DE963174C

DE963174C - Induktionsheizspule

Info

Publication number: DE963174C
Application number: DEP44580A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Gerhard Seulen
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Priority date: 1948-06-16
Filing date: 1949-06-02
Publication date: 1957-05-02

Description

Die Erfindung betrifft Induktionsspulen für Wärmebehandlungszwecke.

Verschiedene Induktionsspulen sind für das induktive Erhitzen metallischer Teile bekannt. Das Erhitzen mittels dieser Spulen dient dem Oberflächenhärten, Glühen, Anlassen, Schweißen, Hart- und Weichlöten und ähnlichen Wärmebehandlungen. Für Teile, die einen kreisförmigen oder ähnlichen Querschnitt haben, z. B. Kurbelzapfen, Wellenzapfen, Nocken und Walzen, ist es üblich, ein- oder mehrwindige Spulen zu benutzen, die das zu erhitzende Teil umgeben. Es sind auch schon Vorschläge gemacht worden, Heizleiterspulen zu benutzen, welche den Abschnitt des zu erhitzenden Werkstückes nur teilweise umfassen. In dem Fall, in dem die letztgenannten Heizgeräte benutzt werden, wird der zu erhitzende Körper während des Aufheizens in Umlauf versetzt, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu erzielen.

Die Nachteile der Heizeinrichtungen, die bisher ao verwendet worden sind, liegen darin, daß ein besonderes Heizgerät für jede Abmessung eines Werkstückes benutzt werden muß, und zwar sowohl dann, wenn die Werkstücke im Durchmesser und in der Länge voneinander abweichen. Dies macht es erforderlich, daß eine große Anzahl an sich kostspieliger Heizgeräte auf Lager gehalten werden muß. Ein zusätzlicher Nachteil der beschriebenen Spulen, die das Werkstück umgeben, ergibt sich dadurch, daß die Spule den aufzuheizenden Ab-

schnitt des Werkstückes vollkommen überdeckt und es so unmöglich macht, die Temperatur im aufgeheizten Abschnitt zu beobachten.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wird gemäß der Erfindung die Induktionsspule zum Erhitzen von Werkstücken mit kreisförmigem oder ähnlich geformtem Querschnitt so ausgebildet, daß der Heizleiter des vorzugsweise einwindigen Induktors schmaler ist als die Breite des aufzuheizenden Werkstückabschnittes und bei annähernd elliptischer Form die Längsachse der Spule mit der Werkstückachse einen solchen Winkel bildet, daß bei (relativer) Rotation der Werkstückabschnitt aufgeheizt wird. Vorzugsweise ist die Längsachse der Induktionsspule gegen die Werkstückachse um einen Winkel von 45 ° geneigt. Die Spule ist so ausgebildet, daß die Kopplung zwischen ihren Innenflächen und der äußeren Oberfläche des Werkstückes so gut wie möglich ist. Um dies zu erreichen, hat die Spule annähernd elliptische Form.

Während des Aufheizens läuft das Werkstück

innerhalb der Spule um, wodurch eine gleichmäßige Temperaturverteilung auf der gesamten Oberfläche des AVerkstückes erreicht wird, die der Einwirkung des Induktors unterliegt.

Die Temperatur der Oberfläche kann während des Aufheizens ständig beobachtet werden, da der Induktor verhältnismäßig nur einen kleinen Teil der Oberfläche überdeckt.

Wenn nun Teile verschiedener Länge zu behandeln sind, kann der gleiche Induktor verwendet werden, und zwar kann er der Länge der zu erhitzenden Oberfläche des Werkstückes angepaßt werden, indem er geschwenkt wird, d. h. indem der Winkel zwischen der Achse des Werkstückes und der Achse des Induktors verändert wird. Der gleiche, annähernd elliptische Induktor kann auch für Werkstücke verschiedener Durchmesser verwendet werden, indem er um einen geeigneten Winkelbetrag geschwenkt wird. Eine Anordnung dieser Art vermindert beträchtlich die Lagerhaltung benötigter Induktoren, denn der gleiche Induktor kann für eine große Anzahl von Werkstücken verschiedener Abmessungen verwendet werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Induktorart gegenüber den üblichen ein- oder mehrwindigen Induktoren besteht darin, daß es nahezu unmöglich ist, die Werkstückoberfläche zu überheizen, und zwar auch dann, wenn mit größerer Energie gearbeitet wird. Das Werkstück hat während seines Umlaufes genügend Zeit, die Oberflächentemperatur durch Wärmeabfluß zum Werkstückinnern hin auszugleichen.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Induktoren so ausgebildet sein, daß an Stellen, an denen eine größere Wärmemenge erforderlich ist, der stromführende Ast des Induktors mit einem steilen Winkel zur Achse verläuft, beispielsweise 45 und 90⁰, als an Stellen, an denen eine geringere Wärmemenge erforderlich ist und wo der Winkel zwischen 0 und 45° beträgt. Dies führt dazu, daß die Periode, während welcher ein Abschnitt des Heizleiters während eines Umlaufes auf die Oberfläche des Werkstückes einwirkt, unterschiedlich lang ist. Die gleiche Wirkung, die unter allen Abschnitten des Leiters mit steilem Winkel zum Werkstück erzeugt wird, dauert langer an als in den Abschnitten des Werkstückes, in welchen der Heizleiterabschnitt einen kleineren Winkel mit der Achse bildet. Unter diesen Bedingungen ist die tatsächliche Zeit der Einwirkung ein Maß für die Aufnahme der elektrischen Energie in den verschiedenen Abschnitten des Werkstückes. Die Vorteile des Induktors gemäß der Erfindung gegenüber den üblichen Induktoren mit Leiterschleifen liegt zunächst in seinem höheren Wirkungsgrad und seiner Anpassungsfähigkeit an Werkstücke verschiedener Abmessungen. Der Induktor gemäß der Erfindung kann sowohl für die Gesamtflächenerhitzung als auch für die Vorschuberhitzung zur Gänze benutzt werden.

In den Zeichnungen sind einige beispielsweise Ausführungsformen schematisch dargestellt, an Hand derer die Erfindung näher erläutert werden soll.

Fig. ι zeigt eine Induktionsspule für das Erhitzen von Kurbelwellenzapfen;

Fig. 2 stellt eine Heizspule für einen Zapfen dar, der an einem Ende mit einem Kopf versehen ist:

Fig. 3 stellt einen Induktor zum Erhitzen eines zylindrischen Werkstückes dar:

Fig. 4 stellt die Form eines Eisenjoches für einen Induktor nach Fig. 3 dar.

Die Induktoren können für Kurbelwellenzapfen, mit Köpfen versehene Bolzen, Zapfen, Walzen u. dgl. verwendet werden. Ihre Anwendung, ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Sie können beispielsweise auch für andere Werkstücke benutzt werden, z. B. Nockenwellen, Achsschenkel, Stangen, Ringe, Kugelzapfen und ähnliche Teile.

Fig. ι zeigt bei A einen Abschnitt des Werkstückes, der von Achsschenkel B begrenzt wird. Zum Aufheizen des Werkstückes gemäß der Erfindung ist der Induktor C von praktisch elliptischer Form vorgesehen. Dem Induktor wird bei D Wechselstrom geeigneter Frequenz zugeführt. Selbstverständlich muß ein geteilter Induktor verwendet werden, damit er auf dem Zapfen in Wirkstellung gebracht werden kann. Die Unterteilung no ist bei X dargestellt. Der Induktor besteht aus einem rückwärtigen Teil Cb und einem vorderen Teil Ca. Der tatsächliche Heizleiter besteht aus einem Kupferrohr von rundem, quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, durch das Kühlwasser hindurchfließt. Es kann aber auch ein elliptischer oder ähnlicher Querschnitt verwendet werden. Um eine gleichmäßige Aufheizung sicherzustellen, wird der Zapfen in Richtung des Pfeiles F während des Aufheizens in Umlauf versetzt. Der Induktor kann in Richtung des Pfeiles G geschwenkt werden, so daß er sich der Breite des Werkstückes oder des zu behandelnden Werkstückabschnittes anpassen kann. Wenn dem Erhitzen eine Härtung nachfolgt, kann das Abschrecken durch Mittel herbeigeführt werden, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.

Fig. 2 zeigt einen Induktor zum Aufheizen eines Zapfens Ai, der an einem Ende mit einem Kopf Bi versehen ist. Um den Wärmeabfluß zum Kopf Bi hin auszugleichen und eine Erwärmung bis zum Radius dieses Kopfes durchzuführen, ist der Induktor Ci so ausgebildet, daß er einen Teil H besitzt, der im rechten Winkel zur Achse des Werkstückes verläuft, während der übrige Teil des Heizleiters im flachen Winkel zum Werkstück steht. Während

ίο des Aufheizens läuft das Werkstück Ai in Richtung des Pfeiles Fi um. Der Strom wird bei Di zugeführt. Der Induktor kann in Richtung des Pfeiles Gi geschwenkt werden, um sich der Breite des aufzuheizenden Werkstückes anzupassen.

Fig. 3 zeigt einen Induktor zum Aufheizen eines zylindrischen Werkstückes A 2, beispielsweise eine Walze, und zwar im Vorschubverfahren. Das Werkstück A 2 läuft in Richtung des Pfeiles F 2 um und wird relativ zum Induktor in Richtung des Pfeiles / bewegt. Der Induktor besteht auch hier aus einem elliptischen Leiter C 2. Er wird mit einem Strom geeigneter Frequenz bei Ό 2 gespeist. Damit der Induktor sich verschiedenen Werkstückdurchmessern und Werkstücklängen anpassen kann, ist er in Richtung des Pfeiles G 2 schwenkbar. Hierdurch wird die Länge der geheizten Zone verändert, wie durch den Pfeil K angedeutet. Wenn dem Erhitzen ein Härten nachfolgen soll, wird eine geeignete Brause etwa auf die Linie L vorgesehen. Die gleiche Induktorart kann auch für das Gesamtflächenerhitzen bzw. Härten von Werkstücken verwendet werden.

Um besonders gute Wirkungsgrade zu erzielen, kann der Induktor mit Eisenjochen versehen werden, und zwar aus festem Werkstoff, aus gepreßtem Pulver oder lamelliert hergestellten Jochen.

Fig. 4 zeigt ein Muster eines Eisenjoches dieser Art. Um die Joche der annähernd elliptischen Form des Induktors anzupassen, ist es ratsam, Heizleiter mit Querschnitten zu benutzen, wie sie bei C 3 in Fig. 4 gezeigt sind. Kreisförmige Querschnitte können ebenfalls benutzt werden. Die Joche M sind gleichfalls von ringförmigem oder bogenförmigem Querschnitt, so daß sie der Oberfläche des Werkstückes angepaßt werden können, indem sie in Richtung des Pfeiles 0 verschoben werden. Zwischen den Jochen M und dem Heizleiter C 3 ist eine wärmewiderstandsfähige Isolation N vorgesehen.

Die Form des Induktors gemäß der Erfindung gestattet solchen Induktoren, in einfacher Weise sich allen praktischen Erfordernissen anzupassen. Sie ermöglichen eine Temperaturverteilung in jeder beliebigen Form. Infolge ihrer besonderen Ausführung sichern sie einen guten Wirkungsgrad für einen weiten Bereich von Durchmessern und Breiten, so daß es nicht notwendig ist, eine große Anzahl Induktoren in Bereitschaft zu halten.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Induktionsheizspule zum Erhitzen von Werkstücken, insbesondere mit kreisförmigem oder ähnlich geformtem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter des vorzugsweise einwindigen Induktors schmaler ist als die Breite des aufzuheizenden Werkstückabschnittes und bei annähernd elliptischer Form die Längsachse der Spule mit der Werkstückachse einen solchen Winkel bildet, daß bei (relativer) Rotation der Werkstückabschnitt aufgeheizt wird.

2. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber den Stellen des Werkstückes, an denen eine stärkere Wärmewirkung erwünscht ist, der Heizleiter beispielsweise in der Nähe der Ellipsenscheitel einen spitzeren Winkel mit der Werkstückachse bildet als auf seiner übrigen Länge.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 626463.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

1 609 872 4.