DE3635961C2 - - Google Patents
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetisch-induktive
Heizeinrichtung zum Erwärmen eines Metallbandes mit den im
Oberbegriff der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen
Merkmalen.
Von allen bekannten Verfahren zur kontinuierlichen Erwärmung
eines flachen Metallstreifens während der Fertigung, ist die
induktive Erwärmung in neuerer Zeit besonders bekannt
geworden, und zwar infolge ihres hohen Wärmewirkungsgrades
und der außerordentlich guten Steuerbarkeit der
Heizatmosphäre.
In den Fig. 1 bis 4 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel
einer derartigen Heizeinrichtung, die auf der Grundlage
elektrischer Induktion arbeitet, gezeigt, wie sie z. B.
aus der JP-A-40 840/1983 sowie der Zeitschrift "Light Metal
Age" 40 (1982), Nummern 11, 12, Seiten 6-11 bekannt ist.
In die Einrichtung gemäß Fig. 1 bis 4 wird ein zu
behandelnder Metallstreifen 2, der eine bestimmte Breite
aufweist, eingeführt und wird durch eine Rollenvorrichtung 4
und eine nicht gezeigte Rollenantriebsvorrichtung, die die
Rollenvorrichtung 4 antreibt, in Richtung des Pfeiles A
transportiert. Elektromagnetisch aktive Teile 6 und 8 sind
einander gegenüberliegend durch eine nicht gezeigte
Stützeinrichtung oberhalb und unterhalb des Metallstreifens
2 angeordnet, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist, wobei
diese Aktivteile 6 und 8 in einem bestimmten Abstand
angeordnet sind, so daß sie einen Durchgang bilden, durch
den der zu behandelnde Metallstreifen geführt ist.
Die elektromagnetisch aktiven Teile 6 und 8 bestehen
jeweils aus vier Elektromagneten 6A und 8A, so daß vier
Elektromagnetpaare gebildet werden. In Längsrichtung sind
die Elektromagneten 6A oder 8A in Bewegungsrichtung des
Metallstreifens 2 ausgerichtet und die Elektromagneten 6A
und 8A besitzen jeweils einen Kern 10 bzw. 12. Die Kerne
10 und 12 besitzen in Seitenansicht jeweils eine im
wesentlichen kammförmige Konfiguration, sind rechteckig
in der Draufsicht und tragen jeweils Wicklungen 14 und
16, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn die Wicklungen
14 und 16 ein Wechselstrom durchfließt, wird ein magnetischer
Querfluß Φ eines bestimmten Momentanwertes rechtwinklig
zu dem Metallstreifen 2 erzeugt, wie dies durch
die unterbrochenen Linien in den Fig. 1 und 2 angedeutet
ist. Hierdurch werden in dem Metallstreifen 2 Wirbelströme
induziert, wie dies z. B. in Fig. 3 angedeutet ist und
der Metallstreifen 2 wird infolge der resultierenden
Joul'schen Wärme äußerst schnell erwärmt. Zur Abschirmung
der von dem erhitzten Metallstreifen 2 abgestrahlten Wärme
sind Abschirmungsmaterialien 18 vorgesehen. Jeder der
Elektromagneten 6A und 8A enthält eine hier nicht dargestellte
Kühlröhre, die eine Überhitzung der Elektromagneten
6A und 8A vermeidet.
In den auf diese Weise gebildeten Induktionsofen wird als
Metallstreifen Wicklungsmaterial aus Aluminium eingeführt,
dessen Dicke z. B. 0,25 oder 2,0 mm beträgt, das
mit einer Geschwindigkeit zwischen 5 und 200 m/min. bewegt
wird, so daß ein magnetisches Wechselfeld mit einer
Frequenz zwischen 60 und 400 Hz auf den Aluminiumstreifen
einwirkt, um dessen kontinuierliche Erwärmung zu ermöglichen.
Es ist bekannt, daß bei derartigen Induktionsheizeinrichtungen
die Verteilung der Stromdichte der Wirbelströme J,
die in dem Metallstreifen 2 erzeugt werden und die Temperatur
des erwärmten Metallstreifens 2 in komplizierter
Weise von der Frequenz des magnetischen Wechselfeldes,
der relativen Differenz zwischen der Breite des Metallstreifens
2 und der Breite der Elektromagneten, der Entfernung
der gegenüberliegenden Elektromagneten voneinander,
der gewünschten Streifentemperatur, der Dicke des zu
erwärmenden Metallstreifens 2 und anderen Faktoren abhängen.
Unter all diesen Faktoren spielt die relative Differenz
zwischen der Abmessung des Metallstreifens 2 quer
zur Bewegungsrichtung des Metallstreifens (nachfolgend
als Streifenbreite bezeichnet) und der Abmessung des
Elektromagneten in Seitenansicht für die Erzeugung örtlicher
Stromdichtespitzen, d. h. für die örtliche Bildung
von Gebieten von besonders hoher Wirbelstromdichte J an
den zweite Kanten des Metallstreifens 2, die sich parallel
in Richtung der Bewegung des Metallstreifens 2 erstrecken
(nachfolgend als "Streifenkantenabschnitte" bezeichnet)
eine besondere Rolle (siehe schraffierte Abschnitte
B in Fig. 3: Diese Abschnitte weisen eine höhere
Wirbelstromdichte auf, als sie in den mittleren Teilen
des Metallstreifens 2 in den Bereichen B′ herrscht).
Diese örtlichen heißen Stellen bedeuten, daß die Temperaturverteilung
über den Metallstreifen 2 ungleichmäßig
ist, wie dies auch z. B. in Fig. 4(A) gezeigt ist, wobei
in dieser Fig. 4 aus Gründen der im wesentlichen symmetrischen
Temperaturverteilung in bezug auf die Streifenachse
nur eine Seite des Streifens bezüglich der Temperaturverteilung
dargestellt ist. Alle übrigen
Temperaturverteilungsschaubilder zeigen die gleiche Weise
der Darstellung.
Derart extreme Temperaturunterschiede an den
Streifenkantenabschnitten können während der Wärmebehandlung
zu Materialfehlern führen, die eine Verringerung des
Formänderungsvermögens des Metallstreifens infolge ungleichmäßiger
Kornorientierung in dem Metallstreifen (bei
seitlicher Betrachtung desselben) bewirken, und daher
müssen gegen das Auftreten solcher Fehlstellen
Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, sind die Elektromagneten
6A und 8A in den bekannten Induktionsöfen jeweils
mit einem Teil zur Einstellung bzw. Regelung der
magnetischen Flußdichte versehen, die im allgemeinen als
Flußregler bezeichnet und im Rahmen dieser Anmeldung
nachfolgend aus "FM-Teile" 20 bezeichnet werden. Die
FM-Teile 20 sind in einem die FM-Teile 20 bewegenden
Rahmen (nicht gezeigt) montiert, in denen sie voneinander
in bestimmten Abständen getrennt sind, wobei diese Abstände
mit jenen der Elektromagneten 6A und 8A korrespondieren,
und die FM-Teile 20 sind so angeordnet, daß sie
durch eine (hier nicht gezeigte) Antriebsvorrichtung, die
in dem Rahmen zur Bewegung der FM-Teile 20 gelagert ist,
gegen beide Kanten jedes der Elektromagneten 6A und 8A,
die dem Metallstreifen 2 stärker angenähert sind, bewegt
werden können. In Abhängigkeit von unterschiedlichen
Streifenbreiten kann eine Entfernung l zwischen den Kanten
der FM-Teile 20 und den Kanten der Elektromagneten
genau eingestellt werden (s. Fig. 2). Somit kann die Verteilung
des magnetischen Flusses an den
Streifenkantenabschnitten in Übereinstimmung der jeweiligen
Streifenbreite eingestellt werden, um dadurch die
Temperaturdifferenzen, die durch die ungleichmäßige Verteilung
des magnetischen Flusses hervorgerufen werden,
möglichst gering zu halten.
Das vorerwähnte Verfahren der Verbesserung der ungleichmäßigen
Temperaturverteilung an den Streifenkantenabschnitten
durch Einstellung der FM-Teile 20, das anhand
der Fig. 1 bis 3 erläutert ist, bereitet jedoch
Schwierigkeiten, im Betrieb der Erwärmungseinrichtung,
wenn ihre Steuerungsgrenze +10°C oder weniger beträgt,
selbst wenn die Entfernung l (s. Fig. 2) des Vorspringens
jedes FM-Teiles 20 auf ihren optimalen Wert eingestellt
ist. Dieses Verfahren ist daher für eine hochwertige
Qualitätssteuerung unbefriedigend. Wenn die Entfernung l
auf einen Wert eingestellt ist, der größer ist als das
Optimum, so daß jedes FM-Teil zu nahe an dem
korrespondierenden Streifenkantenabschnitt angeordnet ist,
wird die Temperatur so verteilt, daß die
Streifenkantenabschnitte eine extrem hohe Temperatur
annehmen, wie dies in Fig. 4(B) gezeigt ist, die sogar zu
einem Schmelzen dieser Abschnitten führen kann.
Eine elektromagnetisch-induktive Heizeinrichtung zum
Erwärmen eines Metallbandes mit den im Oberbegriff der
Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmalen ist bereits
aus der Zeitschrift "Elektrowärme international 41 (1983)
bekannt. Gemäß Fig. 7 dieser Vorveröffentlichung weist die
Heizeinrichtung an den Rändern des zu erwärmenden
Metallbandes eine C-förmige Umleitvorrichtung auf.
Nachteilig ist daran, daß sich diese Umleitvorrichtung
stark erwärmt und deshalb mit einer aufwendigen
Wasserkühlung versehen sein muß. Ferner gewährleistet
diese bekannte Umleitvorrichtung keinen über die
Breite des Metallbandes konstanten Temperaturverlauf.
Aus der US-PS 34 44 346 ist es bekannt, Konzentratoren
zur Feldsteuerung gegeneinander versetzt anzuordnen.
Ferner ist aus der DE 27 28 296 A1 bereits eine
Randfeldsteuerung mittels verstellbarer Konzentratoren
bekannt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin,
eine Induktionsofen bzw. eine auf elektromagnetischer
Induktion beruhende Heizeinrichtung zu schaffen, die eine
gleichmäßige Temperaturverteilung über die Bandbreite bei
gleichzeitig geringem Energieverbrauch gestattet.
Diese Aufgabe wird jeweils durch die in den kennzeichnenden
Teilen der Patentansprüche 1 bzw. 2 angegebenen Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den
Unteransprüchen angegeben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Fig. 5 bis 9 näher erläutert. Zu Vergleichszwecken ist
in den Fig. 1 bis 4 eine im Stand der Technik bekannte
elektromagnetische-induktive Heizeinrichtung dargestellt. Die
Zeichnungen zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer bekannten induktiven
Heizeinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II nach
Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht eines Materialstreifens zur
Illustration der Verteilung der Wirbelstromdichte
in dem Streifen,
Fig. 4(A) und (B) Diagramme, der Temperaturverteilung
über der halben Streifenbreite bei Behandlung
in einer bekannten induktiven Heizeinrichtung,
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Induktionsofens
bzw. einer Erwärmungseinrichtung
auf der Grundlage elektromagnetischer Induktion
nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI nach
Fig. 5,
Fig. 7 ein in einem Experiment ermitteltes Temperaturdiagramm,
das die Temperaturverteilung über die
halbe Streifenbreite widerspiegelt,
Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines zweiten
Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung,
und
Fig. 9(A), (B) und (C) Draufsichten von Abwandlungen des
zweiten Ausführungsbeispieles nach Fig. 8.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 7 wird nachfolgend
ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
näher erläutert. In diesen Figuren sind gleiche Teile,
wie in der herkömmlichen Einrichtung, die anhand der Fig. 1
bis 3 erläutert ist, mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet
und auf eine Wiederholung der diesbezüglichen
Beschreibung kann an dieser Stelle zur Vereinfachung daher
entweder verzichtet oder diese kann vereinfacht werden.
Bezugnehmend zunächst auf die Fig. 5 und 6 sind acht Ableitteile
30 für den magnetischen Fluß durch eine hier
nicht gezeigte Lagerungsanordnung zur Ableitung bzw. Ablenkung
des magnetischen Flusses an bestimmten Stellen an
beiden Seiten des zu behandelnden Metallstreifens angeordnet,
und zwar derart, daß sie nahe an den
Streifenkantenabschnitten sind. Die
Magnetfluß-Ableitteile 30 bestehen aus einem magnetischen
Werkstoff. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Ableitteile
30 für den magnetischen Fluß aus Siliziumstahlblech
eines ferromagnetischen Materials, das in im wesentlichen
C-förmige Bleche gestanzt ist, die als Lamellen
aneinandergereiht sind, wie dies Fig. 5 zeigt, so
daß die Teile 30 insgesamt die Länge Ls aufweisen. Die
Länge Ls ist gleich der Breite jedes Elektromagneten 6A
oder 8A, gesehen von der Seite der Einrichtung und des
Metallstreifens her. Die Dicke Lo jedes Ableitteiles 30
für den magnetischen Fluß (s. Fig. 6) ist beispielsweise
auf einen Wert zwischen 5 und 40 mm festgelegt, je nach
Erwärmungsbedingungen. Die Höhe Le und die Breite Lw
dieser Ableitteile 30 (s. Fig. 6) ist ebenfalls in angemessener
Weise auf die herrschenden Bedingungen abgestimmt.
Die Ableitteile 30 für den magnetischen Fluß sind von den
FM-Teilen 20 durch eine Entfernung l1 (s. Fig. 6) derart
getrennt angeordnet, daß sie sich in der Mitte zwischen
den zwei Teilen jedes der vier Elektromagnetpaare 6A und
8A, gesehen in Seitenansicht des Metallstreifens 2 befinden.
Außerdem sind die Ableitteile 30 an beiden Kanten
des durchlaufenden Metallstreifens 2 so angeordnet, daß
die Ableitteile 30 für den magnetischen Fluß an der einen
Kante des Metallstreifens 2 den anderen, an der gegenüberliegenden
Kante angeordneten Ableitteilen 30 zugewandt
sind. Der Abstand l1 kann entsprechend der jeweiligen
Streifenbreite eingestellt werden. In der Praxis kann
diese Einstellung durch Bewegung der Lagerungsvorrichtung
für die Fluß-Ableitteile 30 ausgeführt werden.
Die nicht gezeigte Lagerungsvorrichtung für die Abstützung
der Ableitteile 30 kann in geeigneterWeise aufgebaut
sein, z. B. unter Befestigung der Ableitteile 30
unter Ausrichtung dieser Teile 30 über ein geeignetes
Isolationsmaterial auf einer Befestigungsstange und durch
feste oder bewegliche Lagerung der Befestigungsstange auf
dem Grundkörper der Befestigungsvorrichtung. Wahlweise
können die Ableitteile 30 für den magnetischen Fluß mit
einem Schneckenradgetriebe gekuppelt sein, so daß sie unabhängig
voneinander oder gemeinsam bewegt werden können.
Nachfolgend wird die Funktion des ersten Ausführungsbeispieles
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Wenn ein Wechselstrom durch die Wicklungen 14 und 16 jedes
Elektromagnetpaares 6A und 8A fließt, wechselt die
Polarität der Elektromagneten 6A und 8A ständig zwischen
magnetisch Norden und magnetisch Süden, so daß ein magnetischer
Querfluß Φ erzeugt wird, (s. Fig. 6), der rechtwinklig
zu dem Metallstreifen 2 innerhalb des Spaltes
zwischen den Elektromagneten 6A und 8A verläuft. Es wird
dafür Sorge getragen, daß dieser magnetische Fluß Φ in
benachbarten Elektromagneten 6A und 8A in entgegengesetzten
Richtungen erzeugt wird. Im Ergebnis dessen werden
in dem durchlaufenden Metallstreifen 2 Wirbelströme
erzeugt, die den Metallstreifen 2 infolge der Joul'schen
Wärme erhitzen.
In diesem Falle werden einige Teile des magnetischen
Flusses Φ bzw. einige Feldlinien des Magnetfeldes bzw.
der magnetischen Kraft von dem einem Elektromagneten 6A,
der an einer Seite des Metallstreifens 2 angeordnet ist,
von den Ableitteilen 30 für den magnetischen Fluß angezogen,
und zwar jene, die in der Nähe der Streifenkantenabschnitte
und damit in der Nähe der benachbarten Ableitteile
30 verlaufen. Mit anderen Worten wird ein Teil Φ′
des magnetischen Flusses Φ durch die Ableitteile 30 für
den magnetischen Fluß geführt, die für diesen Teil Φ′ des
magnetischen Flusses einen magnetischen Bypaß bzw. Nebenschluß
auf dem Wege zu dem zugehörigen Elektromagneten 8A
an der anderen Seite des Metallstreifens 2 schaffen und
die Streifenkantenabschnitte (s. Fig. 6) von dem Teil Φ′
des magnetischen Flusses Φ frei hatten. Dieser Nebenschluß
des magnetischen Flusses wird in bestimmtem
Maße für jedes Elektromagnetpaar 6A und 8A und in
entgegengesetzte Richtungen in benachbarten Elektromagnetpaaren
6A, 8A ausgeführt. Dies ruft die gleiche Wirkung,
wie eine Abschirmung des Teiles Φ′ vom magnetischen Fluß Φ
an den Streifenkantenabschnitten des Metallstreifens 2
hervor und der magnetische Wechselfluß kann daher in bestimmtem
Maße vermindert werden. Mit anderen Worten kann
hierdurch die örtliche Erzeugung von Gebieten mit besonders
hoher magnetischer Flußdichte an den
Streifenkantenabschnitten (in Fig. 3 als schraffierte Abschnitte B
gekennzeichnet) beseitigt werden, wobei diese
Gebiete nicht durch die FM-Teile 20 abgedeckt werden können,
selbst wenn diese in ihre optimale Lage gebracht
sind und im Ergebnis wird die magnetische Flußdichte über
die gesamte Breite des Metallstreifens 2 an diejenige im
zentralen Abschnitt des Metallstreifens 2 angenähert, der
als schraffierte Flächen B′ in Fig. 3 gekennzeichnet ist.
Infolgedessen wird die Erzeugung örtlich begrenzter Gebiete
sehr hoher Temperaturen an den
Streifenkantenabschnitten, die bei Einrichtungen des
Standes der Technik auftritt, vermieden und entsprechend
eine gleichmäßige und genaue Erwärmung gewährleistet.
Zusätzlich zu ihrer ursprünglichen Aufgabe, einen Teil Φ′
des magnetischen Flusses Φ abzuleiten, wirken die Ableitteile
30 für den magnetischen Fluß zusätzlich als sekundäre
FM-Teile, da sie außerdem den magnetischen Fluß anziehen,
der durch die FM-Teile 20 hindurch weiterhin
durch die Streifenkantenabschnitte verläuft. Es ist daher
möglich, Wirbelströme gleichmäßiger durch entsprechende
Wahl der Plazierung der FM-Teile 20 und der Ableitteile
30 für den magnetischen Fluß entsprechend der jeweiligen
Streifenbreite des Metallstreifens 2 zu verteilen.
Die Ergebnisse von Versuchen mit der vorbeschriebenen Anordnung
werden nachfolgend genauer erläutert.
Nachdem die FM-Teile 20 so lageeingestellt wurden, daß
eine Temperaturverteilung während der Erwärmung gesichert
wird, wie sie in Fig. 4(B) dargestellt ist, wurde ein
Paar Ableitteile 30 für den magnetischen Fluß am zweiten
Elektromagnetpaar vom Einlaß des zu behandelnden Streifens
aus angeordnet, wobei jeweils ein Ableitteil 30 für
den magnetischen Fluß an jedem Elektromagnet befestigt
wurden. Der Metallstreifen 2 aus einer Aluminiumlegierung
gemäß dem japanischen Industriestandard JIS A 5052 mit
einer Breite von 1520 mm und einer Dicke von 1,5 mm wurde
mit einer Geschwindigkeit von 15 m/min durch die Einrichtung
geführt. Auf den Streifen 2 wirkte ein magnetischer
Wechselfluß von 176 Hz ein. Die gewünschte Heiztemperatur
betrug 400°C. Die Abmessungen Lo, Le und Lw der
Ableitteile 30 für den magnetischen Fluß betrugen jeweils
12 mm, 70 mm und 120 mm (s. Fig. 6). Die Länge Ls war
genauso groß, wie die Breite jedes Elektromagneten 6A, 8A,
gesehen von der Seite, d. h. senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Metallstreifens 2. Die Ableitteile 30 für den
magnetischen Fluß wurden aus einem anisotropen Siliziumstahlblech
von 0,5 mm Dicke hergestellt, in dem ein Blech
über das andere gestapelt wurde. Die Ableitteile 30 für
den magnetischen Fluß wurden in bezug auf den Streifen 2
so neben diesem angeordnet, daß die Streifenkantenabschnitte
ungefähr 70 mm in Richtung der Mitte dieser Nebenschlußteile
für den Magnetfluß hineinragten.
Als der Metallstreifen 2 erhitzt wurde, ergab sich eine
Temperaturverteilung, wie sie in Fig. 7 gezeigt ist. Aus
diesem Bild wird deutlich, daß die Entstehung von Gebieten
mit besonders hoher Temperatur an den
Streifenkantenabschnitten, wie sie im Stand der Technik
auftraten (s. Fig. 4(A) und (B)) beseitigt wurde. Es wurde
ebenfalls festgestellt, daß die Temperatur gleichmäßig
über die ganze Streifenbreite verteilt werden konnte.
In diesem Ausführungsbeispiel kann der Nebenschluß des
magnetischen Flusses auf verhältnismäßig einfache Weise
erreicht werden. Dies führt zu einer einfach aufgebauten
Heizeinrichtung, die verhältnismäßig geringe Abmessungen
aufweisen kann und praktisch zu handhaben ist.
Da außerdem in diesem Ausführungsbeispiel die Entstehung
von Gebieten mit extrem hohen Temperaturen an den
Streifenkantenabschnitten durch Ableiten eines Teiles des
magnetischen Flusses vermieden wird, kann die Leitungsaufnahme
verringert werden und dadurch ein Beitrag zur
Energieeinsparung geleistet werden.
Im ersten Ausführungsbeispiel werden im wesentlichen
C-förmige Magnetfluß-Ableitteile 30 verwendet. Diese können
jedoch auch eine halbkreisförmige Gestalt besitzen.
Die Länge Ls jedes Ableitteiles 30 für den magnetischen
Fluß ist nicht auf jene nach diesem Ausführungsbeispiel
begrenzt. Die Länge kann auf irgendeinen geeigneten Wert
festgelegt werden, z. B. auf eine Größe, die es dem Ableitteil
gestattet, sich über zwei oder mehrere Elektromagnetpaare
hinweg zu erstrecken. Die Ableitteile 30 für
den magnetischen Fluß können in Verbindung mit einem
Elektromagnetkreis oder der gewünschten Heiztemperatur
auch auf andere Weise angeordnet sein. Zum Beispiel können
sie an beiden Kanten des Metallstreifens 2 in bezug
auf die Streifenmitte in Bewegungsrichtung des Metallstreifens 2
versetzt angeordnet sein. Es können Ableitteile 30
für den Magnetfluß verschiedener Größen bereitgehalten
werden und jene von gerader adäquater Größe können
auf ihrer Lagerungsvorrichtung in Übereinstimmung mit
der Größe des Metallstreifens 2 und der Zieltemperatur
der Erwärmung jedesmal befestigt werden, wenn sie verwendet
werden sollen.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 8 erläutert,
in der die gleichen Bezugszeichen für die gleichen
Teile, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel gewählt wurden
und auf eine nochmalige Beschreibung dieser Teile
verzichtet ist.
In diesem Ausführungsbeispiel sind acht flache, plattenförmige
Ableitteile 40 für den Magnetfluß zwischen den
benachbarten, an beiden Seiten des Metallstreifens 2 angeordneten
Elektromagneten 6A und 8A durch eine Lagerungsvorrichtung,
die hier nicht gezeigt ist und die Einstellung
der Lage der Magnetfluß-Ableitteile 40 gestattet,
aufgenommen, wobei die Magnetflußableitteile 40 aus
einem Siliziumstahlblech magnetischen Materials, gebildet
durch lagenweises Übereinanderstapeln dieser Bleche, bestehen.
Jedes Ableitteil 40 für den Magnetfluß weist eine
Länge Ls auf, die es gestattet, daß sich die Ableitteile
30 in der Nähe der benachbarten Elektromagnete 6A, 8A
über deren Länge hinweg erstreckt. Eine Dicke Lo und ein
Abstand lk zwischen den Ableitplatten sind jeweils auf
bestimmte Werte festgelegt. Der Abstand lm zwischen jedem
FM-Teil 20 und jedem Ableitteil 40 für den Magnetfluß ist
auf einen Wert lm ≦ωτ lk festgelegt, der es den Ableitteilen
40 für den magnetischen Fluß gestattet, einen Teil
des magnetischen Flusses anzuziehen.
Die Arbeitsweise dieses zweiten Ausführungsbeispieles der
vorliegenden Erfindung wird nachfolgend erläutert.
Die Elektromagneten 6A und 8A werden in der gleichen Weise,
wie im ersten Ausführungsbeispiel betrieben, um einen
magnetischen Fluß zu erzeugen, der senkrecht zu dem Metallstreifen 2
verläuft. Gleichzeitig wird ein Teil des
magnetischen Flusses, der durch die FM-Teile 20 erzeugt
wird, zu dem benachbarten Elektromagneten geführt, in dem
dieser Fluß dem Magnetfluß-Ableitteil 40 folgt und dieser
Nebenschluß eines Teiles des magnetischen Flusses kann in
jedem Ableitteil 40 ausgeführt werden. Dies kann die
gleichen Wirkungen hervorrufen, wie eine Abschirmung
eines Teil des magnetischen Flusses, der durch die beiden
Streifenkantenabschnitte hindurchläuft oder durch einen
äußeren Nebenschluß senkrecht zur Bewegungsrichtung des
Metallstreifens 2, um hierdurch gleichmäßige Temperaturverteilungen
zu sichern.
Abgesehen davon, daß die Einrichtung nach diesem zweiten
Ausführungsbeispiel die gleichen Wirkungen sichert, wie
sie bei der Einrichtung nach dem ersten Ausführungsbeispiel
auftreten, erlaubt dieses zweite Ausführungsbeispiel
einen einfacheren Aufbau der Ableitteile 40 für den
Magnetfluß.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist die Anordnung der
Ableitteile 40 für den Magnetfluß in Richtung der Bewegung
des zu behandelnden Metallstreifens 2 nicht auf die
vorerwähnte Ausführung beschränkt. Diese Anordnung kann
entsprechend der Heiztemperatur oder den Umgebungsbedingungen
modifiziert werden, wie dies in Fig. 9 gezeigt
ist.
In der Abwandlung, die in Fig. 9(A) gezeigt ist, sind die
Ableitteile 40 für den Magnetfluß nur zwei zentral angeordneten
Elektromagnetpaaren 6A, 8A oberhalb und unterhalb
des Metallstreifens 2 zugewandt. Die Ableitteile 40
für den Magnetfluß können oberhalb und unterhalb des Metallstreifens 2
auch versetzt angeordnet sein, wie dies
in Fig. 9(B) gezeigt ist. Sie können auch so angeordnet
sein, daß sie sich über alle vier Elektromagnetpaare 6A,
8A an beiden Seiten oberhalb und unterhalb des Metallstreifens 2
erstrecken, wie dies in Fig. 9(C) gezeigt
ist. In jedem Beispiel der Anordnung der Nebenschlußteile
für den Magnetfluß, daß in den Fig. 9, 9(A), 9(B), 9(C)
gezeigt ist, können die Ableitteile 40 für den Magnetfluß
oberhalb oder unterhalb des Metallstreifens an beiden
Seiten, bezogen auf die Streifenbreite angeordnet sein.
Jedwede Kombinationen der vorbeschriebenen Beispiele sind
ebenfalls möglich.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele verwenden im
wesentlichen C-förmige oder flache, plattenförmige Ableitteile
30, 40 für den Magnetfluß, die jeweils in den
Fig. 5 und 8 dargestellt sind. Die Ausführung der Ableitteile
30, 40 für den Magnetfluß ist aber nicht auf diese
Ausführungsformen, die hier gezeigt wurden, beschränkt
und sie können z. B. durch Kombination dieser zwei Ausführungsformen
verändert werden. Die Höhe oder der vertikale
Abstand zwischen zwei Ableitteilen 30 bzw. 40 für den
Magnetfluß kann etwas größer sein, als derjenige Abstand
der FM-Teile 20. Die in Fig. 8 gezeigten Ableitteile 40
für den Magnetfluß haben eine flache, plattenförmige
Form, so daß sie den benachbarten FM-Teilen 20 zugewandt
sind und die Form eines "U" von der Seite des Metallstreifens 2
her gesehen, und sie bestehen aus aufeinandergeschichteten
Siliziumstahlblechen, die von innen nach
außen aufeinandergestapelt sind. Die Ableitteile 30, 40
für den magnetischen Fluß können mit einer Kühleinrichtung
versehen sein, die ein Kühlgas, wie z. B. Luft, ausbläst,
um zu verhindern, daß die Ableitteile 30, 40 eine
zu hohe Temperatur annehmen. In beiden vorbeschriebenen
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden
vier Elektromagnetpaare 6A, 8A angewandt, von denen
jedes die gleiche Heizkapazität aufweist. Die vorliegende Erfindung
ist auf solche Einrichtungen anwendbar, die eine
geeignete Anzahl von Elektromagnetpaaren umfassen, (die
Zahl der Elektromagnetpaare bewegt sich zwischen 1 und
10), in Abhängigkeit von der gewünschten Heiztemperatur,
oder für eine Einrichtung, in der die Elektromagnetpaare
an einer bestimmten Stelle (z. B. am Einlaß, am Auslaß,
oder im Mittelabschnitt) positioniert sind. Die vorliegende
Erfindung kann auch auf eine Einrichtung angewandt
werden, in der der Metallstreifen in vertikaler oder
horizontaler Richtung geführt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung von
Gebieten extrem hoher Wirbelstromdichte an den
Streifenkantenabschnitten durch in Einsatz von
Magnetfluß-Ableitmitteln beseitigt. Dies gestattet eine
gleichmäßige Temperaturverteilung über den gesamten, zu
behandelnden Streifen unter Anwendung eines einfachen
Aufbaus und bei einer durch die Ableitmittel erreichten
genauen Erwärmung des Streifens.
Claims (10)
1. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung zum Erwärmen
eines Metallbandes, mit Elektromagnetpaaren, die jeweils
symmetrisch in bezug auf einen zwischen dem Paar ausgebildeten
Durchgang angeordnet sind, durch den das Band hindurchführbar ist,
und mit einer Einrichtung zum Modifizieren
des von den Elektromagneten erzeugten Magnetflusses,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusäztlich zu der Magnetfluß-Modifizierungseinrichtung
(20) eine nahe den Bandrädern angeordnete Umleitvorrichtung
(30) für den Magnetfluß vorgesehen ist, wobei diese
Umleitvorrichtung aus Umleitungsgliedern (30) aus
geschichteten Elektrostahlblechen besteht, welche eine C-förmige
Gestalt aufweisen, und wobei diese Umleitglieder (30) im
Abstand von der Magnetfluß-Modifizierungseinrichtung (20)
auf dem einen Rand des Metallbandes so angeordnet sind,
daß sie den auf dem anderen Rand des Metallbandes angeordneten
Umleitungsgliedern gegenüberliegen.
2. Elektromagnetisch-induktive Heizeinrichtung zum Erwärmen
eines Metallbandes, mit Elektromagnetpaaren, die jeweils
symmetrisch in bezug auf einen zwischen dem Paar ausgebildeten
Durchgang angeordnet sind, durch den das Band hindurchführbar
ist, und mit einer Einrichtung zum Modifizieren
des von den Elektromagneten erzeugten Magnetflusses,
dadurch gekennzeichnet,
daß zusätzlich zu der Magnetfluß-Modifizierungseinrichtung
(20) eine nahe den Bandrändern angeordnete Umleitvorrichtung
(40) für den Magnetfluß vorgesehen ist, wobei diese
Umleitvorrichtung aus Umleitungsgliedern (40) in Form flacher,
plattenförmiger Teile aus geschichteten Elektrostahlblechen
besteht, welche zwischen benachbarten Elektromagneten
zu beiden Seiten des Metallbandes angeordnet sind,
wobei der Abstand zwischen jedem Magnetfluß-Modifizierungsglied
(20) und jedem Umleitungsglied (40) so gewählt
ist, daß die Umleitungsglieder für den magnetischen Fluß
imstande sind, einen Teil des magnetischen Flusses an sich
zu ziehen.
3. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (30) Abmessungen aufweisen, die es
ihnen gestattet, sich über ein Elektromagnetpaar (6A,
8A), das durch das Band (2) getrennt ist, zu erstrecken.
4. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (30) eine Abmessung aufweisen, die
es ihnen gestattet, sich über zwei oder mehrere Elektromagnetpaare
(6A, 8A) zu erstrecken, die durch das Band
(2) getrennt sind.
5. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (30) in bezug auf die in Bewegungsrichtung
des Bandes (2) verlaufende Mittellinie
desselben versetzt angeordnet sind.
6. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (30) aus geschichteten Siliziumstahlblechen
bestehen.
7. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetschluß-Ableiteinrichtung einen magnetischen Nebenflußpfad
bildet, der sich zwischen den Elektromagneten
(6A bzw. 8A) erstreckt, die einander an einer Seite des
Bandes (2) in bestimmter Richtung benachbart sind.
8. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,daß die
Magnetfluß-Ableitteile (40) eine Abmessung aufweisen, die
es ihnen gestattet, sich über drei oder mehr Elektromagnete,
die an einer Seite des Bandes (2) in bestimmter
Richtung benachbart zueinander angeordnet sind, zu erstrecken.
9. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (40) in bezug auf die Mittellinie
in Bewegungsrichtung des Bandes (2) versetzt zueinander
angeordnet sind.
10. Elektromagnetisch-Induktive Heizeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Magnetfluß-Ableitteile (40) aus geschichteten Siliziumstahlblechen
bestehen.
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