DE2160035C3 - Induktionsspule zum hochfrequenten induktiven Erwärmen und Verbinden von Werkstücken und Stoffen - Google Patents
Induktionsspule zum hochfrequenten induktiven Erwärmen und Verbinden von Werkstücken und StoffenInfo
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Description
3SS
iegt. Für bestimmte Anwen-
ist.
t.
4. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine der außerhalb der Manschette (12, 13) verlaufenden Windungen (7a) im Bereich der Manschette
(12, 13) gekröpft in einem größeren Abstand zu den Werkstücken und Stoffen angeordnet
ist.
5. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette
(12,13) aus Kupfer, Messing oder Aluminium besteht.
6. Induktionsspule nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der
Manschette (12,13) elektrisch und thermisch leitend verbundene Windung (6, 6a) mit der Manschette
(12, 13) verlötet ist.
7. Induktionsspule nach einem der Ansprüche bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette
(12, 13) als Rohrhülse mit ovalem Querschnitt ausgebildet ist.
8. Induktionsspule nach einem der Ansprüche bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette
(12,13) aus zwei schalenförmigert Hälften besteht, welche lösbar miteinander verbunden
sind.
9. Induktionsspule nach einem der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Innenraum
der Manschette (12,13) mit einem Isolierstoff (17) ausgefüllt ist.
10. Induktionsspule nach einem der Ansprüehe 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie mitsamt
den Manschetten (12, 13) in einem Rahmen aus Kunststoff eingebettet ist.
α sas
, mit auf den Rand der zu ver-
CKoS^hbe.g. werden. Bei
diesen Du chlaufverfahren wird die Metallfolie unter
Zwischenschaltung einer thermoplastischen Schicht
Säen Behälterrand aufgelegt. Dabe, kann zum Her-
0 05 mm, verwendet werden. .
Die Behälter können auf einem mit gleichförmiger
Geschwindigkeit bewegten Förderband dicht an dicht
Sehen und es sind bereits Durchlaufgeschwindigke..-en
von 45 m/min erreicht worden. Dieses Verfahren
hat eine erhebliche Bedeutung für die Erzeugung und
Verpackung von Massenprodukten, z.B. in HersteluTnSbctrieben
für Lebens- und Genußmittel ,„ der
6, chemischen, pharmazeutischen und kosmetischen In-
duslTie also in all den Gewerbezweigen, in denen ein
Eceen Feuchtigkeit, Sauerstoff oder andere Gase
empfindliches körniges, pastenförm.ges oder flussiges
äußere Einwirkung für längere Lagerfä-Sln gewhüt« wird.
«r induktiven Innenbe-
en.sau
664 bekannt. Bei diesem
Srnrntw aberweder 8uf eine besondere
3Sischaffenen Verbindung noch auf fiSL*« der aufgebrachten Kunst-
Versiegeln
Behälter
sollte daher so auegebildet sein, daß (Je 8^
Nachteile weitgebend vermieden werden, da
durch ihren magnetischen Wirkttn^racb
Werkstück eine im wesentlichen afissltig gle
induktive Erwärmung erfährt.
In dem bereits eingangs W
»High-frequency Inducfon Heating »fg.
ehe Induktionsspule der eingangs V*****«.y»
entsprechen, nachgezogenι ausgebildet ist,^^
AIASAgHC
ifSSlan demjenigen Teil der Folie
AAISA
diejenige der übrigen Sputenab
kungsbereich bewegt werden, und wo beim BewegLgsvorgang
eine Verbindung ,m Bereich der Emlauf-
und der Auslaufzone der Induktionsspule insetzen soll. Beispielsweise ,st be, einem langestreckten,
rechteckigen Metallband,, das zwecks rah-
^«rss^aaiaim
äg der Magnetfeldstärke erzie-
besteht
^Tt daß sie ihre ferromagnetische
S paramagnetisch und damit ν· &bcsondere Ferrite
durchflossenen Induktionsspule durch deren magne-Ssches
Wechselfeld bewegt wird, an den beden kuren
Bandseiten eine wesentlich stärkere Erwärmung als an den beiden Längsseiten zu erwarten. Das thermoplastische
Material bzw. das Zinn wird also im Bereich
der schmalen Bandseiten verdampten oder verbrennen, während die Erwärmung an den beiden
Längsseiten des Metallbandes zu e.ner ausreichend
haftfdhigen Randschicht fuhrt
Die genannte Schwierigkeit beruht darauf, daß ^e
Magneffeldstärke einer Induktionsspule in der Nahe
ihres inneren Randes ein ausgeprägtes Max,mum be-
sitzt, daß im Augenblick des Eintretensund des Au ,retens
des induktiv zu erwarmenoen Korpers η die
Einlaufzone bzw. aus der Auslaufzone der stromdurchflossenen Induktionsspule jewe.ls nur ein kle,-ner
Teil des Werkstückes dem maximalen Randfeld
ausgesetzt ist,daß dadurch in dieser.Teilen des Werk,
stückes jeweils ein am Rande fließender R'ngstrom
eJ^t· ^na eb<f n scheibe, die z. B.
spule mi einer ™nnen g ^ ^ verbinden.
^e 1^^^?SSoberiläche am betreffen-Die
Scheibe very wird errdcht d ß
den^Wmdung tej'u ^ Ie fließende strom am bederdurchdie
induK J . Stromdichte aufsagter
™naung«e wfndu*ptei|en. Der mit dem
- ^^ „ indu^tiv gekoppelte Teil
Werkstückes, z. B. einer Klinge, wad daher we-We
kstι^ Werkstückteil, welches
anderen Windungsteils ausge-
^ p g
der Oberfläche oder^Verringemacht die
Erfindung keinen Ge-
braue η. a^ zugrunde bei der
^™nJten B InduktionSspule die feldschwaemganp
&" ^ auszubilderi)daß sie gegen mc-
cheno ;n λ thcrmiscne Einwirkungen Widerstands-
eine
3fiiS£Ä
«eiche Enlkoppelung zu »rre.chon^
Ic Λ ΜΕ^«£J d Mnschetle aus Metall voi -
ist, daß nur ein verschwindender Rest des von dem umschlossenen Windungsabschnitt herrührenden
Magnetfeldes nach außen dringt, und daß jede Manschette mit einer Windung elektrisch und thermisch
leitend verbunden ist.
Die Anordnung kann dabei so getroffen sein, daß die Manschette mit einer der außen verlaufenden
Windungen elektrisch und thermisch leitend verbunden ist. Sie kann aber auch so vorgenommen sein, daß
die Manschette mit einer Windung, die in ihrem Innern verläuft, elektrisch und thermisch leitend verbunden ist.
In beiden Anordnungen übernimmt die Manschette neben der Funktion einer Schutzhülse die Funktion
einer nach außen wirkenden magnetischen Abschirmung für die in ihrem Innern verlaufenden strom -durchflossenen Windungen. Die Windungen im Innenraum der Manschette bewirken einen magnetischen Wechselfluß, der im wesentlichen innerhalb der
Manschette fließt und kaum nach außen austritt. Lediglich die mit der Manschette z. B. durch Löten elektrisch leitend verbundene Windung trägt außer den
gegebenenfalls noch vorhandenen weiteren, außerhalb der Manschette vertaufenden Windungen zum
magnetischen Wechselfeld an der Einlauf- oder Auslaufzone der Induktionsspule bei. Doch ist dieser magnetisch wirksame Beitrag der betreffenden Windung
nicht durch den gesamten, sondern nur durch einen Bruchteil des durch die betreffende Windung und über
die Manschette fließenden Stroms gegeben.
Soll das magnetische Wechselfeld en der Einlaufund an der Auslaufzone weiter verringert werden, so
kann mindestens eine der außerhalb der Manschette verlaufenden Windungen im Bereich der Manschette
gekröpft in einem größeren Abstand zu den Werkstücken und Stoffen angeordnet, und zwar von den
bewegten Gegenständen fortgebogen sein. Durch das Biegen von Hand ist eine gewisse Einstellung des Magnetfeldes an der Einlauf- und Austauf zone möglich.
Wie bereits ausgeführt, besteht jede der verwendeten Manschetten aus einem Metall. Kupfer, Messing
pnd Aluminium sind geeignete Metalle, da sie eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen. Ferromagnetische Werkstücke, z.B. Stahl, Nickel und Eisen,
schirmen das im Innern der Manschette erzeugte magnetische Wechselfeld zwar ebenfalls nach außen gut
ab; sie besitzen ater einen relativ hohen ohmschen Widerstand, so daß die Manschette bei Verwendung
solcher Werkstoffe stark aufgeheizt wird. Bei zu starker Aufhetzung der Manschette kann die normalerweise vorhandene Isotation der Spulenwindungen
schmelzen. Das verwendete Metall muß also dann sehr niederohmig sein, damit eine unzulässig hohe Aufwärmung der Manschette verhindert wird.
Auch bei Verwendung der als Manschettenmaterial genannten relativ rriederohmigen Metalle ist eine Erwärmung der Manschetten durch induzierte Ströme
nicht zu verhindern. Die thermisch gut leitende Verbindung zwischen der besagten, von dem durchströmenden Kühlmittel gekühlten Windung und der Manschette sorgt gleichzeitig für eine Ableitung der durch
Induktion erzeugten Wärme. Die Manschette wird also, was als besonderer Vorteil angesehen wird, durch
das Kühlmittel in der besagten Windung mitgekShlt. Eine besondere Kühlung der Manschette erübrigt sich
daher.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Weiteren Unteransprüchen.
Es sei hervorgehoben, daß die beschriebenen und dargestellten Induktionsspulen mit Schwächung des
magnetischen Wechselfeldes an zwei sich gegenüberliegenden Abschnitten nicht nur zum Versiegeln von
Behältern herangezogen werden können. Sie können vielmehr überall dort eingesetzt werden, wo in ein magnetisches Wechselfeld eingeführte Werkstücke und
Stoffe allseitig gleichmäßig induktiv erwärmt werden sollen.
ίο Die Erfindung wird im folgenden an Hand von
Ausführungsbetspielen näher erläutert. Für gleiche und gleichartige Teile werden dabei dieselben Bezugszeichen verwendet. Es zeigt
«5 bestehende Induktionsspule mit zwei Manschetten,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Linie H-II in vergrößerter Darstellung,
Fig. 1 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch
eine Manschette und eine aus drei Windungen beste-
Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 durch eine Manschette und eine aus fünf Windungen bestehende Induktionsspule, und
•S eine rechteckige Manschette und eine aus zehn Windungen bestehende Induktionsspule.
In Fig. 1 ist eine räumlich feststehende Induktionsspule 2 zum Versiegeln von Behältern mit Dekkeln3 dargestellt. Die Behälter, z.B. Becher aus
So Kunststoff, sind mit einem verbreiterten Rand versehen, der mit dem Rand des aufgelegten Deckels 3 abschließt. Die in der Aufsicht nicht sichtbare Innenwand 4 jedes Behälters ist ebenso wie die Außenwand S gestrichelt eingezeichnet. Der obere Teil jedes
Deckels 3 besteht z. B. aus Pappe, der mittlere Teil aus Aluminium und der untere Teil, der auf dem Behälterrand aufliegt, aus einer dünnen thermoplastischen Schicht. Die Behälter werden mit aufgelegtem
Deckel 3 mit gleichförmiger Geschwindigkeit geradli-
nig in Richtung der eingezeichneten Pfeile unter der Induktionsspule 2 entlangbewegt. Die Durchlaufebene liegt also in einigem. Abstand unter der Spulenebene.
♦5 leitenden Metallrohr, z. B. aus Kupferrohr, gebogen.
Sie besteht aus zwei Windungen 6 und 7, welche im wesentlichen in derselben Ebene 8 nebei/>,inandei
angeordnet sind. Die beiden Windungen 6 und 7 können auch übereinander verlaufen. Die Spulenebene ί
ist in Laufrichtung def Behälter langgestreckt ausgebildet, und die Induktionsspule 2 besitzt in der Aufsicht eine annähernd rechteckige Gestalt. Sie kam
aber auch oval oder kreisrund ausgebildet sein. Ihn Gesalt und Bemessung richtet sich bei vorgegebene!
Hochfrequenzleistung in erster Linie nach der Form Dimensionierung und Bewegungsgeschwindigkeit dei
induktiv zu erwärmenden Deckel 3 und Behälter Werden die Behälter mit aufgelegtem Deckel 3 z. B
auf einem (nicht gezeigten) Drehteller unter der In
duktionsspule 2 vorbeigedreht, so wird man der Spu
Ienebene8 zweckmäßigerweise eine nierenförmig
Gestalt geben. Versuche haben ergeben, daß die In nenbreite der Induktionsspule 2 bei einer optimale
Energieübertragung etwas griSBer sein sollte als de
6s Durchreesser der Deckel 3.
Die Windungen 6 und 7 können außen mit eine
Isolierschicht 9 überzogen sein. Zwecks Kühlung wir die Induktionsspule 2 mit einem Kühlmittel 10, z.1
»ifMil
SSS? fÄg
spule 2
ΪΤΓΎΐ,™ l! und13 bcs eht μdrei Teilen,
der Mansche «cn 12 ™^™^J1^"
Ac an Schwc ß- oder L"tnantc
irisch leitend verbunden sinu.
In Fi g. 2 ist die in Fi g. !
gczeichntrc Manschelic:12
D.C andere Manscheuc 13
F 2
abgeführt wird. Eine Anordnung gc-
SBSsSSSi^
^ djc Ma tfcldstarke an dcr Einiauf.
t μdrei Teilen, zone in bezug auf die Feldstärke im Bereich derinnc-
^,"einander clck- *5 rcn Längsseiten der Induktionsspule wesentlich starmncm herabgesetzt ist als bei einer Anordnung gemäß
'fn Fi g. 4 ist entsprechend der Schnittlinie H-II von
Fi g. 1 der Querschnitt einer Manschette 12 und einer
t, d Idkil dr
gcz ^^ΰ^Κ^ή Fi g. 1 der Querschnitt einer Manschette 12 und ei
D.C andere Manscheuc 13 zcjt cmcngeicnarg t, Windungen bestehenden Induktionsspule dar-
Aufbau Wie aus Fg. 2 hcrvo geht ,si diem b Windung 6 ist über eine Lötstelle
12 l tlige Rojrhul« ™« ann»Jc™° ^ di
schc.tc 12 als einteilige Rojrhul« ™« ann»Jc™°
ovalem Querschnitt
zwei schalenförmig^
mitcinander verbunden sind. &
fuhrt, daß be.de Windungen6-«nd J £
durchgc uhr.. wahrc I nd I^e 11 W;nÄt 6 ris"ch t u„d ,herschcttc 12 an einer Lötstelle 15 cjeklnsch und tner
misch leitend ^^"^Li^ Äi
natürlich auch
35
b Windung 6 ist über eine Lötstelle
^ mit dcr Manschcltc 12 verbunden, während die
drei Windungen 7 ohne elektrischen Kontakt durch Manschef|c 12 hindurchführen. Der freie Innender Manschette 12 ist mit einem elektrischen
snlierstoff 17. z. B. mit einem Kunststoff, ausgefüllt,
Windungen 7 Halt gibt. Außerhalb der Manschelte 12 ist die fünfte Windung Ία frei angeordnet.
magnctische Wechselfeld an der Einlaufzonc wird
Äwei 40 bei dieser Anordnung betragsmäßig durch den von
ImTbrigen der Windung 6 über die Manschette 12 und durch den
F ^fäußcre Windung 7fl fließenden strom
ίΤΑΪβ
und zum Schutz gegen ^^^SefSn Tn den vorangehend beschriebenen F i g
milsamt den Manschetten,12 und «cn»w^enn e. Windungcn 6 von mnaem Querschnitt gezeigt wor-
Rahmcn oder in cmc Platte aus Kunststoff emgcgos ^ ^ ^ seIbstverständ|ich aucn eine andere
sen sein. . Bcnä|tcr d d
Rechts neben der MaÄ»^ f*T
mit einem aufgelegten dreiteihgen Deck*_i eng
zeichnet welcher ti..em^J AbjjndmMamchette
12 in Richtung des Pfwlesl6 endparallel zur ap
ebene 8 in das zentrale Magnetfeld der induKUons
spule 2 hineinbewegt wird^ ^Γν53Πΐε Feld-
Be.fehlenderMansche^^^
stärke des magnetischen Wechsetfcldes^ dem^a
halter und Deckel 3 an J^/'j'^^^S
tionsspule 2 a«göetzl
Betrag des Stromes
Windungen 6 und 7
wctehcr Nach
pp
Bruchteil d'f565 B^T3Sf ,M die
der Strom der W.ndung 7dwch*«
12
gilt fur die
chcndes gilt fur die Manschette ^m JJg" _
inneren L^ngsseitendCTlnduktion^le^w^ag,
gen der doppelte Betrag des *Ι^™Γ~™η die
inneren L^ng^^
gen der doppelte Betrag des *Ι^™Γ η die
SS äÄils^rgtSc^ eine
induzierte Ströme m der Man-Querschnittsform gewählt werden; dieser wird dann
dei Querschnitt der Manschetten zweckmäßigerweise
angepaßt. In Fi g. 5 ist eine an der Einlaufzone angeordnete Manschette 12 von rechteckigem Querschnitt
dargestellt. Die Induktionsspule mit insgesamt zehr Windungen selbst ist aus einem rechteckigen Rohr ge
wickelt. Die Manschette 12 umschließt die acht Windungen 6 und 7, wovon wiederum die Windung 6 übei
eine Lötstelle 15 in den Innenraum der Mansche»« 12 eingelötet ist. Außerhalb der Manschette 12 ver
laufen die beiden nebeneinanderliegenden Windun gen la. Sie sind im Bereich der Manschette 12 senk
recht zur Spulenebene 8 versetzt angeordnet. Di
Versetzung erfolgte derart, daß der Kopplungsab stand zu den bewegten Behältern und Deckeln ver
größen wurde. Ihr Beitrag zur wirksamen magneti sehen Feldstärke an den Versiegelungsstellen ist dahe
geringer, als wenn sie in der Spulenebene angeordnt wäicn. Der Kopplungsabstand läßt sich durch Biege
von Hand einstellen. Zur wirksamen Feldstärke träj lediglich der hochfrequente Strom in den Windui
gen 6 und la bei.
409632/1;
Claims (3)
- 2 160Patentansprüche:\. Induktionsspule zum hochfrequenten induktiven Erwärmen und Verbinden von Werkstücken ,und Stoffen, insbesondere zum induktiven Versiegeln von Behältern mit einer Folie, die mit kontinuierlichem Vorschub im wesentlichen parallel zur Ebene der Induktionsspule an dieser vorbeifährbar sind, weiche aus zwei oder mehr Wtndungen eines elektrisch leitenden Rohres, das mit einem durchströmenden Kühlmittel kühlbar ist, besteht und an zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten, an denen die zu erwärmenden Werkstücke und Stoffe in das magnetische Feld der Induktionsspule eintreten bzw. dieses verlassen, feldschwächend ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem der beiden Abschnitte mindestens eine Windung (6, 7) von einer Manschette (12, 13) aus Metall vollständig umschlossen ist, deren Wandstärke so gewählt ist, daß nur ein verschwindender Rest des von dem umschlossenen Windungsabschnitt herrührenden Magnetfeldes nach außen dringt, und daß jede Manschette (12, 13) mit einer Windung (6, 6a) elektrisch und thermisch leitend verbunden ist.
- 2. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (12,13) mit einer der außen verlaufenden Windungen (6a) elektrisch und thermisch leitend verbunden ist.
- 3. Induktionsspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Manschette (12, 13) mit einer Windung (6), welche in ihr *m Innern verläuft, elektrisch und thermisch leitend verbunden iüssässssKunststoff eingebettet tot■1Utasa5 dereSeite 169,,Fig. 4DiS£^ & ^^ ^ ^;
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1971
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