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DE2206816C3 - Device for producing extremely fine-grained metallic surface structures - Google Patents

Device for producing extremely fine-grained metallic surface structures

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Publication number
DE2206816C3
DE2206816C3 DE2206816A DE2206816A DE2206816C3 DE 2206816 C3 DE2206816 C3 DE 2206816C3 DE 2206816 A DE2206816 A DE 2206816A DE 2206816 A DE2206816 A DE 2206816A DE 2206816 C3 DE2206816 C3 DE 2206816C3
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DE
Germany
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inductor
workpiece
pulse
capacitor
metallic surface
Prior art date
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DE2206816A
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German (de)
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Impulsphysik GmbH
Original Assignee
Fruengel Frank Dr-Ing Zuerich Ch
Fruengel Frank Dr Ing Zuerich
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Publication date
Application filed by Fruengel Frank Dr-Ing Zuerich Ch, Fruengel Frank Dr Ing Zuerich filed Critical Fruengel Frank Dr-Ing Zuerich Ch
Priority to DE2206816A priority Critical patent/DE2206816C3/en
Priority to US00300287A priority patent/US3806690A/en
Priority to CA156,142A priority patent/CA954193A/en
Priority to CH194273A priority patent/CH568394A5/xx
Priority to JP1669073A priority patent/JPS5517473B2/ja
Publication of DE2206816A1 publication Critical patent/DE2206816A1/en
Publication of DE2206816B2 publication Critical patent/DE2206816B2/en
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/36Coil arrangements
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

a) der Hochfrequenzgenerator enthält als Schwingkreis einen an sich bekannten Topfkreis (1), der großvolumig ausgebildet ist und eine fC/eisgüte oberhalb von 100 hata) the high-frequency generator contains, as an oscillating circuit, a well-known pot circle (1) which is of large volume and has an fC / ice quality above 100

b) die den Topfkreis (1) speisende Oszillatorröhre (3) weist einen Innenwiderstand unter 1000 Ohm auf,b) the oscillator tube feeding the pot circle (1) (3) has an internal resistance below 1000 ohms,

c) der zur Erhitzung des Stahlkörpers dienende induktor (17) ist über eine niederohmige, niederinduktive Doppelschleife, die in das Innere des Topfkreises (1) hineinragt gespeistc) the inductor (17) used to heat the steel body is connected to a low-resistance, low-inductive double loop that goes into the interior of the pot circle (1) protrudes fed

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zur Erzeugung des die Oszillatorröhre speisenden Impulses ein Diffo entialimpulstransformator vorgesehen ist der primärseitig einen durrh eine Thyristorschaltung zur Entladung gebrachten Kondensator aufweist, dadurch gekennzeichnet daß eine von einem zu härtenden Werkstück (32; gesteuerte Lichtschranke zur periodischen Zündung des Thyristors (14) durch Abschaltung oder Unterbrechung vorgesehen ist2. Apparatus according to claim 1, wherein a Diffo entialimpulstransformator is provided for generating the pulse feeding the oscillator tube the primary side has a capacitor brought to discharge by a thyristor circuit, characterized in that one of a workpiece to be hardened (32; controlled light barrier for periodic ignition of the thyristor (14) is provided by disconnection or interruption

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Lichtschranke ein feinstrahliger Neon-Helium-Laser (30) als Lichtquelle vorgesehen ist, dem eine kleinflächige Fotodiode (33) als Empfänger zugeordnet ist3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a for feeding the light barrier fine-beam neon-helium laser (30) is provided as a light source, to which a small-area photodiode (33) is assigned as a receiver

4. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekenn- 4s zeichnet, daß die Auskoppelschleife (16) mit dem Heizinduktor (17) parallel geschaltet ist und beide gemeinsam einen oder mehrere Kondensatoren (18, 19) in Parallelschaltung haben, von denen mindestens einer als Luftkondensator (19) (Plattenkonden- sator) trimmbar geschaltet ist.4. Apparatus according to claim I, characterized in 4s shows that the decoupling loop (16) is connected in parallel with the heating inductor (17) and both jointly have one or more capacitors (18, 19) connected in parallel, of which at least one is an air condenser (19) (plate condenser sator) is switched to be trimmable.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor (17) mittels konischer Klemmbacken (43), die gleichzeitig eine Flüssigkeitsdichtung darstellen, in ein zweipoliges Verbin- SS dungsstück hineinragt, und daß der Induktor (17) als Metallrohr sehr dünner lichter Weite, vorzugsweise als gezogenes Silberrohr oder verkupfert-versilbertes Stahlrohr, ausgebildet ist und von Wasser oder einem anderen Kühlmittel mit mindestens 8 Atm. Überdruck durchströmt ist, daß Ferner das einspeisende Polpaar in kleinem Abstand, vorzugsweise durch eine Glimmer- (40) oder Keramikplatte voneinander isoliert, niederinduktiv und mit großer Kapazität ausgebildet ist und diese Kapazität einen Teil der Schwingkapazität der Koppelschleife (16) und des Heizinduktors (17) bildet.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the inductor (17) by means of conical Clamping jaws (43), which at the same time represent a liquid seal, in a two-pole connection SS extension piece protrudes, and that the inductor (17) as a metal tube with a very thin internal width, preferably as drawn silver pipe or copper-plated-silver-plated steel pipe, and is made of water or another coolant with at least 8 atm. Overpressure is flowing through that, furthermore, the feeding pole pair at a small distance, preferably insulated from one another by a mica (40) or ceramic plate, low-inductance and with a large Capacity is formed and this capacity is part of the oscillating capacity of the coupling loop (16) and the heating inductor (17).

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch6. Apparatus according to claim 4 and 5, characterized

gekennzeichnet, daß zum Trimmen der Vorrichtung ein Betrieb der Oszillatorröhre (3) mit verringerter Leistung vorgesehen ist und über eine kleine HiIFsantenne (26) eine Indikatorlampe (27) kapazitiv dem Heizinduktor (17) zugeordnet ist characterized in that, for trimming the device, the oscillator tube (3) is operated with reduced power and an indicator lamp (27) is capacitively assigned to the heating inductor (17) via a small HiIFs antenna (26)

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, bei dem der Heizinduktor teilweise von einem ferritischen Material umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das ferritische Material (47) eine Permeabilität von mehr als 100 und kleine Hochfrequenzverluste im Bereich von mehr als 15MHz besitzt7. Device according to claims 1 to 6, in which the heating inductor is partially enclosed by a ferritic material, characterized in that the ferritic material (47) has a permeability of more than 100 and small high frequency losses in the range of more than 15MHz owns

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ferritische Material (47) eine mit zunehmender Magnetisierung abnehmende Permeabilität besitzt und der durch den Heizinduktor (17) fließende Strom zusammen mit dieser Permeabilität eine Bemessung aufweist, bei der das ferritische Material (47) unterhalb des Cnrie-Punktes der zu härtenden Oberflächenelemente des Werkstückes (20) eine kleinere Permeabilität und oberhalb des Curie-Punktes und Absinken des durch den Induktor (17) fließenden Stromes eine höhere Permeabilität besitzt und somit einen kompensatorischen Effekt aufweist8. Apparatus according to claim 7, characterized in that the ferritic material (47) with a increasing magnetization has decreasing permeability and that by the heating inductor (17) flowing current together with this permeability has a rating at which the ferritic material (47) below the Cnrie point of the surface elements to be hardened Workpiece (20) a smaller permeability and above the Curie point and sinking through the inductor (17) flowing current has a higher permeability and thus has a compensatory effect

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß zwischen Werkstück (20) und Heizinduktor (17) eine hochhitzebeständige, Oberschläge vermeidende Kunststoff-Folie (21) aus einer metallorganischen Verbindung angeordnet ist9. Apparatus according to claim 1 to 8, characterized in that between the workpiece (20) and Heizinduktor (17) a highly heat-resistant plastic film (21) that prevents flaps and is made of a organometallic compound is arranged

10. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß zur Erzeugung einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre und zur Entfernung von im Raum zwischen Induktor (17) und Werkstück (20) erzeugten Ionen ein Strom neutralen oder reduzierenden Gases (22) mit hoher Geschwindigkeit, hilfsweise durch Anwendung einer Lavaldüse, in diesem Raum vorgesehen ist10. Apparatus according to claim 1 to 9, characterized in that for generating a neutral or reducing atmosphere and to remove in the space between inductor (17) and Workpiece (20) ions generated a stream of neutral or reducing gas (22) with high Speed, alternatively by using a Laval nozzle, is provided in this space

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, bei der zwischen Induktor und Werkstück ein laminar strömendes, flüssiges Kühlmedium vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium eine Durchschlagfestigkeit aufweist die bei Impulsen höher als 7mal derjenigen von Luft ist.11. Device according to claims 1 to 9, at a laminar flowing, liquid cooling medium is provided between the inductor and the workpiece, characterized in that the cooling medium has a dielectric strength that of pulses higher than 7 times that of air.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen extrem feinkörniger metallischer Oberflächengefüge durch induktive Hochfrequenzaufheizung mit kürzer als 0,1 Sekunden einwirkenden Impulsen und nachfolgender Eigenabschreckung durch Verwendung von rechteckig programmierten Leistungsimpulsen mit extrem steiler hinterer Flanke entsprechend einer Abfallzeit von weniger als 1% der Impulseinwirkungszeit entsprechend dem als Auslegeschrift vorveröffentlichten Verfahren nach dem Hauptpatent 19 57 884.8, welches zur Durchführung einen Hochfrequenzgenerator, wenigstens einen Schwingkreis und eitlen Induktor benötigtThe present invention relates to a device for producing extremely fine-grained metallic surface structures by inductive high-frequency heating with a duration of less than 0.1 seconds Pulses and subsequent self-deterrence through the use of rectangular programmed power pulses with an extremely steep trailing edge corresponding to a fall time of less than 1% of the impulse exposure time according to the previously published process according to the main patent 19 57 884.8, which is used to carry out a High-frequency generator, at least one resonant circuit and a vain inductor are required

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine vorteilhafte vorrichtungsmäßige Weiterbildung des Verfahrens nach dem Hauptpatent und basiert auf den Erkenntnissen, die im Hauptpatent niedergelegt sind. Sie hat eine erfinderische Kombination verschiedener konstruktiverThe present invention aims at an advantageous one device-like further development of the process according to the main patent and is based on the knowledge that are laid down in the main patent. She has an inventive combination of various constructive

und baulicher Merkmale zur Aufgabe, die zusammengenommen erst eine perfekt«? Herstellung der genannten Härtegefüge an praktischen Werkstücken ermöglichen. Gefüge dieser Art sind in der Literatur inzwischen auch als sogenannte weiße Schiebten bekanntgeworden, die stets Mikrohärten zwischen 900 und 1700kp/mm2 aufweisen. Diese weißen Schichten entstehen an allen kohlenstoffhaltigen härtbaren Stahlarten stets dann, wenn spontan eine hohe Temperatur auftritt und durch Selbstabkühlung die hohe Temperatur schnell verschwindet Die Höhe dieser Temperatur muß sehr viel höher sein als die konventionelle Härtetemperatur und oft bis in die Nähe des Schmelzpunktes steigen.and structural features for the task, which, taken together, are only perfect «? Enable production of the aforementioned hardness structure on practical workpieces. Structures of this type have also become known in the literature as so-called white slips, which always have microhardness between 900 and 1700 kp / mm 2 . These white layers always occur on all carbon-containing hardenable steels when a high temperature occurs spontaneously and the high temperature quickly disappears due to self-cooling.The level of this temperature must be much higher than the conventional hardening temperature and often rise to near the melting point.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kombination nachfolgender Merkmale gelöst:According to the invention, this object is achieved by a combination of the following features:

a) der Hochfrequenzgenerator weist einen Schwingkreis mit einer Kreisgüte oberhalb von 100 auf, der als groß volumiger Topfkreis ausgeführt ist,a) the high-frequency generator has an oscillating circuit with a circular quality above 100, the is designed as a large-volume cup circle,

b) die den Topfkreis speisende Oszillatorröhre weist einen Innenwiderstand unter 1000 Ohm auf,b) the oscillator tube feeding the pot circle has an internal resistance below 1000 ohms,

c) der zur Erhitzung des Stahikörpers dienende Induktor ist über eine niederohmige, nierlerindnktive Doppelschleife, die in das Innere des Topfkreises hineinragt, gespeistc) the inductor used to heat the steel body is via a low-resistance, nierlerindnktiv double loop that goes into the inside of the pot circle protrudes, fed

Der Hochfrequenzgenerator arbeitet dabei in an sich bekannter Weise (CH-PS 4 28 821) in einem Hochfrequenzbereich oberhalb von 5 MHz, vorzugsweise mit der Industriefrequenz von 27,12 MHz.The high-frequency generator works in a manner known per se (CH-PS 4 28 821) in a high-frequency range above 5 MHz, preferably with the industrial frequency of 27.12 MHz.

Die erfindungsgemäß vorgesehene außerordentliche Kreisgüte erwies sich bei der Konzeption der Erfindung als erforderlich, nachdem alle Arbeiten mit konventionellen Hochfrequenzgeneratoren einen überraschend schlechten Wirkungsgrad am Werkstück zeigten. Dies ist dadurch zu erklären, daß die Induktivität des Heizinduktors nur in der Größenordnung einiger nH liegt und damit, wenn sie in einen Schwingkreis konventioneller Art einbezogen ist, nur einen winzigen Bruchteil der Gesamtinduktivität beinhaltet Auf diese Weise kam nur ein ebenso kleiner Bruchteil auf der Werkstückoberfläche wirksam werden. Gerade dies führte aber nach dem Stand der Technik zu unwirtschaftlichen riesigen Induktionshärtegeräten, so daß das Verfahren sich nicht in der Praxis einbürgern konnte.The extraordinary circular quality provided according to the invention was found in the conception of the invention as required, after all working with conventional high frequency generators a surprising one showed poor efficiency on the workpiece. This can be explained by the fact that the inductance of the Heating inductor is only in the order of magnitude of a few nH and thus when they are in an oscillating circuit conventional type is involved, only a tiny one Including fraction of total inductance In this way, only an equally small fraction came up on the Work piece surface become effective. But it was precisely this that led to uneconomical, huge induction hardening devices according to the state of the art, so that the Procedure could not be naturalized in practice.

Durch die Anwendung eines Schwingkreises mit einer sehr hohen Kreisgute erreicht mar ζ. B, daß bei einer Kreisgüte von 100 und einer Oszillator-Schwingleistung von 10 kW bereits I MVA im Schwingkreis oszilliert Wenn man aus einem Schwingkreis mit einer so hohen Blindleistung auf geschickte Weise den Induktor speist gelingt es, einen außerordentlich hohen Nutzwirkungsgrad zu ei Teichen. Hierzu wird eine kleine Koppelschleife in den schwingenden Hohlraum des Kreises hoher Güte eingeschoben und parallel zu dieser Koppelschleife der eigentliche Heizinduktor geschaltet Parallel zu beiden liegt ein großer Abstimmungskondensator, der es bewirkt daß eine einigermaßen genaue Resonanzübereinstimmung zwischen dem Hauptkreis und dem Heizkreis vorliegtBy using an oscillating circuit with a very high circular good, mar ζ is achieved. B that with a Circle quality of 100 and an oscillator vibration power of 10 kW already oscillates I MVA in the resonant circuit. If you get out of a resonant circuit with such a high Reactive power cleverly feeds the inductor, it is possible to achieve an extraordinarily high level of efficiency for ponds. To do this, a small coupling loop is raised in the oscillating cavity of the circle Quality inserted and the actual heating inductor connected in parallel to this coupling loop both have a large tuning capacitor, which causes a reasonably accurate resonance match between the main circuit and the Heating circuit is present

Zum Stande der Technik ist in Verbindung mit den Unteransprüchen noch darauf hinzuweisen, daß es bereits bekanntgeworden ist, einen Heizinduktor teilweise mit einem ferritischen Material zu umschließen (DE-AS 12 Il 235).Regarding the state of the art, it should be pointed out in connection with the subclaims that it has already become known to partially enclose a heating inductor with a ferritic material (DE-AS 12 Il 235).

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend ausführlich anhand der Zeichnungen näher erläutertPreferred embodiments of the invention are described in detail below with reference to the drawings explained in more detail

In den Zeichnungen zeigtIn the drawings shows

Fig. 1 ein Schaltbild eines Topfkreises mit Erregerschaltung,Fig. 1 is a circuit diagram of a pot circle with an exciter circuit,

F i g. 2 Verlauf der Stromkurve im Primärteil und der s Spannungskurve im Sekundärteil des Generators,F i g. 2 Course of the current curve in the primary part and the s voltage curve in the secondary part of the generator,

Fig.3 eine Vorrichtung zur Synchronisation des WerkstOckvorschubes,3 shows a device for synchronizing the Workpiece feed,

Fig.4 einen Querschnitt eines für hohe Leistungen geeigneten Induktors,Fig. 4 is a cross-section of a high performance suitable inductor,

ίο F i g. 5 einen von einem ferritischen Mantel umgebenen Induktor mit einer Isolierfolie im Luftspalt zum Werkstück,ίο F i g. 5 an inductor surrounded by a ferritic jacket with an insulating film in the air gap to the Workpiece,

F i g. 6 eine zusätzliche Steuereinrichtung zur Berücksichtigung unterschiedlicher Werkstoffqualitäten undF i g. 6 an additional control device for taking into account different material qualities and

is Fig.7 Verlauf eines Härteimpulses in einer gemäß F i g. 6 gesteuerten Vorrichtung.7 course of a hardness pulse in a according to F i g. 6 controlled device.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Topfkreis 1 mit sehr hoher Güte, der z. B. mit einem Volumen von Ά m3 aus Kupferblech mit VersilberungIn a device according to the invention, a pot circle 1 with a very high quality, the z. B. with a volume of Ά m 3 made of copper sheet with silver plating gestaltet sein kann, durch einen Luftkondensator 2 auf eine industrielle Arbeitsfrequenz, z.B. die Arbeitsfrequenz 27,12 MHz oder auf eine k&iliche niedere oder höhere Frequenz abgestimmt Der Kreis wird gespeist von der Oszillatorröhre 3 in an sich konventionellercan be designed by an air condenser 2 to an industrial working frequency, e.g. the working frequency 27.12 MHz or to a k & iliche lower or higher frequency tuned The circuit is fed by the oscillator tube 3 in a conventional manner Weise, indem die Anode dieser Röhre 3 über einen Koppelkondensator 4 an den Topfkreis 1 angeschlossen ist Die Rückkopplung geschieht durch eine kleine Stromschleife 5 fiber einen üblicherweise verwendeten Gitterkondensator 6 und einen GitterarbeitswiderstandWay, by connecting the anode of this tube 3 to the pot circle 1 via a coupling capacitor 4 The feedback is done by a small current loop 5 through a commonly used one Grid capacitor 6 and a grid working resistor

7. Nun kann ein möglichst genau rechteckiger Impuls direkt auf die Anode der Röhre 3, z. B. über eine Drossel 8, gegeben werden. Als weitere Ausbildung der Erfindung dient ein spezieller Differentialimpulstransformator, der mit einer Sekundärwicklung 9 und einer7. A pulse that is as precisely square as possible can now be applied directly to the anode of the tube 3, e.g. B. via a throttle 8, can be given. As a further embodiment of the invention, a special differential pulse transformer is used, with a secondary winding 9 and a Primärwicklung 10 einen Eisenkern 11 umschließt Zur Ableitung der Hochfrequenz bzw. zum Hochfrequenzkurzschluß dient ein kleiner induktionsarmer Kondensator 12. Wenn die Ladung eines sehr großen Kondensators 13Primary winding 10 encloses an iron core 11. A small, low-inductance capacitor 12 is used to divert the high-frequency or high-frequency short-circuit. If the charge of a very large capacitor 13 über einen elektronischen Schalter 14, z. B. einen großen Thyristor, ein Ignitron oder aber auch einen konventionellen Schalter auf die Primärwicklung 10 gegeben wird, so erfolgt in dieser gemäß Fig.2 ein Anstieg des Stromes gemäß Kurve a. Dieses hat zur Folge, daß invia an electronic switch 14, e.g. B. a large thyristor, an ignitron or even a conventional switch is placed on the primary winding 10, there is in this according to Figure 2 an increase in the current according to curve a. As a result, in der Sekundärwicklung 9 die erste Ableitung dieses Stromes als die in Kurve b dargestellte Spannung auftritt Wie ersichtlich, läßt es sich erreichen, daß der gleichmäßige Anstieg der Kurve a zu einem nahezu rechteckigen sekundären Impulsverlauf b am kleinenthe secondary winding 9 the first derivative of this current occurs as the voltage shown in curve b . As can be seen, it can be achieved that the uniform rise of curve a to an almost rectangular secondary pulse course b at the small

so Kondensator 12 führt Auf diese Weise kann mit sehr hohen Arbeitsspannungen, z. B. 10 000 Volt, an der Anode der Röhre J gearbeitet werden.so capacitor 12 leads this way can with very high working voltages, e.g. B. 10,000 volts, to be worked on the anode of the tube J.

Für diese hohen Arbeitsspannungen gibt es ktine Thyristoren oder ähnliche Halbleiter, so daß alteFor these high working voltages there are small thyristors or similar semiconductors, so that old

ss Röhrenschaltungen eingesetzr. werden müssen, die neuerdings gern vermieden werden. Um nun einen Thyristor einsetzen zu können, der bei sehr hohen Stromstärken in guter Zuverlässigkeit nur Spannungen von etwa max. 1 kV zu schalten vermag, wird a'sss tube circuits used which have recently been avoided. To now one To be able to use thyristor, which at very high currents in good reliability only voltages capable of switching a maximum of about 1 kV, becomes a's elektronischer Γ .'halter 14 ein Thyristor mit nur 1000 Volt Arbeitsspannung verwendet Der Kondensator 13 hat in diesem Falle die hundertfache Kapazität, aber nur '/10 der Spannung des Kondensator* IZ Aufgeladen wird der Kondensator 13 in konventioneller Weise vonelectronic Γ .'holder 14 a thyristor with only 1000 Volts working voltage used The capacitor 13 has in this case a hundred times the capacity, but only '/ 10 of the voltage of the capacitor * IZ The capacitor 13 is charged in a conventional manner by einem stabilisierten Hochspannungsgenerator 15, der rasch genug den Kondensator 13 aufladen muß, um eine schnelle Taktfolge, z. B. 20/s zu bewerkstelligen. Solche Schaltungen sind technisch bekannt und nicht neu.a stabilized high voltage generator 15, which must quickly enough charge the capacitor 13 to a fast cycle sequence, e.g. B. to accomplish 20 / s. Such Circuits are technically known and not new.

Um nun die Auskopplung der im Topfkreis erzeugten Schwingung mit hohem Wirkungsgrad auf einen Heizinduktor 17 zu geben, ist eine niederohmige und auch niederinduktive Auskoppelschleife 16 in den Topfkreis I eingeschoben, wobei die Güte des Topfkreises 1 und die Geometrie der Einschiebung der Schleife 16 miteinander zusammenhingen. Je höher die Schwingkreisgute des Topfkreises 1 ist, desto kleiner muß die von der Schleife 16 umschlossene Fläche 16e innerhalb des Kreises 1 sein.In order now to decouple the oscillation generated in the pot circle with high efficiency on one To give heating inductor 17 is a low-resistance and also low-inductance decoupling loop 16 in the Cup circle I inserted, the quality of the cup circle 1 and the geometry of the insertion of the Loop 16 connected together. The higher the resonant circuit quality of the pot circle 1, the smaller the area 16e enclosed by the loop 16 must be within the circle 1.

Parallel zu der Auskoppelschleife 16 ist der eigentliche Heizinduktor 17 ausgeführt, der sehr nahe an der aufzuheizenden Oberfläche eines Werkstückes 20 liegt. Dieser ist mittels eines Festkondensators, z. B. keramischen Kondensators 18, ungefähr auf die Frequenz und mittels eines trimmbaren Luftkondensators, vorzugsweise eines Plattenkondensators 19, genau süf die Arbsitsfreijuenz des Tonfkr?ls?s I ahepstimmt Hierbei treten in dem aus der Auskoppelschleife 16, dem Heizinduktor 17 und dem Kondensator 18 bestehenden Schwingkreis auch außerordentlich hohe Blindleistungen auf, die dazu führen könnten, daß im Induktor 17 eine Blindschwingleistung von I MVA oder mehr fließen. Diese hohen Blindschwingleistungen haben zur Folge, daß am Induktor 17, der u. U. nur aus einem einzigen kleinen geraden Drahtstück oder aus einer einzigen kleinen Schleife besteht. Spannungen im Kilovoltbereich auftreten. Um diese Spannungen daran zu hindern, auf das Werkstück 20 überzuschlagen, kann es zweckmäßig sein, eine Isolierfolie 21 vor dem Werkstück 20 anzuordnen oder dieses mit einer solchen Folie 21 zu umkleben.The actual heating inductor 17, which is very close to the surface of a workpiece 20 to be heated, is implemented parallel to the decoupling loop 16. This is by means of a fixed capacitor, e.g. B. ceramic capacitor 18, approximately to the frequency and by means of a trimmable air capacitor, preferably a plate capacitor 19, exactly süf the Arbsitsfreijuenz the To n fkr? Ls? S I ahepstimmen occur in the from the decoupling loop 16, the heating inductor 17 and the capacitor 18 existing resonant circuit also has extremely high reactive powers, which could lead to a reactive resonant power of I MVA or more flowing in the inductor 17. These high reactive oscillating powers have the consequence that the inductor 17, which under certain circumstances only consists of a single small straight piece of wire or a single small loop. Voltages in the kilovolt range occur. In order to prevent these tensions from flashing over onto the workpiece 20, it can be expedient to arrange an insulating film 21 in front of the workpiece 20 or to glue such a film 21 around it.

Folien mit einer Temperaturfestigkeit bis 1200° C sind als metallorganische Verbindungen neuerdings handelsüblich. Mittels dieser Folien gelingt es, bei hervorragender Isolation sehr hohe Impulshärtetemperaturen an der Oberfläche des Werkstückes 20 zu erzeugen. Zusätzlich kann das Werkstück 20 mittels eines in Pfeilrichtung 22' auftreffenden Gasstroms von Kohlendioxyd, Stickstoff, bei geringeren Anforderungen auch von Luft oder bei hohen Anforderungen von Argon gekühlt werden. Dieser Gasstrom sorgt außerdem dafür, daß Ionen zwischen dem Induktor 17 und dem Werkstück 20 weggeblasen werden. In diesem Falle bewirkt also der Luftstrom nicht mehr primär die Kühlung der Oberfläche des Werkstücks 20, sondern die Beseitigung von Ionen, die während der Impulsdauer entstehen wollen oder entstanden sind und einen Überschlag begünstigen.Films with a temperature resistance of up to 1200 ° C are recently commercially available as organometallic compounds. By means of these foils it is possible to achieve excellent Isolation to produce very high impulse hardening temperatures on the surface of the workpiece 20. Additionally the workpiece 20 can be reached by means of a gas stream of carbon dioxide, nitrogen, can also be cooled by air for lower requirements or by argon for high requirements. This gas flow also ensures that ions between the inductor 17 and the workpiece 20 be blown away. In this case, the air flow no longer primarily causes the cooling of the Surface of the workpiece 20, but the removal of ions that arise during the pulse duration want or have arisen and favor a rollover.

Die Geschwindigkeit des Gases muß sehr hoch sein. Dabei können u. U. sogar Laval-Düsen angewendet werden, um nahe der Schallgeschwindigkeit arbeiten zu können. Bei so schnell strömendem Gas ist die durch das Gas erreichte Kühlgeschwindigkeit ähnlich hoch wie die Wärmeleitungskühlung im Werkstück 20. Auf diese Weise wird das soeben durch den Impuls des Induktors 17 erhitzte Werkstück 20 sowohl durch den Gasstrom in Pfeilrichtung 22 als auch durch die in Pfeilrichtung 23 erfolgende Selbstabschreckung in das Innere des Werkstückes 20 hinein gekühlt. The speed of the gas must be very high. Under certain circumstances, Laval nozzles can even be used in order to be able to work close to the speed of sound. With gas flowing this fast, the cooling speed achieved by the gas is similar to the conduction cooling in the workpiece 20. In this way, the workpiece 20, which has just been heated by the pulse of the inductor 17, is heated both by the gas flow in the direction of arrow 22 and by the flow in the direction of arrow 23 occurring self-quenching into the interior of the workpiece 20 is cooled.

Um die obengenannten weißen Gefüge zu erhalten, betragen die Impulsdauern in der Größenordnung von 03 bis 10 ms. Daher bietet es sich an, bei größeren Produktionsgeschwindigkeiten das Werkstück 20 stetig rotieren oder stetig, wie beispielsweise bei einer Säge, am Induktor 17 vorbeiziehen zu lassen. Der Impuls wird immer dann ausgelöst, wenn gerade das Werkstück 20 in der richtigen Position gegenüber dem induktor 17 liegt Hierzu wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Laser-Strahl als Synchronisierurigshilfe benutzt. Ein in F i g. 3 dargestellter Neon-Helium-Laser 30 konventioneller Bauart schickt einen In order to obtain the above-mentioned white structure, the pulse durations are in the order of magnitude of 03 to 10 ms. It is therefore advisable, at higher production speeds, to rotate the workpiece 20 continuously or to let it move continuously past the inductor 17, as is the case with a saw, for example. The pulse is always triggered when the workpiece 20 is in the correct position with respect to the inductor 17. For this purpose, according to a preferred embodiment of the invention, a laser beam is used as a synchronization aid. One shown in FIG. 3 shown neon-helium laser 30 of conventional design sends one

S feinen Strahl 31 durch ein Werkstück 32, z. B. das Zahnprofil einer Säge. Eine Fotodiode 33 nimmt diesen Strahl 31 auf. Er wird als Signal weiterverstirkt in einem kleinen Differentialverstärker 34 und über eine Signalleitung 35, d. h. eine Steuerleitung, zur BetätigungS fine beam 31 through a workpiece 32, e.g. B. that Tooth profile of a saw. A photodiode 33 picks up this beam 31. It is further amplified as a signal in one small differential amplifier 34 and via a signal line 35, i. H. a control line for actuation

ίο des als Thyristor ausgebildeten elektronischen Schaltersίο of the electronic switch designed as a thyristor

14 geleitet. Signale 36 sind zur Versinnbildlichung auf der Leitung 35 aufgezeichnet. Auf diese Weise können bei einer gut ausgebildeten und richtig dimensionierten Maschine dieser Art bis zu 20 Impulse/s mit Röhren 3 von einer durchschnittlichen Anodenverlustleistung von nur 2 kW als Härteimpulse erzeugt werden. Dabei können die Anodenspitzenspannung 10—15 000 Volt und die Blindleistungsspitzen im Topfkreis 1 bis 5 MVA betragen. 14 headed. Signals 36 are recorded on line 35 for symbolization. In this way, with a well-trained and correctly dimensioned machine of this type, up to 20 pulses / s can be generated as hardening pulses with tubes 3 with an average anode power loss of only 2 kW. The anode peak voltage can be 10-15,000 volts and the reactive power peaks in the pot circle 1 to 5 MVA.

jo Um die erfindungsgemäße Vorrichtung richtig einstellen zu können, bedarf es einer besonderen Schaltungsmaßnahme. Durch einen in F i g. 1 skizzierten Umschalter 24 wird die Röhre 3 über einen Widerstand 25 auf eine kleine Betriebsspannung geschaltet, z. B.jo To set the device according to the invention correctly To be able to do so, a special switching measure is required. By one shown in FIG. 1 outlined Changeover switch 24, the tube 3 is switched to a small operating voltage via a resistor 25, e.g. B.

dadurch, daß man sie auf den Hochspannungsgeneratorby putting them on the high voltage generator

15 schaltet. Alsdann schwingt der ganze Kreis nur mit etwa eir~m hundertstel seiner Leistung. Zur Einstellung der genauen Resonanz mittels des Kondensators 19 wird eine kleine Antenne 26, z. B. ein Draht von einigen Zentimetern Länge, mit einer Hilfsglimmiampe 27 und einem kleinen, als Gegengewicht dienenden Stückchen Draht 28 angeordnet Durch das Einstellen der Glimmlampe 27 auf Maximal-Helligkeit kann die Einstellung kritisch so vorgenommen werden daß bei Umschaltung auf die volle Leistung sofort richtiges Arbeiten gewährleistet ist 15 switches. Then swings the whole circle with about ei r ~ m hundredth of its performance. To set the exact resonance by means of the capacitor 19, a small antenna 26, for. B. a wire a few centimeters in length, with an auxiliary glow lamp 27 and a small, serving as a counterweight piece of wire 28 arranged By setting the glow lamp 27 to maximum brightness, the setting can be made critical so that when switching to full power immediately correct Working is guaranteed

Das erzielte Resultat wird besonders gut, wenn die volle Resonanz des Induktors 17 erst bei Erreichen und Überschreiten der Curie-Temperatur im Werkstück 20 an der zu härtenden Oberfläche vorhanden ist. Bekanntlich ist Stahl unterhalb der Curie-Temperatur mit einer hohen, obernaiD der C urie-Temperaiur jciiix.ii mit der normalen Permeabilität von Luft oder anderen gewöhnlichen Metallen behaftet Wird die Einstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an einem Phantomwerkstück, z. B. aus Kupfer oder Messing, mit mangelnder ferromagnetischer Permeabilität durchgeführt, so erzeugt sie bei der Härtung von Stahl während des Beginns des Impulses, d.h. während der ersten Mikrosekunden, noch nicht die volle Leistu··* am Werkstück 20. Bei weiterem Verharren des Impulses wird die Curie-Temperatur überschritten. In diesem Zeitpunkt tritt spontan eine außerordentlich plötzlich stattfindende Erhitzung am Werkstück ein, da sofort nach Überschreiten der Curie-Temperatur die richtige Abstimmung vorliegt und die volle Blindleistung in Wirkleistung umgewandelt wird. Auf diese Weise wird eine wichtige Voraussetzung für die Realisierung der Erfindung erfüllt da der Impuls nicht langsam The result achieved is particularly good if the full resonance of the inductor 17 is only present when the Curie temperature is reached and exceeded in the workpiece 20 on the surface to be hardened. As is well known, steel below the Curie temperature has a high, upper limit the C urie temperature jciiix.ii with the normal permeability of air or other common metals. As copper or brass, carried out with a lack of ferromagnetic permeability so it generates in the hardening of steel during the beginning of the pulse, ie during the first microsecond, not the full Leistu ·· * 20 on the workpiece Upon further persistence of the pulse the Curie temperature is exceeded. At this point in time, the workpiece is heated up extremely suddenly, since the correct adjustment is available immediately after the Curie temperature is exceeded and the full reactive power is converted into active power. In this way an important prerequisite for realizing the invention is met, since the pulse is not slow

6c ausschleicht, sondern spontan endet Es entsteht ein fast nadeiförmiger Erhitzungsimpuls, durch den nur eine außerordentlich dünne Oberfläche entsprechend der bekannten Formel für die Eindringtiefe der Hochfrequenz im Stahl erhitzt wird. SoTi die Härtung tiefer als in6c creeps out, but ends spontaneously. It creates an almost needle-shaped heating impulse, through which only an extremely thin surface corresponding to the known formula for the penetration depth of the high frequency in the steel is heated. SoTi the hardening is deeper than in

&5 diese dünne Schicht vordringen, die oft nur einige 30/tausendstel Millimeter betragen kann, so muß eine längere Impulsdauer, z.B. 50ms, gewählt und durch Wärmeleitung dafür gesorgt werden, daß eine entspre- & 5 penetrate this thin layer, which can often be only a few 30 / thousandths of a millimeter, a longer pulse duration, e.g. 50 ms, must be selected and thermal conduction ensures that a corresponding

chend tiefere Schicht, ζ. B. 0,2 mm, der Oberfläche erhitzt wird.correspondingly deeper layer, ζ. B. 0.2 mm, the surface is heated.

Ein für die erforderliche hohe Leistungs-Übertragungsqualität besonders wirksam ausgebildeter Induktor 17 ist gemäß Fig.4 als Rohr mit einer dünnen Bohrung 41 ausgeführt Diese kann in Form einer konischen Ausgestaltung 42 in als Stromzuführung ausgebildeten Backen 43 liegen. Die Zuführung des Hoctidruckwassers kann zweckmäßig durch das in den Backen 43 liegende Hochdruckrohr 44 erfolgen. Die Backen 43 können als sogenannte sandwich line aus zwei fest aufeinandergepreßten Flachleitern bestehen, deren Innenflächen 19a—19b durch eine dünne Glimmerfolie 40 isoliert sind. Auf diese Weise werden Kapazitäten in der Größenordnung von 100 pF realisiert, so daß die Kondensatoren 19 bzw. 18 kleiner ausfallen können. Durch die konische Ausgestaltung 42 lassen sich die Induktoren 17 leicht austauschen, falls sie gelegentlich zerstört oder für andere Formgebungszwecke verändert werden sollen. An inductor 17, which is particularly effective for the required high power transmission quality, is embodied as a tube with a thin bore 41, as shown in FIG. The high pressure water can expediently be supplied through the high pressure pipe 44 located in the jaws 43. The jaws 43 can consist of two flat conductors pressed firmly onto one another as a so-called sandwich line , the inner surfaces 19a-19b of which are insulated by a thin mica film 40. In this way, capacitances of the order of magnitude of 100 pF are realized, so that the capacitors 19 and 18 can be smaller. Due to the conical configuration 42, the inductors 17 can easily be exchanged if they are occasionally to be destroyed or changed for other shaping purposes .

In Pfeilrichtung 45 fließt Kühlwasser mit hohem Druck der Bohrung 41 zu und in Pfeilrichtung 46 wieder ab. Es hat sich bewährt, hierfür entweder destilliertes Wasser oder kalkarmes Leitungswasser zu verwenden, damit nicht unnötige Ablagerungen stattfinden. Vorzugsweise wird Wasser mit einem Druck von mehr als 8 Atm., gelegentlich sogar mit 40 Atm. verwendet, wenn die Bohrung 41 des Induktors 17 nur sehr dünn ist, z. B. 2/io mm. Als Material zur Herstellung der Induktoren 17 bewährt sich gezogenes Silberrohr. Überraschenderweise kann auch gezogenes Stahlrohr verwendet werden, das verkupfert und möglichst zusätzlich versilbert ist. Je höher die Durchflußgeschwindigkeit des Kühlmediums ist, desto höher kann verständlicherweise die Impulsrate und somit die thermische Beanspruchung des Induktors gewählt werden.In the direction of arrow 45, cooling water flows at high pressure into the bore 41 and out again in the direction of arrow 46. It has proven to be useful to use either distilled water or tap water with little lime to avoid unnecessary deposits. Preferably water with a pressure of more than 8 atm., Occasionally even 40 atm. used when the bore 41 of the inductor 17 is very thin, e.g. B. 2 / io mm. Drawn silver pipe has proven itself as the material for producing the inductors 17. Surprisingly, it is also possible to use drawn steel pipe that is copper-plated and, if possible, additionally silver-plated. The higher the flow rate of the cooling medium, the higher the pulse rate and thus the higher the thermal stress on the inductor can understandably be.

Um nun die Leistung des Induktors 17 möglichst vollständig auf das Werkstück 20 zu konzentrieren, kann in dessen Nachbarschaft ferritisches Material 47 angeordnet werden. Es sind heute handelsüblich hochfrequenz-technische Ferrite erhältlich, die Permeabilitäten in der Größenordnung von 600 bis 1500 habenIn order to concentrate the power of the inductor 17 as completely as possible on the workpiece 20 , ferritic material 47 can be arranged in its vicinity. There are commercially available high-frequency technical ferrites that have permeabilities in the order of 600 to 1500

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Luftraumes darstellen, der außerhalb des Werkstückes 20 liegt. Auf diese Weise wird durch die Isolierfolie 21 hindurch das Werkstück 20 mit einer sehr hohen Feldstärke und nahezu verlustfrei beaufschlagt und erhitzt.Represent air spaces that lie outside the workpiece 20. In this way, the insulating film 21 through the workpiece 20 is acted upon with a very high field strength and almost loss-free and heated.

Die richtige Wahl des ferritischen Materials 47 ermöglicht, daß bei hohem Strom im Induktor 17 die Permeabilität μ und damit die Induktivität sinkt. Bei abnehmendem Strom in der Schleife 17 steigt die Permeabilität Alle Hersteller solcher ferritischen Materialien geben Permeabilitätskurven im Vergleich zur Magnetisierung an. Bei dem mit einem Ansteigen der Wirkleistung und einem Absinken der Blindleistung verbundenen Oberschreiten der Curie-Temperatur im Härtefleck am Werkstück 20 steigt die Permeabilität Dadurch kann erreicht werden, daß sowohl unterhalb wie oberhalb des Curie-Punktes ungefähr gleichartige hochfrequenz-technische Abstimmbedingungen vorliegen. Die Wahl des richtigen Ferritmaterials führt approximativ dazu, daß während der Erhitzungsphase unterhalb und oberhalb der Curie-Temperatur etwa die gleiche Wirkleistung durch den Kompensationseffekt des Ferrites 47 das Werkstück erhitztThe correct choice of the ferritic material 47 allows that when the current in the inductor 17 is high Permeability μ and thus the inductance decrease. When the current in the loop 17 decreases, the increases Permeability All manufacturers of such ferritic materials give permeability curves in comparison for magnetization. In the case of an increase in active power and a decrease in reactive power associated exceeding the Curie temperature in the hardness spot on the workpiece 20, the permeability increases In this way it can be achieved that both below and above the Curie point approximately the same high-frequency technical tuning conditions exist. Choosing the right ferrite material leads approximately to the fact that during the heating phase below and above the Curie temperature about the the same effective power through the compensation effect of the ferrite 47 heats the workpiece

Überraschenderweise hat sich auch gezeigt, daß gewöhnliches Leitungswasser für so kurze Impulse, wieSurprisingly, it has also been shown that ordinary tap water for pulses as short as sie hier verwendet werden, eine sehr gute Durchschlagsfestigkeit besitzt, die bei etwa 200 kV/cm liegt. Anstelle des Kühlgasstromes in Richtung 22 kann daher mit gutem Erfolg auch die Oberfläche des Werkstückes 20 gegen den Induktor 17 durch laminar einströmendes Wasser, und zwar gewöhnliches Leitungswasser, isoliert werden. Isolierfolie 21 wird dann nicht benötigt. Das Wasser isoliert etwa ebenso gut, als wenn gewöhnliche atmosphärische Luft von 7 Atm. Druck zwischenthey are used here, has a very good dielectric strength, which is around 200 kV / cm. Instead of of the cooling gas flow in the direction 22 can therefore also successfully affect the surface of the workpiece 20 from the inductor 17 by laminar inflowing water, namely ordinary tap water, isolated will. Insulating film 21 is then not required. The water insulates about as well as ordinary ones atmospheric air of 7 atm. Pressure between

ίο Werkstück 20 und Induktor 17 wäre. Daß das Wasser außerdem noch als Kühlmedium zur rapiden Kühlung der Oberfläche beiträgt, ist hierbei eine willkommene Beigabe. Die primäre Aufgabe des strömenden Wassers ist die Isolation. ίο workpiece 20 and inductor 17 would be. The fact that the water also contributes to the rapid cooling of the surface as a cooling medium is a welcome addition. The primary task of the flowing water is insulation.

Für bestimmte Aufgaben, z.B. zum Erzeugen sehr blanker Oberflächen ohne Oxydation, kann ein Kühlmittel anstelle von Wasser einströmen. Methanol hat z. B. stark reduzierende Eigenschaften und hinterläßt eine metallisch blanke Oberfläche nach der Härtung. Soll eine Flüssigkeit nicht angewendet werden, so empfiehlt es sich, Propan- oder Wasserstoffgas oder auch Methan als Kühlmedium in Pfeilrichtung 22 strömen zu lassen. Diese Gase gewährleisten die metallische Blankheit der Oberfläche. In keinem Falle kann auf die Wärmeleitungs-Kühlung des Werkstücks selbst verzichtet werden, die in Pfeilrichtung 23 stattfindet. Normaler Kohlenstoffstahl hat eine Wärmeleitfähigkeit, die immerhin etwa noch das tausendfache eines guten Kühlgases beträgt. Entscheidend für das Erzeugen weißer Schichten ist nicht nur eine spontane Erhitzung auf sehr hohe Temperaturen kurz unterhalb des Schmelzpunktes, sondern auch eine ebenso spontane Abkühlung nach Aufbringung des aufheizenden Leistungsimpulses. Diese Abkühlung kann praktisch nurFor certain tasks, e.g. to produce very bright surfaces without oxidation, a coolant can flow in instead of water. Methanol has z. B. strong reducing properties and leaves a shiny metallic surface after curing. If a liquid is not to be used, it is advisable to let propane or hydrogen gas or also methane flow in the direction of arrow 22 as a cooling medium. These gases ensure the metallic brightness of the surface. In no case can the heat conduction cooling of the workpiece itself, which takes place in the direction of arrow 23, be dispensed with. Normal carbon steel has a thermal conductivity that is about a thousand times that of a good cooling gas. The decisive factor for the creation of white layers is not only spontaneous heating to very high temperatures just below the melting point, but also spontaneous cooling after the application of the heating power pulse. This cooling can only practically

i<; durch die Eigenabschreckung des Werkstückes 20 selbst wirksam geschehen. Hilfsweise erfolgt sie auch durch das eingeblasene Gas oder die hineinströmende Flüssigkeit.i <; effectively done by the self-deterrence of the workpiece 20 itself. Alternatively, it also takes place through the gas blown in or the liquid flowing into it.

Es sei bemerkt, daß die Kühlung mittels Wasser, öl oder Methanol noch eine kleine Verbesserung des Verfahrens ermöglicht. Sollen Schichtdicken von etw^. 02 mm gehärtet werden, so müssen Impulse von einerIt should be noted that the cooling by means of water, oil or methanol still allows a small improvement in the process. Should layer thicknesses of sth ^. 02 mm are to be hardened, impulses from a

. ». . 1 r-k r* «Λ 1—I U* 1 n-:. ». . 1 rk r * «Λ 1 —IU * 1 n-:

scm langen uauvt, t» u. t\ß iiu, autgvtsi at-iii tt*.iu\.ii. i>\,iscm long uauvt, t » u. t \ ß iiu, autgvtsi at-iii tt * .iu \ .ii. i> \, i so großen Impulsdauern ist jedoch nach Aufhören deshowever, after the cessation of the Impulses erwartungsgemäß die Kühlwirkung durch die Selbstabschreckung bei den mehr innenliegenden Schichten stärker. Die ganz außenliegenden Schichten der erhitzten Oberflächenelemente bleiben durch die darunterliegenden hocherhitzten Schichten noch längeImpulse, as expected, the cooling effect through the Self-deterrence is stronger in the more inner layers. The very outer layers the heated surface elements remain longer due to the highly heated layers underneath re Zeit heiß. Sie werden also langsamer abgeschreckt. Das führt dann zu der überraschenden Tatsache, daß bei Her Mikrohärteprüfung die äußerste Schicht eine geringere Härte ergibt als die bei Anwendung etwas höherer Drucke gemessenen etwas tieferen Schichten.re time hot. So you will be put off more slowly. This then leads to the surprising fact that in Her microhardness test the outermost layer is a results in lower hardness than the somewhat deeper layers measured when using somewhat higher pressures.

Um diesen Effekt der abnehmenden Härte nach außen zu vermeiden, muß die Wärmeableitungskühlung des Werkstuckes 20 durch Preßluft, Preßgas oder Flüssigkeitskühlung von außen her unterstützt werden. Auf diese Weise entsteht ein homogener Bereich von z. B.In order to avoid this effect of decreasing hardness to the outside, the heat dissipation cooling of the Work piece 20 are supported by compressed air, compressed gas or liquid cooling from the outside. on this creates a homogeneous area of z. B.

6c 0,2 bis 03 mm mit gleichmäßiger Härte, die leicht bei serienmäßiger Produktion von z.B. Bandsägen aus Kohlenstoffstahl 950 kp/mm2 betragen kann, wenn über den ganzen Härtequerschnitt gemessen wird. Das Verfahren benötigt keinerlei nachträgliche Erwärmung, 6c 0.2 to 03 mm with uniform hardness, which can easily amount to 950 kp / mm 2 in series production of, for example, band saws made of carbon steel, if measurements are taken over the entire hardness cross-section. The process does not require any subsequent heating,

*s wie sie sonst bei spontanem Abschrecken notwendig ist, um Vereprodungsbpjche zu vermeiden. Die erzeugten weißen Schichten sind sehr elastisch und haben niemals die Tendenz, spröde zu brechen. Eine nachträgliche* s as it is otherwise necessary for spontaneous deterrence, to avoid fraudulent activities. The generated white layers are very elastic and never have the tendency to break brittle. A subsequent one

thermische Behandlung ist daher auch nicht zu empfehlen. Die auf diese Weise nach dem hier beschriebenen Verfahren mit der hier beschriebenen erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Härtegefüge sind so stabil, daß ihr Zerfall in das übliche, dem s Material eigene -.nartensitische Grundgefüge, mikroskopisch erst bei einer über eine Zi*it von 6 Stunden einwirkenden Temperatur von 450" C beobachtet werden kann.thermal treatment is therefore not recommended. That way after this The method described with the device according to the invention described here are so stable that their disintegration into the usual, the s Material own -.nartensitic basic structure, microscopically only after a period of 6 hours acting temperature of 450 "C can be observed.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ro betrifft eine weitere Automatisierung. In der Praxis ist es oft sehr schwierig, die optimale Härtetemperatur bei schwankender Werkstückqualität in der Großserie einzuhalten. Zur automatischen Einhaltung der Temperatur dient eine kleine Hilfseinrichtung, die sich hervorragend bewährt hat. Das Werkstück 20 soll hier eine Säge sein. Der Induktor 17, der Teile der Sägespitzen härten soll, umschließt z. B. beidseitig mit je einer Windung einer, vcrbeüstiiender; Sägezahn. Das Sägeblatt löst mittels einer Lichtschranke, wie in F i g. 3 dargestellt, automatisch die Impulse aus. Die Hilfseinrichtung schaltet mittels der Lichtschranke nur den Anfang des Impulses ein. Der Impuls wird jedoch bewußt zu lang gewählt und durch eine elektronische Abschaltvorrichtung, z. B. ein parallelgeschaltetes Ignitron oder einen Hochspannungsthyratron 59 kurzgeschlossen.A preferred embodiment of the invention ro relates to a further automation. In practice it is It is often very difficult to find the optimal hardening temperature with fluctuating workpiece quality in large-scale production to be observed. A small auxiliary device is used to automatically maintain the temperature has proven to be excellent. The workpiece 20 is intended to be a saw here. The inductor 17, the parts of the To harden saw tips, encloses z. B. on both sides with one turn each, vcrbeüstiiender; Sawtooth. That The saw blade releases by means of a light barrier, as in FIG. 3, the pulses automatically turn off. The auxiliary device only switches the by means of the light barrier Beginning of the impulse. However, the impulse is deliberately chosen too long and through an electronic one Disconnection device, e.g. B. a parallel-connected Ignitron or a high-voltage thyratron 59 short-circuited.

Zu diesem Zweck wird die Wärmestrahlung, die von dem impulserhitzten Oberflächenelement 50 des Werkstückes 20 ausgeht, in einem Strahlengang 51 über eine Optik 52 und ein kritisches Filter 53 auf einer Fotodiode 54 abgebildet, die in an sich bekannter Weise mit einer Stromversorgungsquelle 55 und einem Arbeitswiderstand 56 versehen ist. Die Impulse aus dieser Fotodiode 54 können in einem Spezialverstärker 57 so aufbereitet werden, daß nach Erreichen einer kritischen Spannung ein Impuls in die Leitung 58 abgegeben wird. Auf diese Weise wird der Impuls an der Röhre 3 zum spontanten Verschwinden gebracht, indem — rein gedanklich gesehen — z. B. der Schalter 24 geöffnet wird. In der Praxis wird hierzu besser ein kurzschließendes Thyraf rrm ^Q vprwpnrtpt da« i.ji sich aus der Literatur bekannt ist. Das Thyratron 59 nimmt anstelle der Röhre 3 den restlichen Strom des Impulses auf und ist in F i g. 1 als Hilfsvorrichtung skizziert. Durch den Impuls auf der « Leitung 58 kann beispielsweise das Gitter eines Wasserstoff-Thyratrons 59, das eine Emission von mehr als 300 Amp. besitzt und eine Spitzenspannung von 15 bis 20 kV aushält, ohne große Schwierigkeiten gezündet werden. Auf diese Weise geht der restliche Strom desFor this purpose, the thermal radiation emanating from the pulse-heated surface element 50 of the workpiece 20 is transmitted in a beam path 51 via a Optics 52 and a critical filter 53 imaged on a photodiode 54, which in a known manner with a Power supply source 55 and a load resistor 56 is provided. The pulses from this photodiode 54 can be processed in a special amplifier 57 so that after reaching a critical voltage a pulse is delivered in line 58. In this way the impulse at the tube 3 becomes spontaneous Brought to disappear by - purely mentally - z. B. the switch 24 is opened. In the In practice, it is better to use a short-circuited Thyraf rrm ^ Q vprwpnrtpt because it is known from the literature is. The thyratron 59 takes up the remaining current of the pulse instead of the tube 3 and is shown in FIG. 1 as Auxiliary device outlined. Through the impulse on the « Line 58 can, for example, the grid of a hydrogen thyratron 59, which has an emission of more than 300 Amp. and a peak voltage of 15 up to 20 kV can be ignited without great difficulty. In this way, the rest of the flow of the Impulses statt durch die Oszillatorröhre 3 ober das Wasserstoff-Thyratron 59.Pulse instead of through the oscillator tube 3 via the hydrogen thyratron 59.

Wenn das Filter 53, z. B. als leichtes Blaufilter, so gewählt wird, daß erst bei einer Farbtemperatur von mehr als 1200° C, die der als Optimum gefundenen Härtetemperatur des jeweilig zu härtenden Stahls entspricht, eine Lichtemission durchgelassen wird, steigt der Fotostrom in der Fotodiode 54 sehr spontan an. Auf diese Weise wird auch bei dieser Impulshäftung vollautomatisch trotz stark schwankender Oberflächenstrukturen eine stets gleichbleibende Härtetemperatur eingehalten. Erforderlich ist lediglich, daß die Abbildungsoptik 52 mit dem Oberflächenelement 50 und der Fotodiode 54 so zusammenarbeitet, daß nur ein kleiner, jedoch repräsentativer Teil der erhitzten Zone auf der Fotodiode 54 abgebildet wird. Als Material für das Filter 53 steht entsprechend dem jetzigen Stand von Orange-, Grün- und Blaufiltern eine große Auswahl iur Verfügung; die entsprechend der gewünschten Härtetemperatur ausgewählt und eingesetzt werden können.When the filter 53, e.g. B. as a light blue filter, so it is chosen that only at a color temperature of more than 1200 ° C. that which is found to be the optimum Hardening temperature of the respective steel to be hardened corresponds to a light emission is transmitted, increases the photocurrent in the photodiode 54 very spontaneously. In this way also with this impulse increase fully automatic despite strongly fluctuating surface structures a constant hardening temperature adhered to. It is only necessary that the imaging optics 52 with the surface element 50 and the Photodiode 54 cooperates so that only a small but representative portion of the heated area is on the Photodiode 54 is imaged. The material for the filter 53 is according to the current status of orange, Green and blue filters a large selection iur Disposal; which can be selected and used according to the desired curing temperature.

Der Härteimpulsverlauf ist in Fig. 7 nochmals in Abhängigkeit vom zugeordneten Impulsstrom la dargestellt. Am Zeitpunkt a) startet die Lichtschranke oder auch ein Kontakt die Auslösung des Impulses, z. B. durch Betätigung des elektronischen Schalters 14. Der Impuls würde nach der normalerweise fest eingestellten Entladungszeit mit der hinteren Flanke b) abfallen. Durch die thermisch die Temperatur messende Fotodiode 54 wird jedoch bereits am Punkt c^das Thyratron 59 gezündet, so daß vorzeitig, nämlich nach Erreichen der eingestellten Temperatur, der Impuls zusammenbricht. Eine Verzögerungsschaltung im Verstärker 57 bringt anstelle von c) ein wenig später, wie unter d) skizziert, den Impuls zum Verschwinden. Auf diese Weise wird nach Erreichen der gewünschten Oberflächentemperatur eine gewisse Zeit zwischen c und d dem Impuls zusätzlich Zeit gegeben zum Aufheizen tieferer Oberflächenelemente durch Wärmeleitung.The hardness pulse course is shown again in FIG. 7 as a function of the associated pulse current la. At time a) the light barrier or a contact starts triggering the pulse, e.g. B. by actuating the electronic switch 14. The pulse would fall after the normally fixed discharge time with the trailing edge b). However, the thyratron 59 is already ignited at point c ^ by the thermally measuring the temperature, so that the pulse breaks down prematurely, namely after the set temperature has been reached. A delay circuit in the amplifier 57 causes the pulse to disappear instead of c) a little later, as sketched under d). In this way, after reaching the desired surface temperature, a certain time between c and d is given to the impulse to heat up deeper surface elements by conduction.

Die im Oberbegriff des Hauptanspruchs geforderte sehr rasch verschwindende, d.h. spontan abfallende hintere Flanke des Erhitzungsimpulses Kann also mit sehr einfachen Schaltmaßnahmen durch den spontanten Kurzschluß der Röhre 3 mit Hilfe des Wasserstoff thyratrons 59 (anstelle des Wasserstoffthyratrons sind auch Hochspannungsignitrons brauchbar) realisiert werden. Bei dieser Anordnung sind besondere kritische Schaltungen zur Erzeugung von Rechteckimpulsen nicht notwendig, da die kurzgeschlossene Röhre 3 diesen Effekt bewirktThe very rapidly disappearing, i.e. spontaneously falling, required in the preamble of the main claim trailing edge of the heating pulse can therefore with very simple switching measures by the spontaneous short circuit of the tube 3 with the help of the hydrogen thyratron 59 (instead of the hydrogen thyratron are also High-voltage signitrons usable) can be realized. With this arrangement, there are no special critical circuits for generating square-wave pulses necessary because the short-circuited tube 3 causes this effect

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Vorrichtung zum Erzeugen extrem feinkörniger metallischer Oberflächengefüge durch induktive Hochfrequenzaufheizung rait kürzer als 0,1 Sekunden einwirkenden Impulsen und nachfolgender Eigenabschreckung durch Verwendung von rechteckig programmierten Leistungsimpulsen mit extrem steiler hinterer Flanke entsprechend einer Abfallzeit von weniger als 1% der Impulseinwirkzeit gemäß dem Verfahren nach Patent 19 57 884.8, bestehend aus einem Hochfrequenzgenerator, wenigstens einem Schwingkreis und einem Induktor, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:1. Device for generating extremely fine-grained metallic surface structures by inductive High-frequency heating rait impulses acting for less than 0.1 seconds and more Self-deterrence through the use of rectangular programmed power pulses extremely steep trailing edge corresponding to a fall time of less than 1% of the pulse application time according to the method according to patent 19 57 884.8, consisting of a high frequency generator, at least one resonant circuit and an inductor, characterized by the combination of the following features:
DE2206816A 1972-02-12 1972-02-12 Device for producing extremely fine-grained metallic surface structures Expired DE2206816C3 (en)

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