DE29820958U1 - Induction heating for thermo rolls - Google Patents

Description

Patentanwalt Manfred TreffurthPatent attorney Manfred Treffurth

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Induktionsheizung für Thermo walzenInduction heating for thermo rollers

BeschreibungDescription

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizung für eine Thermowalze mit einem Walzenmantel aus einem ferromagnetischen Material und einer Induktorspule innerhalb des Walzenmantels zur verlustarmen Übertragung und prozeßgerechten Einstellung der Heizleistung durch die Erzeugung von Wirbelströmen gleichmäßiger Dichte in der Gesamtheit oder in gezielt auswählbaren Zonen der äußeren Oberfläche des Walzenmantels.The invention relates to an induction heater for a thermal roller with a roller shell made of a ferromagnetic material and an inductor coil within the roller shell for low-loss transmission and process-appropriate adjustment of the heating power by generating eddy currents of uniform density in the entirety or in specifically selectable zones of the outer surface of the roller shell.

Thermowalzen der betrachteten Art bestehen aus einem Stahlzylinder, der an stirnseitigen Achsflanschen drehbar gelagert ist. Bei der induktiven Heizung dieser Walzen wird die Wärme unmittelbar im Mantel des Hohlzylinders mit Hilfe eines magnetischen Wechselfeldes erzeugt, wozu der Mantel aus einem Material besteht, welches sowohl elektrisch als auch magnetisch hinreichend leitfähig ist.Thermal rollers of the type in question consist of a steel cylinder, which is rotatably mounted on front axle flanges. When these rollers are inductively heated, the heat is generated directly in the shell of the hollow cylinder with the help of an alternating magnetic field, for which purpose the shell is made of a material that is sufficiently conductive both electrically and magnetically.

Es ist eine Vielzahl von induktiven Heizanordnungen für Thermowalzen dieser Art bekannt, welche unterschiedlich aufgebaute Induktionspulen oder Induktionsschleifen für die Erzeugung des magnetischen Wechselfeldes im Walzenmantel benutzen. Sie unterscheiden sich im wesentlichen durch die Lage und die Richtung der Durchflutungsachse der Induktionsspulen oder Induktionsschleifen im Bezug auf den Walzenmantel bzw. durch die Richtung des magnetischen Flusses und des induzierten Wirbelstroms imA large number of inductive heating arrangements for thermal rollers of this type are known, which use differently constructed induction coils or induction loops to generate the alternating magnetic field in the roller shell. They differ essentially in the position and direction of the magnetic flux axis of the induction coils or induction loops in relation to the roller shell or in the direction of the magnetic flux and the induced eddy current in the

25 Walzenmantel.25 roller shell.

So ist nach DE 19 53 20 44 eine Induktionswalze bekannt, welche hauptsächlich eine Induktionsspule auf einem Eisenkern im Innern des Walzenmantels aufweist, deren E'urchflutungsachse mit der Walzenachse zusammenfällt. Der magnetische Kreis, in welchem sich der magnetische Fluß ausbildet, besteht im wesentlichen aus dem Eisenkern der Induktionsspule und dem ferromagnetischen Walzenmantel sowie dem nicht ferromagnetischen Zwischenraum zwischen Eisenkern und Walzenmantel, der den sogenannten Luftspalt des Magnetkreises bildet.According to DE 19 53 20 44, an induction roller is known which mainly has an induction coil on an iron core inside the roller shell, the flow axis of which coincides with the roller axis. The magnetic circuit in which the magnetic flux is formed consists essentially of the iron core of the induction coil and the ferromagnetic roller shell as well as the non-ferromagnetic space between the iron core and the roller shell, which forms the so-called air gap of the magnetic circuit.

Der von der Induktionsspule erzeugte magnetische Fluß verläßt deren Eisenkern, in dem er sich im Luftspalt auffächert und von dort radial in den Walzenmantel eintritt, wo er in axialer Richtung gebündelt wird, um sich nach Überschreiten der axialen Mitte der Induktionsspule erneut in den Luftspalt aufzufächern und von dort von der anderen Seite wieder in den Eisenkern einzutreten. The magnetic flux generated by the induction coil leaves its iron core by fanning out in the air gap and from there entering radially into the roller shell, where it is bundled in an axial direction, in order to fan out again into the air gap after crossing the axial center of the induction coil and from there re-entering the iron core from the other side.

Die durch den Wechselfluß im Walzenmantel hervorgerufenen Wirbelströme fließen in Umfangsrichtung auf zur Walzenachse konzentrischen Bahnen. Die Wirbelstromdichte und mit ihr die Wärmequellendichte ist daher in Umfangsrichtung konstant. In axialer Richtung ändern sich beide Größen jedoch entsprechend der Änderung des Wechselflusses im Walzenmantel infolge dessen Bündelung aus - bzw. Auffächerung in den Luftspalt. Aus diesem Grunde nehmen Wirbelstrom- und Wärmequellendichte im Walzenmantel von der Stelle, welche sich radial über der axialen Mitte der Induktionsspule befindet, zu seinen Enden hin ab. Um dennoch die gewünschte, gleichmäßige Temperaturverteilung in axialer Richtung auf der Walzenoberfläche zu erreichen, sind gemäß der bekannten Anordnung geschlossene Wärmerohre in axialen Bohrungen des Walzenmantels vorgesehen. Die Wärmerohre enthalten ein in der Nähe der Betriebstemperatur siedendes Wärmeträgermedium, welches auf dem Wege der Verdampfung, Konvektion und Kondensation einen Wärme- und Temperaturausgleich zwischen der Mitte und den Enden des Walzenmantels bewirkt.The eddy currents caused by the alternating flow in the roll shell flow in the circumferential direction on paths concentric with the roll axis. The eddy current density and with it the heat source density is therefore constant in the circumferential direction. In the axial direction, however, both quantities change according to the change in the alternating flow in the roll shell as a result of its bundling or fanning out in the air gap. For this reason, the eddy current and heat source density in the roll shell decrease from the point which is located radially above the axial center of the induction coil towards its ends. In order to achieve the desired, even temperature distribution in the axial direction on the roll surface, closed heat pipes are provided in axial holes in the roll shell according to the known arrangement. The heat pipes contain a heat transfer medium which boils close to the operating temperature and which, by means of evaporation, convection and condensation, causes heat and temperature equalization between the center and the ends of the roll shell.

Die Herstellung solcher axialer Bohrungen in dem Walzenmantel ist fertigungstechnisch sehr aufwendig. Außerdem kann damit ein Temperaturausgleich bis in den Bereich der Achsflansche hinein nicht erreicht werden.The production of such axial bores in the roller shell is very complex in terms of manufacturing technology. In addition, temperature compensation up to the area of the axle flanges cannot be achieved.

Aus diesem Grunde sind bei der bekannten Induktionsheizwalze zusätzliche Hilfsinduktionsspulen im Bereich der Achsflansche vorgesehen. Der von den Hilfsinduktionsspulen erzeugte Fluß tritt in die Achsflansche ein und führt dort zu der für einen vollständigen Temperaturausgleich erforderlichen zusätzlichen Erwärmung.For this reason, additional auxiliary induction coils are provided in the area of the axle flanges in the known induction heating roller. The flux generated by the auxiliary induction coils enters the axle flanges and leads to the additional heating required for complete temperature compensation.

Durch Einspeisung einer entsprechend höheren Heizleistung in die Wicklungen der Hilfsinduktionsspulen soll darüber hinaus ein Abfluß von Wärme in die nicht beheizten Bereiche des Achsflansches und in das Walzengestell während des Aufheizvorgangs unterbunden und damit die notwendige Zeit für das Aufheizen der Walze bis zum Erreichen der Betriebstemperatur verkürzt werden.By feeding a correspondingly higher heating power into the windings of the auxiliary induction coils, the outflow of heat into the unheated areas of the axle flange and into the roller frame during the heating process is prevented and the time required for heating the roller until it reaches the operating temperature is thus shortened.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnung besteht darin, daß sie die Ausbildung von axialen Zonen steuerbarer Heizleistung auf der Thermowalze, insbesondere in den Randbereichen des Walzenballens, nicht zuläßt. Dadurch ist die Walze in ihrer Verwendbarkeit auf eine bestimmte Breite der zu bearbeitenden Warenbahnen und damit auf ein sehr enges Produktsortiment eingeschränkt. Das hat zur Folge, das eine geringe Maschinenauslastung auftreten kann, was auf eine niedrige Kapitalrendite hinausläuft. .A significant disadvantage of the known arrangement is that it does not allow the formation of axial zones of controllable heating power on the thermal roller, especially in the edge areas of the roller barrel. This means that the roller is limited in its usability to a certain width of the material webs to be processed and thus to a very narrow range of products. This means that low machine utilization can occur, which results in a low return on investment.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen Fluß-, Wirbelstrom- und Wärmequellendichte in axialer Richtung und zur Ausbildung von axialen Zonen steuerbarer Heizleistung ist es bekannt mehrere Induktionsspulen axial nebeneinander anzuordnen. Nach der DE 19538261 ist jede der axial nebeneinander angeordneten Induktionsspulen in einem Eisenkern mit u- förmigem Längsschnitt eingebettet und besitzt eigene Anschlüsse.In order to achieve a uniform flux, eddy current and heat source density in the axial direction and to form axial zones of controllable heating power, it is known to arrange several induction coils axially next to one another. According to DE 19538261, each of the axially adjacent induction coils is embedded in an iron core with a U-shaped longitudinal section and has its own connections.

Die u- förmigen Eisenkerne bilden mit den Enden ihrer flanschförmigen Schenkel einen definierten Luftspalt zur Innenfläche des Walzenmantels.The U-shaped iron cores form a defined air gap with the ends of their flange-shaped legs to the inner surface of the roll shell.

Diese von den Eisenkernen und dem Walzenmantel gebildeten Magnetkreise lassen aufgrund ihrer Anordnung bei zweckmäßiger Dimensionierung eine Bündelung bzw. Auffächerung des Flusses aus dem bzw. in den Luftspalt nicht zu, so daß mit Ausnahme der Grenzzonen zwischen den einzelnen Magnetkreisen eine annähernd konstante Fluß-, Wirbelstrom- und Wärmequellendichte längs der Walzenoberfläche in axialer Richtung erreicht werden kann.Due to their arrangement, these magnetic circuits formed by the iron cores and the roller shell do not allow a bundling or fanning out of the flux from or into the air gap when appropriately dimensioned, so that with the exception of the boundary zones between the individual magnetic circuits, an approximately constant flux, eddy current and heat source density can be achieved along the roller surface in the axial direction.

Eine solche Art der Erzeugung des magnetischen Flusses ist sehr energieaufwendig. Bei Anordnung von &eegr; Induktionsspulen längs des Walzenmantels beträgt der magnetische Widerstand eines Magnetkreises wegen der kleineren Luftspaltbreite etwa das 11-fache und damit die notwendige Erregerleistung mindestens das n²-fache, die gesamte Erregerleistung also mehr als das n³-fache einer vergleichbaren Walze mit nur einer Feldspule. Die Erregerleistung wird in der Induktionsspule vollständig in Wärme umgesetzt.This type of magnetic flux generation is very energy-intensive. When η induction coils are arranged along the roll shell, the magnetic resistance of a magnetic circuit is about 11 times higher due to the smaller air gap width and thus the necessary excitation power is at least n ² times, the total excitation power is therefore more than n ³ times that of a comparable roll with only one field coil. The excitation power is completely converted into heat in the induction coil.

Um eine zu hohe Erwärmung der Induktionspulen zu vermeiden, ist z.B. in der EP 0511549 für eine vergleichbare induktiv beheizbare Walze ein Kühlrohr vorgesehen, welches die in den Induktionsspulen erzeugte Wärme abführt.- Diese geht der Walzenheizung verloren, was eine erhebliche Verminderung des thermischen Wirkungsgrads zur Folge hat.In order to avoid excessive heating of the induction coils, a cooling pipe is provided for a comparable inductively heated roller, for example in EP 0511549, which dissipates the heat generated in the induction coils. This is lost to the roller heating, which results in a significant reduction in thermal efficiency.

Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung besteht in der Notwendigkeit, die einzelnen Induktionsspulen bezüglich ihrer Heizleistung jede für sich getrennt zu überwachen und zu steuern, was zu einer sehr aufwendigen, aus mehreren unabhängigen Schaltkreisen bestehenden Stromversorgung führt.A further disadvantage of this arrangement is the need to monitor and control the individual induction coils separately in terms of their heating output, which leads to a very complex power supply consisting of several independent circuits.

Abgesehen davon, daß dadurch zusätzliche Energieverluste hervorgerufen werden, ist eine solche Stromversorgungsanlage teurer und naturgemäß störanfälliger und bedarf daher einer laufenden Betriebsüberwachung.
5Apart from the fact that this causes additional energy losses, such a power supply system is more expensive and naturally more susceptible to failure and therefore requires ongoing operational monitoring.
5

Besonders niedrige Energieverluste und ein hoher thermischer Wirkungsgrad der induktiven Heizung sind mit einer Lösung nach der DE 3416353 erreichbar. Diese Lösung beinhaltet einen den Walzenmantel an einer Umfangsstelle innen und außen vollständig umschließenden ferromagnetischen Kern, der auf seinem äußeren Schenkel mit einer Feldwicklung versehen ist.Particularly low energy losses and a high thermal efficiency of the inductive heating can be achieved with a solution according to DE 3416353. This solution includes a ferromagnetic core that completely encloses the roller shell at a circumferential point inside and outside and is provided with a field winding on its outer leg.

Da der damit gebildete Magnetkreis keinen Luftspalt aufweist, ist die für die Erzeugung des magnetischen Flusses erforderliche Erregerleistung sehr gering. Die Gleichmäßigkeit der Wirbelstrom- und Wärmequellendichte in axialer Richtung ist wegen einer kaum vorhandenen Auffächerung des Flusses in dem Raum zwischen den parallenen ferromagnetischen Schenkeln des Kerns recht gut.
Diese Lösung läßt allerding eine Ausbildung axialer Heizzonen nicht zu. Außerdem ist ein üblicher koaxialer Antrieb nicht möglich, da der Eisenkern den Walzenmantel an seinen Stirnseiten teilweise abdeckt.Since the magnetic circuit thus formed has no air gap, the excitation power required to generate the magnetic flux is very low. The uniformity of the eddy current and heat source density in the axial direction is quite good because there is hardly any fanning out of the flux in the space between the parallel ferromagnetic legs of the core.
However, this solution does not allow the formation of axial heating zones. In addition, a conventional coaxial drive is not possible because the iron core partially covers the roller shell on its front sides.

Weiterhin sind induktive Heizungsanordnungen für Walzen bekannt, die einen feststehenden Induktor im Inneren der Walze besitzen. So ist z.B. in der DE OS 3033482 eine induktive Heizung mit einem solchen Induktor beschrieben, der aus mehreren, am Umfang sternförmig angeordneten, sektionsweise axial benachbarten Polen auf einem axial durchgehenden Träger besteht. Jeder Pol in jeder Sektion ist mit jeweils einer Induktionswicklung versehen, so daß alle Pole des Induktors elektromagnetisch aktiv bzw. aktivierbar sind. Die Durchflutungsachsen der Induktionsspulen sind radial gerichtet, wobei sich der Luftspalt des Magnetkreises zwischen den Enden der Pole und der Innenfläche des Walzenmantels befindet.Furthermore, inductive heating arrangements for rollers are known which have a fixed inductor inside the roller. For example, DE OS 3033482 describes an inductive heater with such an inductor, which consists of several poles arranged in a star shape around the circumference and axially adjacent in sections on an axially continuous carrier. Each pole in each section is provided with an induction winding, so that all poles of the inductor are electromagnetically active or can be activated. The magnetic flux axes of the induction coils are directed radially, with the air gap of the magnetic circuit being located between the ends of the poles and the inner surface of the roller shell.

Der Walzenmantel bildet das Rückschlußj och des Magnet kreises
zwischen den Polkernen von am Umfang benachbarten Induktionsspulen
radial entgegengesetzter Durchflutungsrichtung. Dabei wird im Walzenmantel ein Magnetfeld in Umfangsrichtung erzeugt, welches die Walzenachse zwischen Polen entgegengesetzter Durchflutungsrichtung in Kreissegmente alternierender Flußrichtung
umgibt.
Der von dem Magnetfeld induzierte Wirbelstrom fließt im wesentliehen in einer dünnen Schicht an der Innen- und Außenfläche
des Walzenmantels in jeweils entgegengesetzter axialer Richtung,
so daß sich ein langgestreckter Strompfad in Form eines
Toroids oder mehrerer Toroidsegmente mit annähernd rechteckigem Querschnitt ausbildet, dessen gemeinsame Achse mit der WaI-The roller shell forms the return yoke of the magnetic circuit
between the pole cores of induction coils adjacent to each other
radially opposite magnetic flow direction. A magnetic field is generated in the roller shell in the circumferential direction, which divides the roller axis between poles of opposite magnetic flow direction into circular segments of alternating magnetic flow direction
surrounds.
The eddy current induced by the magnetic field flows essentially in a thin layer on the inner and outer surface
of the roll shell in opposite axial directions,
so that an elongated current path in the form of a
Toroid or several toroid segments with an approximately rectangular cross-section, whose common axis is the WaI-

zenachse zusammenfällt.zen axis coincides.

Bei dieser Lösung befinden sich die Wärmequellen im wesentlichen
an der Innen- und Außenfläche des Walzenmantels. Ihre Verteilungen in axialer Richtung, insbesondere die zonenweise Heizung läßt sich durch entsprechende Errecjung der Induktionsspulen
axial benachbarter Sektionen leicht steuern. Desgleichen
ist auch eine Steuerung der Wärmequellenverteilung und entsprechende zonenweise Heizung in Umfangsrichtung durch entsprechend abgestufte Erregung der am Umfang benachbarten Induktionsspulen des Polsterns und/oder durch entsprechende Abstufung derIn this solution, the heat sources are essentially
on the inner and outer surface of the roll shell. Their distribution in the axial direction, in particular the zone-wise heating, can be achieved by appropriately arranging the induction coils
axially adjacent sections. Likewise
is also a control of the heat source distribution and corresponding zone-wise heating in the circumferential direction by appropriately graduated excitation of the induction coils of the cushions adjacent to the circumference and/or by appropriate gradation of the

Luftspalte zwischen den Enden der Polkerne und der Innenfläche
des Walzenmantels längs des Walzenumfangs möglich.Air gaps between the ends of the pole cores and the inner surface
of the roll shell along the roll circumference.

Ein Machteil dieser und ähnlicher bekannter Anordnungen ist der hohe Material- und Fertigungsaufwand für die Herstellung des
Induktors, insbesondere der Induktionsspulen, und der aus ihrem
großen Wicklungsvolumen resultierende hohe Energieaufwand
für die Erzeugung des magnetischen Feldes, welcher der Heizung
der Walzenoberfläche verlorengeht.A disadvantage of this and similar known arrangements is the high material and manufacturing costs for the production of the
Inductor, especially the induction coils, and the
large winding volume resulting in high energy consumption
for the generation of the magnetic field, which the heating
the roller surface is lost.

Auch die an der Innenfläche des Walzenmantels befindlichen Wärmequellen stehen der Heizung der äußeren Walzenoberfläche und der Wärmeübertragung auf die Warenbahn nur teilweise und mit zeitlicher Verzögerung zur Verfügung.The heat sources located on the inner surface of the roller shell are also only partially available for heating the outer roller surface and transferring heat to the web and with a time delay.

Schließlich läßt sich der Wärmeabluß zu den Achsflanschen und tragenden Wellenenden nicht hinreichend wirksam unterdrücken, da der in dem Achsflansch vorhandene Raum in der Regel nicht ausreicht, um einen Induktorpolstern mit der für die thermische Kompensation notwendigen Heizleistung aufzunehmen.Finally, the heat loss to the axle flanges and supporting shaft ends cannot be suppressed sufficiently effectively, since the space available in the axle flange is usually not sufficient to accommodate an inductor pad with the heating power required for thermal compensation.

Als eine mögliche Lösung dieses Problems ist aus der DE OS 4410675 eine Anordnung bekannt, welche in ■ einem Hohlraum des Achsflansches der Walze eine zu- und abschaltbare Widerstandsheizung besitzt.As a possible solution to this problem, an arrangement is known from DE OS 4410675 which has a resistance heater that can be switched on and off in a cavity in the axle flange of the roller.

Zur Erzeugung eines sich zumindest kreisbogenförmig in Umfangsrichtung ausbildenden Magnetfeldes im Walzenmantel sind auch Anordnungen bekannt, bei denen sich die Induktorspulen am äußeren Umfang der Walze befinden.In order to generate a magnetic field in the roller shell that is at least circular in the circumferential direction, arrangements are also known in which the inductor coils are located on the outer circumference of the roller.

Eine solche Lösung ist z.B. der DE 3340683 zu entnehmen. Die Anordnung besteht aus u-förmigen Polschuhvorrichtungen, deren Magnetschenkel mit ihren Enden der äußeren Mantelfläche der Walze in einem bestimmten Abstand gegenüberstehen, welcher den nicht ferromagnetischen Luftspalt eines Magnetkreises bildet, in dem der Walzenmantel das Rückschlußj och bildet. Jede Polschuhvorrichtung besitzt eine Induktionsspule. Mehrere Polschuhvorrichtungen sind axial unmittelbar nebeneinander angeordnet und bilden eine die Walze von außen über ihre gesamte zu beheizende Walzenlänge abdeckende Polschuhreihe.Such a solution can be found, for example, in DE 3340683. The arrangement consists of U-shaped pole shoe devices, the ends of which are opposite the outer surface of the roller at a certain distance, which forms the non-ferromagnetic air gap of a magnetic circuit in which the roller shell forms the return yoke. Each pole shoe device has an induction coil. Several pole shoe devices are arranged axially directly next to one another and form a row of pole shoes that covers the roller from the outside over the entire length of the roller to be heated.

Mehrere solcher Polschuhreihen können in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sein, wobei die Magnetschenkel benachbarter Reihen axial gegeneinander versetzt sind.Several such rows of pole shoes can be arranged next to each other in the circumferential direction, with the magnet legs of adjacent rows being axially offset from each other.

Die Nachteile der analogen Anordnungen mit einem im Inneren der Walze angeordneten Induktor werden damit jedoch nicht behoben. Lediglich die Kompensation des Wärmeabflusses an den Enden der Walze ist mit einem außen liegenden Induktor besser zu erreichen, da sich mit diesem der Flanschbereich leichter induktiv wirksam abdecken läßt.However, this does not eliminate the disadvantages of analog arrangements with an inductor located inside the roller. Only the compensation of the heat dissipation at the ends of the roller can be better achieved with an external inductor, as this makes it easier to cover the flange area inductively.

Eine Verringerung des fertigungstechnischen und steuerungstechnischen Aufwandes sowie des damit verbundenen Material- und Energieaufwandes für die Einstellung und Aufrechterhaltung einer definierten axialen Verteilung der Wirbelstrom- und Wärmequellendichte soll mit einer weiteren bekannten Anordnung dieser Art gemäß DE OS 4011825 erreicht werden. Bei der hier beschriebenen Lösung ist der Induktor eine radial über der WaI-zenoberflache angeordnete Leiterschleife, deren stromdurchflossene Länge sich durch leitende, axial verschiebbare Kontaktbrücken zwischen ihren Schenkeln einstellen läßt.A reduction in the manufacturing and control technology expenditure as well as the associated material and energy expenditure for setting and maintaining a defined axial distribution of the eddy current and heat source density is to be achieved with another known arrangement of this type according to DE OS 4011825. In the solution described here, the inductor is a conductor loop arranged radially above the roller surface, the length of which current flows through which can be adjusted by conductive, axially movable contact bridges between its legs.

Der Nachteil dieser Anordnung besteht daLrin, daß ein äußerer Magnetleiter fehlt, welcher für eine hinreichend enge induktive Ankopplung der Leiterschleife an den Magnetmantel erforderlich ist. Es entsteht daher nur eine schmale Heizzone in unmittelbarer Umgebung der Leiterschleife dergestalt, daß ihre Schenkel lediglich einen „Heizschatten" auf die Walzenoberfläche werfen.The disadvantage of this arrangement is that there is no external magnetic conductor, which is necessary for a sufficiently close inductive coupling of the conductor loop to the magnet casing. This means that only a narrow heating zone is created in the immediate vicinity of the conductor loop, such that its legs only cast a "heating shadow" on the roller surface.

Den gleichen Mangel weist eine analoge in der EP 067 99 61 bekanntgemachte, induktive Heizungsanordnung für Walzen auf, die ebenfalls aus schleifenförmigen Leitern über der äußeren WaI- - zenoberflache aufgebaut ist. Mehrere Leiterschleifen bilden eine Leiterschleifenspirale ab und sind in einer aus einem magnetisch nicht leitenden, elektrisch isolierenden Material bestehenden, über der Walze feststehenden Hülle eingebettet. Abgesehen davon, daß infolge des fehlenden macfnetisehen Rückleiters eine nur schwache induktive Ankopplung der Leiterschleifen anThe same defect is exhibited by an analogous inductive heating arrangement for rollers, disclosed in EP 067 99 61, which is also constructed from loop-shaped conductors above the outer roller surface. Several conductor loops form a conductor loop spiral and are embedded in a casing made of a magnetically non-conductive, electrically insulating material, which is fixed above the roller. Apart from the fact that, due to the lack of a magnetic return conductor, only a weak inductive coupling of the conductor loops to

den Walzenmantel besteht, nimmt die Durchflutung vom Zentrum der Leiterschleifenspule zu ihren Rändern hin stark ab, so daß weder in Umfangs- noch in axialer Richtung eine konstante Flußdichte- und Wirbelstrom- bzw. Wärmequellendichteverteilung erreicht werden kann.the roller shell, the magnetic flux decreases sharply from the center of the conductor loop coil to its edges, so that neither in the circumferential nor in the axial direction can a constant flux density and eddy current or heat source density distribution be achieved.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, die erkannten Mangel der bekannten induktiven Heizungsanordnungen für Thermowalzen zu beheben.
10The invention aims to remedy the recognized deficiencies of the known inductive heating arrangements for thermal rollers.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizung· für eine Thermowalze zu schaffen, mit der bei geringem Steuer- bzw. regeltechnischen Aufwand und geringen Energieverlusten in kurzer Zeit über einzelne an der Walzenoberfläche ansteuerbare Heizzonen eine vorgegebene Temperaturverteilung über die axiale Länge auf der Walzenoberfläche und in den Achsflanschen hergestellt sowie im laufenden Betrieb eingestellt und aufrechterhalten bzw. prozeßgerecht nachgeführt werden kann, ohne daß hierfür einzelne, voneinander getrennte, axial nebeneinander angeordnete Induktorspulen erforderlich sind.The invention is based on the object of creating an induction heater for a thermal roller with which, with little control and regulation effort and little energy loss, a predetermined temperature distribution over the axial length on the roller surface and in the axle flanges can be produced in a short time via individual heating zones that can be controlled on the roller surface, and can be adjusted and maintained during operation or adjusted in accordance with the process, without the need for individual, separate inductor coils arranged axially next to one another.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Walze aus einem an seinen Enden mit Achsflanschen versehenen, drehbar gelagerten Hohlzylinder besteht, an dessen innerer Mantelfläche in einem bestimmten radialen Abstand, der mindestens gleich der maximalen Durchbiegung des Walzenzylinders in Betrieb ist, ein aus einem oder mehreren axial parallel angeordneten, gestreckten, stab- oder schalenförmigen Leitern bestehender feststehender, an seinen Enden in axialen Bohrungen der Achsflansche der Walze an eigenen Achsflanschen gelagerter Induktor vorgesehen ist, welcher von einem ein- oder mehrphasigen Wechselstrom durchflossen ist, wobei sich die Leiter des Induktors in einem Stück oderAccording to the invention, this object is achieved in that the roller consists of a rotatably mounted hollow cylinder provided with axle flanges at its ends, on the inner surface of which, at a certain radial distance which is at least equal to the maximum deflection of the roller cylinder in operation, a fixed inductor consisting of one or more axially parallel, elongated, rod-shaped or shell-shaped conductors is provided, which is mounted at its ends in axial bores of the axle flanges of the roller on its own axle flanges, through which a single-phase or multi-phase alternating current flows, whereby the conductors of the inductor are in one piece or

in magnetisch lückenlos aneinandergereihten Abschnitten über die ganze Ballenbreite der Walze erstrecken und an ihren Enden in den Achsflanschen des Induktors befestigt und mechanisch und elektrisch voneinander distanziert oder miteinander verbunden sind.in magnetically seamless sections that extend over the entire width of the roller’s barrel and are attached at their ends to the axle flanges of the inductor and are mechanically and electrically spaced from one another or connected to one another.

Bei Speisung des Induktors mit einem einphasigen Wechselstrom sind alle Leiter in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen, wobei sich die Anschlüsse des Induktors an die Stromquelle an jeweils gegenüberliegenden Enden der Walze befinden. .When the inductor is supplied with a single-phase alternating current, the current flows through all conductors in the same direction, with the connections of the inductor to the power source located at opposite ends of the roller. .

Zur Einstellung der beheizten Ballenbreite der Walze auf die Breite der zu bearbeitenden Warenbahn wird der Induktor nur auf dem entsprechenden axialen Abschnitt vom Strom durchflossen, d.h. der Strom wird an den Enden dieses Abschnitts in den Induktor eingespeist. Hierzu sind Schleifkontakte vorgesehen, die an einem Kontaktträger befestigt und gegen eine Kontaktbahn an der inneren Mantelfläche des Induktors und an eine in der Walzenachse oder deren Nähe angeordnete Stromschiene gedrückt sind.To adjust the heated roll width of the roller to the width of the web of material to be processed, the current only flows through the inductor on the corresponding axial section, i.e. the current is fed into the inductor at the ends of this section. For this purpose, sliding contacts are provided which are attached to a contact carrier and pressed against a contact track on the inner surface of the inductor and against a busbar arranged in the roller axis or close to it.

Die Kontaktträger sind symmetrisch zur axialen Mitte des Walzenballens angeordnet und auf je einer Spindelmutter befestigt, welche eine jeweils zur Spindelmutter der gegenüberliegenden Walzenseite entgegengesetzte Steigung gleicher Höhe besitzt. In der Achse der Walze ist eine zweiteilige Spindel angeordnet, die symmetrisch zur axialen Walzenmitte ebenfalls entgegengesetzte Steigungen gleicher Höhe besitzt.. Durch Drehen der Spindel werden die Kontaktträger auf den Spindelmuttern symmetrischThe contact carriers are arranged symmetrically to the axial center of the roll barrel and are each attached to a spindle nut, which has a pitch of the same height as the spindle nut on the opposite side of the roll. A two-part spindle is arranged in the axis of the roll, which also has opposite pitches of the same height symmetrically to the axial center of the roll. By turning the spindle the contact carriers are symmetrically attached to the spindle nuts.

■- zur axialen Walzenmitte zu dieser hin oder von ihr wegbewegt, wodurch die beheizte Ballenbreite der Walze entsprechend ab bzw. zunimmt.■- towards or away from the axial center of the roller, which causes the heated barrel width of the roller to decrease or increase accordingly.

Die Stromschiene ist in der axialen Walzenmitte in zwei gegeneinander elektrisch isolierte Teile getrennt. Der Strom wird an einem Walzenende in die Stromschiene, welche durch eineThe busbar is divided into two electrically insulated parts in the axial center of the roller. The current is fed into the busbar at one end of the roller, which is connected by a

Zentralbohrung im Achsflansch des Induktors in den Induktorinnenraum geführt ist, eingespeist. Dort wird der Strom in der Stromschiene dem am Fuß des Kontaktträgers angebrachten Schleifkontakt zugeführt, gelangt über eine Kontaktbrücke an die am Kopf des Kontaktträgers befindlichen Schleifkontakte, tritt in die Kontaktbahnen des Induktormantels ein, durchströmt den Induktormantel in axialer Richtung und verläßt ihn dann in umgekehrter Reihenfolge auf dem gleichen Weg zum anderen Walzenende hin.Central hole in the axle flange of the inductor into the inductor interior. There, the current in the busbar is fed to the sliding contact attached to the base of the contact carrier, reaches the sliding contacts on the head of the contact carrier via a contact bridge, enters the contact paths of the inductor casing, flows through the inductor casing in an axial direction and then leaves it in the reverse order on the same path towards the other end of the roller.

Durch entsprechende Anordnung von Schleifkontakten am Kopf der Kontaktträger und die Aufteilung des Induktormantels in gegeneinander isolierte Kontaktbahnen lassen sich auch am Umfang der Walze Heizzonen unterschiedlicher Breite und Lage abgrenzen. Zur Variation der Breite einer Heizzone muß die Anzahl der Schleifkontakte am Kopf der Kontaktträger verändert werden. Zur Einstellung der Lage der Heizzone am Umfang genügt die Verdrehung der Kontaktträger auf der Spindel.By arranging sliding contacts on the head of the contact carrier and dividing the inductor casing into contact tracks that are insulated from one another, heating zones of different widths and positions can be defined on the circumference of the roller. To vary the width of a heating zone, the number of sliding contacts on the head of the contact carrier must be changed. To adjust the position of the heating zone on the circumference, it is sufficient to rotate the contact carrier on the spindle.

Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Induktors und seine An-Ordnung im Innenraum der Walze wird ein magnetisches Feld in dem Walzenmantel erzeugt, dessen Richtung im wesentlichen peripher ist, wobei der Walzenmantel im Grunde den Kern des Magnetkreises darstellt. Bei einphasiger Speisung des Induktors tritt der magnetische Fluß - abgesehen vom Streufluß - an keiner Stelle aus dem Walzenmantel aus. Hieraus resultiert ein sehr niedriger magnetischer Widerstand des Magnetkreises und eine entsprechend niedrige Blindleistung für die Erzeugung des Magnetfeldes. Der Wirbelstrompfad bildet sich im Walzenmantel in - Form eines in axialer Richtung langgestreckten Toroids mit annähernd rechteckigem Querschnitt aus. Dabei fließt der Wirbelstrom in einer dünnen Schicht mit konstantem effektiven elektrischen Leiterquerschnitt an der Innen- und Außenfläche des Walzenmantels in jeweils, entgegengesetzter Richtung auf einer axialen Wegstrecke, welche der stromdurchflossenen Strecke der Stromleiter des Induktors entspricht.The inventive design of the inductor and its arrangement in the interior of the roller generates a magnetic field in the roller shell, the direction of which is essentially peripheral, with the roller shell essentially representing the core of the magnetic circuit. With single-phase power supply to the inductor, the magnetic flux - apart from the stray flux - does not exit the roller shell at any point. This results in a very low magnetic resistance of the magnetic circuit and a correspondingly low reactive power for generating the magnetic field. The eddy current path forms in the roller shell in the form of a toroid elongated in the axial direction with an approximately rectangular cross-section. The eddy current flows in a thin layer with a constant effective electrical conductor cross-section on the inner and outer surfaces of the roller shell in opposite directions on an axial path that corresponds to the current-carrying path of the inductor's current conductors.

. Um zu verhindern, daß auch das magnetische Feld der stromführenden Abschnitte der Stromschiene außerhalb der axialen Heizzonen in den Walzenmantel und die Achsflansche eindringt, ist die Stromschiene durchgängig magnetisch abgeschirmt. Die Abschirmung besteht aus einem ferromagnetischen Mantel, der zur Begrenzung der Induktion einen Luftspalt besitzt und zur Unterdrückung des magnetischen Streufeldes an seinem Umfang mit einer Schicht aus elektrisch gut leitendem Material abgedeckt ist.. In order to prevent the magnetic field of the current-carrying sections of the busbar from penetrating the roller shell and the axle flanges outside the axial heating zones, the busbar is magnetically shielded throughout. The shielding consists of a ferromagnetic shell that has an air gap to limit the induction and is covered on its circumference with a layer of electrically conductive material to suppress the stray magnetic field.

Sollen bei der Aufheizung der Walze die Ränder der Walze, insbesondere die Achsflansche, vorübergehend beheizt werden, so kann dem erfindungsgemäß durch Aufbau der magnetischen Abschirmung aus zwei ineinander verdrehbaren Schalen Rechnung getragen werden. Durch Verdrehen der Schalen kann die Abschirmung teilweise geöffnet und damit eine für die Zusatzheizung hinreichende induktive Kopplung zu den Achsflanschen erreicht werden.If the edges of the roller, in particular the axle flanges, are to be heated temporarily when heating the roller, this can be taken into account according to the invention by constructing the magnetic shield from two shells that can be rotated into one another. By rotating the shells, the shield can be partially opened and thus an inductive coupling to the axle flanges sufficient for the additional heating can be achieved.

Erfolgt die Speisung mit einem mehrphasigen Wechselstrom, so sind am Umfang benachbarte Leiter an einem Ende des Induktors jeweils phasenweise zu in sich geschlossenen Gruppen elektrisch miteinander verbunden. Die so gebildeten Phasengruppen sind gegeneinander elektrisch isoliert und an dem einen Ende des Induktors mit getrennten Anschlüssen zur Stromquelle versehen, wohingegen am anderen Ende des Induktors alle Leiter miteinander elektrisch leitend verbunden sind.If the supply is a multi-phase alternating current, conductors adjacent to one another at one end of the inductor are electrically connected to one another in phases to form self-contained groups. The phase groups thus formed are electrically insulated from one another and provided with separate connections to the power source at one end of the inductor, whereas at the other end of the inductor all conductors are electrically connected to one another.

Sofern eine Anpassung an eine Stromversorgung erforderlich ist, können die Leiter des Induktors aus mehreren, gegeneinander - isolierten Teilleitern bestehen, wobei Teilleiter zweier elektrisch um 180⁰C versetzter Phasengruppen in einer ein - oder mehrphasigen Schleife in Reihe geschaltet sind, so daß eine Induktorspule mit der gewünschten Windungszahl entsteht.If adaptation to a power supply is necessary, the conductors of the inductor can consist of several partial conductors that are insulated from one another, with partial conductors of two phase groups that are electrically offset by 180 ^° C being connected in series in a single-phase or multi-phase loop, so that an inductor coil with the desired number of turns is created.

Im Unterschied zu der einphasigen Anordnung besteht derIn contrast to the single-phase arrangement, the

-IJ--IJ-

... Wirbelstrorapfad bei der zweiphasigen Anordnung aus zwei Toroidsegmenten, die im gegenläufigen Sinne durchflossen werden. Dabei bildet jede Phasengruppe ihren eigenen Magnetkreis aus. Der Fluß tritt an der Grenze zwischen zwei benachbarten Phasengruppen aus dem Walzenmantel ins Walzeninnere aus und an der gegenüberliegenden bzw. am Umfang nächstliegender Phasengrenze wieder in den Walzenmantel ein. Dabei nimmt er seinen Weg entlang den Durchflutungsachsen, die sich jeweils zwischen den am Walzenumfang liegenden Grenzen zweier Phasengruppen und der WaI-zenachse erstrecken. Hier ist ein Querjoch als Bestandteil des Induktors angeordnet, welches aus ferromagnetischem Material besteht und einen vernachlässigbären maqfnetischen Widerstand darstellt. Der magnetische Widerstand in der Durchflutungsachse wird damit im wesentlichen durch den m^pietisch wirksamen, nicht ferromagnetischen „Luftspalt" zwischen den Enden des Querj ochs und der inneren Mantelfläche der Walze bestimmt.... Eddy current path in the two-phase arrangement of two toroidal segments, through which current flows in opposite directions. Each phase group forms its own magnetic circuit. The flux exits the roller shell into the interior of the roller at the boundary between two adjacent phase groups and re-enters the roller shell at the opposite or closest phase boundary. It takes its path along the magnetic flux axes, which extend between the boundaries of two phase groups on the roller circumference and the roller axis. Here, a transverse yoke is arranged as a component of the inductor, which consists of ferromagnetic material and represents a negligible magnetic resistance. The magnetic resistance in the magnetic flux axis is thus essentially determined by the magnetically effective, non-ferromagnetic "air gap" between the ends of the transverse yoke and the inner surface of the roller.

Das Querjoch erstreckt sich in axialer Richtung über die ganze Länge des Induktors und ist in mehrere axiale Abschnitte unterteilt, die sich unabhängig voneinander um mindestens *7\ aus der Durchflutungsachse verdrehen lassen,, wobei &phgr; der elektrische Winkel zwischen den Phasenströmen ist.The transverse yoke extends in the axial direction over the entire length of the inductor and is divided into several axial sections which can be rotated independently of one another by at least * 7\ from the magnetic flux axis, where ϕ is the electrical angle between the phase currents.

Dazu ist jeder Querjochabschnitt vorteilhaft mit seinen Enden an der inneren Mantelfläche des Induktors und mit seiner Drehachse in einer axialen Bohrung des Achsflansches des Induktors gelagert, wobei die Drehachsen der Querjochabschnitte aus dem Achsflansch der Walze soweit herausragen, daß sie von außen zugänglich sind. Jedes der Querjochabschnitte ist mit seiner Drehachse starr verbunden. Die Drehachsen sind ineinander gesteckte und gegeneinander drehbar gelagerte Hohlwellen, von denen jede für sich an einem Ende von außen zugänglich ist und an ihrem anderen Ende mit jeweils einem der Querjochabschnitte verbunden ist.For this purpose, each cross yoke section is advantageously mounted with its ends on the inner surface of the inductor and with its axis of rotation in an axial bore of the axle flange of the inductor, with the axes of rotation of the cross yoke sections protruding from the axle flange of the roller so far that they are accessible from the outside. Each of the cross yoke sections is rigidly connected to its axis of rotation. The axes of rotation are hollow shafts that are inserted into one another and mounted so that they can rotate against one another, each of which is accessible from the outside at one end and is connected to one of the cross yoke sections at its other end.

. 14 -. 14 -

. Für eine Einstellung des Drehwinkels der Querjoche sind die Hohlwellen an ihren freien Enden vorzugsweise über ein automatisches Schaltgetriebe mit einem Stellmotor verbunden.. To adjust the angle of rotation of the cross yokes, the hollow shafts are preferably connected to a servomotor at their free ends via an automatic gearbox.

Die Phasengruppen des Induktors erstrecken sich im allgemeinen über unterschiedliche Umfangsbereiche des Walzenmantels, wobei über der Phasengruppe mit der jeweils kleineren Erstreckung am Walzenumfang in der Regel die größere Wärmequellendichte auf der Walzenoberfläche hervorgerufen werden soll.The phase groups of the inductor generally extend over different circumferential areas of the roll shell, whereby the phase group with the smaller extension on the roll circumference is generally intended to produce the greater heat source density on the roll surface.

Um auf diese Weise ein deutliche Abgrenzung von Heizzonen am Walzenumfang zu erreichen, muß der magnetisch wirksame Lüftspalt zwischen den Enden des 'Querj ochs und der inneren Mantelfläche des Walzenmantels so klein wie möglich gehalten werden. Dies bedeutet, daß die radiale Höhe der Leiter des Induktors möglichst gering sein muß.In order to achieve a clear demarcation of heating zones on the circumference of the roll, the magnetically effective air gap between the ends of the cross yoke and the inner surface of the roll shell must be kept as small as possible. This means that the radial height of the inductor conductors must be as small as possible.

Dem kann erfindungsgemäß dadurch Rechnung getragen werden, daß die Leiter des Induktors die Form von Zylinderschalen besitzen. Diese Leiterschalen können an ihrer Innenfläche mit einem dünnen, elektrisch isolierenden Kunststoffbelag mit selbstschmierenden Eigenschaften, z.B. Teflon, versehen sein, auf dem die gleichermaßen mit einem solchen Kunststoff beschichteten Enden der Querjoche gleitfähig gelagert sind.This can be taken into account according to the invention by the fact that the conductors of the inductor have the shape of cylindrical shells. These conductor shells can be provided on their inner surface with a thin, electrically insulating plastic coating with self-lubricating properties, e.g. Teflon, on which the ends of the cross yokes, which are also coated with such a plastic, are slidably mounted.

Eine weitere Verringerung des magnetischen Luftspalts kann erreicht werden, wenn der Induktor, mit dem Walzenmantel starr verbunden ist. Der notwendige Abstand zwischen der äußeren Mantelfläche des Induktors und der inneren Mantelfläche der Walze - wird in diesem Fall' nicht mehr durch die maximale Durchbiegung der Walze, sondern nur noch durch die erforderliche elektrische Isolation zwischen Walze und Induktor bestimmt.A further reduction in the magnetic air gap can be achieved if the inductor is rigidly connected to the roller shell. The necessary distance between the outer surface of the inductor and the inner surface of the roller is in this case no longer determined by the maximum deflection of the roller, but only by the required electrical insulation between the roller and the inductor.

Da sich nun der Induktor zusammen mit der Walze dreht, sind zur Aufrechterhaltung einer ortsfesten Durchflutungsachse die einzelnen Leiter des Induktors nach Art einerSince the inductor now rotates together with the roller, the individual conductors of the inductor are arranged in the manner of a

- Gleichstromkommutatorwicklung schleifen - oder wellenförmig in Reihe geschaltet und an einem Ende des Induktors einzeln an die Lamellen eines Kollektors geführt, über den die elektrische Verbindung zur Stromquelle hergestellt ist.- DC commutator winding loop - or connected in series in a wave-like manner and led individually at one end of the inductor to the bars of a collector, via which the electrical connection to the power source is established.

Wird das Querjoch aus seiner Brückenstellung zwischen den Phasengrenzen herausgedreht, so nimmt der magnetische Widerstand der Magnetkreise sehr stark zu. Entsprechend stark nimmt der magnetische Fluß und mit ihm auch die induzierte Heizleistung im Walzenmantel ab.If the cross yoke is rotated out of its bridging position between the phase boundaries, the magnetic resistance of the magnetic circuits increases significantly. The magnetic flux and with it the induced heating power in the roller shell decrease accordingly.

Bei einem Induktor mit einer symmetrischen, zweiphasigen Leiteranordnung liegen sich die Phasengrenzen am Walzenumfang diametral gegenüber. Wird das Querj och mit seiner Längsachse um 90° jeweils in die Mitte der Phasengrupp>en gedreht, so heben sich bezogen auf das Querj och die Durchflutungen des Induktors auf, sodaß über das Querjoch kein Fluß angetrieben wird. Außer dem vergleichsweise geringen Streufluß ist dann kein magnetischer Fluß im Walzenmantel vorhanden, so daß praktisch keine oder eine nur sehr geringe Heizleistung erzeugt wird.In an inductor with a symmetrical, two-phase conductor arrangement, the phase boundaries are diametrically opposite each other on the circumference of the roller. If the cross yoke is rotated with its longitudinal axis by 90° into the middle of the phase groups, the inductor's magnetic fluxes cancel each other out with respect to the cross yoke, so that no flux is driven via the cross yoke. Apart from the comparatively low leakage flux, there is then no magnetic flux in the roller shell, so that practically no or only very little heating power is generated.

Durch Drehung des Querj ochs kann so die resultierende Durchflutung der Magnetkreise und mit ihr der Magnetfluß und die im Walzenmantel erzeugt Heizleistung von ihrem Höchstwert stufenlos bis auf nahe Null reduziert werden, ohne daß hierfür irgendeine Veränderung im Stromkreis des Induktors vorgenommen werden muß.By rotating the cross yoke, the resulting magnetic flux in the magnetic circuits and with it the magnetic flux and the heating power generated in the roller shell can be continuously reduced from their maximum value to almost zero without any change having to be made in the inductor's circuit.

Die Einstellung der Walzenheizung ist damit kontaktlos möglich; ein Verschleiß durch Kontaktabnutzung ist von vornherein ausgeschlossen und die durch die Steuerung bedingten EnergieverlusteThe roller heating can therefore be adjusted without contact; wear and tear due to contact wear is excluded from the outset and the energy losses caused by the control

- sind vernachlässigbar gering.
30- are negligible.
30

Diese kontaktlose Einstellung der Heizleistung kann gleichmäßig über die gesamte Ballenbreite der Walze, aber auch abschnittsweise, z.B. an den Enden der Walzen vorqfenommen werden, indem nur die an den entsprechenden Stellen befindlichen Querjochabschnitte gedreht werden.This contactless adjustment of the heating power can be carried out evenly across the entire bale width of the roller, but also in sections, e.g. at the ends of the rollers, by only turning the cross yoke sections located at the corresponding points.

Damit kann jede gewünschte Wärmequellen- bzw. Temperaturverteilung über der Ballenbreite der Walze hergestellt werden, ohne daß hierfür ein Maschinenstillstand erforderlich ist. Eine Optimierung der Temperaturverteilung kann somit im laufenden Prozeß an hand von kontinuierlich erfaßten Prozeß- und Produktdaten erfolgen.This means that any desired heat source or temperature distribution can be created across the roll width without the need for the machine to be down. The temperature distribution can thus be optimized during the ongoing process using continuously recorded process and product data.

Eine zonenweise Heizung am Walzenumfang wird erfindungsgemäß erreicht, indem die Phasengruppen so angeordnet werden, daß sie sich über unterschiedlich große Umfangsbereiche erstrecken. Bei einem Induktor mit einer derartigen unsymmetrisch - zweiphasigen Leiteranordnung liegen sich dann die Grenzen zwischen den Phasengruppen nicht mehr diametral qjegenüber; nur die Zentriwinkel der Phasengruppen ergänzen sich weiterhin zu 360°. Da in jeder der beiden Phasengruppen der gleiche Strom fließt, sind ihre Durchflutungen gleich. Dagegen verhalten sich die magnetischen Widerstände ihrer Magnetkreise proportional und ihre Flüsse umgekehrt proportional zu ihren Zentriwinkeln. Dies gilt allerdings nur, solange der magnetische Widerstand der Magnetkreise durch den Walzenmantel bestimmt wird und der in der gemeinsamen Durchflutungsachse befindliche magnetische Widerstand der nicht ferromagnetischen Luftspalte zwischen Querj och und Walzenmantel sowie des Querj ochs selbst dagegen nicht maßgeblich in Erscheinung tritt.Zoned heating on the circumference of the roller is achieved according to the invention by arranging the phase groups in such a way that they extend over different sized circumferences. In an inductor with such an asymmetrical two-phase conductor arrangement, the boundaries between the phase groups are no longer diametrically opposite each other; only the central angles of the phase groups continue to add up to 360°. Since the same current flows in each of the two phase groups, their magnetic fluxes are the same. In contrast, the magnetic resistances of their magnetic circuits are proportional and their fluxes inversely proportional to their central angles. However, this only applies as long as the magnetic resistance of the magnetic circuits is determined by the roller shell and the magnetic resistance of the non-ferromagnetic air gaps between the cross yoke and the roller shell and the cross yoke itself in the common magnetic flux axis do not have a significant impact.

Da aber die Permeabilität des Walzenmaterials gerade bei den relativ niedrigen magnetischen Feldstärken im Walzenmantel am höchsten ist, muß der Luftspalt extrem klein gemacht werden, um diese Bedingung zu erfüllen. Dem sind aber schon durch die not-■ wendige Dicke der Leiter des Induktors Grenzen gesetzt, auch wenn diese zur Unterdrückung und zur Minimierung der Leitungsverluste von Wirbelströmen des Induktors in radialer Richtung schon so dünn wie möglich ausgeführt sind, was z.B. durch Verwendung schalenförmiger Leiter oder durch Leiter erreicht wird, die in radialer Richtung aus mehreren dünnen und voneinander isolierten, leitenden Schichten bestehen.However, since the permeability of the roller material is at its highest at the relatively low magnetic field strengths in the roller shell, the air gap must be made extremely small in order to meet this condition. However, this is limited by the necessary thickness of the inductor's conductors, even if these are made as thin as possible in the radial direction to suppress and minimize the conduction losses of eddy currents in the inductor, which is achieved, for example, by using shell-shaped conductors or by conductors that consist of several thin, mutually insulated, conductive layers in the radial direction.

. Um dennoch die vorgenannte Bedingung zu erfüllen, ist erfindungsgemäß die Möglichkeit vorgesehen, der Wechselstromdurchflutung des Induktors eine Gleichstromdurchflutung zu überlagern, mit Hilfe derer die magnetische Feldstärke im Walzenmantel in einen Bereich hinreichend niedriger Permeabilität der B-H Kurve des Mantelstahls verschoben ist, ohne daß dadurch die Permeabilität des magnetisch leitenden Materials des Querjochs maßgeblich verringert wird. Dies kann durch die Wahl eines geeigneten ferromagnetischen Materials und einen hinreichend großen magnetischen Leiterquerschnitt des Querj ochs erreicht werden. . In order to nevertheless meet the above-mentioned condition, the invention provides the possibility of superimposing a direct current flow on the alternating current flow of the inductor, with the aid of which the magnetic field strength in the roll shell is shifted to a region of sufficiently low permeability of the B-H curve of the shell steel, without the permeability of the magnetically conductive material of the cross yoke being significantly reduced. This can be achieved by choosing a suitable ferromagnetic material and a sufficiently large magnetic conductor cross section of the cross yoke.

Die Einkopplung einer Gleichstromquelle in den Wechselstromkreis des Induktors erfolgt in bekannter Weise über einen Tiefpaß, z.B. eine Drossel.The coupling of a direct current source into the alternating current circuit of the inductor is carried out in a known manner via a low-pass filter, e.g. a choke.

Das Querjoch ist aus dünnen, isolierten Blechen aufgestapelt und z.B. mit einer Bandage aus GFK zusammengehalten, wobei die einzelnen Bleche in Flußrichtung liegend angeordnet sind. Dadurch werden Wirbelströme im Querjoch wirksam unterdrückt.The cross yoke is made of thin, insulated sheets stacked up and held together with a GRP bandage, for example, with the individual sheets arranged horizontally in the direction of flow. This effectively suppresses eddy currents in the cross yoke.

Die magnetischen Widerstände der Phasengruppen lassen sich erfindungsgemäß auch dadurch im gewünschten Verhältnis einstellen, daß die Überdeckung des Walzenmantels durch das Querjoch im Bereich der Phasengrenze und damit die Fläche des Luftspalts für die aneinandergrenzenden Phasengruppen unterschiedlich groß ist. Dies kann durch entsprechende Verschiebung der Achse des Querj ochs aus der Durchflutungsadhse erreicht werden. Stattdessen oder zusätzlich hierzu kann zur Einstellung des Verhältnisses der magnetischen Widerstände auch die Größe des Luftspalts - für die beiden Phasengruppen verschieden sein, was durch eine entsprechend unsymmetrische Formgebung des Querj ochs an seinen Enden in Gestalt von entsprechend ausgebildeten Polschuhen erreicht werden kann.According to the invention, the magnetic resistances of the phase groups can also be set to the desired ratio by ensuring that the cross yoke covers the roller shell in the area of the phase boundary and thus the area of the air gap is of different sizes for the adjacent phase groups. This can be achieved by appropriately shifting the axis of the cross yoke from the magnetic field axis. Instead of this, or in addition to this, the size of the air gap can also be different for the two phase groups in order to set the ratio of the magnetic resistances, which can be achieved by a correspondingly asymmetrical shape of the cross yoke at its ends in the form of appropriately designed pole shoes.

Soll die Phasengruppe mit dem kleineren Zentriwinkel die Zone höherer spezifischer Heizleistung darstellen, so erhält derenIf the phase group with the smaller central angle is to represent the zone of higher specific heating power, then its

Magnetkreis den kleineren Luftspalt und die größere Luftspaltfläche dergestalt, daß der von der Durchflutung dieser Phasengruppe über das Querj och durch den Walzenmantel angetriebene magnetische Wechselfluß und die von ihm erzeugte Wärmequellendichte entsprechend höher als am übrigen Umfang der Walze ist. Durch Verdrehen des Induktors zusammen mit dem Querj och gegen den Walzspalt kann diese Heizzone in jed.e gewünschte, prozeßtechnisch jeweils günstigste Lage gebracht werden. Damit kann eine optimale Wärmeübertragung auf das Walzgut und gleichzeitig ein optimaler Energieeinsatz erreicht werden.Magnetic circuit the smaller air gap and the larger air gap area in such a way that the alternating magnetic flux driven by the flow of this phase group through the cross yoke through the roll shell and the heat source density generated by it is correspondingly higher than on the rest of the roll. By turning the inductor together with the cross yoke against the roll gap, this heating zone can be brought into any desired, process-technically most favorable position. This enables optimal heat transfer to the rolled material and at the same time optimal energy use to be achieved.

Die Energieverluste, welche durch Konvektion und Wärmeabstrahlung auf dem größten, nicht mit dem Walzgut im' Eingriff befindlichen Teil des Walzenumfangs entstehen, können mit der geringeren Heizleistung und der entsprechenden Absenkung der Oberflächentemperatur in diesem Umfangsbereich maßgeblich reduziert werden.The energy losses caused by convection and heat radiation on the largest part of the roll circumference that is not in contact with the rolling stock can be significantly reduced with the lower heating output and the corresponding reduction in the surface temperature in this circumferential area.

Die periphere magnetische Erregung des Walzenmantels ist infolge der gestrecken, axialen Leiteranordnung über der gesamten stromführenden Länge des Induktors zwangsläufig gleich groß. Dies gilt generell auch für den magnetischen Fluß sowie die Fluß- und Wärmequellendichte bei einphasiger Speisung des Induktors. Bei mehrphasiger Speisung ist dies mindestens über der Breite eines QuerJochabschnitts und auch über der gesamten BaI-lenbreite der Fall, wenn alle Querjochabschnitte die gleiche Winkelstellung im Bezug auf die Durchflutungsachse .haben. In diesem Fall findet der Übergang der Wirbelstrombahn zwischen Außen- und Innendurchmesser des Walzenmantels erst an den EndenThe peripheral magnetic excitation of the roller shell is inevitably the same over the entire current-carrying length of the inductor due to the stretched, axial conductor arrangement. This also generally applies to the magnetic flux as well as the flux and heat source density when the inductor is fed with a single phase. With multi-phase feeding, this is the case at least over the width of a cross yoke section and also over the entire width of the barrel if all cross yoke sections have the same angular position in relation to the magnetic flux axis. In this case, the transition of the eddy current path between the outer and inner diameter of the roller shell only takes place at the ends.

-- des Induktors statt'.-- of the inductor'.

Besondere konstruktive Maßnahmen zur Steuerung des magnetischen Randfeldes und zur Vergleichmäßigung der axialen Temperaturverteilung, wie z.B. Wärmerohre in Bohrungen des Walzenmantels, sind daher prinzipiell nicht notwendig. Eine gezielte Steuerung des thermischen Randfeldes, insbesondere im Übergang zu nichtSpecial design measures to control the magnetic edge field and to even out the axial temperature distribution, such as heat pipes in holes in the roll shell, are therefore not necessary in principle. A targeted control of the thermal edge field, especially in the transition to non-

. bzw. schwach beheizten Abschnitten des Eiallens, ist durch entsprechende gegenseitige Verdrehung der Querjoche im Übergangsbereich möglich. In diesem Fall bilden sich radiale Auffächerungen der Wirbelstrombahnen an den Grenzen zwischen benachbarten Querjochen mit entsprechender Veränderung der Wirbelstromdichte in den Randschichten aus.. or weakly heated sections of the egg shell, is possible by appropriate mutual rotation of the transverse yokes in the transition area. In this case, radial fanning out of the eddy current paths forms at the boundaries between neighboring transverse yokes with a corresponding change in the eddy current density in the edge layers.

Die thermische Zeitkonstante der Walzenheizung an der äußeren Walzenoberfläche ist sehr niedrig, da sich die Wärmequellen nur in einer dünnen Randschicht des Walzenma.ntels befinden. Sowohl Wärmedurchgangswiderstand als auch Wärmekapazität sind daher für den Wärmestrom in Bezug auf den äußeren Walzenrand äußerst klein. Das gilt allerdings nur für die stm äußeren Walzenrand befindlichen Wärmequellen. Die infolge des Skineffekts auch an der inneren Mantelfläche der Walze hervorgerufenen Wärmequellen verzögern den Erwärmungsvorgang. Außerdem fließt ein Teil des von hier ausgehenden Wärmestroms in den Induktorraum ab und geht daher der Walzenheizung verloren.The thermal time constant of the roller heating on the outer roller surface is very low, since the heat sources are only located in a thin edge layer of the roller shell. Both the thermal resistance and the heat capacity are therefore extremely small for the heat flow in relation to the outer roller edge. However, this only applies to the heat sources located on the outer roller edge. The heat sources caused by the skin effect on the inner surface of the roller also delay the heating process. In addition, part of the heat flow emanating from here flows into the inductor chamber and is therefore lost to the roller heating.

Erfindungsgemäß wird dieser unerwünschte Effekt dadurch behoben, daß unmittelbar angrenzend an die innere Mantelfläche des Walzenzylinders eine Schicht aus einem Material mit einem im Vergleich zum Walzenstahl wesentlich geringeren spezifischen elektrischen Widerstand, z.B. Kupfer ancfebracht ist, wobei die Dicke dieser Schicht der Eindringtiefe des elektrischen Feldes entspricht. Damit wird erreicht, daß sich die auf die Walze induktiv übertragene Heizleistung im Verhältnis der spezifischen Widerstände auf die innere und äußere Mantelfläche der Walze aufteilen und damit die Wärme überwiegend an der äußeren WaI- - zenoberflache erzeugt wird.
30According to the invention, this undesirable effect is eliminated by applying a layer of a material with a significantly lower specific electrical resistance, e.g. copper, directly adjacent to the inner surface of the roller cylinder compared to roller steel, the thickness of this layer corresponding to the penetration depth of the electrical field. This ensures that the heating power inductively transferred to the roller is distributed between the inner and outer surface of the roller in proportion to the specific resistances, and the heat is thus generated predominantly on the outer roller surface.
30

Eine weitere, ganz wesentliche Beschleunigung des Erwärmungsvorgangs kann erreicht werden, wenn der Abfluß von Wärme aus den Randzonen des Walzenmantels in den Bereich der Achsflansche und in das Walzengestell unterbunden wird.A further, very significant acceleration of the heating process can be achieved if the flow of heat from the edge zones of the roll shell into the area of the axle flanges and into the roll frame is prevented.

- Zu diesem Zweck kann erfindungsgemäß eine zusätzliche induktive Erwärmung der Achsflansche über ihre ganze oder nahezu ganze Länge durch geeignete Anordnung der Ausleitungen bzw. Verbindungsleitungen des Induktors in dem ring;förmigen Raum zwischen den Achsflanschen von Walze und Induktor herbeigeführt werden.- For this purpose, according to the invention, additional inductive heating of the axle flanges over their entire or almost entire length can be brought about by suitable arrangement of the outlet lines or connecting lines of the inductor in the annular space between the axle flanges of the roller and the inductor.

Bei einem zweiphasigen Induktor sind die beiden Ausleitungen um 180° am Umfang versetzt in Nuten des Achsflansches des Induktors angeordnet. In den koaxialen RingraLum zwischen den beiden Achsflanschen sind zwei um 180° am Umfang versetzte Polbrücken eingesetzt, welche die magnetisch leitende Verbindung zwischen den magnetischen Polen der Achsflansche von Walze und.Induktor herstellen. Bilden also die Verbindungslinien der Polbrücken mit den Verbindungslinien der Stromleiter einen Winkel von 90°, so ist die Zusatzheizung eingeschaltet; beträgt der Winkel 0°, so ist sie weitgehend ausgeschaltet.In a two-phase inductor, the two outputs are arranged in grooves in the inductor's axle flange, offset by 180° around the circumference. Two pole bridges, offset by 180° around the circumference, are inserted into the coaxial ring space between the two axle flanges. These create the magnetically conductive connection between the magnetic poles of the axle flanges of the roller and inductor. If the connecting lines of the pole bridges form an angle of 90° with the connecting lines of the current conductors, the additional heating is switched on; if the angle is 0°, it is largely switched off.

Um in dieser Winkelstellung eine möglichst vollkommene induktive Entkopplung zu erreichen, sind in den Achsflansch des Induktors außen Platten aus elektrisch möglichst gut leitendem Material eingelassen, welche den Ringraum in den Umfangsbereichen zwischen den Leitern und Polen elektromagnetisch abschirmen. Ein besonders gutes Schaltverhältnis wird erreicht, wenn die Polbrücken den Ringraum ohne Luftspalt überbrücken d.h. mit beiden Enden die sich gegenüberliegenden Mantelflächen der Achsflansche von Walze und Induktor berühren. Zweckmäßig sind sie hierzu als Segmente in eine Lagerbuchse integriert.In order to achieve the most complete inductive decoupling possible in this angular position, plates made of the most electrically conductive material possible are embedded in the outside of the inductor's axle flange, which electromagnetically shield the annular space in the peripheral areas between the conductors and poles. A particularly good switching ratio is achieved when the pole bridges bridge the annular space without an air gap, i.e. when both ends touch the opposite outer surfaces of the axle flanges of the roller and inductor. For this purpose, they are conveniently integrated as segments in a bearing bush.

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.In den zugehörigen schematischen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below using exemplary embodiments. The accompanying schematic drawings show:

... Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Thermowalze mit einem... Fig. 1 shows a longitudinal section through a thermo roll with a

Induktor in einphasiger Ausführung. Fig. 2 einen Querschnitt I - I nach Fig. 1 Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Thermowalze mit einem Induktor in zweiphasiger Ausführung Fig. 4 einen Querschnitt II - II nach Fig. 3 Fig. 5 einen Querschnitt III - III nach Fig. 3 Fig. 6 einen Querschnitt durch eine Thermowalze mit einem Induktor in zweiphasiger Ausführung und unsymmetrischer Anordnung der Phasengruppen analogInductor in single-phase design. Fig. 2 a cross section I - I according to Fig. 1 Fig. 3 a longitudinal section through a thermal roller with an inductor in two-phase design Fig. 4 a cross section II - II according to Fig. 3 Fig. 5 a cross section III - III according to Fig. 3 Fig. 6 a cross section through a thermal roller with an inductor in two-phase design and asymmetrical arrangement of the phase groups analogous

Fig. 4 (beheizter Mittenabschnitt) Fig. 7 " einen Querschnitt nach Fig. 6 jedoch mit einem um 180° verdrehtem Joch(nicht beheizte Randzone)Fig. 4 (heated central section) Fig. 7 " a cross section according to Fig. 6 but with a yoke rotated by 180° (unheated edge zone)

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Achsflansche der Thermowalze mit dem Induktor in zweiphasiger Ausführung in Koppelstellung der PolbrückenFig. 8 a cross section through the axle flanges of the thermo roll with the inductor in two-phase design in the coupling position of the pole bridges

Fig. 9 einen Querschnitt nach Fig. 8 in Abschirmstellung der Polbrückenanordnung.Fig. 9 shows a cross section according to Fig. 8 in the shielding position of the pole bridge arrangement.

Die Induktionsheizung für eine Thermowalze 1 besteht aus einem Walzenmantel 2, Achsflanschen 3, 3\ an denen die Thermowalze 1 drehbar gelagert ist, sowie dem Induktor 4, der mit Achsflanschen 7, 7" in axiale Bohrungen der Achsflansche 3, 3" der Thermowalze 1 eingesetzt ist.The induction heater for a thermal roller 1 consists of a roller shell 2, axle flanges 3, 3\ on which the thermal roller 1 is rotatably mounted, and the inductor 4, which is inserted with axle flanges 7, 7" into axial bores of the axle flanges 3, 3" of the thermal roller 1.

Der Induktor 4 ist, wie Fig. 1 und 2 zeigen, im Inneren des Walzenmantels 2 angeordnet und besteht in der hier dargestellten einphasigen Ausführung aus einem inneren Stromleiter 5, derThe inductor 4 is, as shown in Fig. 1 and 2, arranged inside the roller shell 2 and consists in the single-phase version shown here of an inner current conductor 5, which

■·■ durch ein Isolierstück 5.3 in zwei elektrisch getrennte und mechanisch miteinander verbundene Leiterteilstücke 5.1 und 5.2 unterteilt ist, äußeren Stromleitern 6, Schleifkontaktträgern 8, 8" mit innerem Schleifkontakt 8.1, 8.1^s und äußerem Schleifkontakt 8.2, 8.2", den Spindelmutter 9.1, 9.2 und einer Spindel 10 sowie einer magnetischen Abschirmung 11 des inneren Stromleiters 5.■·■ is divided by an insulating piece 5.3 into two electrically separated and mechanically connected conductor sections 5.1 and 5.2, outer current conductors 6, sliding contact carriers 8, 8" with inner sliding contact 8.1, 8.1 ^s and outer sliding contact 8.2, 8.2", the spindle nut 9.1, 9.2 and a spindle 10 as well as a magnetic shield 11 of the inner current conductor 5.

Die äußeren Stromleiter 6 der Induktorspule 4" können Rundoder Profilstäbe, aber auch Zylinderschalen sein und sind am inneren Umfang des Walzenmantels 2 gleichmäßig verteilt angeordnet und an ihren Enden in Achsflanschen 7, 7" des Induktors 4 befestigt. Der Anschluß der Stromleiter 6 an eine Stromquelle erfolgt von beiden Enden der Thermowalze 1 her über den inneren Stromleiter 5, die inneren Schleifkontakte 8.1, 8.&Ggr;, die Schleifkontaktträger 8, 8" und die äußeren Schleifkontakte 8.2, 8.2". Die äußeren Stromleiter 6 sind in Umfangsrichtung über ihre gesamte Länge oder abschnittsweise miteinander elektrisch verbunden, so daß sich der Strom den äußeren Schleifkontakten 8.2, 8.2" auf die äußeren Stromleiter 6 peripher gleichmäßig verteilt. Zwischen den beiden Schleifkontaktträgern 8, 8" fließt der Strom in den äußeren Stromleitern 6, und zwar am ganzen Umfang des Induktors in gleicher Richtung, wie in Fig. 1 und Fig. 2 durch Pfleile dargestellt ist. Dadurch wird in dem Walzenmantel 2 ein magnetischer Fluß erzeugt, welcher in Umfangsrichtung fließt, wie die Pfleile in Fig. 2 zeigen. Durch den Fluß werden im Walzenmantel Wirbelströme induziert, welche auf den in Fig. 1 durch Pfeile dargestellten Strombahnen fließen. Die Länge der Wirbelstrombahn und damit die beheizte Breite des Walzenmantels kann durch entsprechende Variation der stromdurchflossenen Länge des äußeren Stromleiters 6 eingestellt werden. Dies erfolgt durch Betätigung der Spindel 10, welche in dem rohrförmigen inneren Stromleiter 5 an ihren Enden drehbar gelagert und gegen den inneren Stromleiter .5 elektrisch isoliert ist. Die Isolierung kann z.B. in Form einer Gleitlagerbuchse aus Teflon erfolgen.
-■ Die Spindel 10 besteht aus zwei gleich langen Teilstücken mit gleichgroßer, aber entgegengesetzter Gewindesteigung. Die auf den Teilstücken der Spindel 10 befindlichen Spindelmuttern 9.1 und 9.2 besitzen ebenfalls zueinander entsprechend entgegengesetzte Gewindesteigungen gleicher Ganghöhe und sind auf der Spindel 10 symmetrisch zur axialen Walzenmitte angeordnet.The outer current conductors 6 of the inductor coil 4" can be round or profile rods, but also cylindrical shells and are evenly distributed on the inner circumference of the roller shell 2 and are fastened at their ends in axle flanges 7, 7" of the inductor 4. The connection of the current conductors 6 to a power source takes place from both ends of the thermal roller 1 via the inner current conductor 5, the inner sliding contacts 8.1, 8.&Ggr;, the sliding contact carriers 8, 8" and the outer sliding contacts 8.2, 8.2". The outer current conductors 6 are electrically connected to one another in the circumferential direction over their entire length or in sections, so that the current from the outer sliding contacts 8.2, 8.2" is evenly distributed to the outer current conductors 6 on the periphery. The current flows between the two sliding contact carriers 8, 8" in the outer current conductors 6, specifically in the same direction along the entire circumference of the inductor, as shown by arrows in Fig. 1 and Fig. 2. This generates a magnetic flux in the roller shell 2, which flows in the circumferential direction, as shown by the arrows in Fig. 2. The flux induces eddy currents in the roller shell, which flow along the current paths shown by arrows in Fig. 1. The length of the eddy current path and thus the heated width of the roller shell can be adjusted by appropriately varying the length of the outer current conductor 6 through which the current flows. This is done by operating the spindle 10, which is rotatably mounted at its ends in the tubular inner current conductor 5 and is electrically insulated from the inner current conductor 5. The insulation can be in the form of a plain bearing bush made of Teflon, for example.
-■ The spindle 10 consists of two sections of equal length with equal but opposite thread pitches. The spindle nuts 9.1 and 9.2 located on the sections of the spindle 10 also have correspondingly opposite thread pitches of the same pitch and are arranged on the spindle 10 symmetrically to the axial center of the roll.

Wird die Spindel 10 gedreht, so bewegen sich je nach Drehrichtung die Spindelmuttern 9.1, 9.2 zusammen mit den Schleifkontaktträgern 8, 8" auf jeweils gleich langen Wegstrecken, entweder aufeinander zu oder voneinander weg. Dabei nimmt die stromdurchflossene Strecke der äußeren Stromleiter 6 und damit die induktiv beheizte Breite des Walzenmantels 2 entsprechend ab oder zu.If the spindle 10 is rotated, the spindle nuts 9.1, 9.2 move together with the sliding contact carriers 8, 8" over equal distances, either towards or away from each other, depending on the direction of rotation. The current-carrying path of the outer current conductors 6 and thus the inductively heated width of the roller shell 2 decreases or increases accordingly.

Um eine Induktion von Wirbelströmen im Walzenmantel 2 außerhalb der durch die Schleifkontaktträger 8 becfrenzten Strecke durch den im inneren Stromleiter 5 fließenden Strom zu unterbinden, ist der innere Stromleiter 5 mit'einer magnetischen Abschirmung 11 versehen, welche aus den Schalen 11.1 und 11.2 besteht. Jede der beiden Schalen ist aus dünnen, gegeneinander isolierten ferromagnetischen Blechen zusammengesetzt und trägt an ihrer äußeren Oberfläche einen elektromagnetischen Schirm 12 aus elektrisch gut leitendem Material. Die magnetische Abschirmung 11 erstreckt sich über die gesamte Länge der Thermowalze 1, mindestens aber über die volle Länge des inneren Stromleiters 5 zwischen den Anschlüssen seiner Teilstücke 5.1 und 5.2 an die hier nicht dargestellte Stromquelle. Dadurch wird nicht nur in den Randbereichen des Walzenmantels 2, sondern auch in den Achsflanschen 3, 3" und 7, 7" eine Induktion von Wirbelströmen unterbunden.
25In order to prevent the induction of eddy currents in the roller shell 2 outside the distance limited by the sliding contact carriers 8 by the current flowing in the inner current conductor 5, the inner current conductor 5 is provided with a magnetic shield 11, which consists of the shells 11.1 and 11.2. Each of the two shells is composed of thin, mutually insulated ferromagnetic sheets and has an electromagnetic shield 12 made of electrically highly conductive material on its outer surface. The magnetic shield 11 extends over the entire length of the thermal roller 1, but at least over the full length of the inner current conductor 5 between the connections of its sections 5.1 and 5.2 to the power source (not shown here). This prevents the induction of eddy currents not only in the edge areas of the roller shell 2, but also in the axle flanges 3, 3" and 7, 7".
25

In bestimmten Fällen, z.B. beim Aufheizen der Thermowalze 1, ist jedoch eine aktive Beeinflussung des Temperaturfeldes in diesen Bereichen erwünscht.In certain cases, e.g. when heating the thermal roller 1, an active influence on the temperature field in these areas is desired.

■- Dem ist durch den Aufbau der magnetischen Abschirmung 11 erfindungsgemäß in der Weise Rechnung getragen, daß die beiden Schalen 11.1 und 11.2 unterschiedliche Durchmesser besitzen, so daß sie sich ineinander verdrehen lassen und damit den inneren Stromleiter 5 abhängig vom Drehwinkel teilweise freigeben. Damit kann die induktive Kopplung des inneren Stromleiters 5 an■- This is taken into account by the structure of the magnetic shield 11 according to the invention in such a way that the two shells 11.1 and 11.2 have different diameters, so that they can be twisted into each other and thus partially release the inner current conductor 5 depending on the angle of rotation. This can make it possible for the inductive coupling of the inner current conductor 5 to

- die Achsflansche 3, 3"bzw. die Randbereiche des Walzenmantels 2, also auch die dorthin induktiv übertragene Heizleistung, stufenlos von Null auf den jeweils benötigten Wert erhöht werden. - the axle flanges 3, 3" or the edge areas of the roller shell 2, and thus also the heating power transmitted there inductively, can be continuously increased from zero to the required value.

Zur Einstellung des Drehwinkels ist mindestens eine der Schalen 11.1 oder 11.2 der magnetischen Abschirmung 11 auf mindestens einer Seite der Thermowalze 1 aus dem Induktor 4 soweit durch dessen Achsflansch 7 herausgeführt, daß sie von außen zugänglich ist.To adjust the angle of rotation, at least one of the shells 11.1 or 11.2 of the magnetic shield 11 is led out of the inductor 4 on at least one side of the thermal roller 1 through its axle flange 7 to such an extent that it is accessible from the outside.

Im Betrieb der Walze 1 ist der Induktor 4 einschließlich aller darin befindlichen Einbauten feststehend. Deshalb ist.der Achsflansch 7 des Induktors 4 in den Achsflansch 3 der Thermowalze 1 drehbar gelagert eingesetzt und an seinen Enden am Walzengestell befestigt. Auch der innere, rohrförmige Stromleiter 5 ist mit den Enden seiner Teilstücke 5.1 und 5.2 am Maschinengestell abgestützt und fest mit der elektrischen Anlage der Stromquelle elektrisch verbunden. Er trägt an seinen Enden auf jeweils elektrisch isolierenden Lagern innen die Spindel 10 und außen die Schalen 11.1 und 11.2 der magnetischen Abschirmung 11. Die Lager der Schalen 11.1 und 11.2 haben verschiedene Außendurchmesser und sind axial versetzt angeordnet, so daß sie ein Ineinanderdrehen der Schalen 11.1 und 11.2 zulassen. Der Stromleiter 5 ist mit der Spindel 10 und der magnetischen Abschirmung 11 durch eine axiale Bohrungen in den Achsflanschen 7 des Induktors 4 auf beiden Seiten von außen zugänglich aus dem Innenraum der Thermowalze 1 herausgeführt.When the roller 1 is in operation, the inductor 4, including all the components located therein, is stationary. Therefore, the axle flange 7 of the inductor 4 is inserted in the axle flange 3 of the thermal roller 1 in a rotatable manner and is attached at its ends to the roller frame. The inner, tubular current conductor 5 is also supported by the ends of its sections 5.1 and 5.2 on the machine frame and is firmly connected to the electrical system of the power source. At its ends, it carries the spindle 10 on the inside on electrically insulating bearings and the shells 11.1 and 11.2 of the magnetic shield 11 on the outside. The bearings of the shells 11.1 and 11.2 have different external diameters and are arranged axially offset so that they allow the shells 11.1 and 11.2 to rotate into one another. The current conductor 5 is led out of the interior of the thermal roller 1 with the spindle 10 and the magnetic shield 11 through axial bores in the axle flanges 7 of the inductor 4 on both sides, accessible from the outside.

■- In den Fig. 3 und Fig. 4 ist eine induktive Heizungsanordnung mit einem Induktor 4 in symmetrischer zweiphasiger Ausführung dargestellt.■- Fig. 3 and Fig. 4 show an inductive heating arrangement with an inductor 4 in a symmetrical two-phase design.

Die äußeren Stromleiter 13' und 14^N der Induktorspule A" sind in zwei gleich große Phasengruppen 13 und 14 aufgeteilt und durch Isolierstäbe 15 elektrisch getrennt.The outer current conductors 13' and 14 ^N of the inductor coil A" are divided into two equally sized phase groups 13 and 14 and electrically separated by insulating rods 15.

- Der elektrische Phasenwinkel beträgt 180°, d.h. der Strom fließt in der einen Phasengruppe von einem zum anderen Ende des Induktors 4 und in der anderen Phasengruppe wieder zurück. Die Stromzuleitungen 17 und 18 liegen an dem einen Ende des Induktors 4, während am anderen Induktorende die beiden Phasengruppen 13, 14 durch die Phasenbrücke 18 miteinander verbunden sind.- The electrical phase angle is 180°, i.e. the current flows in one phase group from one end of the inductor 4 to the other and back again in the other phase group. The current supply lines 17 and 18 are at one end of the inductor 4, while at the other end of the inductor the two phase groups 13, 14 are connected to one another by the phase bridge 18.

Die Stromleiter 13", 14" der beide Phasengruppen 13, 14 besitzen eine gemeinsame Durchflutungsachse 19, welche sich zwischen der Walzenachse und den peripheren Phasengrenzen erstreckt. In der Durchflutungsachse 19 ist symmetrisch das Querjoch 20 mit den Polschuhen 21 angeordnet.The current conductors 13 ", 14" of the two phase groups 13, 14 have a common magnetic flux axis 19, which extends between the roller axis and the peripheral phase boundaries. The transverse yoke 20 with the pole shoes 21 is arranged symmetrically in the magnetic flux axis 19.

Aufgrund des entgegengesetzten Drehsinns ihrer Durchflutungen bildet jede Phasengruppe 13, 14 ihren eigenen Magnetkreis 22 bzw. 23 aus. Der Walzenmantel 2 bildet dabei auf dem von der jeweiligen Phasengruppe 13 bzw. 14 überdeckten Abschnitt den Kern eines solchen Magnetkreises. Die beiden Kernhälften des Walzenmantels 2 stoßen mit ihren jeweils; gleichnamigen Polen an den Phasengrenzen aneinander. Das Querjoch 20 bildet dabei die gemeinsame Brücke der beiden Magnetkreise zwischen den sich diametral gegenüberliegenden, entgegengesetzten Polen der beiden Kernhälften. Die Richtung der von den Phasengruppen 13 bzw. 14 erzeugten Flüsse sind in Fig. 4 durch Pfeile dargestellt.Due to the opposite direction of rotation of their magnetic fluxes, each phase group 13, 14 forms its own magnetic circuit 22 or 23. The roller shell 2 forms the core of such a magnetic circuit on the section covered by the respective phase group 13 or 14. The two core halves of the roller shell 2 abut each other with their respective poles of the same name at the phase boundaries. The transverse yoke 20 forms the common bridge of the two magnetic circuits between the diametrically opposite, opposite poles of the two core halves. The direction of the fluxes generated by the phase groups 13 or 14 is shown by arrows in Fig. 4.

Der magnetische Widerstand der Magnetkreise 22 bzw. 23 wird durch die Breite und die Oberfläche des Luftspalts 24 zwischen dem Querjoch 20 und der Innenfläche des Walzenmantels 2 bestimmt. Je schmaler der Luftspalt und je größer seine Oberfläche ist, desto geringer ist sein magnetischer Widerstand und desto größer der magnetische Fluß bei einer bestimmten Durchflutung bzw. Erregerleistung, d.h. je enger ist die induktive Kopplung zwischen Induktor 4 und Walzenmantel 2. Der Luftspalt ist daher zweckmäßig so schmal bemessen, wie es die radiale Dicke der äußeren Stromleiter 13', 14' und die Durchbiegung des Walzenmantels 2 zulassen.The magnetic resistance of the magnetic circuits 22 and 23 is determined by the width and surface of the air gap 24 between the transverse yoke 20 and the inner surface of the roller shell 2. The narrower the air gap and the larger its surface, the lower its magnetic resistance and the greater the magnetic flux at a certain magnetic flux or excitation power, i.e. the closer the inductive coupling between the inductor 4 and the roller shell 2. The air gap is therefore expediently dimensioned to be as narrow as the radial thickness of the outer current conductors 13', 14' and the deflection of the roller shell 2 allow.

• ··

-■ Die Oberfläche des Luftspalts kann durch Ausdehnung der Breite der Polschuhe 21, 21^N in Umfangsrichtunc[ so weit vergrößert werden, wie es die geforderte Gleichmäßigleit der peripheren Fluß- bzw. Wärmequellendichteverteilung im Walzenmantel 2 zuläßt. Andererseits kann durch entsprechende Formgebung und Ausdehnung der Polschuhe 21, 21" am Walzenumfang die periphere Flußdichte- und Wärmestromdichteverteilung in weiten Grenzen variiert werden.-■ The surface of the air gap can be enlarged by extending the width of the pole shoes 21, 21 ^N in the circumferential direction as far as the required uniformity of the peripheral flux or heat source density distribution in the roll shell 2 allows. On the other hand, the peripheral flux density and heat flow density distribution can be varied within wide limits by appropriate shaping and extension of the pole shoes 21, 21" on the roll circumference.

Die induktive Kopplung zwischen dem Induktor 4 und dem Walzenmantel 2, d.h. die mit einem bestimmten Induktorstrom auf den Walzenmantel 2 übertragbare HeizieistmKf, kann von ihrem maximalen Wert auf praktisch Null reduziert werden, wenn das Querjoch 20 aus der Durchflutungsachse 19 um 90° gedreht wird.The inductive coupling between the inductor 4 and the roller shell 2, i.e. the heating power Kf that can be transferred to the roller shell 2 with a certain inductor current, can be reduced from its maximum value to practically zero if the transverse yoke 20 is rotated by 90° from the magnetic flux axis 19.

Das magnetische Feld in dieser Grenzstellung ist in Fig. 5 dargestellt. Die Durchflutungen der Phasencjruppen 13 und 14 heben sich im Bezug auf das Querjoch 20 auf, so daß sich nur noch ein Streufluß ausbilden kann. Aufgrund seines im Vergleich zum Luftspalt 24 bedeutend größeren Wegs durch den nichtmagnetisehen Raum im Inneren des Walzenmantels 2 ist der Streufluß bedeutend niedriger als der Fluß in Brückenstellung des Querjochs 20. Dies trifft wegen der quadratischen Abhängigkeit der Wärmequellen von der Flußdichte in noch höherem Maße für die induktiv übertragene Heizleistung zu. Bei konstantem Induktorstrom kann so die Heizleistung allein durch Drehung des Querjochs 20 in weiten Grenzen variiert werden.The magnetic field in this limit position is shown in Fig. 5. The fluxes of the phase groups 13 and 14 cancel each other out in relation to the cross yoke 20, so that only a stray flux can form. Due to its significantly larger path through the non-magnetic space inside the roller shell 2 compared to the air gap 24, the stray flux is significantly lower than the flux in the bridge position of the cross yoke 20. This applies to an even greater extent to the inductively transmitted heating power due to the quadratic dependence of the heat sources on the flux density. With a constant inductor current, the heating power can be varied within wide limits simply by rotating the cross yoke 20.

Dies ergibt eine im Vergleich zu bekannten Anordnungen wesentlich vereinfachte Steuerung des Induktorstroms bei der Einstellung und Aufrechterhaltung der Temperaturverteilung auf der Oberfläche der Thermowalze 1. Es genügt, den Strom auf einem bestimmten Wert konstant zu halten. Die Oberflächentemperatur der Thermowalze 1 kann dann einfach mit dem Drehwinkel des Querjochs 20 geregelt werden.This results in a much simpler control of the inductor current when setting and maintaining the temperature distribution on the surface of the thermal roller 1 compared to known arrangements. It is sufficient to keep the current constant at a certain value. The surface temperature of the thermal roller 1 can then be easily controlled with the angle of rotation of the cross yoke 20.

- Um dabei ein bestimmtes Temperaturprofil über der Ballenbreite der Thermowalze 1, insbesondere Heizzonen unterschiedlicher Breite, einstellen zu können, ist das Querjoch 20 axial in mehrere, gegeneinander verdrehbare Abschnitte 20^s, 20'', 20''' aufgeteilt, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt ist. Die beiden äußeren Querjoche 20' und 20''' befinden sich in der Grenzstellung minimaler induktiver Kopplung zwischen Induktor und Walzenmantel 2. Das mittlere Querjoch 20'' nimmt die Brükkenstellung ein, stellt also die maximale induktive Kopplung- In order to be able to set a specific temperature profile over the barrel width of the thermal roller 1, in particular heating zones of different widths, the cross yoke 20 is divided axially into several sections 20 ^s , 20'', 20''' that can be rotated relative to one another, as shown schematically in Fig. 3. The two outer cross yokes 20' and 20''' are in the limit position of minimal inductive coupling between the inductor and the roller shell 2. The middle cross yoke 20'' takes the bridge position, thus providing the maximum inductive coupling

Aufgrund dieser Konstellation werden Wirbelströme nur in dem mittleren axialen Abschnitt des Walzenmcintels 2 erzeugt. Die Wirbelstrombahnen und die Richtung der Wirbelströme sind durch die Pfeile dargestellt. Da der Strom in den Stromleitern 13' und 14' der Phasengruppen 13, 14' sich in der durch Pfeile gekennzeichneten Strömungsrichtung nicht ändern kann, ist die magnetische Flußdichte und damit auch die Wärmequellendichte in axialer Richtung zwangsläufig konstant, solange die induktive Kopplung zwischen Induktor 4 und Walzenmantel 2 konstant ist.Due to this configuration, eddy currents are only generated in the central axial section of the roller shell 2. The eddy current paths and the direction of the eddy currents are shown by the arrows. Since the current in the current conductors 13' and 14' of the phase groups 13, 14' cannot change in the flow direction indicated by the arrows, the magnetic flux density and thus also the heat source density in the axial direction is necessarily constant as long as the inductive coupling between the inductor 4 and the roller shell 2 is constant.

Dies gilt über der axialen Länge des Querjochs 20, wie in Fig. 3 dargestellt ist.This applies over the axial length of the transverse yoke 20, as shown in Fig. 3.

Im Randbereich des mittleren Abschnittes 20'' des Querjochs 20 nimmt die Kopplung jedoch stark ab, so daß der in axialer Richtung fließende Strom auf Null abnimmt, indem er sich in radialer Richtung auffächert. Dadurch gehen die oberflächennahen Schichten der am inneren und äußeren Umfang des Walzenmantels liegenden Wirbelstrompfade über den Enden des Querjochs 20 ineinander über. Das sich dabei ausbildende elektromagnetische und thermische Randfeld kann abhängig von der Dicke des Walzenmantels 2 erheblich über die axialen Enden des Querjochs 20 hinausgehen und sich insbesondere dann, wenn sich auch die äußeren Abschnitte 20', 20''' in Brückenstellung befinden, bis in den Bereich des Achsflansches 3 der Walze 1 erstrecken.In the edge area of the middle section 20'' of the cross yoke 20, however, the coupling decreases sharply, so that the current flowing in the axial direction decreases to zero by fanning out in the radial direction. As a result, the layers of the eddy current paths near the surface, which are located on the inner and outer circumference of the roller shell, merge into one another over the ends of the cross yoke 20. The electromagnetic and thermal edge field that is formed in this way can, depending on the thickness of the roller shell 2, extend considerably beyond the axial ends of the cross yoke 20 and, in particular when the outer sections 20', 20''' are also in the bridge position, extend into the area of the axle flange 3 of the roller 1.

- Die Querjoche 20 mit ihren Abschnitten 20", 20"", 20""" sitzen auf konzentrisch angeordneten, aufeinander drehbar gelagerten
Hohlwellen 25, 25", 25", wobei auf der einen Seite der Thermowalze 1 die innerste Hohlwelle 25" und auf der anderen Seite
der Thermowalze 1 die äußerste Hohlwelle 25" im Achsflansch 7 des Induktors 4 drehbar gelagert ist. Die Enden der Hohlwellen sind auf einer Seite der Thermowalze 1 durch die axiale Bohrung des Achsflansches 7 des Induktors 4 von außen zugänglich herausgeführt.
Sie können dort mit einer Stelleinrichtung verbunden werden, die Bestandteil eines Temperaturreglers ist.- The cross yokes 20 with their sections 20", 20"", 20""" sit on concentrically arranged, mutually rotatable
Hollow shafts 25, 25", 25", whereby on one side of the thermo roll 1 the innermost hollow shaft 25" and on the other side
the outermost hollow shaft 25" of the thermal roller 1 is rotatably mounted in the axle flange 7 of the inductor 4. The ends of the hollow shafts are led out on one side of the thermal roller 1 through the axial bore of the axle flange 7 of the inductor 4 and are accessible from the outside.
They can be connected there to an adjusting device that is part of a temperature controller.

Die Querjoche 20 sind zur Entlastung der Hohlwellen 25 und zur Minimierung des Luftspalts direkt auf der inneren Mantelfläche des Induktors 4 d.h. an den Innenflächen der Stromleiter 13",The cross yokes 20 are mounted directly on the inner surface of the inductor 4, i.e. on the inner surfaces of the current conductors 13", to relieve the load on the hollow shafts 25 and to minimize the air gap.

14" gelagert.14" stored.

Hierzu ist die Oberfläche der Polschuhe 21 mit einer Isolierkappe
2 6 aus elektrisch isolierendem und temperaturbeständigem Material mit selbstschmierenden Eigenschaften, z. B. Teflon,
überzogen.For this purpose, the surface of the pole shoes 21 is covered with an insulating cap
2 6 made of electrically insulating and temperature-resistant material with self-lubricating properties, e.g. Teflon,
overdrawn.

In Fig. 6 und Fig. 7 ist gezeigt, wie die Thermowalze 1 erfindungsgemäß auch für periphere Zonenheizung ausgelegt werden
kann.
Zur Konzentration der Heizleistung auf die periphere HeizzoneIn Fig. 6 and Fig. 7 it is shown how the thermo roller 1 can also be designed according to the invention for peripheral zone heating
can.
To concentrate the heating power on the peripheral heating zone

27 erstrecken sich die Phasengruppen 13 und 14 über unterschiedlich
große Bereiche des Walzenumfangs, führen aber den
gleichen Strom. Die Durchflutungen beider Phasengruppen 13, 14 sind somit gleich. Ihre Durchflutungsachsen 19 bilden die Kan-27, phase groups 13 and 14 extend over different
large areas of the roller circumference, but lead to the
same current. The current flowing through both phase groups 13, 14 is therefore equal. Their current flow axes 19 form the channel

"" ten eines Kreisscheibensegments," das die periphere Heizzone 27 mit der Phasengruppe 13 einschließt."" ten of a circular disk segment," which encloses the peripheral heating zone 27 with the phase group 13.

In der Durchflutungsachse 19 ist das Querjoch 20.1 angeordnet. Durch entsprechende Gestaltung der Polschuhe 21, 21" und des
Luftspalts 24 kann erreicht werden, daß der magnetische Widerstand des Magnetkreises der Phasengruppe 13 bedeutend niedrigerThe transverse yoke 20.1 is arranged in the magnetic flux axis 19. By appropriate design of the pole shoes 21, 21" and the
By using the air gap 24, the magnetic resistance of the magnetic circuit of the phase group 13 can be significantly lower

- als der magnetische Widerstand des Magnetkreises der Phasengruppe 14 ist, welcher schon auf Grund der größeren Weglänge einen größeren magnetischen Widerstand besitzt.- than the magnetic resistance of the magnetic circuit of phase group 14, which already has a greater magnetic resistance due to the greater path length.

Dem Beispiel der Fig. 6 liegt die Annahme zugrunde, daß der magnetische Widerstand des Magnetkreises der Phasengruppe 13 mit den Stromleitern 13"ein Drittel des magnetischen Widerstands des Magnetkreises der Phasengruppe 14 mit den Stromleitern 14" beträgt. Infolgedessen ist der im Magnetkreis der Phasengruppe 13 durch die Durchflutung der Stromleiter 13" hervorgerufene Fluß dreimal größer als der im Magnetkreis der Phasengruppe 14 durch die gleichgroße Durchflutung der Stromleiter 14" hervorgerufene Fluß, was durch die Anzahl der Pfeile in Fig. 6 dargestellt ist. Da die Wärmequellendichte quadratisch von der Flußdichte abhängt, ist sie demnach in der Heizzone 27 neunmal höher als am übrigen Walzenumfang. Infolgedessen werden in der Heizzone 75 % der Heizleistung umgesetzt.The example in Fig. 6 is based on the assumption that the magnetic resistance of the magnetic circuit of phase group 13 with current conductors 13" is one third of the magnetic resistance of the magnetic circuit of phase group 14 with current conductors 14". As a result, the flux caused in the magnetic circuit of phase group 13 by the current conductors 13" is three times greater than the flux caused in the magnetic circuit of phase group 14 by the same current conductors 14", which is shown by the number of arrows in Fig. 6. Since the heat source density depends quadratically on the flux density, it is therefore nine times higher in heating zone 27 than on the rest of the roller circumference. As a result, 75% of the heating power is converted in the heating zone.

Fig. 7 zeigt das Magnetfeld, welches sich bei unveränderter Durchflutung ausbildet, wenn das Querjoch 20.1 um 180° aus der Heizzone gedreht ist. Bezogen auf das Querjoch 20.1 heben sich die Phasendurchflutungen teilweise auf, wobei die Durchflutungsachsen und die entsprechenden Magnetkreise in diesem Fall durch das Querjoch 20.1 eingeprägt werden. Im vorliegendem Beispiel der Fig. 7 beträgt die resultierende Durchflutung der beiden Magnetkreise ein Viertel der Phasendurchflutung.Fig. 7 shows the magnetic field that forms with unchanged magnetic flux when the cross yoke 20.1 is rotated 180° out of the heating zone. In relation to the cross yoke 20.1, the phase magnetic fluxes partially cancel each other out, whereby the magnetic flux axes and the corresponding magnetic circuits are impressed in this case by the cross yoke 20.1. In the present example in Fig. 7, the resulting magnetic flux of the two magnetic circuits is a quarter of the phase magnetic flux.

Geht man von den gleichen Annahmen bezüglich des magnetischen Widerstands der Magnet kreise aus-, so beträgt der Fluß in dem durch die Schenkel des Querjochs 20.1 eingeschlossenen, inneren Magnetkreis 28 wiederum das Dreifache des Flusses in dem äußeren Magnetkreis 29. Das ist, bezogen auf die maximale Flußdichte in der Heizzone 27 nach Fig. 6, aufgrund der geringeren Durchflutung aber nur ein Viertel.If the same assumptions are made regarding the magnetic resistance of the magnetic circuits, the flux in the inner magnetic circuit 28 enclosed by the legs of the transverse yoke 20.1 is again three times the flux in the outer magnetic circuit 29. However, this is only a quarter of the maximum flux density in the heating zone 27 according to Fig. 6 due to the lower magnetic flux.

Dies bedeutet, daß die maximale Wärmequellendichte in der Stellung des Querjochs 20.1 gemäß Fig. 7 nur ein Sechszehntel im Vergleich zu der maximalen Wärmequellendichte in der Stellung des Querj ochs 20.1 gemäß Fig. 6 beträgt.This means that the maximum heat source density in the position of the cross yoke 20.1 according to Fig. 7 is only one sixteenth compared to the maximum heat source density in the position of the cross yoke 20.1 according to Fig. 6.

■³°-■ ³ °-

Daraus folgt eine insgesamt übertragene Heizleistung von 9 % im Vergleich zur vollen induktiven Kopplung' in Fig. 6. Die Stromanschlußleitungen 17 und 18 zu den Stromleitern 13^s und 14"der Induktorspule 4"sind in Nuten des Achsflansches 7 des Induktors 4 angeordnet. Die in den Stromanschlußleitungen 17, 18 fließenden Phasenströme rufen mit ihren Durchflutungen in den Achsflanschen 3 und 7 der Thermowalze 1 und des Induktors 4 Magnetflüsse hervor, die für die Erwärmung der Achsflansche genutzt werden können oder anderenfalls unterdrückt werden müssen.This results in a total transferred heating power of 9% compared to the full inductive coupling in Fig. 6. The power connection lines 17 and 18 to the current conductors 13 ^s and 14" of the inductor coil 4" are arranged in grooves in the axle flange 7 of the inductor 4. The phase currents flowing in the power connection lines 17, 18 cause magnetic fluxes in the axle flanges 3 and 7 of the thermo roller 1 and the inductor 4, which can be used to heat the axle flanges or otherwise must be suppressed.

In Fig. 8 und 9 ist eine Anordnung gezeigt, welche diese Möglichkeit durch Einstellen verschiedener Magnetkreiskonstellationen bietet. Dabei ist in Fig. 8 die Anordnung in der Stellung gezeigt, in welcher der Magnetfluß für die Erwärmung genutzt wird. In Fig. 9 ist dagegen der Magnetkreis in der Einstellung gezeigt, in welcher der Magnetfluß wirksam unterdrückt wird.
Die zweiphasige Magnetkreisanordnung besteht aus dem Achsflansch 3 der Thermowalze 1, dem Achsflansch 7 des Induktors mit den elektromagnetischen Abschirmkappen 30 sowie dem Stellring 35 mit den 'Polbrücken 31 und den elektromagnetischen Polabschirmkappen 32.
In Fig. 8 überbrücken die aus ferromagnetischem Material bestehenden Polbrücken 31 den Luftspalt 33 in dem Umfangsbereich zwischen jeweils zwei Abschirmkappen 30 und bilden damit jeweils einen Magnetkreis für jede der beiden Stromzuleitungen und 18 mit gleich großem magnetischen Widerstand. In diesen Magnetkreisen werden durch die Durchflutungen der Phasenströme in den Stromzuleitungen 17 und 18 die Magnetflüsse angetrieben, so wie sie in Fig. 8 durch Pfeile dargestellt sind. Dadurch werden in den Achsflanschen 3 und 7 Wirbelströme induziert, welche dort eine Erwärmung hervorrufen. Ist eine solche Erwärmung unerwünscht, so werden durchFig. 8 and 9 show an arrangement which offers this possibility by setting different magnetic circuit configurations. Fig. 8 shows the arrangement in the position in which the magnetic flux is used for heating. Fig. 9, on the other hand, shows the magnetic circuit in the setting in which the magnetic flux is effectively suppressed.
The two-phase magnetic circuit arrangement consists of the axle flange 3 of the thermal roller 1, the axle flange 7 of the inductor with the electromagnetic shielding caps 30 and the adjusting ring 35 with the pole bridges 31 and the electromagnetic pole shielding caps 32.
In Fig. 8, the pole bridges 31 made of ferromagnetic material bridge the air gap 33 in the peripheral area between two shielding caps 30 and thus form a magnetic circuit for each of the two power supply lines 17 and 18 with the same magnetic resistance. In these magnetic circuits, the magnetic fluxes are driven by the flow of the phase currents in the power supply lines 17 and 18, as shown by arrows in Fig. 8. This induces eddy currents in the axle flanges 3 and 7, which cause heating there. If such heating is undesirable,

-- Verdrehen des Stellrings 33 um 90° die Polbrücken 31 radial über die Stromzuführungsleitungen 17 und 18 und die elektromagnetischen Polabschirmkappen 32 über die Pole 34 des Magnetkreises positioniert. Dadurch ist der Achsflansch 3 der Thermowalze 1 elektromagnetisch vollständig von dem Achsflansch 7 des Induktors 4 abgeschirmt. Die Magnetkreise der Stromzuführungsleitungen 17 und 18 sind dadurch pra-ktisch unterbrochen, so daß der Magnetfluß wirksam unterdrückt ist.-- Turning the adjusting ring 33 by 90° positions the pole bridges 31 radially over the power supply lines 17 and 18 and the electromagnetic pole shielding caps 32 over the poles 34 of the magnetic circuit. As a result, the axle flange 3 of the thermal roller 1 is completely electromagnetically shielded from the axle flange 7 of the inductor 4. The magnetic circuits of the power supply lines 17 and 18 are thus practically interrupted, so that the magnetic flux is effectively suppressed.

Zwischen den in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigten Stellungen der vollständigen Schließung und vollständigen Öffnung des Magnetkreises bzw. der vollen Ausbildung und vollen Unterdrückung des Magnetflusses sind auch Zwischenstellungen durch entsprechendes Verdrehen des Stellrings 35 möglich.Between the positions of complete closure and complete opening of the magnetic circuit shown in Fig. 8 and Fig. 9 or the full formation and full suppression of the magnetic flux, intermediate positions are also possible by appropriately turning the adjusting ring 35.

Die in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellte Magnetkreisanordnung kann sinngemäß auch für die Heizung des Walzenmantels verwendet werden. In diesem Fall bezeichnet Pos. 3 den Walzenmantel 2, Pos. 7 das Querjoch 20.2 und die Pos. 17 und Pos. 18 die Stromleiter 13^s, 14^s der beiden Phasen des Induktors 4. Das Querjoch 20.2 kann hierbei das Querhaupt einer Biegeausgleichswalze sein, über dem konzentrisch ein aus dünnem, isolierten Blech aufgewickelter Zylinder als Magnetleiter angeordnet ist. Die Polbrücken sind dann zweckmäßig als Hydraulikelemente ausgeführt bzw. in diese integriert.The magnetic circuit arrangement shown in Fig. 8 and Fig. 9 can also be used for heating the roll shell. In this case, item 3 designates the roll shell 2, item 7 the cross yoke 20.2 and items 17 and 18 the current conductors 13 ^s , 14 ^s of the two phases of the inductor 4. The cross yoke 20.2 can be the crosshead of a bending compensation roll, above which a cylinder wound from thin, insulated sheet metal is arranged concentrically as a magnetic conductor. The pole bridges are then expediently designed as hydraulic elements or integrated into them.

Claims (21)

Patentanwalt Manfred Treffurth Induktionsheizung für Thermowalzen SchutzansprüchePatent Attorney Manfred Treffurth Induction heating for thermal rollers Protection claims 1. Induktionsheizung für Thermowalzen mit einem an seinen Enden mit Achsflanschen versehenen, drehbar gelagerten hohlzylindrischen Walzenmantel, mit einem innerhalb eines von diesem umschlossenen Raumes angeordneten und mit dem Walzenmantel induktiv gekoppelten Induktor, der aus einer Induktorspule, welche
von einem ein - oder mehrphasigen Strom durchflossen wird, und
einem Magnetkern besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzenmantel
selbst den Magnetkern bildet und die Induktorspule
aus einem oder mehreren, in Nähe der Innenfläche des Walzenmantels in achsparaller Anordnung peripher verteilten, sich axial
mindestens über die größte Ballenbreite der Walze erstreckenden und in ihrer induktiven Ankopplung an den Walzenmantel abschnitts-
bzw. zonenweise einstellbaren, stab- oder schalenförmigen Stromleitern besteht.1. Induction heating for thermal rolls with a rotatably mounted hollow cylindrical roll shell provided with axle flanges at its ends, with an inductor arranged within a space enclosed by this and inductively coupled to the roll shell, which consists of an inductor coil which
is traversed by a single or multi-phase current, and
a magnetic core, characterized in that the roller shell
itself forms the magnetic core and the inductor coil
consisting of one or more axially extending rollers, which are distributed peripherally in an axially parallel arrangement near the inner surface of the roll shell.
extending at least over the largest roll width of the roller and in its inductive coupling to the roller shell section-
or zone-adjustable, rod- or shell-shaped current conductors. 2. Induktionsheizung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (4) eigene Achsflansche (7,7") besitzt,
welche in den Achsflanschen (3, 3") der Thermowalze (1) fest
oder drehbar gelagert sind.2. Induction heating according to claim 1, characterized in that the inductor coil (4) has its own axle flanges (7,7"),
which are fixed in the axle flanges (3, 3") of the thermo roller (1)
or are rotatably mounted. 3. Induktionsheizung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stromleiter (6) der Induktorspule
(4^V) nur in den Abschnitten, in denen eine induktive Ankopplung an den Walzenmantel (2) erfolgen soll, vom Strom durchflossen3. Induction heating according to claims 1 and 2, characterized in that the outer current conductors (6) of the inductor coil
(4 ^V ) only in the sections where an inductive coupling to the roller shell (2) is to take place, through which current flows sind.are. 4. Induktionsheizung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Stromleiter (6) über ihre gesamte
Länge oder abschnittsweise mit einer oder mehreren an der In-4. Induction heating according to claims 1 to 3, characterized in that the outer current conductors (6) are
Length or in sections with one or more at the in- nenfläche der Induktorspule(4") axial parallelen Kontaktbahn/-surface of the inductor coil (4 ") axially parallel contact path/- bahnen elektrisch verbunden sind, und an Schleifkontaktträgern (8, 8') befestigte innere Schleifkontakte (8.1, 8.1") auf einer in Achsnähe der Thermowalze angeordneten inneren Stromleiter
(5) und äußere Schleifkontakte (8.2, 8.2") auf der/den Kontaktbahn/-bahnen geführt sind.tracks are electrically connected, and inner sliding contacts (8.1, 8.1") attached to sliding contact carriers (8, 8') on an inner current conductor arranged near the axis of the thermo roller
(5) and external sliding contacts (8.2, 8.2") are guided on the contact track(s). 5. Induktionsheizung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stromleiter (5) in der axialen Mitte der Ballenbreite der Thermowalze (1) in zwei gegeneinander elektrisch5. Induction heating according to claim 4, characterized in that the inner current conductor (5) is divided into two mutually electrically isolierte Teilstücke (5.1, 5.2) geteilt ist und durch Achsflansche (3, 3") zu beiden Seiten der Thermowalze (1) herausgeführt und mit einer Wechselstromquelle verbunden ist, und die
Schleifkontaktträger (8, Q") symmetrisch zur axialen Mitte des
Walzenballens der Thermowalze (1) angeordnet und auf je einerinsulated sections (5.1, 5.2) and is led out through axle flanges (3, 3") on both sides of the thermoroll (1) and is connected to an alternating current source, and the
Sliding contact carrier (8, Q") symmetrical to the axial center of the
roller barrel of the thermo roller (1) and on each Spindelmutter (9) befestigt sind, welche; eine jeweils zur Spindelmutter der gegenüberliegenden Walzenseite entgegengesetzte
Steigung (9.1, 9.2) gleicher Höhe besitzen.spindle nut (9) which; each opposite to the spindle nut of the opposite roller side
Slope (9.1, 9.2) of the same height. 6. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Stromleiter (5) durchgängig
oder zumindest teilweise eine magnetische Abschirmung6. Induction heating according to one of the preceding claims, characterized in that the inner current conductor (5) is continuously
or at least partially a magnetic shield (11) besitzt.(11) has. 7. Induktionsheizung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) aus einem ferromagnetischen Mantel mit einem achsial verlaufenden Luftspalt besteht und in vorteilhafter Weise an ihrem Umfang eine als elektromagnetischen Schirm7. Induction heating according to claim 6, characterized in that the shield (11) consists of a ferromagnetic jacket with an axially extending air gap and advantageously has on its circumference a shield which acts as an electromagnetic shield (12) wirkende Schicht aus einem elektrisch gut leitendem Material besitzt.(12) acting layer made of an electrically highly conductive material. 8. Induktionsheizung nach Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) aus Halbschalen (11.1, 11.2) gebildet ist, die sich bis in die Randbereiche der Thermowalze (1) und/oder in den Bereichen der Achsflansche (3, 3")8. Induction heating according to claims 6 and 7, characterized in that the shield (11) is formed from half-shells (11.1, 11.2) which extend into the edge areas of the thermal roller (1) and/or into the areas of the axle flanges (3, 3") erstrecken und mindestens in den Randbereichen und den Bereichen der Achsflansche (3, 3") ineinander verdrehbar sind.and can be rotated into one another at least in the edge regions and the regions of the axle flanges (3, 3"). 9. Induktionsheizung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter (13", 14") der Induktorspule (4') bei Anschluß an einen mehrphasigen Wechselstrom in gegeneinander elektrisch isolierten Phasengruppen (13, und 14) an beiden Enden elektrisch verbunden sind, wobei die Phasengruppen (13 und 14) an einem Ende elektrisch zusammengeschaltet sind, und innerhalb des Walzenmantels mindestens über die größte Ballenbreite ein Querjoch (20) drehbar angeordnet ist, das sich in seiner Grundstellung zwischen den peripheren Phasengrenzen erstreckt und in einzelne, um die Walzenachse gegeneinander verdrehbare axiale Abschnitte (2(T, 20"", 20""") unterteilt ist, die zum Walzenmantel (2) unterschiedlich große Luftspalte haben können.9. Induction heating according to claims 1 and 2, characterized in that the current conductors (13", 14") of the inductor coil (4') are electrically connected at both ends when connected to a multi-phase alternating current in phase groups (13 and 14) that are electrically insulated from one another, the phase groups (13 and 14) being electrically connected together at one end, and a transverse yoke (20) is arranged rotatably within the roller shell at least over the largest barrel width, which extends in its basic position between the peripheral phase boundaries and is divided into individual axial sections (2(T, 20"", 20""") that can be rotated relative to one another about the roller axis and which can have air gaps of different sizes relative to the roller shell (2). 10. Induktionsheizung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (20", 20 "", 20 """) des Querjochs (20) aus ferromagnetischem Material, vorzugsweise aus aufeinander geschichteten dünnen, in Flußrichtung angeordneten, gegeneinander isolierten Blechen bestehen und an den Enden mit Polschuhen (20, 21") ausgebildet sind dergestalt, daß der Luftspalt zwischen dem Querjoch (20) und dem Walzenmantel (2) peripher variierbar ist.10. Induction heating according to claim 9, characterized in that the sections (20", 20 "", 20 """) of the transverse yoke (20) consist of ferromagnetic material, preferably of thin sheets layered on top of one another, arranged in the direction of flow, insulated from one another and are formed at the ends with pole shoes (20, 21") in such a way that the air gap between the transverse yoke (20) and the roller shell (2) can be varied peripherally. 11. Induktionsheizung nach Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Phasengruppen (13 und 14) über unterschiedlich große Bereiche des Walzenumfangs erstrecken und das den magnetischen Fluß führende Querjoch (20) als ein um die Walzenachse drehbares Kreisscheibensegment (20.1) ausgebildet ist.11. Induction heating according to claims 9 and 10, characterized in that the phase groups (13 and 14) extend over different sized areas of the roller circumference and the transverse yoke (20) guiding the magnetic flux is designed as a circular disk segment (20.1) that can rotate about the roller axis. 12. Induktionsheizung nach Ansprüchen 9 bis 11, dadurch ge-12. Induction heating according to claims 9 to 11, characterized in kennzeichnet, daß jeder der Abschnitte (20", 20"", 20""") eineindicates that each of the sections (20", 20"", 20""") has a eigene Drehachse (25, 25", 25*") besitzt, die zur Betätigung vorzugsweise durch einen der Achsflansche (3) herausgeführt ist.has its own rotary axis (25, 25", 25*"), which is preferably led out through one of the axle flanges (3) for actuation. 13. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Querjoche (20) an den Innenflächen der Stromleiter (13", 14") gleitfähig gelagert sind, wobei die Stromleiter (13", 14") mit einem dünnen, elektrisch isolierenden Belag (36) und/oder das Querjoch (20) mit einer Isolierkappe (26) versehen sind.13. Induction heating according to one of the preceding claims 9 to 12, characterized in that the transverse yokes (20) are slidably mounted on the inner surfaces of the current conductors (13", 14"), the current conductors (13", 14") being provided with a thin, electrically insulating coating (36) and/or the transverse yoke (20) being provided with an insulating cap (26). 14. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (4") feststehend ist und der Abstand der stab- oder schalenförmigen Stromleiter (6 und 13", 14") zum Walzenmantel (2) mindestens gleich dessen maximaler Durchbiegung im Betrieb der Thermowalze (1) ist.14. Induction heating according to one of the preceding claims, characterized in that the inductor coil (4") is fixed and the distance between the rod-shaped or bowl-shaped current conductors (6 and 13", 14") and the roller shell (2) is at least equal to its maximum deflection during operation of the thermal roller (1). 15. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktorspule (4") mit dem Walzenmantel (2) starr verbunden ist und zur Herstellung einer ortsfesten Durchflutungsachse die Stromleiter (6 und 13", 14") an einen Kollektor geführt sind, über den die elektrische Verbindung zur Stromquelle hergestellt ist.15. Induction heating according to one of the preceding claims 1 to 13, characterized in that the inductor coil (4") is rigidly connected to the roller shell (2) and, in order to produce a stationary flow axis, the current conductors (6 and 13", 14") are led to a collector via which the electrical connection to the power source is established. 16. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Stromleiter (13", 14") aus einer Vielzahl gegeneinander isolierten Teilleitern bestehen, die zu achsialen Windungen in Reihe geschaltet sind.16. Induction heating according to one of the preceding claims 9 to 15, characterized in that several or all current conductors (13", 14") consist of a plurality of partial conductors which are insulated from one another and are connected in series to form axial windings. 17. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter (13", 14") der einzelnen Phasengruppen (13, 14) sich über unterschiedlich große Bereiche am inneren Umfang des Walzenmantels17. Induction heating according to one of the preceding claims 9 to 16, characterized in that the current conductors (13", 14") of the individual phase groups (13, 14) extend over different sized areas on the inner circumference of the roller shell (2) erstrecken.(2) extend. 18. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem ein- oder mehrphasigen Wechselstrom ein Gleichstrom überlagert ist.18. Induction heating according to one of the preceding claims, characterized in that a direct current is superimposed on the single-phase or multi-phase alternating current. 19. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar angrenzend an die Innenfläche des Walzenmantels (2) eine Schicht aus einem Material mit einem im Vergleich zum Material des Walzenmantels wesentlich geringeren spezifischen elektrischen Widerstand angebracht ist, wobei die Dicke dieser Schicht der Eindringtiefe des elektrischen Feldes entspricht.19. Induction heating according to one of the preceding claims, characterized in that a layer made of a material with a significantly lower specific electrical resistance compared to the material of the roller shell is applied immediately adjacent to the inner surface of the roller shell (2), the thickness of this layer corresponding to the penetration depth of the electrical field. 20. Induktionsheizung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Walzenmantel (2) und den Stromleitern (13^s, 14") der Induktorspule (4") phasenweise jeweils diese überdekkende Polbrücken (31, 31") und elektromagnetische Polabschirmkappen (32, 32") drehbar angeordnet sind, welche wahlweise durch Verdrehung eine magnetisch leitende Verbindung oder Unterbrechung zwischen dem Walzenmantel (2) und einem Querj och (20.2) herstellen, wobei das Querjoch (20.2) durch einen am Innendurchmesser der Induktorspule (4") koaxial angeordneten, zweckmäßig geblechten Hohlzylinder gebildet ist.20. Induction heating according to claim 9, characterized in that between the roller shell (2) and the current conductors (13 ^s , 14") of the inductor coil (4"), pole bridges (31, 31") and electromagnetic pole shielding caps (32, 32") are rotatably arranged in phases covering each of these, which selectively produce a magnetically conductive connection or interruption between the roller shell (2) and a transverse yoke (20.2) by rotation, the transverse yoke (20.2) being formed by a suitably laminated hollow cylinder arranged coaxially on the inner diameter of the inductor coil (4"). 21. Induktionsheizung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromleiter (13, 14) mit Stromzuleitungen (17, 18) verbunden sind, die durch den Achsflansch der Walze (3) hindurchgeführt sind, und koaxial zwischen den Stromzuleitungen (17, 18) und dem Achsflansch (3) phasenweise jeweils die Stromzuleitungen (17, 18) überdeckende Polbrücken (31, 31") und elektromagnetische Polabschirmkappen (32, 32") drehbeweglich angeordnet sind, welche wahlweise durch Verdrehung eine magnetisch leitende Verbindung oder eine magnetische Abschirmung zwischen dem Achsflansch (3) der Walze (1) und dem Achsflansch (7) der Induktorspule (4") herstellen21. Induction heating according to one of the preceding claims 9 to 20, characterized in that the current conductors (13, 14) are connected to current supply lines (17, 18) which are guided through the axle flange of the roller (3), and coaxially between the current supply lines (17, 18) and the axle flange (3) pole bridges (31, 31") covering the current supply lines (17, 18) in phases and electromagnetic pole shielding caps (32, 32") are arranged so as to be rotatable, which optionally produce a magnetically conductive connection or a magnetic shielding between the axle flange (3) of the roller (1) and the axle flange (7) of the inductor coil (4") by rotation und zweckmäßig als Gleitlagerung zwischen dem Achsflansch der Walze (3) und dem Achsflansch (7) der Induktorspule (4^V) dienen. and suitably serve as a sliding bearing between the axle flange of the roller (3) and the axle flange (7) of the inductor coil (4 ^V ).