DE908895C - Induktor zum induktiven Erwaermen von metalliswchen Werkstuecken - Google Patents

Description

• Induktor zum induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken Bei der induktiven Erwärmung metallischer Werkstücke oder Werkstückteile, z. B. zur Oberflächenhärtung durch anschließendes Abschrecken, ist die Formgebung des vom Hochfrequenzstrom durchflossenen Induktors von großer Bedeutung. Man hat vielfach den Induktor den zu erwärmenden Werkstückteilen stark genähert, ihn jedoch von den weniger oder gar nicht zu erwärmenden Teilen entfernt geführt. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß infolge der vom Induktor umschlossenen großen Fläche der Induktorkreis stark induktiv wird, was einmal eine Kompensation dieser Induktivität erforderlich macht und zum anderen bewirkt, daß die Spannung in dem eigentlichen Heizleiter, also in dem zur Erwärmung ausgenutzten Teil des Induktors, gering wird. Zur Behebung dieser Mängel hat man schon vorgeschlagen, den Rückflußleiter, d. h. den Induktorteil, der nicht zur Erwärmung ausgenutzt und nur vorgesehen ist, um den Induktorstromkreis zu schließen, zwar in der Nähe des Werkstückes anzuordnen, ihn aber mit größerem Querschnitt zu versehen oder aus mehreren parallelen Leitern zusammenzusetzen. Damit wird erreicht, daß in diesem Rückflußleiter eine geringere Stromdichte herrscht als im Heizleiter und damit die Erwärmung der gegenüberliegenden Werkstückteile gering wird.
• Es ist ferner zur Erzielung einer gewünschten Feldverteilung, insbesondere zur Bündelung der Feldlinien und Erwärmung kleiner Werkstücke oder eng begrenzter Teile von Werkstücken schon vorgeschlagen worden, Induktionsspulen mit zusätzlichen Bündelungskörpern zu versehen. Diese Bündelungskörper, die von der Induktorspule umgeben sind, weisen zur Vermeidung eines Kurzschlusses immer einen radialen Schlitz auf. In vielen Fällen ist aber die gewünschte Feldverteilung mit keiner der beschriebenen Anordnungen zu erreichen.
• Die Erfindung betrifft nun einen Induktor zum induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken, vorzugsweise zumOberflächenhärten durch anschließendes Abschrecken, und ist dadurch gekennzeichnet, daß gut leitende metallische Zusatzkörper vorgesehen sind, die durch Beeinflussung des Induktorfeldes eine Herabsetzung der Induktivität bestimmter Induktorteile hervorrufen.
• In der Fig. i ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. i und 2 sind zusammengehörige Hochfrequenzleiter, Punkt und Kreuz deuten die Stromrichtung in einem bestimmten Augenblick an. Die Indüktivität dieser Anordnung ist durch denLuftraum zwischen den beidenLeitern bedingt. Um diese Induktivität herabzusetzen, ist nun gemäß der Erfindung ein Zusatzkörper 3 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit !in diesen Zwischenraum eingefügt. Dieser Zusatzkörper baucht weder symmetrisch zu den beiden Leitern i und 2 zu liegen, noch unmittelbar zwischen diesen angeordnet zu sein; die gleiche Wirkung wird erreicht, wenn der Zusatzkörper 3, wie in Fig. 2 dargestellt, in der Nähe der Leiter angeordnet wird. Die Leiter 1, 2 können auch, wie ebenfalls in der Fi:g.2 gezeigt, als Spule oder als mehrere Einzelleiter ausgebildet sein. Die Wirkung des Zusatzkörpers 3 wird vergrößert, wenn dieser, wie in Fig. 2 gestrichelt gezeichnet, seitlich über die Leiter i und 2 heruntergezogen wird.
• In der Fig. 3 ist gezeigt, wie die durch die Erfindung gegebene Lehre zur hochfrequenten Erwärmung eines napfförmigen Werkstückes q. benutzt werden kann. Zum Aufheizen dieses Werkstückes ist es notwendig, die oberen Teile weniger stark zu erwärmen als die unteren, da der dicke Boden des Werkstückes eine größere Wärmekapazität besitzt und damit mehr Leistung erfordert als die oberen dünneren Teile. Nach Erreichen der Glühtemperatur erfordern die Mantelflächen zufolge der größeren Abkü'hloberfläche eine größere Leistungszuführung als der Boden: Diese beabsichtigte Verteilung der Leistung kann durch geeignete Beeinflussung der Induktivität der Heizspule i und 2 -bewirkt werden, indem ein gut leitender Zusatzkörper, der hier als Kurzschlußwindung 5 ausgeführt ist, der Anordnung beirr Aufheizen genähert und beim Einhalten der Glühtemperatur von dieser entfernt wird. Für die beiden verschiedenen Aufgaben sind dann weder getrennte Heizspülen noch Form- oder Lageveränderungen der Spule zum Werkstück erforderlich.
• Eine weitere wichtige Anwendung des Erfindungsgedankens ist in Fig. q. dargestellt, und zwar zeigt Fig. 4a den Aufriß und Fig. 4 b den Seitenriß einer Anordnung zum Erwärmen und anschließenden Oberflächenhärten eines einzelnen Zahnes 6 von einem Zahnrad 7. Um den Zahn 6 ist eine Induktorspule mit den Leitern i, 2 gelegt. Damit die Stirnseiten des Zahnes nicht übermäßig stark erwärmt werden, dürfen die Windungen .des Induktors nicht zu nahe an diese Stirnflächen herangeführt werden. Durch den nunmehr an den Stirnseiten des Zahnes von dem Induktor umschlossenen Luftraum würde die Anordnung eine unerwünschte Induktivität erhalten. Diese Induktivität wird nun nach der Erfindung durch die gut leitenden Zusatzkörper 8 nahezu aufgehoben. Die- Versuche zeigen, daß die natürlich auch in dem Zusatzkörper induzierten Ströme auf die Erwärmung des Zahnes dann keinen ungünstigen Einffluß haben, wenn die Zusatzkörper die in der Fig. 4 gezeigte Form besitzen, also den Zahnkopf noch etwas überdecken.
• Wenn, wie in Fig. 5 an Hand eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung gezeigt ist, der Heizleiter i und seine- Rückführung 2 zur Vorsehuberwärmung eines plattenförmigen Werkstückes 9 dient, das fortlaufend durch den Induktor i, 2 hindurchbewegt wird und dabei auf seiner- Oberseite erwärmt werden soll, kann man den Erfindungsgedanken ebenfalls verwirklichen. Der Unterschied gegenüber der Anordnung nach Fig. i liegt vor allem darin, daß der zu unterdrückende Streuraum nicht lediglich zwischen zwei Leitern in Luft gebildet wird, sondern. teilweise durch magnetisch gut leitendes Eisen (Werkstück 9) ausgefüllt ist. Im Fall der Fig. 5 soll die Unterseite der Platte 9 nicht erwärmt werden, demgemäß wird der Rückflußleiter 2 des Induktors in einiger Entfernung von der Unterfläche des Werkstückes angeordnet und kann in bekannter Weise einen größeren Querschnitt aufweisen als der Heizleiter i. Um nun die unerwünschte Induktivität infolge des vergrößerten Raumes zwischen Werkstück 9 und Rückflußleiter 2 zu unterdrücken, wird. nach der Erfindung ebenfalls ein gut leitender Zusatzkörper ao eingefügt. Dabei genügt es nicht, den Zusatzkörper nur in der Breite des Rückflußleiters auszuführen, da die gegenüberliegende Eisenhaut das Feld gut leitet und damit die frei liegende Eisenfläche einen guten Übergang der Streulinie in die Luft ermöglicht. Es ist daher vorteilhaft, den Zusatzkörper io möglichst über die ganze Eisenfläche zu erstrecken. Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann dieser Zusatzkörper io gleichzeitig als Schlitten für die Fortbewegung des Werkstückes 9 durch den Induktor 1, 2 ausgeb:i@lldet werden. Durch eine Isolierschicht i i wird; ein Übertritt von Wirbelströmen zwischen Werkstück 9 und Zusatzkörper io verhindert.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Induktor zum induktiven Erwärmen von metallischen Werkstücken, vorzugsweise zum Oberflächenhärten durch anschließendes Abschrecken, dadurch gekennzeichnet, daß gut leitende metallische Zusatzkörper vorgesehen sind, die durch Beeinflussung des Induktorfeldes eine Herabsetzung der Induktivität bestimmter Induktorteile hervorrufen.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einfügen gut leitender Zusatzkörper zwischen die Leiter des Induktors die Induktivität des betreffenden Induktorteiles herabgesetzt wird (Fi.g. i).
3. 3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzkörper ebene Platten verwendet werden. :I.
4. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzkörper :Metallringe (Kurzschlußwindungen) verwendet werden.
5. Anordnung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Induktorteile von dem zu erhitzenden Werkstück entfernt geführt werden und die Induktivität der dadurch entstehenden Leiterschleifen durch einen oder mehrere gut leitende Zusatzkörper verringert wird (Fig. q).
6. 6. Anordnung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beeinflussung des zeitlichen Verlaufes der Erwärmung während des Erwärmungsvorganges der Zusatzkörper relativ zu Induktor und Werkstück bewegt wird (Fig. 3).
7. 7. Anordnung nach Anspruch i oder folgenden, insbesondere bei der Vorschuberwärmung von Werkstücken, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das zu erwärmende Werkstück als auch der vorzugsweise plattenförmige Zusatzkörper gemeinsam relativ zum Induktor bewegt werden. B. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der plattenförmige Zusatzkörper als Schlitten zur Fortbewegung des zu erwärmenden Werkstückes dient (Fig. 5). g. Anordnung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzkörper von dem zu erwärmenden Werkstück elektrisch isoliert ist.