worden, eine Spule -dem Werkstückquerschnitt
anpaßbar zu gestalten. Praktisch ergeben sich :bei dieser Einrichtung die gleichen
Schwierigkeiten" weil zwar die Hauptheizleiter in den richtigen Kopplungsabstand
gebracht werden können, die Rückschlüsse als absteh ende Schleifen jedoch weit überschießen.
Das Heizgerät bleibt mithin auch im angegaßtenZustand zu groß für den zu behandelnden
Werkstückquerschnitt, und es ändert sich bei veränderlicher Breite .des Werkstücks
der Kopplungsfaktor ebenfalls.
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Die Erfindung bezieht :sich. auf -Vorrichtungen zum indtuktiven Erhitzen
metallischer Werkstücke mittels, das Werkstück umfassender Spulen oder das Werkstück
überdeckender Schleifen., welche insbesondere zum Oberflächenhäxtendurch ein dem
Aufheizen folgendes Abschrecken dienen sollen, wobei jedoch die oben beschriebenen
Nachteile bekannter Einrichtungen dieser Art vermieden sind. Gemäß der Erfindung
Wird dies erreicht. durch ein oder mehrere parallel und absatzweilse oder -stetig
verschiebbare Leitstücke zum Verändern der Stromweglängen im Induktor in Anpassung
an beliebige Werkstückbreiten.
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Die Vorrichtung gemäß. ider Erfindung kann sowohl beim Oberflächenhärten
mittels umfassender Spulen als -auch beim Erwärmen oder Oberflächenhärten mit Idas.
Werkstück überdeckenden Schleifen Verwendung finden. Auch bei Vorrichtungen., bei
:denen- der Stromschluß durch besondere Ausbildung ,des Heizgerätes in die Nähe
der gekühlten Seitenflächen verlegt wird, ist die Erfindung mit Erfolg anwendbar.
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In . den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen - Ausführungsbeispielen,
an Hanid,deren !diese näher erläutert wird, dargestellt.
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Ab'b. i zeigt ;schematisch eine Heizleiterschleife i, die :bei. 2
Minit einem. Strom geeigneter Frequenz und Spannung gespeist wird. Gemäß der Erfindung
wird ,der Stromweg ,durch -die Leitstücke 3 bzw. 4, die unabhängig voneinander in
Richtung der Pdeile 5 verschiebbar sind, den verschiedenen vorliegenden Anforderungen
ängepaßt. Die Pfeile i i kernzeichnen. den Stromweg. An den Stromleitstücken 3 und
4 sind Kontaktstücke 13 ;bzw. 14 vorgesehen, ,die für einen fünkenfreien und verlustarmen
Austritt des Heizstromes von den Heizleiterteilen 17 zu ,den Heiizleiterteäen i"
sorgen. Diese Kontaktstücke können als Gleitstücke, Rollen oder Kugeln aus--gebildet
sein. Auf der rechten Seite der Abb. i sind ,die Heizleiterabschnitte i' und i"
nicht miteinander verbunden. Die glaicheAnordnung kann auch rechtsseitig getroffen
werden. Je nach. Stellung des Stromleitstücks 3 und 4 schließt sich der Heizstrom
in ,der gewollten Entfernung vom Speisepunkt 2.. Linksseitig ist in der Abb. i eine
.andere, besonders günstige Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung,dargestellt.
In diesem Fall sind die beiden Heizleiteiabschnitte i' und i" des eigentlichen Heizgerätes-
i durch d as Stromleitstück 7 fest miteinander verbunden. Diese Lös@ungsform hat
den Vorteil, daß bei Verschieben des Stromleitstücks 3 in Richtung des Pfeiles,
5 während des. Betriebes der Heizeinrichtung -das Funken an .den Kontaktstellen
13 oder ein Verbrennen verhindert wird, @da bei Erhöhung des Kontaktwiderstandes
ein Leitweg für den Strom über das feste Leitstück 7 gegeben. ist..
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A'bb.2, zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, ein schleifenförmiges
Heizgerät i, welches von den beiden Punkten 2 aus ge.speiist Wird. Wenn es sich,
wie im dargestellten Beispiel, Üin eine Mehrfachschleife handelt, sind naturgemäß
auch entsprechend mehrere Stromleitstücke 3a, 3b bzw. 4a, 4b erforderlich.
Diese Stromleitstücke sind rnit Hilfe nicht näher veranschaulichter mechanischer
Mittel in Richtung des Pfeiles 5 beweglich. Zur Stromübertragung dienen -die Kontaktstücke
13 bzw. 14. Um eine besonders feine Abstufung der Heizwirkung -im Bereich der Stromleitstücke
3 bzw. 4 zu erzielen, kann den Stromleitstücken 3T1 und 3b bz-w. 4a und 4b eine
verschiedenartige Bewegung zugeordnet werden. Das Heizgerät i'selbst
kann
dabei, wie in der Abb. 2 dargestellt, mit gleichen Abständen 8, 9 bzw. 8' und g'
zwischen,den einzelnen quer zur Vorschubrich.tungg liegenden Heizleiterteilenausgebildet
sein. Es können jedoch auch diese Abstände 8 und 9 beim Vorliegen besonderer Betriebsanforderunigen
verschieden ,gestaltet werden, wenn es sich :beispielsweise darum handelt, eine
bestimmte Temperaturstaffelung in Vorschubrichtung zu erzielen.
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Abb.3 zeigt in schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsformdes
mehrschleifigen Heizgerätes, -dessen Länge in Vorschwbrichtung .in allen Teilen
gleich ist, so daß eine rechteckige Form des Heizgerätes selbst entsteht. Die bei,dieser
Form auftretenden Stromrichtungen sind durch die Pfeile i i dargestellt. Die Verschiebung
der Stromleitstücke 3a, 3b bzw. 4a, 4b kann gemeinsam oder getrennt in Richtung
des Pfeiles 5 vorgenommen werden. Zur Vermeidung von Funkenerscheinungen sind die
festen Stromleitstücke 7 .angeordnet.
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In .den Abb. ii bis 3 ist 'der Erfindungsgedanke in Anwendung auf
schleifenförmige Heizgeräte dar-.gestellt. Abb.4 zeigt dagegen als Anwendungsbeispiel
die Verwendung bei einemspulenförmigen Heizgerät i, welches an den Punkten 2 mit
einem Strom geeigneter Frequenz und Spannung gespeist wird. Die Stromleitstücke
3 bzw. 4: erstrecken sich parallel zu den Seitenflächen ödes Werkstücks 2o un,d
sind in Richtung der Pfeile 5 gemeinsam oder getrennt verschiebbar. Zur Stromübertragung
dienen ,die Kontaktstücke 13 bzw. 14. Auch in dieser Ausführungsform kann, wie auf
der linken Seite der Abbildung dargestellt, ein festes Stromleitstück 7 zur Verrin:gerun.g
der Gefahr,der Funkenbildung bei Verschiebung .des Stromleitstücks 3 während des
Betriebes angeordnet sein.
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Eine mehr konstruktive Ausführungsform des Erfindungsgedankens ist
in Abb. 5 dargestellt. Das an einer Fläche 21 zu behandelnde Werkstück 2o wird in
Richtung des Pfeiles 31 -unter der Heizeinrichtung 22 'hinweg bewegt. Die Heizeinrichtung
22, die in -dieser Ausführungsform zum Hiäirten des Werkstücks dient, enthält die
beiden Heizleiterschleifenä-ste 23 und 24, die in ihren Räumen 25 und 26 wassengekühlt
sind-. Zur Zufuhr des erfonderlichen Wassers dienen die Stutzen 27. In Richtung
des #Pfeiles 28 kann das Kühlwasser gemäß einem älteren Vorschlag,durch Schlitze
auf die Werkstückoberfläche austreten. Zum Aufrechterhalten,des Abstandes zwischen
Härtegerät und Werkstück dienen die Abstandhalter 29. Die Veränderung der Stromweglä
@ge im Induktor in Anpassung an ,die Werkstückabmessungen erfolgt durch das Stromleitstück
3o" das senkrecht zur Vorschubrichtu.ng 31 des Werkstücks 2io, mittels einer
Spindel 32 beweglich ist. Die Spindel 32 ist aus einem Isolierstoff hergestellt.
Zur Kühlung des StromleitStückS 30 dienen die Kühlkanäle 33, durch,die das Kühlmittel
in Pfeilrichtung fließt. Die Kontaktgabe zwischen Str omleitstück 30 und
den Heizleiterschleifenästen23 und 24 erfolgt bei 34. Um einen sicheren Kontakt
zu gewährleisten, wird zweckmäß,i,g eine in dem Ouerschnitt nicht dargestellte Einrichtung
verwendet, welche aus einem Exzenter besteht, der dafür Sorge trägt, daß eine innige
Berührunig .an den Stellen 34 ;stattfinidet bzw. der Stärke nach beliebig einstellbar
ist.
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Wie schon eingangs erwähnt, ist der Erfindungsbedanke nicht nur anwendbar
auf :das Werkstück .umfassende Spulen oder das Werkstück überdeckende Schleifen,
sondern auch auf solche Heizvorrichtungen, bei denen die Stromumkehr der induzierten
Ströme durch, besondere Ausbildung des Gerätes in die gekühlten Seitenflächen des
Werkstücks verlegt ist. In diesem Fall werden die beweglichen Stromleitstücke U-förmig
ausgebildet und flächenparallel zu den Seitenflächen ,des Werkstücks angeordnet
bzw. bewegt. Außerdem können mit Vorrichtungen gemäß der Erfindung nicht nur rechteckige
oder ähnlich geformteWerkstückquerschnitte behandelt werden, sondern auch. Werkstücke
mit kreisförms;gem oder ähnlich kurvenförmigem Querschnittsverlauf. In diesen Fällen
werden die Stromleitstücke auf einer der Querscbnittsforrn entsprechenden Kurve
verschoben.