DE3717742C2 - Vorrichtung zum induktiven Erhitzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erhit­ zen eines massiven Gehäuses, welches eine Durchführung für einen zu erwärmenden Stoff, insbesondere ein thermoplasti­ sches Material aufweist, wobei mit dem Gehäuse mindestens ein lamellierter, eine Wicklung tragender Eisenkern magnetisch gekoppelt ist.

Bei den bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen dieser Art sind die Spulen bzw. Wicklungen aus Kupfer- oder Aluminiumdraht gewickelt und es sind besondere Maßnahmen, wie z. B. thermi­ sche Isolierungen zwischen den Spulen und den zu erhitzenden Gehäusen sowie als Berührungsschutz dienende Abdeckungen er­ forderlich. Um eine Beschädigung der die Erhitzung des massi­ ven Gehäuses bewirkenden Spule bzw. Wicklung zu vermeiden, ist es weiterhin in vielen Fällen erforderlich, eine verhält­ nismäßig aufwendige Kühlvorrichtung am bzw. um das massive Gehäuse vorzusehen, um somit zu verhindern, daß die Hitzebe­ ständigkeit z. B. des Isolierlackes der Wicklung überschritten wird. Dadurch wird die Vorrichtung im Aufbau verhältnismäßig aufwendig und teuer.

Aus der DE 35 23 929 A1 geht eine Vorrichtung mit den Merkma­ len des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 hervor. Eine Kühlung der Wicklung die auf dem mit dem Gehäuse gekoppelten Eisenkern angeordnet ist, ist jedoch nicht vorgesehen.

Aus der US 1 805 938 ist es im Zusammenhang mit der Erhitzung von Metallteilen zum Zwecke der Verformung bekannt, eine In­ duktionswicklung als Hohlleiter auszubilden und durch ein durch diesen Hohlleiter zirkulierendes Kühlmittel überschüs­ sige Wärme abzuführen.

Aus der EP 0 170 556 A1 ist es bekannt, bei einer Vorrichtung zum Erhitzen von Metallteilen den Kühlmittelfluß durch eine als Hohlleiter ausgebildete Induktionswicklung durch eine Pumpe zu unterstützen.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der eine Kühlung des Gehäuses möglich ist, um die Temperatur des durch das Gehäuse geführ­ ten Stoffes in engen Grenzen zu halten.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß die erfindungsge­ mäße Vorrichtung in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar ist und darüberhinaus einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Die Temperatur des durch das Gehäuse geführten Stoffes läßt sich vorteilhafterweise in engen Gren­ zen halten.

Die Ausgestaltung der Wicklung auf dem lamellierten Eisenkern als Hohlleiter ermöglicht es, in besonders einfacher Weise bei Bedarf das massive Gehäuse zu kühlen, in dem nämlich durch den Hohlleiter ein Kühlmedium hindurchgeführt wird, so daß die vom massiven Gehäuse auf die Wicklung übertragene Wärme durch dieses Kühlmedium abgeführt werden kann. Um eine beson­ ders wirkungsvolle Ableitung der überschüssigen Wärmemenge zu erzielen, kann es von Vorteil sein, wenn die Wicklung unmit­ telbar um den lamellierten Eisenkern, welcher mit dem massi­ ven Gehäuse magnetisch gekoppelt ist, gewickelt ist. Durch letztere Maßnahme wird über den lamellierten Eisenkern eine optimale Übertragung der überschüssigen Wärmemenge von dem Gehäuse auf die Wicklung erzielt.

Die Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise bei induktiv beheizten Kunststoffextrudergehäusen mit innen dre­ hender Transport- oder Knetschnecke verwenden. Die Erfindung kann jedoch auch in vorteilhafter Weise bei Spritzdüsen, z. B. für Kunststoff, verwendet werden.

Die Primärwicklung des Transformators kann in vorteilhafter Weise durch eine Hoch­ spannungsprimärwicklung gebildet sein, welche z. B. mit der vom Netz gelieferten üblichen Spannung von 220 Volt beauf­ schlagt werden kann. Die Spannung kann jedoch auch höher, z. B. 380 Volt, oder niedriger sein.

Um eine rasche Ableitung der überschüssigen Wärmemenge vom massiven Gehäuse zu erzielen, ist es besonders vorteilhaft, daß das durch die hohlen Leiter zirkulierende Medium zwangs­ weise durch die Wicklungen gefördert wird. Hierfür ist in dem durch die Hohlleiter gebildeten Kanalsystem eine Förderpumpe vorgesehen, wobei diese Förderpumpe in vorteilhafterweise zwischen der Sekundärspule des Transformators und der am Ge­ häuse vorgesehenen Spule angeordnet ist.

Die auf dem lamellierten Eisenkern angeordnete Wicklung ist bei einer Weiterbildung der Erfindung als Niederspannungs­ wicklung ausgelegt, so daß der erforderliche Isolationsauf­ wand vorteilhafterweise erheblich verringert werden kann und gegebenenfalls keine als Berührungsschutz dienenden Abdeckun­ gen erforderlich sind.

Bei Verwendung einer Niederspannungswicklung für die Sekun­ därwicklung des Transformators und/oder für die Wicklung des lamellierten Eisenkerns, welcher mit dem massiven Gehäuse un­ mittelbar gekoppelt ist, kann es bei einer anderen Ausfüh­ rungsform der Erfindung besonders vorteilhaft sein, wenn die Spannung dieser Wicklungen geringer ist als 60 Volt, wobei diese vorzugsweise zwischen 6 und 48 Volt liegen kann. In be­ sonders vorteilhafter Weise können der Transformator und die Wicklung des mit dem massiven Gehäuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns derart ausgelegt werden, daß die Sekundärspule des Transformators und/oder die auf dem lamellierten Eisenkern vorgesehene Wicklung mit einer Spannung arbeiten, die gerin­ ger als 24 Volt ist. Die letztbeschriebene Ausführungsvarian­ te hat den Vorteil, daß keine besonderen Schutzvorrichtungen vorgesehen werden müssen, und es kann darüberhinaus zur Her­ stellung der entsprechenden Wicklungen auch unisoliertes Ma­ terial verwendet werden.

Zur Kühlung der Vorrichtung kann durch die Wicklungen, welche aus rohrförmigen Leitern mit z. B. rundem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt werden können, ein zur Kühlung die­ nendes Medium, wie z. B. Wasser oder Öl, oder eine andere Flüssigkeit hindurchführbar sein.

Insbesondere bei einem in sich geschlossenen Kühlsystem, bei dem praktisch stets das gleiche Kühlmedium verwendet wird, kann es zur Erhöhung der Kühlwirkung besonders vorteilhaft sein, wenn in den durch die Hohlleiter gebildeten System ge­ mäß einer Weiterbildung der Erfindung zusätzlich ein Wärme­ tauscher vorgesehen ist.

Besonders angebracht kann es dabei sein, wenn ein Flüssig­ keits-Luftwärmetauscher verwendet wird, durch den das in den Hohlleitern zirkulierende Medium hindurchführbar ist.

Anhand der Figur sei die Erfindung näher erläutert.

Die in der Figur gezeigte Vorrichtung 1 zum induktiven Erhit­ zen eines Stoffes besitzt ein massives Gehäuse 2 mit einer Durchführöffnung 3, durch welche der zu erhitzende Stoff, wie thermoplastisches Material hindurchgeführt wird. Das Gehäuse 2 kann z. B. für Extruder verwendet werden, wobei dann in der Durchführöffnung 3 eine entsprechend angepaßte Förderschnecke vorgesehen sein kann.

Das Gehäuse 2 weist zwei Flansche 4, 5 auf, zwischen denen ein Gehäusebereich 6 mit verringertem Querschnitt vorgesehen ist. Der Gehäusebereich 6 sowie die beiden Flansche 4, 5 wei­ sen eine quaderförmige Gestalt auf, wobei die rechteckförmi­ gen Frontflächen 7 des Gehäuses 2 bzw. der Flansche 4, 5 senkrecht zum axialen Verlauf der Durchführöffnung 3 angeord­ net sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Vor­ richtung 1 weiterhin einen aus E-förmigen Blechen bestehenden lamellierten Eisenkern 8, auf dem eine Wicklung 9 vorgesehen ist. Die Außenschenkel 8a, 8b sowie der Mittelschenkel 8c des lamellierten Eisenkernes 8 besitzen an ihrem freien Ende eine Stoßfläche, die durch die einzelnen Blechschichten gebildet ist und über die der Eisenkern 8 auf einer Seitenfläche 10 des mittleren Gehäusebereiches 6 auflagert, wodurch der Ei­ senkern 8 mit dem massiven Gehäuse 2, welches z. B. aus Stahl hergestellt sein kann, magnetisch gekoppelt ist.

Die auf dem Mittelschenkel 8c angeordnete Wicklung 9 ist mit der Sekundärwicklung 11 eines Transformators 12 elektrisch gekoppelt. Der Transformator 12 weist weiterhin eine Primär­ wicklung 13 auf, die z. B. über das Netz mit einer Spannung von 220 Volt beaufschlagt wird. Die beiden Wicklungen 9 und 11 sind in Bezug auf die Primärwicklung 13 des Transformators 12 derart ausgelegt, daß sie Niederspannungswicklungen bil­ den, wobei die in den Wicklungen 9 und 11 vorhandene Spannung zweckmäßigerweise geringer als 24 Volt ist.

Die auf dem lamellierten Kernteil 14 des Transformators 12 vorgesehene Sekundärspule 11 und die auf dem Mittelschenkel 8c des lamellierten Eisenkerns 8 vorgesehene Erregerwicklung 9 sind aus einem Hohlleiter, der z. B. einen kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen kann, gewickelt und derart miteinander verbunden, daß die Hohlräume der Wicklun­ gen 9 und 11 ein geschlossenes Kanal- bzw. Kreislaufsystem bilden. In den Wicklungen 9 und 11 ist ein zur Kühlung die­ nendes Medium aufgenommen, das über eine Umwälzpumpe 15 durch die Wicklung 9 und 11 zwangsweise hindurchgeleitet wird. Das in den Hohlräumen der Wicklungen 9 und 11 vorgesehene Medium wird bei Bedarf zur Kühlung des nicht lamellierten Gehäuses 2 herangezogen. Dabei wird der lamellierte Eisenkern 8 als Wär­ meleiter bzw. Wärmeüberträger zwischen dem Gehäuse 2 und der Wicklung 9 benutzt. Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann weiter­ hin ein Wärmetauscher 16 vorgesehen werden, der im Bereich zwischen der Wicklung 9 und der Sekundärspule 11 angeordnet sein kann. Dieser Wärmetauscher 16 kann ein Flüssigkeits- Luft-Wärmetauscher sein. Weiterhin kann im Bereich zwischen den beiden aus einem Hohlleiter gebildeten Wicklungen 9 und 11 ein Vorratsbehälter für Kühlflüssigkeit vorgesehen werden, wobei dieser Vorratsbehälter in den Wärmetauscher 16 inte­ griert sein kann.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen eines massiven Ge­ häuses (2), welches eine Durchführöffnung (3) für einen zu erwärmenden Stoff, insbesondere ein thermoplastisches Materi­ al, aufweist, wobei mit dem Gehäuse (2) mindestens ein lamel­ lierter, eine Wicklung (9) tragender Eisenkern (8) magnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transformator (12) vorgesehen ist, dessen als Hohlleiter ausgebildete, eine Niederspannung von weniger als 60 V erzeugende Sekundärwick­ lung (11) mit der ebenfalls als Hohlleiter ausgebildeten Wicklung (9) elektrisch verbunden ist, daß die Hohlräume der Wicklung (9) und der Sekundärwicklung (11) einen geschlosse­ nen Kreislauf für ein zur Kühlung dienendes Medium bilden und daß im Kreislauf eine das Medium umwälzende Umwälzpumpe (15) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung (9) eine Niederspannungswicklung ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spannung der Wicklung (9) kleiner als 60 Volt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Wicklung (9) und/oder der Sekundärwicklung (11) zwischen 6 und 48 Volt liegt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Wicklung (9) und/oder der Sekundärwicklung (11) geringer als 24 Volt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Kühlung dienende Medium Wasser oder Öl ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kreislauf ein Wärmetauscher (16) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (16) ein Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher ist, durch den das im Kreislauf zirkulierende Medium hindurchführbar ist.