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Induktionsheizvorrichtung zum Wärmebehandeln von metallischen Werkstücken
Induktionsheizvorrichtungen zum Wär.mebehandeln von metallischen Werkstücken sind
an sich bekannt. Der Induktor solcher Einrichtungen besteht aus ein- oder mehrwindiiigen,
d:as Werkstück umfassenden Spülen oder aus sog. Heizleiterschlei'fen, die sich über
der Oberfläche des zu behandelnden Werkstückes schließen. Die Induktoren werden
im allgemeinen nicht unmittelbar an die Netz-, Mittel-oder Hochfrequenzstromquelle
angeschlossen, sondern unter Zwischenschaltung eines Transformators. Um die Verluste
in den Zuleitungen vom Zwischentransformator zum Induktor möglichst gering zu halten,
werden beiid@e Teile zu einer starren Einheit verbunden, wobei die Zuleitungen.
gleichzeitig .der mechanischen Befestigung des Induktors am Transformator dienen.
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Bei vielen Wärmebehandlungen unter induktivem Aufheizen ist es erforderlich
oder zweckmäßig, eine Relativbewegung zwischen Werkstück und Induktor eintreten
zu lassen, entweder um Oberflächengebiete des Werkstückes überstreichen zu können,
die eine größere Ausdehnung besitzen als der Induktor, oder aber um (die Temperaturerhöhung
in dem zu behandelnden Werkstückabschnitt gleichmäßig zu gestalten. Entweder ist
man dabei so vorgegangen, daß der Induktor mitsamt dem Transformator sich ilinear
zum Werkstück bewegte oder umgekehrt das Werkstück eine lineare Vorschubbwegung
ausführte.
Wenn jedoch eine Umlaufbewegung durchgeführt werden .mußte,
war man ausschließlich darauf angewiesen, den Induktor ruhen .und das Werkstück
rotieren zu lassen, weil es nicht möglich. erschien, den Induktor der notwendigen
Zuleitungen wegen umlaufen zu lassen. Zwar 'könnte daran gedacht «-erden, dem umlaufenden
Induktor über Schleifringe den Heizstrom zuzuführen, indes ergeben sich hierbei,
besonders bei Anwendung von mittleren und hohen Frequenzen, erhebliche Kontaktschwierigkeiten.
Insbesondere kann. die Kontaktgabe an den Schleifringen nicht genügend gleichänäßig
gehalten werden, was zur Folge hat, daß sich die vom In-,duktor induzierte Energie
ständig ändert und damit die Erhitzung nachteilig beeinflußt. Das: Umlaufenlassen
der Werkstücke hat ebenfalls erhebliche Nachteile, die zunächst in .dem insbesondere
für die Massenfertigung unibequemen Erfordernis liegen, die Werkstücke gegenüber
dem Induktor genauestens zu zentrieren. Soweit es. sich -um achssymmetrische Werkstücke
wie Wellen, Zapfen od. dgl. handelt, snnrd, diese Schwierigkeiten noch einigermaßen
tragbar. Jedoch ergeben sich sehr erhebliche Schwierigkeiten, wenn es sich um Werkstücke
handelt, die nicht achssymmetrisch zudem Teil aufgebaut sind, das unter Umlauf wärmebehandelt
werden soll, wie dies beispielsweise bei Lageraugen von Maschinen teilen, exzentrischen
Bohrungen od. dgl. der Fall ist. Da im allgemeinen derT-Tmlawf während derWärmebehandlung
mit verhältnismäßig hoher Umlaufgeschwindigkeit stattfinden muß, ergeben sich neben
den Schwierigkeiten der Zentrierung auch noch diejenigen, .die mit der Beherrschung
der entstehenden Fliehkräfte zusammenhängen.
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Es besteht mithin ein ausgesprochenes Bedürfnis danach, eine Induktionsheizeinrichtung
zu schaffen, bei der der Induktor sowohl elektrisch arls auch mechanisch betriebssicher
.rotieren kann, während das im Umlauf zu behandelnde. Werkstück ruht, so ,daß die
mit einem Umlaufenlassen der Werkstücke verbundenen Schwierigkeiten behoben sind',
gleichzeitig aber die elektrischen Bedingungen für den Induktor nicht ungünstig
beeinflußt werden.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die .aus Induktor und
Sekundärteil des Zwischentransformators bestehende Einheit drehbar gelagert wird,
so .daß ein axialer Umlauf dieser Einheit während des Aufheizens ermöglicht wird.
Die Anordnung kann dabei so getroffen werden, da8 die elektrischen Zuleitungen zum,
Induktor die Umlaufachse der Einheit bilden. Es ist .aber auch möglich, den Induktor
mit seinen Zuleitungen außermittig anzuordnen, so daß beim Umlauf der Einheit vom
Induktor eine Kreisbahn beschrieben wird. Der Transformator kann mit innen oder
außen angeordnetem Sekundärteil ausgerüstet sein, wobei die außenliegende Wicklung,
sei dies nun der Primär-oder Sekundärteil, in. einem Gehäuse aus Isolierstoff untergebracht
sein kann.
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Die Übertragung der elektrischen Energien von den ruhenden Teilen
der Vorrichtung aulf die beivegten über den Kopplungsspalt. des Transformators hinweg
gewährleistet einen störungsfreien elektrischen Betrieb und vereinfacht den mechanischen
Teil wesentlich, der sonst für die jetzt entbehrliche Umlaufbewegung des Werkstückes
vorgesehen werden mußte; denn der Antrieb für den umlaufenden Teil der Heizvorrichtung
kann denkbar einfach gestaltet und die auftretendien Kräfte können. zuvor genau
errechnet werden.
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Im nachfolgenden wird an Hand zweier schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele
die Erfindung näher erläutert. Die Abbildungen stellen senkrechte Axialschnitte
-der Vorrichtungen dar.
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In Abb,, i steht der Primärteil des T'ransform,ators fest, während
der Sekundärteirl umrläuft. Die Primärwicklung i, die von der Wechselstromquelle
2 gespeist wird, ist in einem feststehenden Gehäuse 16 aus Isolierstoff untergebracht.
Die Sekundärwicklung 3 ist als znweiwindige Spule ausgebildet, sie kann aber selbstverständlich
auch je nach den elektrischen Erfordernissen aus mehreren Windungen bestehen. Sie
ist drehbar gelagert, und zwar mit Hilfe eines, topfartig ausgebildeten Körpers,
der mit einem Lager 8 versehen ist, der auf einer Welle 6 läuft, die im Gehäuse
16 befestigt ist. Am anderen Ende ist der topfartige Körper mit einer Platte verschlossen,
an der eine Achse 9 sitzt, die in. einem Lager io des Gehäuses 1,6 läuft. Im Innern
des topfartigen Körpers 7 ist feststehend einTransiform,atorkern4 aus geschichteten
Blechen angeordnet. Das Blechpaket ist an einem Bügel 5 aufgehängt, der an der feststehenden
Welle 6 befestigt ist. Es könnte selbstverständlich auch der Kern 4 fest mit dem
topfartigen Körper 7 verbunden sein, so,,daß er mit diesem umläuft.
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Mit .dem Achsstummel 9 ist der Induktor 13, im Beispiel als mehrwindige
Spule dargestellt, starr befestigt. Die Zuleitungen i i und 12 vom Sekundärteil
des Transformators zum, Induktor laufen durch .den Achsstummel 9 .hindurch.
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Während der Behandlung wird der topfartige Körper 7 mit der darauf
sitzenden Sekundärwicklung 3 in Umlauf versetzt und somit die für ein gleichmäßiges
Erhitzen erforderliche Umlaufbewegung,des Induktors 13 herbeigeführt. Der Antrieb
des topfartigen Körpers 7 erfolgt über ein Ritzel, das bei 8 aufgekeilt ist, über
ein Zahnrad 1:5. das .durch einen Schlitz des Gehäuses 16 hindurchgreift. Der Zahnradantrieb
kann selbstverständlich ersetzt sein durch eine andere Antriebsart, beispielsweise
.durch einen Riementrieb oder Reibradtrieb.
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Bei einer derartigen Einrichtung erfolgt die Übertragung der Wechselstromenergie
vom ruhenden Teil der Vorrichtung auf den bewegtere Tei'I verlust- und störungsfrei
über .den Kopplungsspalt des Transformators.
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Bei der Ausbildungsform nach Abb.2 liegt die feststehende Primärspule
innen. Dementsprechend ist außen ein umlaufendes Gehäuse 27 aus Isolierstoff vorgesehen,
das die Sekundärwicklung23 trägt. Das Gehäuse ist zum Umlauf gelagert auf Welrlenstümpfen
26 und 2$, die fest mit dem rd'ie Primärwicklung tragenden Körper 2i aus Isolierstoff
verbrunden sind. Die Zuleitung des Primärstroms von der Stromquelle 22 aus erfolgt
durch
den Achsstummel 26 hindurch. Im Innern der Primärwicklung
kann zur Erhöhung des Wirkungsgrades in bekannter Weise ein. Blechpaket 24 vorgesehen.
sein. Die Ableitung des Sekundärstroms erfolgt über die Leitungen 34 32 durch den
Ansatz 29 hindurch, an. welchem der Induktor starr befestigt ist.
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Außen auf dem Gehäuse 27 befindet sich ein Zahnradkranz 3q., an den
das Ritzes 35 greift, um das Gehäuse und damit den starr verbundenen Induktor in
Umlauf zu versetzen. An Stelle eines Zahnradantriebes kann auch hier ein anderer
An: trieb treten wie beispielsweise ein. Riementrieb. oder Reibradgetriebe.
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Bei beiden beschriebenen Ausführungsformen. ist der Induktor jeweils
in der Achse der Umlaufbewegung des Sekundärteiles des Transformators angeordnet,
und infolgedessen führt der Induktor selbst eine Umlaufbewegung um seine eigene
Achse. Der Induktor kann aberauch außermittig vorgesehen sein, so daß er während
der Behandlung eine Kreisbahn beschreibt. Bei Abb. 2 wäre zu diesem Zweck beispielsweise
der Ansatz 29 zum Umfang der Grundfläche des Gehäuses 27 zu verlagern. Eine Anordnung,
bei der der Induktor während seiner Aufheizwirkung eine Kreisbahn -beschreibt, eignet
sich 'besondersi für Heizleiterschleifen, während die koaxiale Anordnung von Induktor
und umlaufendem Sekundärteil vorzugsweise dort anzuwenden sein wird, wo -der Induktor
die Form einer Spule besitzt. Nach der Erfindung,sollen Induktor und Sekundärteil
des Transformators eine starre Einheit bilden. Dies hindert jedoch nicht, daß die
Induktoren, auswechselbar gemacht werden, indem an der Verbindungsstelle zwischen
Induktor und Sekundärteil ein.Kupplungsfl@ansch vorgesehen wird.
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Es ist vielfach erwünscht, daß dem Induktor und unter Umständen auch
der Sekundärwicklung des Transformators Kühlwasser zugeleitet wird: In manchen Fällen
wird auch, wenn, mit den. Vorrichtungen. die zu behandelnden Werkstücke gehärtet
werden sollen, dem. Induktor auch. das Abschreckmittel zugeführt. Bei Vorrichtungen
gemäß der Erfindung erfolgt die Zuleitung der erforderlichen Flüssigkeit über Stopfbüchsen
in den Achsen des umlaufendenSekundärteiles. BeimHärten kann aber sellbstverständlich
die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit einer gesonderten. Abschreckvorrichtun.g
zusammenwirken, die vom Induktor un!d :damit von der übrigen Vorrichtung getrennt
ist.
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Die Gehäuse 16 und 27 sowie die übrigen elektrische Wicklungen
tragenden Körper werden, wie beschrieben, vorzugsweise aus Isolierstoff hergestel'lt.
Es ist aber selbstverständlich auch möglich, andere, beispielsweise metallische
Werkstoffe zu verwenden und die Wicklungen isoliert in diese Körper einzubauen,
wie dies im übrigen vom, Transformatorenbau her geläufig ist.
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Die Vorrichtungen und insbesondere die Übertragung der Wechselstromenergien
von. den ruhenden auf die bewegten Teile der Vorrichtung sind für jede Frequenz
geeignet, so daß sie sowohl mit Nieder-, Mittel- als auch Hochfrequenz betrieben
werden können. Je nachdem, welche Frequenz benutzt wird, können selbstverständlich
die zur Verbesserung des cos 99 vorgesehenen Blechkerne andere Formen annehmen,
ganz entfallen oder auch an anderen Stellen, -beispielsweise außen: auf der Primärwicklung,
angeordnet sein.
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Besonders vorteilhaft läßt sich eine Vorrichtung gemäß der Erfindung
verwenden für das Härten. der Innenflächen von Augen an Maschinenteilen, Bohrungen,
Ventilsitzen und ähnlichen Maschinenteilen. Auch für das Innenhärten von Spülversatzrohren
oderähnlich geformten rohrartigen Körpern. (können solche Vorrichtungen .mit Vorteil
benutzt werden. Die Anwendung ist aber nicht beschränkt auf die Behandlung der Innenwände
von Hohlräumen, es ist vielmehr auch. die Behandlung zylinderförmiger Außenflächen,
beispielsweise von Wellen, Achsen, Zapfen od. d@gl., möglich. Ob im Einzelfall eine
Spule oder eine Heizleiterschleife als, Induktor zu verwenden ist, wird sich in
jedem: Einzelfalls von selbst ergeben.