DE2609978A1

DE2609978A1 - Verfahren und einrichtung zur erwaermung eines bandfoermigen oder laenglichen werkstuecks

Info

Publication number: DE2609978A1
Application number: DE19762609978
Authority: DE
Inventors: Roger Charles Gibson; William Barry Jackson; Ralph Waggott
Original assignee: Electricity Council
Current assignee: Electricity Association Services Ltd
Priority date: 1975-03-10
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: JPS51138937A; JPS5840840B2; GB1546367A; DE2609978C2; CA1054792A; US4054770A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weicxmann,

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN POSTFACH 860 820 SbT

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 39 21/22

The Electricity Council

30 Millbank, London, SW1P 4RD

England

VERFAHREN UND EINRICHTUNG ZUR ERWÄRMUNG EINES BANDFÖRMIGEN ODER LÄNGLICHEN WERKSTÜCKS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung eines bandförmigen oder länglichen Werkstücks durch Längsbewegung durch einen mit magnetischem Querfluß arbeitenden elektrischen Induktionsheizer. Dieses Verfahren kann auf Einphasenoder Mehrphasen-Induktionsheizer angewendet werden. Ein Induktionsheizer bildet normalerweise einen Teil eines festinstallierten Heizofens, durch den das Werkstück hindurchbewegt wird.

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Es tritt oft das Erfordernis auf, bandförmige und andere längliche Metallwerkstücke erneut aufzuheizen, beispielsweise bevor sie durch ein Walzwerk geführt werden. Es ist bekannt, hierzu einen quer zur Werkstücklängsrichtung verlaufenden Magnetfluß zwecks Induktionsheizung zu erzeugen. Das Werkstück wird normalerweise, jedoch nicht unbedingt in einer horizontalen Ebene transportiert, und die Pole der Induktionsheizer sind oberhalb und/oder unterhalb des Werkstücks angeordnet, so daß der Magnetfluß vertikal durch das Werkstück hindurch verläuft. Üblicherweise wurden bisher Induktionsheizer mit Polschuhen verwendet, die quer über die gesamte Breite des Werkstücks verlaufen. Die Pole haben normalerweise entgegengesetzte Polarität und können gleichmäßig oder ungleichmäßig über die Länge des Werkstücks verteilt angeordnet sein. Eines der bisher auftretenden Probleme besteht in der ungleichmäßigen Temperaturverteilung über die Breite des Werkstücks.

Mit einem Verfahren und einer Einrichtung nach der Erfindung ist es möglich, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung zu erzielen. Dies erfolgt durch Steuerung der Flußintensität über die Breite des Werkstücks. Eine solche Flußsteuerung kann auf unterschiedlichste Weise verwirklicht werden, wie noch beschrieben wird, beispielsweise durch veränderliche Polabmessungen über die Breite des Werkstücks oder veränderliche Luftspaltlänge im Magnetkreis, d.h. zwischen der Polstirnfläche und dem Werkstück, oder durch Änderung der Permeabilität des Magnetkerns über die Breite des Werkstücks oder auch durch anderweitige Änderung des Magnetkreises. Ein wichtiger Faktor ist der Magnetfluß pro Breiteneinheit des Werkstücks. In der folgenden Beschreibung bezieht sich die Bezeichnung "Fluß pro Breiteneinheit" auf den Flußwert in

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jeder Polanordnung für jede Längeneinheit in einer Richtung quer zum Werkstück rechtwinklig zu dessen Länge. Physikalisch können die Polschuhe auch geneigt quer zum Werkstück verlaufen. Der Fluß pro Breiteneinheit hängt von der Flußdichte und auch von den Polabmessungen in Längsrichtung des Werkstücks ab. Der Fluß pro Breiteneinheit kann vorteilhaft durch Steuerung der Flußdichte eingestellt werden, wie sich jedoch aus der folgenden Beschreibung ergibt, kann der Fluß pro Breiteneinheit auch unabhängig von der Flußdichte durch Einstellung der Fläche bestimmt werden, über die sich der Fluß verteilt.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren der eingangs genannten Art derart ausgebildet, daß ein über die Breite des Werkstücks ungleichmäßiger Fluß¹erzeugt wird, der pro Breiteneinheit an den beiden Längskanten des Werkstücks einen Wert im Bereich von + 20% des Flusses pro Breiteneinheit in der Mitte des Werkstücks hat.

Für ein schmales bandförmiges Werkstück mit einer Breite von z.B. 150 mm oder weniger wird der Fluß pro Breiteneinheit vorzugsweise so verwirklicht, daß er ausgehend von den Kanten des Werkstücks zu dessen Mitte hin gleichmäßig zunimmt. Wenn der Fluß an den Kanten des Werkstücks minus 20% des Flusses in der Werkstückmitte ist, so bedeutet eine gleichmäßige Flußzunahme einen praktisch linearen Zusammenhang zwischen dem Fluß und der Strecke quer zum Werkstück, über die der Fluß von minus 20% über den Wert Null bis zum Wert 100% in der Werkstückmitte ansteigt.

Für Werkstücke, die breiter als 150 mm sind, wird vorzugsweise ein Fluß pro Breiteneinheit verwirklicht, der ausgehend von den Werkstückkanten nach innen zwei Spitzenwerte aufweist. Gemäß der Erfindung ist für solche Werkstücke, die

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eine Breite von mehr als 150 mm haben, ein Induktionsheizer vorgesehen, der einen Fluß pro Breiteneinheit erzeugt, der ungleichmäßig über die Breite des Werkstücks ist und im mittleren Teil des Werkstücks im wesentlichen gleichmässige Verteilung hat, während er an den beiden Werkstückkanten einen Wert im Bereich von + 20% des Flusses pro Breiteneinheit in der Mitte des Werkstücks hat. Der Fluß pro Breiteneinheit nimmt ausgehend von den Werkstückkanten nach innen bis zu einem Spitzenwert zwischen 30 und 90% und vorzugsweise zwischen 30 und 70% über dem Fluß pro Breiteneinheit in der Werkstückmitte zu.

Für ein Werkstück mit einer Breite zwischen 150 und 250 mm kann der Spitzenwert des Flusses pro Längeneinheit 30 bis 50% höher als der Fluß in der Mitte des Werkstücks liegen. Typischerweise wird der Spitzenwert ca. 30% höher als der Mittenwert für schmale Werkstücke mit einer Breite zwischen 150 und 250 mm gewählt, jedoch ist er für breitere Werkstükke höher und kann in einem typischen Fall einen Spitzenwert von 70% über dem Mittenwert bei Werkstücken mit einer Breite von mehr als 400 mm erreichen.

Der Spitzenwert wird vorzugsweise an einer Stelle erreicht, die ca. 40 bis 50 mm innerhalb der Werkstückkanten liegt, was von der Polteilung des Induktionsheizers abhängt. Der Abstand nach innen kann für schmalere Werkstücke kleiner als für breitere sein. Die Zunahme des Flusses ausgehend von einer Werkstückkante nadi innen ist in diesem Randbereich des Werkstücks vorteilhaft gleichmäßig verwirklicht.

Vorzugsweise soll der Spitzenwert des Flusses pro Breiteneinheit über einen Teil der Werkstückbreite mit einer Länge von 20 bis 60 mm praktisch gleichmäßig gehalten werden. Der

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Spitzenfluß pro Breiteneinheit soll innerhalb eines Bereichs mit einer Breite von 20 mm für Werkstücke mit einer Breite von 150 bis 250 mm liegen, dieser Spitzenwertbereich kann auch bis zu 60 mm breit sein, wenn Werkstücke mit einer Breite von mehr als 400 mm vorliegen. Die Flußabnahme pro Breiteneinheit ausgehend von dem Spitzenwert bis zum Mittenwert kann gleichmäßig sein und sich über eine Breite von 20 bis 30 mm verteilen.

Die Erfindung umfaßt auch einen Induktionsheizer zur Erwärmung eines bandförmigen oder länglichen Werkstücks mit vorbestimmter Breite. Dieser Induktionsheizer enthält einen oder mehrere Polschuhe oder Polanordnungen, die über die Breite des Werkstücks verlaufen und so angeordnet sind, daß sich an den Werkstückrändern ein Fluß pro Breiteneinheit im Bereich von + 20% des Flusses pro Breiteneinheit in der Werkstückmitte ergibt.

Außerdem wird durch die Erfindung auch ein Induktionsheizer zur Erwärmung bandförmiger oder länglicher Werkstücke mit einer Breite von 150 mm oder mehr geschaffen, der einen oder mehrere Polschuhe oder Polanordnungen enthält, die quer über die Breite des Werkstücks verlaufen. In diesem Induktionsheizer wird das Werkstück in seiner Längsrichtung an den Polschuhen oder Polanordnungen vorbeibewegt, diese sind so aufgebaut, daß sie eine Flußverteilung erzeugen, die Spitzenwerte des Flusses pro Breiteneinheit in zwei Bereichen aufweist, die innerhalb der Längskanten des Werkstücks liegen.

Um diese geforderte Flußverteilung mit einem sehr schwachen Fluß an den Werkstückkanten zu verwirklichen, können die Längen der Polschuhe oder Polanordnungen (d.h. die Abmessungen in Richtung der Werkstückbreite) geringer als die Werkstückbreite sein.

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Bekanntlich werden Polschuhe für Induktionsheizer allgemein durch Blechschichtungen gebildet, und eine vorteilhafte Möglichkeit zur Einstellung der Flußdichte besteht darin, die Blechschichtungen mit unterschiedlichen Abmessungen zu versehen, so daß der Luftspalt, durch den das Werkstück geführt wird, eine veränderliche Länge (in Richtung der Flußlinien) hat. Diese Änderung der vorstehend beschriebenen Art erfolgt in Richtung der Werkstückbreite. Bei einer solchen Anordnung ist es vorteilhaft, die Polschuhe oberhalb und unterhalb des Werkstücks anzuordnen und ihnen ein geeignetes Profil zu geben, um die erforderliche Flußverteilung zu verwirklichen. So ist es beispielsweise erforderlich, die beiden Spitzenwerte innerhalb einer jeden Werkstückkante mit zwei Bereichen eines kurzen Luftspaltes zu erzeugen. Dies kann durch geeignete Formgebung der Polschuhe verwirklicht werden, so daß der eine im entsprechenden Bereich nahe einer Werkstückkante nahe am Werkstück angeordnet ist und der andere in dem entsprechenden Bereich der anderen Werkstückkante gleichfalls einen geringen Abstand zum Werkstück hat.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzielung der geforderten Flußverteilung besteht darin, besonders geformte ferromagnetische Ansätze an einer praktisch ebenen Polfläche zu befestigen. Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, eine Schwalbenschwanznut in einer ebenen Fläche eines Polschuhs vorzusehen, die in Längsrichtung des Polschuhs verläuft, d.h. quer zum Werkstück, und einen Ansatz aus geeignetem ferromagnetischen Material in dieser Nut zu befestigen, dessen Formgebung der Nutform angepaßt ist. Die Dicke des Ansatzes, d.h. seine Höhe über der Fläche des Polschuhs und seine Breite, d.h. seine Abmessung in Bewegungsrichtung des Werkstücks, können beide so vorgesehen sein, daß sich die geforderte Flußdichte ergibt. Ein solcher Ansatz kann aus geschichtetem Metall oder aus einem Eisenpulver- oder Ferritkern-Material mit oder ohne einer Eisendrahtmatrix gebildet sein.

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Eine weitere Möglichkeit zur Verwirklichung der geforderten Flußverteilung besteht darin, die Blechschichtung der Polschuhe mit Zwischenlagen zu versehen, die unterschiedliche Dicke haben oder aus unterschiedlichem Material bestehen, so daß sich entsprechend die geforderte Flußdichteverteilung ergibt, Die Zwischenlagen können elektrisch leitfähig sein. Die Bleche können aus geeignetem magnetischem Material, beispielsweise aus Stahl oder aus gesinterten Magnetpulverblöcken bestehen. Im Falle gesinterter Pulverblöcke können deren Abmessungen so eingestellt sein, daß sich die geforderte Flußverteilung ergibt.

Ein weiterer Weg zur Verwirklichung einer geforderten Flußverteilung über die Werkstückbreite besteht darin, die Polschuhe mit einem gleichmäßigen Luftspalt zu versehen, wobei sich jedoch die Abmessungen über die Breite der Polschuhe, d.h. in Längsrichtung des Werkstücks ändern. Bei einer solchen Anordnung können die Polschuhe breiter sein, wenn ein stärkerer Fluß pro Breiteneinheit erforderlich ist. Solche Polschuhe können aus Blechschichtungen oder aus bearbeiteten, vorgesinterten Magnetpulverblöcken bestehen. Bei dieser Anordnung kann eine weitere Einstellung des Verlaufs der quergerichteten Magnetflußdichte durch Einstellung der relativen Position der oberen und der unteren Polschuhe oberhalb und unterhalb des Werkstücks in dessen Bewegungsrichtung verwirklicht werden.

Die Einstellung der Flußdichteverteilung kann auch durch Brückenelemente zwischen einander benachbarten Magnetpolschuhen erfolgen, diese Brückenelemente sind in einer oder mehreren geeigneten Positionen in Längsrichtung der Polschuhe angeordnet, d.h. in Richtung der Werkstückbreite, so daß abwech-

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selnd unterschiedlich gerichtete Flußwege entstehen, wodurch die örtliche Flußdichte im Werkstück beeinflußt werden kann. Diese Brückenelemente können bewegbar sein und erforderlichenfalls magnetisch gespeist werden, indem jedes mit einer oder mehreren Wicklungen versehen ist, die an eine Stromquelle angeschlossen sind.

Die Flußdichte über die Werkstückbreite kann außerdem durch zusätzliche Stromschleifen beeinflußt werden, die nur mit einem Teil der Länge der Polschuhe oder Polanordnungen verkettet sind.

Für einen gegebenen Strom und eine gegebene Eisenkonfiguration des Induktionssystems kann die Flußverteilung auch von der Frequenz der Stromversorgung abhängen, somit kann eine weitere Steuermöglichkeit der Flußverteilung in einigen Fällen durch Veränderung der speisenden Frequenz erfolgen.

Beim Erwärmen von Werkstücken aus magnetischem Material hängt die Wärmeverteilung von der Intensität der Heizung ab, so daß sie durch Einstellung der Intensität bestimmt werden kann. Hierbei kann der erforderliche Heizgrad durch Verwendung eines Induktionsofens entsprechender Länge verwirklicht werden, so daß die geforderte Aufheizung auch dann gewährleistet ist, wenn die Heizintensität einen Miniraalwert hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf einen Induktionsheizer zur Erwärmung bandförmigen Materials,

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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Induktionsheizers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung, die die Flußverteilung pro Breiteneinheit bei Erwärmung des bandförmigen Materials zeigt,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht einer Formgebung von Polschuhen,

Fig. 5 eine schematische Perspektive einer weiteren Formgebung von Polschuhen,

Fig. 6 eine schematische Perspektive einer weiteren Formgebung von Polschuhen,

und* 8 ^eine perspektivische Darstellung und eine Draufsicht auf einen Teil eines Polschuhs,

Fig. 9 ein Diagramm zur Darstellung der Position oberer und unterer Polschuhe der in Fig. 7 und 8 gezeigten Art,

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Konstruktion von Polschuhen,

Fi ff 11

und 12 ^DiaS^{ramme zur} Darstellung der Position von Hilfswicklungen zur Steuerung der Flußdichte über die Breite eines Werkstücks,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Induktionsheizers mit einer anderen Anordnung der Polschuhe,

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Fig. 14 ein Diagramm zur Erläuterung einer Abänderung der Konstruktion nach Fig. 13 und

Fig. 15 ein Diagramm zur Darstellung einer weiteren Änderung der Konstruktion nach Fig. 13.

In Fig. 1 und 2 ist ein Wechselstrom-Induktionsheizer zur Erwärmung eines Werkstücks 10 dargestellt, der im wesentlichen eine Reihe von Magnetpolen aufweist, die über die Breite des Werkstücks verlaufen. Aus Fig. 2 geht hervor, daß Pole 11 über dem Werkstück und Pole 12 unter dem Werkstück angeordnet sind. Diese Polschuhe haben, in Längsrichtung des Werkstücks gesehen, üblicherweise wechselnde Polarität, jedoch nicht notwendig übereinstimmende Flußwerte. Die Polschuhe können regelmäßigen oder unregelmäßigen Abstand zueinander haben. Sie können aus separaten Phasen eines Mehrphasensystems, beispielsweise eines Drexphasensystems gespeist sein. Manchmal sind die Polschuhe auch nur auf einer Seite des Werkstücks angeordnet. Bezüglich der Heizwirkung ist ein wichtiger Faktor die Flußdichte an der Oberfläche des Werkstücks normal zu deren Ebene. Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit dem Verlauf der Flußdichte in Richtung der Werkstückbreite.

Fig. 3 zeigt schematisch die Flußdichteverteilung über die Breite des Werkstücks. Hier ist eine gleichmäßige Flußdichte (dargestellt bei 15) im mittleren Teil des Werkstücks als Einheit bewertet, und die Flußdichte zu den Rändern des Werkstücks hin ist in Anteilen der mittleren Flußdichte angegeben. Für breitere Werkstücke, beispielsweise mit einer Breite von mehr als 400 mm hat die Flußdichte in einem Bereich innerhalb der Werkstückkanten einen Spitzenwert von 70% über dem Mittenwert, dieser Spitzenwert verläuft über den Bereich (dargestellt bei 16) von 45 bis 100 mm innerhalb der Werkstückkante. Auf der Innenseite des Spitzenwerts nimmt die Flußdichte praktisch gleichmäßig im Bereich 17 ab und erreicht den Mittenwert bei ca. 130 mm Abstand von der Werk-

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stückkante. Im Randbereich fällt die Flußdichte praktisch gleichmäßig (dargestellt bei 18) vom Spitzenwert auf einen Wert am Werkstückrand ab, der im dargestellten Fall 20% des Mittenwertes beträgt.

Die untere Kurve dieses Diagramms zeigt eine Flußdichteverteilung für ein schmaleres Werkstück mit einer Breite in der Größenordnung von 200 bis 250 mm.Hier liegt die bei

19 gezeigte Spitzenflußdichte 30% höher als der Mittenwert und ist in einem sehmaleren Bereich von ca. 20 mm vorhanden. Die Spitzenflußdichte tritt in diesem Ausführungsbeispiel 50 mm innerhalb der Werkstückkante auf. Im Randbereich des Werkstücks fällt die Flußdichte praktisch gleichmäßig auf einen Wert von minus 20% des Mittenwertes ab, was eine Polaritätsumkehr bedeutet. Im allgemeinen hat die Flußdichte an den Rändern des Werkstücks einen Wert im Bereich von + 20% des Mittenwertes. Die Abnahme der Flußdichte vom Spitzenwert zum Mittenwert tritt über einen Breitenwert von ca.

20 mm praktisch gleichmäßig auf.

Für schmale Werkstücke mit einer Breite von 150 mm und weniger fallen die beiden Bereiche des Spitzenflusses pro Breiteneinheit zusammen. Für ein solches Werkstück beginnt die Flußverteilung über die Werkstückbreite mit einem Randwert im Bereich von + 20% des Mittenwertes und steigt praktisch gleichmäßig mit einer Steigung an, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, bis zu einem Spitzenwert, der in der Werkstückmitte oder in einem mittleren Bereich des Werkstücks liegen kann.

Fig. 4 zeigt eine mögliche Art der Polkonstruktion zur Erzeugung einer Flußverteilung mit zwei Spitzenwerten der beschriebenen Art. Das Querprofil der Polschuhe 30 und 31 ist

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so geformt, daß die Länge des Luftspalts, durch den das Werkstück geführt wird, über die Werkstückbreite in der bei 32 gezeigten Art geändert wird. Es ist zu erkennen, daß bei 33 und 34 Spitzen in den Profilen vorgesehen sind, die den erforderlichen Spitzenwerten der Flußdichte innerhalb der Randbereiche des Werkstücks entsprechen. In den mittleren Bereichen der Polschuhe bei 35 und 36 sind · gleichmäßige Abstände vorgesehen, so daß sich eine gleichmäßige Flußverteilung ergibt.

Fig. 5 zeigt schematisch eine andere Möglichkeit zur Bildung eines veränderlichen Luftspaltes. Ein Ansatz 40 aus ferromagnetischem Material, d.h. aus geschichtetem Blech oder aus Eisenpulver- oder Ferritmaterial mit oder ohne eine Eisendrahtmatrix ist mit einem Schwalbenschwanzsteg 41 versehen, der in eine entsprechend ausgebildete Schwalbenschwanznut 42 eines geschichteten Querpolstücks 43 eingesetzt ist, welches über die Breite des Werkstücks gleichmäßige Abmessungen hat. Eine solche Anordnung erweist sich insbesondere als vorteilhaft, wenn das Polprofil geändert werden soll, d.h. wenn Werkstücke unterschiedlicher Breite zu verarbeiten sind. Geeignete Ansätze können je nach Erfordernis an ihrer Position eingesetzt und fixiert werden.

Fig. 6 zeigt eine weitere Konstruktion der Polschuhe, bei der Blechpakete oder ein gesinterter Pulverblock 45 mit Zwischenlagen 46 zur Ausbildung der Polstruktur versehen sind. Diese Zwischenlagen können eine solche Breite haben,daß sich die geforderte Änderung der Flußdichte ergibt. Die verschiedenen Zwischenlagen können aus Stoff mit unterschiedlicher Permeabilität bestehen und elektrisch leitfähig sein.

In Fig. 7 und 8 ist eine weitere Konstruktion dargestellt, bei der Polschuhe 50 und 51 beiderseits eines Schlitzes 52

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zur Aufnahme einer Wicklung vorgesehen sind. Ihre Breite (d.h. ihre Abmessung in Richtung der Längsbewegung des Werkstücks und in der Ebene der Blechpackung) ändert sich über ihre Länge, d.h. in Richtung der Breite des Werkstücks. Die breiteren Teile der Polschuhe erzeugen die geforderte Zunahme des Flusses pro Breiteneinheit (des Werkstücks) ausgehend von den Werkstückrändern nach innen. Falls erwünscht, können die Polschuhe gemäß Fig. 8 ausgebildet sein, wobei eine gleichmäßige Schlitzbreite vorgesehen ist. Diese Polschuhe können aus geeignet geformten Schichten oder aus einem bearbeiteten und vorgesinterten Magnetpulverblock bestehen. Wie aus Fig. 9 hervorgeht, ist eine weitere Beeinflussung der Flußdichteverteilung dadurch möglich, daß obere und untere Polschuhe 53 und 54, die gemäß Fig. 7 und 8 ausgebildet sind, relativ zueinander in Querrichtung bewegt werden.

Fig. 10 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Beeinflussung der Flußdichteverteilung. Es sind zwei Polschuhe 60 und 61 mit gleichmäßigen Abmessungen über die Werkstückbreite dargestellt. Bewegbare magnetische Brückenelemente 62 und 63 sind zwischen den Polschuhen zur Beeinflussung der örtlichen Flußdichte vorgesehen. Die Speisewicklungen können bei 64 angeordnet sein. Zusätzliche Speisewicklungen können die bewegbaren Magnetbrücken umgeben, um eine weitere Steuermöglichkeit zu verwirklichen.

Fig. 11 zeigt schematisch die Beeinflussung der örtlichen Flußdichte durch Anordnung elektrischer Stromschleifen. In Fig. 11 sind Teile der Hauptstromschleifen bei 70 und 71 gezeigt, die auf einander entgegengesetzten Seiten eines Polschuhs liegen. Eine HilfsSteuerwicklung 72 bewirkt bei Anordnung in der dargestellten Art eine Zunahme der Flußdichte in dem Bereich 73 und eine Abnahme der Flußdichte in dem

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Bereich 74.

Fig. 12 zeigt eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Flußdichteverteilung, bei der Hauptstromschleifen 80 und 81 in Schlitzen zwischen Polschuhen angeordnet sind. Eine Hilfsstromschleife 82 erzeugt eine erhöhte Flußdichte innerhalb der durch sie umflossenen Fläche, eine weitere Stromschleife 83 erzeugt eine Abnahme der Flußdichte innerhalb der durch sie umflossenen Fläche.

Fig. 13 zeigt einen Modulaufbau, der sich insbesondere für Induktionsheizer mit quer verlaufendem Magnetfluß eignet, die zur Erwärmung von Werkstücken unterschiedlicher Breite eingesetzt werden. Es sind zweipolige Module vorgesehen, beispielsweise der Modul 90 mit Polen 91 und 92 und einer Speisewicklung 93. Zur besseren Übersicht ist die Speisewicklung nur an drei Modulen dargestellt, jedoch ist jeder Modul mit einer Speisewicklung versehen. Es ist eine separate Steuerung eines jeden Moduls einer Modulgruppe möglich. Die Module sind in Gruppen angeordnet, die über die Breite des zu erwärmenden Werkstücks verlaufen, wie dies in Fig. 14 zu erkennen ist. Bei dieser Anordnung sind die Module in jeder Gruppe parallel zueinander und nebeneinander angeordnet. Sie können rechtwinklig zur Länge eines Werkstücks 95 wie bei 96 und 97 gezeigt oder auch schräg zur Werkstücklänge verlaufen, wie bei 98 gezeigt.

Es sind Module oberhalb und unterhalb des zu erwärmenden Werkstücks vorgesehen. Jeder Polmodul besteht aus geschichteten Siliciumstahlblechen oder gesintertem magnetischem Material. Der Abstand, d.h. die Länge AB in Fig. 13, zwischen einander benachbarten Modulen und die Speisung sind entsprechend der geforderten Flußdichteverteilung über die Breite des Werkstücks gewählt.

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Zwecks Beeinflussung der Flußdichteverteilung können einige oder alle der folgenden Parameter verändert werden:

a) der Abstand AB zwischen einander benachbarten Modulen einer Reihe,

b) der Abstand BC zwischen einander benachbarten Reihen von Modulen,

c) der Neigungswinkel <χ> einer jeden Modulreihe zur Bewegungsrichtung des Werkstücks

d) die Winkeleinstellung eines jeden Moduls bezüglich einer Achse (d.h. OD oder O¹D¹ oder O¹¹D¹¹) durch die Mitte des Moduls normal zur Werkstückebene und

e) die Winkeleinstellung eines jeden Moduls bezüglich einer Achse (0 O¹ O¹') parallel zum Werkstück.

Ein weiterer Grad der Einstellung kann auch durch Einstellung der Positionen einander benachbarter Module in einer Reihe relativ zu einer Querachse verwirklicht werden, wie dies für Reihen 101, 102 und 103 des Moduls nach Fig. 15 gezeigt ist. Ferner können ferromagnetische Abstandselemente, beispielsweise Elemente 99 (Fig. 13) zwischen den Modulen einer Gruppe sowie Abstandselemente 100 zwischen den Modulen einander benachbarter Gruppen vorgesehen sein.

Vorteilhaft, jedoch nicht unbedingt, werden die Module insgesamt aus einer Phase eines Wechselstromnetzes gespeist. Es ist jedoch auch möglich, durch Aufteilung der Module auf die verschiedenen Phasen eines Dreiphasensystems einen nahezu abgeglichenen Dreiphasenheizer zu verwirklichen und dadurch die Kraftwirkungen wandernder magnetischer Felder minimal zu halten.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erwärmung eines bandförmigen oder länglichen Werkstücks durch Längsbewegung durch einen mit magnetischem Querfluß arbeitenden elektrischen Induktionsheizer, dadurch gekennzeichnet , daß ein über die Breite des Werkstücks ungleichmäßiger Fluß erzeugt wird, der pro Breiteneinheit an den beiden Längskanten des Werkstücks einen Wert im Bereich von + 20% des Flusses pro Breiteneinheit in der Mitte des Werkstücks hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß für Werkstücke von 150 mm Breite oder weniger ein Fluß pro Breiteneinheit erzeugt wird, der ausgehend von den Werkstückkanten zu dessen Mitte hin gleichmäßig zunimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Erwärmung von Werkstücken mit 150 mm Breite oder mehr im mittleren Bereich des Werkstücks eine praktisch gleichmäßige Flußdichteverteilung erzeugt wird und daß die Flußdichteverteilung ausgehend von den Werkstückkanten nach innen bis zu einem Spitzenwert zwischen 30 und 90%, vorzugsweise zwischen 30 und 7Qf³A über dem Fluß pro Breiteneinheit in der Werkstückmitte erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß für Werkstücke mit einer Breite' zwischen 150 und 200 mm ein Spitzenwert des Flusses pro Breiteneinheit von 30 bis 50% über dem Flußwert in der Werkstückmitte erzeugt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß an einer Stelle mit einem Abstand von ca. 45 bis 50 mm innerhalb der Werkstückränder der Spitzenwert erzeugt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Zunahme des Flusses ausgehend von den Werkstückrändern nach innen bis zu den Spitzenwerten gleichmäßig erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß für Werkstücke mit einer Breite von mindestens 150 mm der jeweilige Spitzenwert des Flusses pro Breiteneinheit in einem Breitenbereich von 20 bis 60 mm gleichmäßig erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Abnahme des Flusses pro Breiteneinheit ausgehend von dem Spitzenwert bis zum Mittenwert über eine Breite von 20 bis 30 mm praktisch gleichmäßig erzeugt wird.

9. Induktionsheizer zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Polschuhe oder Polanordnungen (11, 12), die über die Breite des Werkstücks (10) verlaufen und einen Magnetfluß pro Breiteneinheit erzeugen, der in den Randbereichen des Werkstücks (10) im Bereich von + 20% des Magnetflusses pro Breiteneinheit im Mittenbereich des Werkstücks (10) liegt.

10. Induktionsheizer nach Anspruch 9, für Werkstücke mit einer Breite von 150 mm oder mehr, gekennzeich-

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net durch Polschuhe oder Polanordnungen (11, 12), die eine Flußdichteverteilung mit Spitzenwerten des Flusses pro Breiteneinheit in zwei Bereichen des Werkstücks (10) erzeugen.

11. Induktionsheizer nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch Polschuhe oder Anordnungen (11, 12), deren Länge in Breitenrichtung des Werkstücks (10) geringer als die Werkstückbreite ist.

12. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 9 bis 10, gekennzeichnet durch Polschuhe (30, 31) aus Blechschichtungen, die zur Änderung der Flußdichte jeweils über die Werkstückbreite veränderliche Abmessungen haben, so daß der zur Bewegung des Werkstücks (10) vorgesehene Luftspalt eine in Richtung des Magnetflusses veränderliche Länge hat.

13. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 9 bis 12, gekennzeichnet durch oberhalb und unterhalb des Werkstücks (32) angeordnete Polschuhe (30, 31) zur Erzeugung einer Flußdichteverteilung mit zwei Spitzenwerten jeweils innerhalb einer Werkstückkante, wobei die Polschuhe (30) oberhalb des Werkstücks (32) in einem Bereich nahe der einen Werkstückkante einen geringen Abstand zum Werkstück (32) haben und die Polschuhe (31) unterhalb des Werkstücks (32) im Bereich nahe der anderen Werkstückkante einen geringen Abstand zum Werkstück (32) haben.

14. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch profilierte ferromagnetische Ansätze (40), die an praktisch ebenen Polschuhflächen befestigt sind.

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15. Induktionsheizer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß in jeweils einer Polschuhfläche eines Polschuhs (43) eine Schwalbenschwanznut (42) in Längsrichtung des Polschuhs (43) quer zur Längsrichtung des Werkstücks vorgesehen ist, die zum Einsatz eines ferromagnetischen Ansatzes (40) dient, welcher mit einem Schwalbenschwanzsteg (41) versehen ist.

16. Induktionsheizer nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch aus Blechpaketen gebildete Polschuhe (46), die durch Abstandselemente (45) miteinander verbunden sind, und durch unterschiedliche Dicke oder unterschiedliches Material der Abstandselemente (45) entsprechend einer geforderten Flußdichteverteilung.

17. Induktionsheizer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß Polschuhe (50, 51) mit gleichmäßigem Luftspalt, jedoch veränderlichen Abmessungen in Längsrichtung des Werkstücks vorgesehen sind.

18. Induktionsheizer nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch oberhalb und unterhalb des Werkstücks angeordnete Polschuhe, deren Position relativ zur Bewegungsrichtung des Werkzeugs einstellbar ist.

19. Induktionsheizer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Brückenelemente (62) aus ferromagnetischem Material zwischen einander benachbarten magnetischen Polschuhen (60, 61) vorgesehen sind, die in Längsrichtung der Polschuhe (60, 61) bzw. in Richtung der Werkstückbreite an Positionen angeordnet sind, durch die Magnetflüsse abwechselnder Richtungen

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erzeugt werden und die örtliche Flußdichte im Werkstück beeinflußt wird.

20. Induktionsheizer nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß die Brückenelemente (62, 63) bewegbar sind.

21. Induktionsheizer nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Brückenelement (62, 63) mit einer oder mehreren Wicklungen versehen ist, die an eine Speisestromquelle angeschlossen sind.

22. Induktionsheizer nach einem der Ansprüche 9 bis 21, gekennzeichnet durch zusätzliche Stromschleifen (73, 74), die nur mit einem Teil der Länge der Polschuhe oder Polanordnungen verkettet sind.

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