DE1565580C - Verfahren und Vorrichtung zum Erwar men von Werkstucken mittels induktiv auf das Werkstuck einwirkender Walzen - Google Patents

Description

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die über einen Teil der Leiterschleife zueinander parallel und unter geringem Abstand voneinander verlaufenden Leiter über hochstehende Leiterteile Drehachsen für die metallischen Walzen ausbilden, die zwischen sich einen Spalt lassen. Die Walzen sind dabei also auf diesen Drehachsen drehbar gelagert, während die Strompfade nicht durch die einen größeren Abstand voneinander einnehmenden Drehachsen, sondern durch die wesentlich näher liegenden Mantelgeraden und die verbindenden Radien verlaufen.

Zur weiteren Verminderung des induktiven Widerstandes im Raum zwischen den hochstehenden Leiterteilen und den Walzen wird es bevorzugt, wenn an den hochstehenden Leiterteilen und dicht vor den Stirnflächen der Walzen Flansche aus elektrisch leitendem Material vorgesehen sind.

Da die die Drehachsen ausbildenden Leiterteile in der Regel keine starken Druckkräfte übertragen können, sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Gegenstands der Erfindung hinter den Walzen Druckrollen vorgesehen. Eine derartige Ausgestaltung ist an sich bekannt.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Walzen mit einer Schicht aus Isoliermaterial versehen. Diese besteht beispielsweise aus Tetrafluoräthylen. Durch ein derartiges Isoliermaterial wird die Haftung der Werkstücke an den Walzen verringert.

Um eine Vorwärmung zu erreichen, kann die Leiterschleife an einer Seite der Walzen hinter diese gebogen sein.

Die angegebenen Flansche können kreisförmig ausgebildet sein und etwa denselben Durchmesser besitzen wie die Walzen. Sie besitzen beispielsweise einen Abstand von etwa 0,03 bis 1,3 mm von den Stirnseiten der Walzen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht derselben Ausführungsform, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt;

F i g. 3 ist ein Querschnitt durch eine Variante der Ausführungsform vorliegender Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt wird;

F i g. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

F i g. 5 ist eine Ansicht einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Induktionsheizungsvorrichtung 6 der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung enthält ein Paar dicht nebeneinanderliegender Leiter 8 und 10. Die Leiter, die aus Kupferrohr hergestellt sein sollen, sind in einer engen Schleife angeordnet, müssen ein gemeinsames Verbindungsstück 16 haben und sind mit-Anfangsteilen 12 und 14 versehen. Die Leiter 8 und 10 sind mit ihren Anfangsteilen 12 und 14 mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 18 verbunden, welche z. B. die Leiter 8 und 10 mit Wechselstrom einer Frequenz von 4 Megahertz speist. Die Anfangsteile 12 und 14 sind auch mit einer Kühlmittelversorgung 20 verbunden, welche Kühlmittel, ζ Β. Wasser, durch die rohrförmigen Leiter 8 und 10 umlaufen läßt.

In ihrem mittleren Teil sind die Leiter 8 und 10 auseinandergespreizt, um als Achsen für Druckräder 22 und 24 zu dienen.

Der Leiter 8 enthält Teile 7 und 9 im rechten Winkel zu dem Anfangsteil 12 und dem Verbindungsteil 16 sowie eine Achse 11, die parallel zu den letztgenannten Teilen angeordnet ist. Gleichermaßen enthält der Leiter 10 Teile 13 und 15 und eine Achse 17. Die Teile 7, 9, 13 und 15 grenzen dicht an die einander gegenüberliegend, benachbarten Stirnflächen der Druckrollen 22 und 24.

Die Druckräder 22 und 24, welche ebenso aus Kupfer hergestellt sein sollen, sind mit zentralen Bohrungen 26 und 28 versehen, die die Räder einander gegenüberliegend auf den Achsen 11 und 17 befestigen. Zwischen den Druckrädern befindet sich ein kleiner Spalt 30.

Ein thermisch zu bearbeitender Werkstoff 31 bewegt sich unter Druck von den Rollen 22 und 24 durch den Spalt 30.

Zusätzlicher Druck kann durch Ergänzungsrollen 32 und 34 auf den Werkstoff aufgebracht werden. Diese aus Gummi oder anderen isolierenden Werkstoffen hergestellten Rollen drücken auf die Druckräder 22 und 24.

Die elektrischen Merkmale der obengenannten Konstruktion zeichnen sich aus folgenden Gründen durch niederen induktiven Widerstand aus.

Der Raum zwischen den Leitern 8 und 10 ist auf ein Minimum beschränkt, genauso wie der Raum zwischen den Teilen 7, 9 und der Rolle 22 und der Raum zwischen den Teilen 13, 15 und der Rolle 24. Diese dicht nebeneinanderliegenden Leiter haben niedrigen induktiven Widerstand, da der Stromfluß in einem solchen Teil des Rades dazu neigt, in dem angrenzenden Teil oder der Rolle einen Stromfluß in entgegengesetzter Richtung hervorzurufen, wobei der primäre Stromfluß in der Schaltung unterstützt wird. Ferner leistet ein kleinerer umschlossener Spulenraum einen höheren magnetischen Widerstand gegen die magnetischen Feldlinien, d. h., daß ein kleineres vollständiges magnetisches Feld und somit ein niedrigerer magnetischer Widerstand für die einen kleinererenRaum umschließende Spule vorhanden sein wird. Die dicht nebeneinanderliegenden Teile und Rollen der oben beschriebenen Konstruktion haben deshalb einen beträchtlich niedrigeren induktiven Widerstand als die Konstruktionen bekannter Art.

Zweitens können die Merkmale der vorliegenden Konstruktion auf den sogenannten »Stromverdrängungs-Effekt« zurückgeführt werden, wonach hochfrequenter Strom längs der Oberfläche des Leiters befördert wird. Dieser Effekt wird durch die größere gegenelektromotorische Kraft verursacht, die in den zentralen Teilen des Leiters wegen des dort größeren Flusses herrscht. Die inneren Teile eines Leiters haben deshalb eine höhere induktive Reaktanz als die äußeren Teile. Der Hochfrequenz-Strom neigt natürlich dazu, den Weg der geringsten induktiven Reaktanz zu folgen und fließt deshalb längs der äußeren Oberfläche eines Leiters. Ferner ist der Weg, dem der Hochfrequenz-Strom folgen wird, der,Weg des geringsten eingeschlossenen Raumes, weil dieser Raum aus Gründen, wie sie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben sind, auch ein Weg der niedrigeren induktiven Reaktanz ist, als andere Wege in dem Stromkreis.

Die Pfeile in F i g. 2 zeigen den Weg des Hochfrequenz-Stromes von der Hochfrequenz-Stromquelle

5 6

18 durch die Induktions-Heizungsvorrichtung 6 für Erleichterung des Materialdurchganges durch die

eine momentane Situation. Druckräder 22 und 24 zu erreichen (s. Fig. 3). Da-

Besonders wird der Strom gezeigt, der in das An- durch werden auch Kurzschlüsse vermieden, wenn

fangsteil 14 des Leiters 10 eintritt und durch Teil 15 sich die Druckrollen 22 und 24 zufällig berühren

zur Druckrolle 24 fließt. Wie oben beschrieben, neigt 5 sollten.

der Hochfrequenz-Strom dazu, dem Weg des klein- Wenn auch die Druckrollen 22 und 24 in Einklang

sten eingeschlossenen Raumes zu folgen und fließt so mit dem Durchgang des Bandes rotieren, fließt der

an der Druckrolle 24 hinauf zum Spalt 30, längs der Strom von der Stromquelle 18 weiter an den Stellen

Druckrolle 24 und dann auf der anderen Seite zurück des Umfanges der Rollen, die dem Spalt 30 am näch-

zum Teil 13. Der Weg des Stromes zum Spalt 30 und io sten liegen, weil dies der Weg des kleinsten einge-

davon weg verläuft parallel der Teile 15 und 13 auf schlossenen Raumes ist.

Grund des Annäherungs-Effektes, der die fließenden F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung Ströme zwingt, in parallelen Wegen zu fließen. Der ähnlich der in F i g. 1 und 2, worin die Druckrollen Strom setzt dann seinen Weg durch das Verbin- 22 und 24 verlängert sind, um einem größeren Teil dungsstück 16 zum Teil 7 fort, um von dort zur 15 des Bandes die induktive Wärmebehandlung zu er-Druckrolle 22 zu fließen, wo sein Weg dem der möglichen. Die elektrischen Gesetzmäßigkeiten einer Druckrolle 24 entspricht. Der Strom wird dann solchen Konstruktion sind identisch mit jenen, die in durch das Teil 9 und das Anfangsteil 12 des Leiters 8 Verbindung mit F i g. 1 und 2 beschrieben wurden,
zur Hochfrequenz-Stromquelle 18 zurückgeführt. F i g. 4 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung Das Fließen des Stromes in den beiden Druckrollen 2c (wie in Fig. 2), bei welcher es nicht nötig ist, das längs des Spaltes 30 konzentriert den Strom und da- Band zwischen den Anfangsteilen 12 und 14 der Leimit das magnetische Feld in diesem Spalt, wodurch ter 8 und 10 sowie durch das Verbindungsstück 16 eine leistungsfähige Induktions-Heizungsvorrichtung hindurchzuziehen. Besonders das Teil 16 enthält geschaffen wird. Es ist anzunehmen, daß der Strom einen Abschnitt 42, welcher parallel zu dem Band seinen Weg in einer horizontalen Richtung axial 25 verläuft und einen Abschnitt 44, der quer über das längs jeder Seite des Spaltes 30 vom Anfangsteil 14 Band verläuft. Entsprechende Teile 46 und 48 sind durch den inneren Teil der Druckrolle 24, durch das unter dem Band angebracht, so daß das Verbin-Verbindungsstück 16, durch den inneren Teil der dungsstück 16 auf dessen einer Seite liegt. Die Teile Druckrolle 23 zum Anfangsteil 12 fortsetzt. Die Um- 44 und 46 sollten in der Richtung des Bandweges etkehrung des Wechselstromes von der Hochfrequenz- 3° was breiter sein, damit sich der Strom in diesen Lei-Stromquelle 22 kehrt die Richtung des Stromflusses tern verteilt, wenn er über dem Band fließt. Diese durch die Induktions-Heizungsvorrichtung 6 um. Verteilung wird jegliche Neigung zur Wiedererhit-

Im Betrieb wird das Material, das induktiv wärme- zung des Bandes vermindern, die entsteht, wenn das

behandelt werden soll, in den Spalt 30 eingebracht. Band sich nach rechts bewegt (Fig. 4). Umgekehrt

Wie oben erwähnt, ist die Induktions-Heizungs- 35 werden die Teile 44 und 46 in der gezeigten Form

Vorrichtung 6 ideal geeignet zur Verwendung mit eine Vorheizung liefern, für den Fall, daß sich das

einem Bandmaterial und zu ähnlichen Zwecken. Ein Band von rechts nach links bewegt.

Band aus Kunststoff, an welchem eine Überlap- Die Teile 44 und 46 können auch dazu verwendet

pungsnaht angebracht werden soll, wird in der Zeich- werden, einen zweiten Satz Druckräder aufzuneh-

nung dargestellt. Das Band besteht aus zwei Teilen 40 men, womit eine Erhitzung des Bandes in zwei Stu-

36 und 38, die eine Schicht von Eisenoxydteilchen 40 fen erreicht wird und eine niedrigere Ausgangsleitung

zwischen einander einschließen. Die Platten oder der Hochfrequenz-Stromquelle ermöglicht oder die

Bänder werden mit der Schicht 40 zwischen die Arbeitsgeschwindigkeit bei gleicher Ausgangsleistung

Druckrollen 22 und 24 gebracht und die Induktions- erhöht wird.

Heizungsvorrichtung durch die Hochfrequenz-Strom- 45 F i g. 5 zeigt eine andere Ausbildungsform der quelle 18 unter Strom gesetzt. Das magnetische Feld, oben beschriebenen Erfindung. Die Ausführung entdas in der oben beschriebenen Weise durch die In- spricht jener in F i g. 1 und 2, jedoch mit dem Zusatz duktions-Heizungsvorrichtung 6 in dem Spalt 30 er- der Flansche 50 und 52, die angrenzend an die zeugt wird, erhitzt die Eisenoxydschicht 40 induktiv, Druckrolle 22 auf den Teilen 7 und 9 des Leiters 8 wobei die benachbarten Flächen der Kunststoffteile 5<> befestigt sind, und der Flansche 54 und 56, die an-36 und 38 erweicht werden. Die Druckrollen 22 und grenzend an die Druckrolle 24 auf den Teilen 13 und 24 üben Druck auf die Teile 36 und 38 aus und 15 des Leiters 10 befestigt sind. Zusätzlich zur Ansichern dabei eine zufriedenstellende Verbindung zwi- bringung der Druckräder 22 und 24 auf den Achsen sehen den überlappten Teilen des Bandes. Wenn zu- 11 und 17 liefern diese Flansche durch den Annähesätzlicher Druck erwünscht ist, können die Ergän- 55 rungseffekt fließender Ströme eine weitere Reduziezungsrollen 32 und 34 verwendet werden. Um das rung des induktiven Widerstandes der Induktions-Band an den Druckrollen 22 und 24 vorbei zu bewe- Heizungsvorrichtung 6. Dieser Effekt schließt Leiter gen, und um zusätzliche Teile des Bandes dem ma- ein, die Hochfrequenzstrom in dichter Nähe zueinangnetischen Feld in dem Spalt 30 auszusetzen, drehen der führen, solche wie die Flansche 50, 52, 54 und sich die Druckräder, wodurch ein reibungsloser ^6o 56 und die Druckrollen 22 und 24. Ohne die Flan-Durchgang des Bandes zwischen den Rädern ermög- sehe ist die Flußdichte in den beschränkten Räumen licht wird. Dies verhindert das Klebenbleiben oder 58, 60, 62 und 64 höher als irgendwo in dem magne-Abreißen, wie es bei einigen Konstruktionen bekann- tischen Kreis, der durch den Strom von der Hochfreter Art vorkam. Von dem thermisch zu bearbeiten- quenz-Stromquelle 18 erzeugt wird. Ohne die Flanden Material abhängig, kann es erwünscht sein, die 65 sehe 50, 52, 54 und 56 würde folglich ein unange-Oberfläche der Druckrollen 22 und 24 mit einem Be- messen hoher Betrag von Erhitzung in diesen Räulag 25 zu versehen, der eine niedrige Reibung auf- men erzeugt werden,
weist, wie z. B. Tetrafluoräthylen, um eine weitere Die Flansche 50, 52, 54 und 56 können z. B. unge-

fähr denselben Durchmesser haben, wie die Druckräder 22 und 24 und können 0,03 bis 1,3 mm von deren Stirnflächen entfernt sein.

Infolge der Eigenschaft des Annäherungseffektes neigt ein Stromweg dazu, ein Spiegelbild eines benachbarten Stromweges zu werden. So wird der Stromweg in den Druckrollen 22 und 24 ein kreisförmiges Spiegelbild der Flansche 50, 52, 54 und 56. Mit der erweiterten Fläche, die die Leiter 8 und 10 durch die Flansche 50, 52, 54 und 56 erhalten, neigt der Strom hoher Dichte in den Flanschen und in den Druckrollen 22 und 24 dazu, sich auszubreiten. Der größere Raum dieser Stromwege reduziert die Leistungsverluste, die in diesen Teilen des Stromkreises auftreten und erhöht somit die Gesamtleistung der Induktionsheizungsvorrichtung 6. Ohne die Flansche 50, 52, 54 und 56 würde der Stromweg an den Stirnseiten der Druckräder 22 und 24 dazu neigen, sich in dem verengten Bild der senkrechten Teile 7, 9, 13, 15

der Leiter 8 und 10 zu konzentrieren. Dies verursacht einen konzentrierten Leistungsverlust, der eine beträchtliche Größe annehmen kann.

Zu erwähnen ist, daß die nebeneinanderliegenden Stromwege in den Flanschen 50, 52, 54 und 56 und in den Druckrollen 22 und 24 elektrisch parallel geschaltet sind, wobei der induktive Widerstand dieser Wege weiter herabgesetzt wird. So, wie die Ströme in parallele Wege geteilt sind, ist auch die Konzentration des Stromes herabgesetzt, wobei die Leistungsverluste bedeutend gestreut werden und ein niedrigerer Gesamtverlust erzeugt wird als vorher, denn der Leistungsverlust ist proportional dem Quadrat des Stromes an jedem Punkt.

Die Verwendung der Ausbildungsform der F i g. 5 entspricht jener in F i g. 1 und 2. Außerdem sind die Varianten, die in den F i g. 3 und 4 gezeigt werden, ebenso auf die in F i g. 5 gezeigte Ausbildungsform anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 der Walzen zu erwärmen. Damit wird also bezweckt, Patentansprüche: die Werkstücke und das Lötzinn ausreichend zu er hitzen; eine Druckeinwirkung auf das Werkstück

1. Verfahren zum Erwärmen von Werkstücken während des Erhitzens ist nicht erforderlich.

mittels induktiv auf das Werkstück einwirkender 5 Zur Verbindung von Kunststoffteilen durch -KIe-

Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß bung schlägt das Buch von Cable, Induction and

durch Anwendung von Hochfrequenz und Nach- Dielectric Herting, New York, 1954, bekannt, Hoch-

bärschaftseffekt der induzierende Strom in die frequenzleitungen nah benachbart zueinander derart

den Druck ausübende Mantelgerade der Walze zu verlegen, daß ein Resonanzkreis ausgebildet wird,

und in die zu ihrer Achse führenden beidseitigen io Ferner ist es durch die USA.-Patentschrift

Radien gezogen wird. . 2 367 715 zum Verbinden von Werkstückstreifen un-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- ter Druck und Hitze bekannt, die wärmeübertragenkennzeichnet, daß zwischen den Walzen (22, 24) den Rollen von Druckrollen zu hinterlegen,
überlappende Kunststoffbänder (36, 38) mit einer Die deutsche Patentschrift 969 031 schließlich zwischen ihnen liegenden Schicht (40) an Eisen- 15 zeigt eine Anordnung zur induktiven Erwärmung oxydteilen durchgeführt werden. metallischer Werkstücke, bei der der Preßdruck

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfall- räumlich getrennt von einer Induktions-Heizvorrichrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- tung ausgeübt wird. Diese räumliche Trennung wurzeichnet, daß die über einen Teil der Leiterschleife de als notwendig angesehen, weil ansonsten der inzueinander parallel und unter geringem Ab- 20 duktive Widerstand der Vorrichtung unzulässig erstand voneinander verlaufenden Leiter (8,10) höht wurde. Nachteilig ist es hierbei, daß sich das über hochstehende Leiterteile (7, 9, 13,15) Dreh- Material in dem Raum zwischen der Heizvorrichtung achsen (11, 17) für die metallischen Walzen (22, und der Druckvorrichtung abkühlen kann. Dadurch 24) ausbilden, die zwischen sich einen Spalt (30) leidet die Qualität des fertigen Produktes. Zusätzlich lassen. . 25 erhöhen die getrennten Heizungs- und Durckvorrich-

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge- tungen die Kosten der Gesamtanlage,
kennzeichnet, daß an den hochstehenden Leiter- Des weiteren ist es bekannt, eine Feld erzeugende teilen (7, 9, 13, 15) und dicht vor den Stirnflä- Vorrichtung zu verwenden, die mit fest auf ihren chen der Walzen (22, 24) Flansche (50, 52, 54, stromführenden Teilen angebrachten Druckrädern 56) aus elektrisch leitendem Material vorgesehen 30 versehen ist, die den Druck auf die thermisch zu besind, arbeitende Substanz ausüben. Durch die Montage

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, da- der Druckräder auf die stromführenden Leiter wird durch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter die Vorrichtung jedoch so weit voneinander ge-Weise hinter den Walzen (22, 24) Druckrollen spreizt, daß der induktive Widerstand der Vorrich-(32, 34) vorgesehen sind. 35 tung eine unzulässige Höhe erreicht, so daß auch diese

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 5, da- Vorrichtung unwirtschaftlich ist.

durch gekennzeichnet, daß die Walzen (22, 24) Weitere bekannte Vorrichtungen, die nicht fest an-

mit einer Schicht (25) aus Isoliermaterial verse- gebrachte Druckräder verwenden, lassen die Werk-

hen sind. stücke durch eine Induktions-Beheizungsvorrichtung

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge- 40 gleiten und verwenden die dabei entstehende Reikennzeichnet, daß die Schicht (25) aus Tetrafluor- bung für die Druckausübung. Da aber das Material äthylen besteht. während der induktiven Erhitzung oft erweicht wird,

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 bis 7, da- streckt es sich, bleibt haften oder reißt beim Gleiten durch gekennzeichnet, daß die Leiterschleife an durch die Beheizungsvorrichtung ab.

einer Seite der Walzen (22, 24) hinter diese gebo- 45 Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Ihr liegt

gen ist (F i g. 4). ausgehend von einem Verfahren der eingangs ge-

9. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge- nannten Art die Aufgabe zugrunde, dieses Verfahren kennzeichnet, daß die Flansche (50, 52, 54, 56) so weiterzubilden, daß der induktive Widerstand bekreisförmig ausgebildet sind und etwa denselben trächtlich herabgesetzt wird* so daß ein wirtschaftli-Durchmesser besitzen wie die Walzen (22, 24). 50 ches Arbeiten bei einer guten Qualität des Endpro-

10. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 9, da- duktes möglich ist.

durch gekennzeichnet, daß die Flansche (50, 52, Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

54, 56) etwa 0,03 bis 1,3 mm vor den Walzen gelöst, daß durch Anwendung von Hochfrequenz (22, 24) angeordnet sind. und Nachbarschaftseffekt der induzierende Strom in

55 die den Druck ausübende Mantelgerade der Walze und in die zu ihrer Achse führenden beidseitigen Ra-

. dien gezogen wird. Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird also lediglich ein enger Spalt zwischen .·..·· den Walzen von der Induktionsschleife umschlossen,

60 so daß deren Widerstand gering ist.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwär- Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Ver-

men von Werkstücken mittels induktiv auf das Werk- fahrens nach der Erfindung werden zwischen den stück einwirkender Walzen. Ferner bezieht sie sich Walzen überlappende Kunststoffbänder mit einer auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver- zwischen ihnen liegenden Schicht aus Eisenoxydteifahrens. 65 len durchgeführt. Die Erwärmung findet dabei in der

Zum Verlöten von Dosen u. dgl. ist es durch die Eisenoxydteilschicht statt und die Wärme wird auf deutsche Patentschrift 903 405 bekannt, die Werk- die überlappenden Kunststoffbänder übertragen, die stücke mittels induktiv auf das Werkstück einwirken- dadurch miteinander verschweißt werden.