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Vorrichtung 'zum Oberflächenhärten durch induktives Erhitzen mittels
eines Fokusinduktors und anschließendes Abschrecken Die Erfindung bezieht sich auf
eine Vorrichtung zum Oberflächenhärten durch induktives Erhitzen mittels eines Fokusinduktors
und anschließendes Abschrecken von Werkstücken aus Stahl oder Eisen größerer Länge
und verschiedener Querschnitte. Es ist bekannt, bei Vorrichtungen dieser Art zwischen
dem Werkstück und der Vorrichtung eine Bewegung durchzuführen und diese Bewegeng
zu regeln sowie dabei mehrere parallele, unabhängig voneinander mit Strömen. verschiedener
Frequenzen und Dichte gespeiste Teilinduktoren zu verwenden. Die Erfindung bezweckt
eine weitere Vervollkommnung der Vorrichtungen dieser Gattung und besteht darin,
daß eine drehbare Spindel zum gemeinsamen Antrieb von mechanischen Vorrichtungen,
zum Regeln der Bewegung zwischen Werkstück und Induktoren, zum stets richtigen Abstandhalten
zwischen diesen, zum Regeln der Speisung der Induktoren mit verschiedenen Strömen,
zum Umschalten der Heizwirkung von einem der Induktoren auf einen anderen und zum
Regeln der Absch.reckmittelzufuhr
zu den Induktoren vorgesehen
ist.
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Eine weitere vorteilhafte Einzelheit der Erfindung besteht darin,
daß die das Werkstück tragenda Gewindespindel in einer Buchse schraubbar ist, die
mittels ihres Außengewindes mit anderer Steigung als der des Spindelgewindes in
einem ortsfesten Gestell drehbar ist und durch einen in der Spindel verschiebbar
vorgesehenen Anschlag mitgedreht oder durch eine Bremse festgehalten wird, so daß-
der Bewegung verschiedene Geschwindigkeiten 'erteilt werden können.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten. der Erfindung sind im nachfolgenden
beschrieben. Die Erfindung hat den Vorteil, daß das Oberflächenhärten Werkstücken
großer Länge oder Ausdehnung und mit verschiedenen Ouerschnitten beliebig angepaßt
werden kann. Die Erfindung ist anwendbar für Walzen, XVellen, Rohre, Stangen, Schienen,
Platten und andere Gegenstände, bei denen die Erzielung gewisser physikalischer
Eigenschaften bei einer bestimmten Flächenausdehnung und mit einer bestimmten Eindringtiefe
gewünscht wird.
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Ein ,v,eiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, da,ß dabei Induktoren
normaler Größe benutzt werden können, deren Herstellung noch weiter dadurch vereinfacht
und verbilligt wird, daß sie in mehrere Teile unterteilt sein können. Die Erfindung
gestattet es, die Werkstücke an verschiedenen Stellen verschieden zu behandeln,
also verschiedene Ausdehnungen, Grade und Tiefen der Härteschicht zu erzielen. Die
gegenseitige Bewegung zwischen Induktor und Werkstück sichert, daß jede zu behandelnde
Stelle des Werkstückes nach und nach in den Bereich der einzelnen Induktoren gelangt
und die ihr zugedachte Behandlungsart erhält.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zum Wiedererwärmen einzelner
Teile des Werkstückes - nach erfolgter Behandlung durch einen der Induktoren verwendet
werden, um Spannungen in der soeben behandelten oder gehärteten Oberflächenschicht
zu beseitigen. Dabei kann jeder Induktorteil diejenige Leistung erhalten, die zur
Erzielung der gewünschten Eigenschaften erforderlich ist, wobei zwischen Erhitzen
und Abschrecken jede beliebige erforderliche Zeitspanne eingehalten werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist die Vorrichtung für die Behandlung einer
größeren Anzahl gleicher Werkstücke, da sie sämtliche Teile derart vereinigt, daß
eine zuverlässige Massenfertigung unter genauer Einhaltung der Gleichheit der Behandlung
gewährleistet ist. Die Vorrichtung ist dabei unabhängig von der Geschicklichkeit
des Arbeiters, nachdem sie einmal für das betreffende Werkstück richtig eingestellt
worden ist. Sie kann aber auch rasch und leicht für andere Werkstücke eingerichtet
und benutzt werden. Die Vorrichtung kann auch sowohl zum N acherhitzen als auch
zum Vorwärmen des Werkstückes benutzt werden, indem eine beliebige :Uderung der
Frequenz und der Stromdichte der einzelnen Induktoren möglich ist. Bei der Behandlung
wird das Werkstück genau geführt, so daß eine einwandfreie Wiederholung des Vorganges
stets erzielbar ist.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß auch Werkstücke
unregelmäßiger Gestalt, beispielsweise mit einem kegelförmigen Verlauf der Oberfläche,
ohne weiteres behandelt werden können, da die Vorrichtung eine zwangsläufige Führung
für die einzelnen Induktoren v orsieht, so daß die richtigen Entfernungen zwischen
@Z'erkstfick und Induktoren stets eingehalten «-erden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Abb. r ist ein Ouerschnitt mit Teilansicht der Vorrichtung, Abb. a
ein Schnitt V-V aus Abb. z, in Richtung der Pfeile gesehen.
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Die als Ausführungsbeispiel veranschaulichte Vorrichtung ist besonders
zum Behandeln von Werkstücken mit kegelförmigem Verlauf der Oberfläche geeignet.
Das Werkstück 46 ist an einer Spindel :I7 befestigt, hängt an dieser und wird von
ihr gedreht. Am unteren Ende ist das Werkstück durch den Körner 48 zentriert. Die
Spindel 47 wird durch ein Zahnrad 49 gedreht, das von einem Zahnrad 5o angetrieben
wird, dessen Länge etwa der Bewegungslänge des Werkstücks entspricht. Das Zahnrad
5o wird von einem Schneckenrad 52 angetrieben, dieses von einer Schnecke
53, deren Antrieb, z. B. durch einen Elektromotor, der Einfachheit halber nicht
veranschaulicht ist, aber auch in dem gleichen Gestell untergebracht werden kann.
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Die Spindel 47 läuft in einer Buchse 5.4, die neben einem Gewinde
für die Spindel auch ein Außengewinde besitzt und mit diesem in dem Gestell schraubbar
ist. Die Steigungen des Innen- und Außengewindes der Buchse 5:I sind verschieden;
so daß auch verschiedene Längsbewegungen des Werkstückes erzielbar sind, je nachdem
die Buchse 54 durch eine nicht veranschaulichte Bremse festgehalten wird oder durch
einen Anschlagstift 56 durch die Spindel 47 mitgedreht wird, und zwar unter überwindung
des Widerstandes der Bremse. Der Anschlag 56 in Gestalt eines die Spindel 47 durchdringenden
Stiftes kann auch in eine andere Stellung 56' gebracht werden, um den Beginn
der Differentiallängsbe-wegung des Werkstückes zu verschieben.
Wird
das Werkstück durch die Spindel 47 abwärts bewegt, so wird durch einen. Ring 59
der Spindel ein Arm 57 mitgenommen, der an einer Führungsstange 58. befestigt ist
und über einen auf ihr ebenfalls befestigten weiteren Arm 6o mit dem Zentrierkörner
48 eine genaue zentrische axiale Bewegung des Werkstückes sichert.
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In dem unteren Teil des Gestelles sind in. einer Führung 6a des Gestellrahmens
63 die Heizinduktorteile 64 und 65 untergebracht. Die Induktorteile bestehen aus
segmentartigen Stücken 66, 67 und 68, wie in Abb. z veranschaulicht ist.
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Die Führungsstange 58 hält das Segmentstück 66 in der richtigen Behandlungsentfernung
von dem Werkstück 46, während entsprechende weitere Führungsstangen die Segmentstücke
67 und 68 führen. Jede dieser Führungsstangen trägt eine keilartige Schablone 71,
die das dazugehörige Segmentinduktorstück radial zum Werkstück bewegt, so daß stets
der erforderliche Luftspalt zwischen Werkstück und Induktorteil eingehalten bleibt.
Die Schablonen sind der Gestalt der Werkstücke zu diesem Zwecke angepaaßt.
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Die Schablone hat einen rechteckigen Querschnitt, wodurch eine Verdrehung
der einzelnen Induktorstücke verhindert wird und diese nur eine radiale Bewegung
zu dem Werkstück durchführen können.
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Die Führungsstangen sind gegenüber den Induktorteilen isoliert durch
Druckstücke 72, während Federn 73 eine dauernde Berührung zwischen den Schablonen'und
den Induktorstücken sichern. In den Induktorstücken sind entsprechende Teile 74
vorgesehen, die mit den Schablonen in ständiger Berührung bleiben.
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Die segmentartigen Induktors.tücke 66, 67, 68 sind durch gelenkartige
Glieder 75 und 76 und durch biegsames Stromleitungen 77 und 78 verbunden. Die Innenflächen,
79 der Induktorstücke; sind nach Möglichkeit der Gestalt des Werkstückes angepaßt,
damit der Luftspalt zwischen Werkstück und Induktorstücken möglichst eingehalten
bleibt und ein Rotieren des Werkstückes bei der Behandlung möglich ist, um eine
gleichmäßige Behandlung an allen Stellen des Werkstückes zu sichern.
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Das Abschreckmittel wird dem unteren Induktorteil zugeführt durch
.ein Rohr 88 über ein Ventil 89 und ein weiteres Rohr 9o, desgleichen zu dem oberen
Induktorteil durch ein Rohr 9 i, ein Ventil 92 und ein Rohr 93. Eine Nase 94 des
Armes 6o wirkt zusammen mit entsprechenden Nasen 9,5 und 96 der beiden Ventile 89
und 9a derart, daß bei der Abwärtsbewegung dies Werkstückes und damit auch des Armes
6o zuerst das Ventil 89 geschlossen und dann das Ventil 92 geöffnet wird, nachdem
die Schulter 97 des Werkstückes 46 möglichst nahe an den Induktorteil 64 herangekommen
und die Werkstücksobzrfläche vor der Schulter 97 ausreichend erhitzt wurde.
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Der Strom zu den Induktorteilen gelangt über die Leitungen 98 und
99 von den Sekundärwindungen, ioo und ioi, die aus je einer einzigen Windung bestehen
und Teile. eines Transformators sind, der einen hochfrequenten Strom liefert. Der
Primärstrom wird durch einen Generator geliefert, der an die Primärspule io2 des
Transformators durch die Leitungen 103 und io4 angeschlossen ist. Die Sekundärwindungen
ioo und ioi bestehen aus kräftigen Kupferstangen oder -rohren, die in dem Transformatorgehäuse
ortsfest gelagert sind, während die Primärspule 102 durch einen Hebelarm
105 axial bewegt wird. Der Hebelarm io5 greift in einen Kragen roh ein, der
an dem Trans.formatorgerüst io7 befestigt ist. Diese axiale Längsbewegung der Primärspule
des Transformators steuert den S tromfluß durch die verschiedenen Sekundärwindungen,
also auch durch die verschiedenen Induktorteile.
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Bei der Aufwärtsbewegung der Primärspule wird zuerst der dem unteren
Induktorteil 65 zugeführte Strom verringert und der dem oberen Induktorteil
64 zugeführte Strom gesteigert. Bei einer genügenden Aufwärtsbewegung kann schließlich
der Strom des unteren Induktorteils bis auf Null herabsinken, so da.ß also die Bewegung
der Primärspule zum Erregen oder Entregen der Sekundärspulenwindungen des Transformators
dienen kann.
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Auf diese Weise kann eine rasche und bequeme Änderung des Stromes
der beiden Induktorteile ohne jegliche Lichtbogengefahr und ohne Unterbrechung der
Stromkreise durchgeführt werden. Es kann also auch die Erhitzüng durch den Induktorteil
64 gesteigert werden, sobald sich die Schulter 97 dem Induktorteil nähert, während
gleichzeitig die Erhitzung durch den Induktorteil 65 verringert wird und dadurch
eine gleichmäßige Erhitzung undAbschreckung des zylindrischen und des kegeligen
Teils des Werkstückes erzielbar ist. Durch Veränderung der Abstände der einzelnen
Windungen der Primärspule des Transformators kann auch eine weitgehende Veränderung
der dem Sekundärteil des Transformators zuzuführenden: Leistung erzielt werden.
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Eine selbsttätige Wirkung des Transformators wird dadurch erreicht,
daß der Hebelarm io5 auf einem Bolzen io8. eines Tragarmes iog sitzt. Der Tragarm
iog ist an dem Maschinenrahmen befestigt. Der Hebelarm ro5 besitzt einen über den
Lagerzapfen io8
hinausragenden weiteren Hebelarm i i i. An dem Arm
57 ist ebenfalls eine Verlängerung i i o vorgesehen, die bei der Abwärtsbewegung
des Werkstückes schließlich gegen den Hebel i i i stößt, wodurch die Bewegung der
Primärspule des Transformators zeitlich und auch graduell gesteuert wird, wodurch
sich auch eine entsprechende selbsttätige Steuerung der Heizwirkung der Induktorteile
ergibt.
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Es kann erforderlich sein, entsprechend der Gestalt des Werkstückes
und den an das Werkstück gestellten Anforderungen die Steuerung der Einrichtung
noch genauer und empfindlicher zu gestalten, als dies durch die Bewegung der Primärspule
io2 möglich ist.
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Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine selbsttätige Regelung vorgesehen,
die die der Primärspule zugeführte Leistung regelt. Hierzu dient ein Nocken 112,
der auf einer Welle 113 sitzt, die von einem Zahnrad 114 gedreht wird, welches im
Eingriff mit einer Zahnstange 115 steht, die eine Fortsetzung der Führungsstange
58 ist, sich also mit der gleichen Geschwindigkeit wie diese bewegt. Die Bewegung
des Nockens 112 entspricht also auch der Bewegung des zu behandelnden Werkstückes.
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Der Nocken 112 drückt beim Drehen auf einen Kolben 116, der in einem
besonderen Gehäuse 117 untergebracht ist und bei seiner Bewegung eine Feder 118
zusammendrückt und eine Stange iig bewegt, welche einen Hebel 120 verschwenkt, der
auf einem Zapfen 121 sitzt. Hierdurch wird ein: weiterer .auf dem gleichen Zapfen
sitzender Hebel 12a verschwenkt, der auf einem Widerstand 123 gleitet und dadurch
den der Erregermaschine 124 zugeführten. Strom regelt. Die. Erregermaschine 124
ist zusammengeschaltet mit dem Generatorfeld 125, so daß hierdurch auch die Leistung
des Generators 126 gesteuert wird, die über Leitungen 103, 104 zu der Primärspule
io2 gelangt. Der Nocken 113 wird so gestaltet, daß die den Induktorteilen zufließende
Leistung richtig bemessen ist, auch wenn die Gestalt des Werkstückes sich dauernd
ändert.
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Bei solchen Härteeinrichtungen, insbesondere für die Behandlung einer
großen. Anzahl gleicher Werkstücke, kann es erwünscht sein, verschiedene Teile der
Einrichtung in, das Maschinengehäuse mit aufzunehmen. Es kann dann das Gehäuse weiter
ausgebildet sein, wie das beispielsweise durch die gestrichelte Linie 126' veranschaulicht
ist. Durch diese Erweiterung des Gehäuses können auch der Transformator, die Induktorteile
und auch andere Teile der Einrichtung mit eingeschlossen sein.
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Die neue Einrichtung kann auch vorteilhaft für Nichteisenmetalle benutzt
werden, auch wenn dann die Ergebnisse ganz anderer Natur sind. Zum Beispiel bei
der Herstellung von Teilen aus Kupfer oder Kupferlegierungen kann diese Einrichtung
benutzt werden, um die Werkstücke ganz oder teilweise einer beliebigen Wärmebehandlung
zu unterziehen.