DE2553274A1

DE2553274A1 - Induktionsheizeinrichtung

Info

Publication number: DE2553274A1
Application number: DE19752553274
Authority: DE
Inventors: William Alfred Proops; Robert Graham Taylor
Original assignee: Rolls Royce 1971 Ltd
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1974-12-03
Filing date: 1975-11-27
Publication date: 1976-06-10
Also published as: US4119825A; JPS555838B2; FR2293847A1; GB1522955A; FR2293847B1; JPS5199350A; IT1059530B

Description

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Augsburg, den 26. November 1975

Rolls-Royce (1971) Limited, Norfolk House, St₀ James^Ts Square,

London, England

Induktionsheizeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinrichtung mit einer strömungsmittelgekühlten Induktionsspule«

Insbesondere betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur örtlichen Erwärmung aufeinanderfolgender Stellen entlang eines Werkstückes mit sich änderndem Querschnitt.

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In Verbindung mit dem gesenklosen Ziehen zur Formung von Metallen durch Superplastizität, beispielsweise bei der Herstellung massiver oder hohler Schaufeln für Gasturbinentriebwerke, ist es wünschenswert, das Werkstück mittels einer Induktionsspule örtlich zu erwärmen, wobei die Spule einen im wesentlichen gleichbleibenden Abstand vom Werk stück umfanghaben soll. Während das Werkstück nach diesem Verfahren in der einen Richtung gezogen wird, wird die Heizeinrichtung, d,h_e die Induktionsspule, in der entgegengesetzten Richtung bewegt, und wenn ein verwundenes, nicht gleichbleibendes Schaufelprofil gezogen wird, ist es erforderlich, daß die Induktionsspule entsprechend der sich ändernden Form des zu ziehenden Werkstückes ebenfalls verformt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizeinrichtung so zu verbessern, daß die Induktionsspule der eben genannten Forderung gerecht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Induktionsspule aus einem biegsamen Leiterwerkstoffstreifen besteht, der in einen außerdem einen Kühlmittelströmungskanal bildenden flexiblen Schlauch eingebettet ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Spule aus einem Kupferstreifen, der in einen elastomerischen

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Schlauch eingebettet ist, der außerdem von als Kühlmittel dienendem Wasser durchflossen ist_o Die Spule kann mit Hochfrequenz oder mit Mittelfrequenz betrieben werden_e

Die Induktionsheizeinrichtung nach der Erfindung kann ferner einen Werkstückhalter, weiter die Induktionsspule derart haltemde Haltemittel, daß die Induktionsspule mindestens einen Teil des Werkstückes im Werkstückhalter umschließt, und Mittel aufweisen, mit Hilfe derer die Form der Induktionsspule derart veränderlich ist, daß ihre Innenfläche von einem beträchtlichen Teil der Werkstückoberfläche einen im wesentlichen gleichbleibenden Abstand aufweist«

Damit die Induktionsspule während der Erwärmung des Werkstückes an verschiedenen Stellen entlang dessen Länge in eine gegebene Form gebracht werden kann, ist am Spulenumfang eine Anzahl von Kolben befestigt, die jeweils unabhängig voneinander beweglich sind und beispielsweise mittels eines der Werkstückform entsprechenden Steuerprofils gesteuert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschriebene Es zeigen:

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Fig„ 1 eine Ansicht einer Maschine zum

gesenklösen Ziehen mit einer* indüktionsheizeinrichtung nach der Erfindung,

Figo 2 eine Draufsicht auf die in Figo

gezeigte Induktionsheizeinrichtung, und

Fig. 3 einen den SpulenäUfbau zeigenden

Schnitt durch die Induktionsspule*

In den Figuren 1 und 2 ist eine Maschine zum gesenklosen Ziehen dargestellt, die einen Werkstückhalter mit zwei im Maschinengestell gleitend verschiebliehen Spannbacken 12 und aufweist _β

Ein Werkstück 10, beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Gasturbinenschaufel, ist mit.seinem einen Ende zwischen den Spannbacken 12 und 14 eingespannt und wird mit seinem anderen Ende von einem weiteren Spannbackenpaar 16 und 18 gehalten, welche ihrerseits an einem vertikal beweglichen Schlitten 20 der Maschine angeordnet sind» Bei dem Schlitten handelt es sich um ein herkömmliches Bauteil der Maschine, welches daher nicht im einzelnen beschrieben wird,, Dieser

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Schlitten wird durch die übliche Vorschubspindel (nicht dargestellt) angetrieben.

Eine Induktionsspule 22 ist auf einem Schlitten 24 montiert, der mit einem unteren Maschinenschlitten 26 verbunden ist, der zwecks Herstellung einer Vertikalbewegung der Induktionsspule relativ zum Werkstück mittels einer Vorschubspindel (nicht dargestellt) verschieblieh ist. Dieser Schlitten stellt wiederum ein herkömmliches Maschinenteil dar und wird nicht weiter beschrieben.

Die Induktionsspule ist mit sechs Manipulationsösen versehen, von welchen auf jeder Seite der Spule drei angeordnet sind und welche mittels Zapfen 30 an Kolben 32, 34 angelenkt sind. Diese Kolben wirken mit entlang des Werkstücks verlaufenden Kurvenbahnen 36 zusammen. Diese Kurvenbahnen sind an einer Platte 38 befestigt, die ihrerseits von einer der Spannbacken, nämlich der Spannbacke 14, gehalten wird. Die Kolben 32, 34 können verschieblieh im Schlitten 24 angeordnet und zu den Kurvenbahnen 36 hin federbelastet sein, oder, falls ein symmetrisches Werkstück gezogen werden soll, kann der gesamte Schlitten verschieblieh angeordnet sein und die äußeren Kolben auf beiden Werkstückseiten können Teile des Schlittens bilden, während nur der mittlere Kolben 34 unabhängig davon beweglich ist»

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Während des Ziehens des Werkstückes wird die Induktionsspule abwärts bewegt, wobei sie das Werkstück erhitzt und die erhitzte Zone 40 des Werkstückes jeweils an der richtigen Stelle erzeugt, während der obere Schlitten der Maschine zwecks Streckung des Werkstückes nach oben bewegt wird. Da sich die Form der Schaufel entlang ihrer Länge ändert, werden die Kolben 32, 34 durch die Kurvenbahnen 36 quer verschoben und üben über due Anlenkstellen der sechs Manipulationsösen einen Druck auf die Spule auf, wodurch die Spulenform im Sinne der Aufrechterhaltung eines im wesentlichen gleich bleibenden Abstandes zwischen der Spuleninnenfläche und der Werkstückoberfläche verformt wird. Der für den Herstellungsprozeß optimale Abstand ist selbstverständlich je nach dem betreffenden Werkstück unterschiedlich und hängt von der Stromstärke und dem Werkstückmaterial ab. Im allgemeinen ist ein Abstand von etwa 5 mm zweckmäßig«

Die Induktionsspule selbst ist in Pig, 3 mehr im einzelnen dargestellt und besteht aus vier Windungen eines flexiblen Kupferbandes 42, welches etwa 0,63 mm dick und 6,3 mm breit und in einen Gummischlauch 44 eingebettet ist, der außerdem einen Kühlwasserkanal 46 bildet. Die Spule wird hergestellt, indem das Kupferband entlang eines Domes aus Polytetrafluoräthylen angeordnet und in einen Schlauch aus wärmeaufschrumpfbarem Fluorkohlenstoff-Gummi„eingeschoben wird.

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Der Lehrdorn weist eine geringfügig kleinere Breite als das Kupferband auf, so daß der Gummischläuch beim Erhitzen und Aufschrumpfen die Kanten des Kupferbandes fest umgreift«, Nach dem Aufschrumpfen wird der Poiytetrafluoräthylen-Lehrdorn entfernt und läßt den, den Kühlwasserkanal bildenden Räum frei_d

Die Sehlauchenden sind mit Messingrohranschlüssen 48 versehen» die gleichzeitig als KÜhlWässeranschlußstutzen und als elektrische Anschlüsse für das Kupferband.dienen»

Zur Ausführung des Heizvorganges wird die Induktionsspule mit hochfrequentem Strom gespeist und gleichzeitig wird Kühlwasser zugeführt.

Da der hochfrequente Strom nahezu vollständig an der radial inneren Spulenfläche fließt, hat die Dicke des Kupferstreifens in elektrischer Hinsicht nur geringe Bedeutung und kann im Hinblick auf eine größtmögliche Flexibilität unter Berücksichtigung der erforderliehen Festigkeit optimal ausgelegt werden* Die erfindungsgemäße Verwendung eines Leiter» bandes ergibt eine größtmögliche Flexibilität in Querrichtung und es steht gleichzeitig eine im Verhältnis zum Volumen dieses Bandes große Oberfläche für die Kühlung durch den Kühlwasserstrom zur Verfügung, wodurch die Betriebstemperatur der Induktionsspule ohne Gefahr der Beschädigung des Gummi-

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Schlauches erhöht werden kann»

Für gewisse Heiζvorgänge kann auch mitte!frequenter Strom verwendet werden, insbesondere im höheren Frequenzbereich des MitteIfrequenzspektrums_e

Der Kühlwasserkanal verläuft an der Innenseite der Spule, so daß der im Betrieb dem erhitzten Werkstück zugewandte Gummischlauchteil gekühlt wird und die Betriebstemperatur ohne Beschädigung des Gummischlauches möglichst hoch wählbar ist. Wenn das Werkstück sehr kleine Radien an seinem Kantenbereich aufweist, tritt eine Fokussierwirkung des Stromes in den zugehörigen Spulenbereichen auf, was in diesen Kantenbereichen zu einer stärkeren Erwärmung als im übrigen Werkstückteil führt. Das bedeutet, daß der Abstand zwischen dem Werkstück · und der Induktionsspule an den Kantenbereichen größer sein muß, was bei der Spulenkonstruktion und bei den die Spulenform bestimmenden Kurvenbahnen berücksichtigt werden muß«

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Claims

Patentansprüche

1_βJlnduktionsheizeinrichtung mit einer strömungsmittelgekühiten Induktionsspule, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (Pig, 3) aus einem biegsamen Leiterwerkstoffband (42) besteht, das in einen außerdem einen Kühlmittelströmungskanal (46) bildenden flexiblen Schlauch (44) eingebettet ist«,

2„ Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterwerkstoffband (42) ein Metallband ist und der Schlauch (44) aus elastomerischein Werkstoff besteht,

3» Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlmittelströmungskanal (46) an der radial inneren Spulenseite gebildet ist_o

4. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (44) aus wärmeaufschrumpfbarem Fluorkohlenstoff-Gummi besteht, der über das Leiterwerkstoffband (42) und einen herausnehmbaren Lehrdorn aufgeschrumpft ist, welch letzterer nach dem Herausnehmen den Strömungsmittelkanal (46) freiläßt.

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5· Induktionsheizeinrichtung nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe einen Werkstückhalter (12, 14), weiter Haltemittel (24), welche die Induktionsspule derart halten, daß diese mindestens einen Teil eines im Werkstückhalter eingespannten Werkstücks umschließt, und Mittel (28, 32, 36) zur Verformung der Spule aufweist, mittels welcher die Spulenform derart der jeweiligen Werkstückform anpaßbar ist, daß die radial innere Spulenoberfläche einen im wesentlichen gleichbleibenden Abstand vom größten Teil der Werkstückoberfläche hat,

6» Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (26) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkstückhalter (12, 14) und der Induktionsspule (42) vorgesehen sind und daß die Mittel zur Spulenformänderung mit der Spule verbundene, mit Kurvenbahnen (36) zusammenwirkende Profilfolgeorgane (32, 34) aufweisen, wobei die Kurvenbahnen der Werkstückform entsprechen«

7. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch eine Hochfrequenz- oder Mittelfrequenz-Stromquelle zur Speisung der Induktionsspule (42)„

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