DE888140C - Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstuecke - Google Patents

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstuecke

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DE888140C
DE888140C DED1656D DED0001656D DE888140C DE 888140 C DE888140 C DE 888140C DE D1656 D DED1656 D DE D1656D DE D0001656 D DED0001656 D DE D0001656D DE 888140 C DE888140 C DE 888140C
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DE
Germany
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workpiece
current
current conducting
heating
pieces
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Expired
Application number
DED1656D
Other languages
English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Gerhard Dr-Ing Seulen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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Application granted granted Critical
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Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
    • H05B6/40Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Description

  • 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.
  • 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. .
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • In . den Zeichnungen ist die Erfindung in einigen - Ausführungsbeispielen, an Hanid,deren !diese näher erläutert wird, dargestellt.
  • 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..
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstücke mittels das Werkstück umfassender Spulen oder das Werkstück überdeckender Schleifen, insbesondere zum Oberflächenhärten @durch ein idem Aufheizen folgendes Abschrecken, gekennzeichnet durch ein oder mehrere unabhängig voneinander parallel und a'bsarbzweise oder stetig verschiebbare Leiterstücke zum Verändern der Stromweglängen im Induktor in Anpassung an beliebige Werkstückbreiten.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleitstücke entsprechend -der Form dies Werkstücks ('beispielsweise kreisförmigen Querschnitt) auf Kurvenbahnen verschiebbar sind.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, gekenmzeichnet durch Spindeln aus Isolierwerkstoff, die die einzelnen Stromleitstücke bewegen, und gegebenenfalls Exzenterhebel, die einen beliebig einstellbaren Kontaktdruck zwischen dien Stromleitstücken und den Hauptleitern ,des Heizgerätes hervorrufen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben den beweglichen Stromleitstücken ein ständig die Verbindung ider beiden Hauptleiter aufrechterhaltendes Hauptstromleitstück angeordnet ist. Angezogene Druckschriften: USA.-Patentschrift Nr. 1 861 8'69.
DED1656D 1941-09-09 1941-09-09 Vorrichtung zum induktiven Erhitzen metallischer Werkstuecke Expired DE888140C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE970800C (de) * 1953-02-03 1958-10-30 Licentia Gmbh Induktor zur induktiven Hochfrequenzerhitzung von Werkstuecken im Durchlaufverfahren
DE1202412B (de) * 1963-09-21 1965-10-07 Aeg Verfahren zum gleichmaessigen Erwaermen von elektrisch leitendem Band
DE1237651B (de) * 1964-08-06 1967-03-30 Telefunken Patent Hochfrequenzspule fuer grosse Leistung mit stufenweise veraenderbarer Induktivitaet
DE1690547B2 (de) * 1968-01-19 1971-04-22 Aeg Elotherm Gmbh Vorrichtung zum einstellen der wirksamen laenge eines induk tors zum erwaermen metallischer werkstuecke

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1861869A (en) * 1930-09-20 1932-06-07 Westinghouse Electric & Mfg Co Adjustable induction heating device

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