Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken. Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Vorrichtung zum elektroinduktiven Erhitzen von Werkstücken, z. B. von Rotationskör pern, wobei die Vorrichtung insbesondere dem Oberflächenerhitzen dienen soll, das, verbunden mit einem nachfolgenden Ab schrecken zum Zwecke des Härtens durch geführt wird. Die Vorrichtung besteht aus einer Leiterschleife, die nachgiebig mit Ab stand an die Oberfläche des Werkstückes angedrückt wird, welches während des Er hitzungsvorganges mehrmals umläuft.
Die Leiterschleife bedeckt, in Umfangsrichtung gesehen, höchstens die halbe Mantelfläche und wird zweckmässig in der Breite so gross gewählt, dass sie den gesamten zu härtenden Abschnitt des Werkstückes überdeckt.
Die Vorrichtung nach dem Hauptpatent hat sich beim Erwärmen von Rotationskör pern der verschiedensten Art bewährt, und zwar besonders dort, wo es sieh darum han delt, das Werkstück auf dem gesamten Um fang des Abschnittes, auf den die Heizein- richtung einwirkt, gleichmässig zu erwärmen.
In der Praxis ergeben sich aber vielfach Fälle, in denen eine ungleichmässige Vertei lung der Temperaturhöhe gewünscht wird; so kann beispielsweise die Aufgabe gestellt sein, gewisse Stellen des Umfanges von der Erwärmung auszunehmen oder an einigen Stellen eine erhöhte Temperatur zu erhalten, und ferner noch die Forderung gestellt sein, die Temperaturerhöhung verschieden tief in das Werkstück eindringen zu lassen.- Wenn der Zweck des Erwärmens hierbei ein Ober flächenhär ten ist, so bedeutet diese Forde rung, dass die Werkstücke nur teilweise ge härtet, mit verschiedenen Härtegraden bezw. mit verschiedener Härtetiefe versehen werden sollen.
Solche Forderungen treten beispiels weise auf bei Nockenwellen, bei denen. nur die Nockenfläche und nicht der Teil der Nocke gehärtet werden soll, der in. der Mantellinie der eigentlichen Welle verläuft. Auch bei Schwingarmen, Schalthebeln und ähnlichen Maschinenteilen werden Forderun- gen dieser oder ähnlicher Art gestellt. Eine vielfach auftretende Aufgabe besteht ferner darin, sogenannte Halbwellen mit einer Oberflächenhärtung zu versehen. Diese Halb wellen entstehen gewissermassen durch ein Auftrennen einer zylindrischen Welle durch einen Längsschnitt in Achsrichtung, der aber nicht immer durch die Achse selbst verläuft.
Weder die tatsächlichen Halbwellen noch die jenigen, die in Wirklichkeit nicht eine voll kommene Halbwelle darstellen, lassen sich mit den im Hauptpatent erläuterten Ausfüh rungsbeispielen behandeln, obwohl bei wah ren Halbwellen zwei Einzelteile mit den ebe nen Flächen aufeinandergepresst werden kön nen, um dann gemeinsam behandelt zu wer den. Es zeigt sich, dass die induzierten Ströme an der Trennstelle gewissen Störungen unter worfen sind, die zu einem unerwünschten Verlauf der Härteschichten Veranlassung geben. Bei der Behandlung einer einzigen Halbwelle ist in dieser Beziehung mit noch grösseren Störungen zu rechnen.
Zweck der Erfindung ist es, die V orrich- tung gemäss dem Hauptpatent so weiterzubil den, dass auch solche Werkstücke behandelt werden können, bei denen eine Temperatur verteilung verlangt wird, die von der sich normalerweise einstellenden abweicht.
Be kanntlich werden zur Erzeugung der Hoeh- frequenzleistung im allgemeinen umlau fende Generatoren, Funkenstreckengenerato- ren, Stromrichter oder Röhrensender verwen det, und die Erfindung beruht auf der Er kenntnis, dass eine Beeinflussung der Tempe raturverteilung in Umfangsizchtung der Dlan- telfläche möglich ist, wenn die Leistung die ser Erzeuger periodisch geändert wird.
Wenn beispielsweise beim jeweiligen Hindurchgang einer bestimmten Stelle des Werkstückes unter der Heizleitersehleife die Leistung auf den Nullwert gemindert wird, so tritt trotz des ständigen Umlaufes des Werkstückes an dieser Stelle eine nennenswerte Erwärmung nicht ein. Setzt man dementsprechend die Leistung periodisch nicht auf den Nullwert. sondern auf irgendeinen Zwischenwert herab, so findet eine Erwärmung in verringerteri Masse statt, so dass eine Beeinflussung der Temperaturverteilung ini weitesten Masse möglich ist.
Uni diese Änderung in der Lei stungszufuhr- zur Heizeinrichtung im ge wünschten Sinne zu beeinflussen. wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, ein Regelglied in den Steuerkreis des Stromerzeugers einzu schalten. Dieses Regelglied besitzt vorzugs weise einen Widerstand, der auf dem Um fang einer Seheibe angeordnet ist und mit einem Schleifkontakt ausgerüstet ist. Die Impedanz dieses Regelgliedes wird veränder lich gestaltet, und zwar derart, dass die Änderung entsprechend einem Erhitzungs- programin synchron mit dem Umlauf des Werksdickes erfolgt.
Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der Schleifkontaktarm mecha nisch oder elektrisch. mit dem umlaufenden Werl#:stiick so gekuppelt, dass er mit diesem synchron umläuft. Unter dem Erhitzungspro- gra.mm ist in diesem Sinne die Temperatur verteilung zii verstellen, die in dem betref fenden -XVerlkstiiclr in Umfangsrichtung der Mantelfläche gewünscht wird. Der Ohmsche Widerstand des Regelgliedes kann linear oder logaritlimiseli gewickelt sein; es kann aber auch eine andere Charakteristik durch entsprechende Wicklung erzeugt werden.
Die einzelnen Widerstandswerte auf dem Regel glied entsprechen bei diesen Ausführungs beispielen bestimmten Temperaturhöhen bezw. Eindringtiefen im @Verkstücl@. Bei der Be nutzung eines regelungsträgen Stromerzeu gers, wie z. B. eines umlaufenden Generators, ist lediglich dafür zu sorgen, dass der Kon taktaren während seines mit dem Werkstück synchronen Umlaufes eine gewisse Voreilung zeigt, inn die sogenannte Naehregelungszeit des Hochfrequenzstromerzeugers auszuglei chen.
Die Vorrichtung kann auch verwendet werden, wenn bei geringer Breite der Schleife ein Vorschub der Heizeinrichtung in Achs richtung des \Verkstückes bei gleichzeitigem @,#rerkstückumlauf erfolgt. Auch bei Anord nungen, bei welchen die Heizvorrichtung in Richtung der Achse des Werkstückes an die sem ständig hin und leer bewegt wird, wäh- rend das Werkstück umläuft, ist die Ver wendung der Vorrichtung in gleicher Weise möglich.
In der beigefügten Abbildung ist schema tisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrieh- tung gemäss der Erfindung dargestellt, an Hand dessen die Wirkungsweise näher erläu tert wird. An den Generator 1 mit der Er regerwicklung 2 ist die Leiterschleife 4 an geschlossen, mit der das Werkstück 3 er wärmt werden soll. Das zwischen den Spit zen 5 gelagerte Werkstück 3 läuft während des gesamten Erhitzungsvorganges mehrmals um. Die angenommene Umlaufrichtung ist durch einen Pfeil gekennzeichnet. In der Abbildung ist rechts das Regelglied dar gestellt. Es besteht aus einer Scheibe 9 mit Widerstandswicklung, auf der ein Kontakt arm 7 schleift. Dieser Kontaktarm läuft im Sinne des eingezeichneten Pfeils synchron mit dem Werkstück um.
Zu diesem Zweck kann der Kontaktarm auf einer Welle angebracht sein, die über eine elektrisch isolierende Kupplung 11 mit der Welle unmittelbar ver bunden ist, die den Mitnehmer für den Werk stückumlauf betätigt. Das Regelglied kann aber auch beispielsweise von einem Motor angetrieben werden, der synchron zu dem Antriebsmotor für den Mitnehmer ge schaltet ist.
Das Regelglied ist in die Zuleitung zur Erregerwicklung 2 bei 10 eingeschaltet, und zwar derart, dass die eine Klemme an die ruhende Widerstandsscheibe geführt ist, während eine Klemme als Bürste auf der Welle des Kontaktarmes schleift. Befindet sich beispielsweise der Kontaktarm an der Stelle 8, so ist der Widerstand des Regel gliedes gleich Null. Wenn sich der Kontakt arm bis zum Punkt 9 bewegt hat, ist bei entsprechender Wicklung der Widerstand auf einen Höchstwert angewachsen. In den Zwischenstellungen ändert sich der Wider standswert gemäss der Kennlinie des Regel gliedes.
Durch die Einschaltung des Reglers mit veränderlichem Widerstand in den Steuer kreis des Hochfrequenzerzeugers bei 10 wird die Leistung synchron mit dem Umlauf des Werkstückes verändert. Es braucht nunmehr nur noch in Anpassung an die gewünschte Temperaturverteilung im Werkstück eine ge eignete Wicklung für das Regelglied gewählt zu werden, wobei je nach den Erfordernissen lineare, logarithmische oder Widerstände mit sonstiger Charakteristik benutzt werden. Auf diese Weise ist es möglich, mit Hilfe des synchron mit dem Werkstück umlaufenden Kontaktarmes ein bestimmtes Erhitzungspro- gramm ablaufen zu lassen.
Bei einem umlaufenden Maschinengenera tor ist es erforderlich, dem Kontaktarm bei seinem Umlauf einen gewissen Winkel der Voreilung zu erteilen, was beispielsweise im dargestellten Beispiel mit Hilfe der Kupp lung 11 geschehen kann, um die Nachrege lungszeit auszugleichen, die durch die Eigen charakteristik des Stromerzeugers bedingt ist.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung ist nicht nur anwendbar in Verbindung mit um laufenden Generatoren, sie kann auch dort Verwendung finden, wo zur Erzeugung der Leistung Röhren, Stromrichter oder Funken streckengeneratoren benutzt werden.
Die Steuerung von Röhrengeneratoren kann beispielsweise so erfolgen, dass im Gitterkreis der Röhren die synchrone Ände rung eines Blindwiderstandes zur Leistungs regelung verwendet wird. Der veränderliche Blindwiderstand kann durch einen synchron umlaufenden Eisenkern. in einer Spule an Stelle des Regelwiderstandes 6 dargestellt werden. Auch durch Kondensatoren, die nacheinander zu- oder abgeschaltet werden, ist eine Beeinflussung im Gitterkreis der Röhre unmöglich.
Bei der Verwendung von Funkenstreckengeneratoren kann auf gleiche Weise eine Steuerung der Spannungshöhe im Funkenstreakenkreis oder durch Induk- tivitäten im Schwingkreis erfolgen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung eignet sich nicht nur dazu, ein bestimmtes Erhitzungsprogramm im Werkstück zu ge währleisten, sondern auch dazu, Störungen, die für eine normale und gleichmässige Er hitzung durch angrenzende und unsymme- trische iUassen hervorgerufen würden, zu ver hindern. So kann beispielsweise die Masse von Kurbelarmen, die einen Kurbelzapfen be grenzen, zur unterschiedlichen Leistungsauf nahme in der Heizeinrichtung führen. Dieser unterschiedlichen Leistungsaufnahme kann durch Verwendung eines Reglers gemäss der Erfindung entgegengewirkt werden.