-
Induktor zum Erhitzen von zylindrisch oder ähnlich geformten Werkstücken
im Umlaufverfahren Die Erfindung betrifft einen aus mehreren Heizleiterschleifen
bestehenden Induktor zum Erhitzen von metallischen Werkstücken, die Zylinder- oder
eine ähnliche Rotationsform aufweisen, wobei das Aufheizen im Umlaufverfahren vor
sich geht. Das mit dem Induktor auszuübende Verfahren kann dabei einem Erhitzen
entweder an der Oberfläche oder zur Gänze dienen, und sofern anschließend abgeschreckt
wird, kann eine entsprechende Härtung des Werkstückes erzielt werden.
-
Induktoren zum Erhitzen von zylindrischen Werkstücken im Umlaufverfahren,
die als Heizleiterschleifen ausgebildet sind und sich als solche über der Werkstückoberfläche
schließen, gehören einem älteren, nicht vorveröffentlichten Vorschlag an. Die Schleife
deckt nach diesem Vorschlag die Breite des zu behandelnden Werkstückes und erstreckt
sich höchsten<. über die Hälfte der Mantelfläche des zylindrischen während des
Aufheizens mehrfach umlaufenden Werk Stückes. In ebenfalls nicht vorbekannter Abwandlun#
dieser Induktorform ist ferner für den gleichen Ver. wendungszweck vorgeschlagen
worden, rechteckigekreisring-, rauten-, trapezförmige oder ähnlich ausgebildete
Heizleiterschleifen zu verwenden. Gegebenenfalls können auch mehrere solcher Schleifen
zueinander anstellbar sein und sich zu einer gemeinsamen Einwirkung ergänzen. Der
letztgenannte Vorschlag diente dem Zweck, den Induktor auf verschiedene Werkstückbreitenabmessungen
einstellen zu können.
Solche Induktoren haben sich in der Praxis
bewährt; indes haben Versuche ergeben, daß sich ihr Wirkungsgrad steigern und gleichzeitig
die Aufheizwirkung feinstufig abstimmbar gestalten läßt, wenn eine Gestaltung gemäß
der vorliegenden Erfindung vorgesehen wird. Diese kennzeichnet sich durch eine Hauptschleife
und eine oder mehrere von dieser haarnadel- oder U- oder V-förmig ausgehende
Nebenschleifen, die untereinander und mit der Hauptschleife in Reihen- oder Parallelschaltung
liegen und in einer Richtung sich erstrecken, die von derjenigen der Hauptschleife
abweicht. Die Nebenschleifen werden, vorzugsweise in oder angenähert in Umlaufrichtung
des Werkstückes sich erstreckend, dort vorgesehen, wo im Werkstück ein erhöhter
Wärmebedarf auftritt. Gegebenenfalls kann eine , Vielzahl solcher Nebenschleifen
parallel zueinander vorgesehen sein.
-
Der Induktor mit seinen Nebenschleifen bildet eine gekrümmte Fläche,
die in erster Annäherung das Abbild der Mantelfläche des Werkstückes ist, wobei
es in manchen Fällen vorteilhaft sein kann, daß er sich über die Hälfte des Werkstückumfanges
hinaus erstreckt. Es ist nicht erforderlich, daß alle Schleifen in dieser gekrümmten
Fläche liegen, vielmehr ist es gelegentlich von Vorteil, wenn eine oder mehrere
Schleifen in einer anderen Fläche liegen, und zwar gilt dies insbesondere für die
Hauptschleife.
-
Es erhöht den Wirkungsgrad von Leiterschleifen, wenn die Leiter mit
Magnetjochen versehen sind. Diese bestehen aus geschichteten Blechen oder aus sog.
Masse. Solche Joche können auch bei Induktoren gemäß der Erfindung angewendet werden,
und zwar sowohl auf den Haupt- als auch auf den Nebenschleifen. Der an sich hohe
Wirkungsgrad des Induktors gemäß der Erfindung wird hierdurch noch gesteigert.
-
Mit Induktoren der gekennzeichneten Art läßt sich eine äußerst empfindliche
Anpassung an die jeweils gestellte Erhitzungsaufgabe erreichen, indem aus den verschiedenen
Möglichkeiten der Ausbildung der Nebenschleifen und deren Anordnung zur Hauptschleife
eine geeignete Auswahl getroffen wird. Verbunden mit dem hohen Wirkungsgrad ergeben
sich so praktisch besonders wertvolle Induktortypen für das Erhitzen und gegebenenfalls
für das Härten zylindrisch oder ähnlich geformter Werkstücke.
-
Im nachfolgenden werden an Hand der Zeichnungen eine Reihe Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben. Die zeichnerische Darstellung ist rein schematisch, und
alle Teile, die der Halterung und Führung der Schleifen dienen, Stromzuführungen
u. dgl. sowie die Abschreckeinrichtungen für den Fall des nachfolgenden Härtens
sind der Übersicht halber fortgelassen.
-
Abb. i zeigt den Lagerzapfen i einer Kurbelwelle, der von Kurbelwangen
2' und 2" begrenzt wird. Zum Aufheizen dieses Lagerzapfens wird gemäß der Erfindung
eine Reihenschaltung von drei Heizleiterschleifen verwendet, von denen die Hauptheizleiterschleife
3 in Achsrichtung des Werkstückes liegt, während die haarnadel-, U- oder
V-förmig von dieser ausgehenden Nebenschleifen 7 und 8 sich in Umfangsrichturig
des Werkstückes erstrecken. Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades sind bügelförmige
Magnetjoche 9, io über den einzelnen Heizleiterschleifenabschnitten angeordnet.
In der Abb. i sind diese Magnetjoche nur auf einem Teil der Heizleiterschleifen
dargestellt. Sie können selbstverständlich auch über den gesamten Heizleiterschleifen
angeordnet oder ferner nur dort verwendet werden, wo ein besonders starkes Aufheizen
des Werkstückes erfolgen soll. Der Hochfrequenzstrom wird über Zuführungen 4 und
5 der Hauptheizleiterschleife 3 und damit den in Reihe geschalteten Nebenschleifen
7 und 8 zugeführt. Der Stromverlauf ist durch Pfeile deutlich gemacht. Während der
Behandlung des Werkstückes wird dieses in Richtung des Pfeiles 6 gedreht. Unter
den Heizleiterschleifen, die aus den entgegengesetzt stromdurchflossenen Ästen 3'
und 3" bzw. 7' und 7" bzw. 8' und 8" bestehen, tritt ein sehr wirkungsvolles Aufheizen
ein. Da die unter den Nebenschleifen 7 und 8 umlaufenden Werkstückgebit#te bei jeder
Umdrehung wesentlich länger der Einwirkung ausgesetzt bleiben als die unter der
Hauptleiterschleife 3 umlaufenden Teile des Werkstückes, findet unter den Schleifen
7 und 8 eine erhöhte Wärmezufuhr statt. Durch diese kann bei geeigneter Bemessung
die elektrische Streuung zu den begrenzenden Teilen 2' und 2" und die Wärmewanderung
zu diesen Teilen völlig ausgeglichen werden.
-
Durch zweckentsprechende Anordnung der Nebenschleifenäste kann beim
Hirten ohne weiteres ein Verlauf der Härteschicht erzielt werden, wie er beispielsweise
in Abb. 2 näher veranschaulicht ist. Diese Abbildung zeigt in vergrößerter Teildarstellung
der Abb. i die Anordnung der Schleife 7 im Gebiet der Hohlkehle zwischen Wange 2'
und Zapfen i. Der gewünschte Härteverlauf ist durch die schraffierte Fläche
17 dargestellt. Um die hierfür erforderliche Temperaturverteilung zu erzielen,
wird die Schleife 7, welche aus den beiden Ästen 7' und 7" besteht, mit dem Ast
7" an der Wange hochgeführt, und zwar um so höher, je weiter die Härteschicht
17 an der Wange hinaufsteigen soll. Auch durch die Form der Magnetjochbleche
9 kann die Form und Ausdehnung der erhitzten und infolgedessen durch Abschrecken
gehärteten Schicht beeinflußt werden.
-
In Abb.3 ist eine ähnliche Form des Induktors dargestellt wie in Abb.
i, und deren Wirkungsweise ergibt sich sinngemäß aus <lein zu Abb. i Ausgeführten.
Im allgemeinen wird die Wärmewirkung in den Hohlkehlgebieten des Werkstückes bei
Anwendung dieses Induktors geringer sein als bei der Ausführungsform nach Abb. i.
-
Abb. 4 zeigt eine andere Ausführungsform des Erfindungsgedankens.
Die Hauptschleife 3 erstreckt sich in Achsrichtung des Werkstückes, und die Nebenschleifen
7a, 7 b,' 8 a und 8 b erstrecken sich unter einem Winkel zur Hauptschleife
3 und zur Umlaufrichtung des Werkstückes. Die Heizwirkung ist naturgemäß eine andere
als bei den bisher erörterten Formen.
-
Abb.5 zeigt eine weitere Form des Erfindungsgedankens, die aus einer
größeren Anzahl mit Magnetjochen 9 versehener Nebenschleifen 18 besteht, die
sich
in Umfangsrichtung des Werkstückes erstrecken. Die Nebenschleifen sind in diesem
Fall streng genommen unmittelbar Bestandteile eines Astes der Hauptschleife 3. Die
Speisung des Induktors erfolgt von den Zuführungen 4 und 5 aus. Um die Heizwirkung
in Achsrichtung des Werkstückes zu beeinflussen, sind die Längen der einzelnen Nebenschleifen
18 unterschiedlich.
-
Ein möglichst gleichmäßiges Erhitzen in Achsrichtung des Werkstückes
wird mit einem Induktor nach Abb.6 erzielt. Die parallel zueinander angeordneten
Nebenschleifen 18 bilden einen Winkel mit der Achse des zu behandelnden Werkstückes
oder Werkstückabschnittes. Mit der Ausführungsform nach Abb. 5 besteht insofern
Ähnlichkeit, als auch hier die Nebenschleifen Bestandteile eines Astes der Hauptschleife
3 sind. Allerdings liegt die Hauptschleife 3 in einer anderen Flächenebene als die
sich in der gekrümmten Mantelfläche des Zylinders erstreckenden Nebenschleifen.
Das gleiche gilt für die Ausführungsform nach Abb. 7, nur daß hier die Nebenschleifen
18 sich in Achsrichtung erstrecken.
-
Sowohl bei der Ausführungsform nach Abb. 6 als auch nach Abb.7 können
Wirkungsgrad und gewünschte Temperaturverteilung verbessernd durch die Anordnung
von Magnetjochen 9 bzw. g' und g" beeinflußt werden, deren Anordnung beispielsweise
so erfolgen kann, wie dargestellt. Sie können aber auch größere Abschnitte der einzelnen
Äste überdecken. Insbesondere ist es möglich, eine andere Anordnungsweise an den
Stirnenden g' und g" vorzusehen, um den Erhitzungsverlauf im Hohlkehlengebiet nach
Wunsch zu beeinflussen.
-
Der Erfindungsgedanke ist vornehmlich im Zusammenhang mit dem Anwendungsfall
des Oberflächenerhitzens bzw. -liärtens von Kurbelwellenzapfen beschrieben. Er kann
sinngemäß auch Anwendung finden, wenn es sich darum handelt, Lagerstellen an glatten
Wellen, Paßlager, Halslager oder ähnliche Werkstückteile einer Behandlung zum Zweck
des Oberflächenhärtens zu unterziehen. Auch Erwärmungen über den gesamten Querschnitt
und damit auch Härtungen bis in den Kern lassen sich mit Vorrichtungen nach der
Erfindung mit Erfolg durchführen. Was die Schaltung anlangt, so kann an Stelle der
in den Ausführungsbeispielen gewählten Reihenschaltung der einzelnen Schleifen eine
Parallelschaltung treten.