DE4011825A1 - Einrichtung zur induktiven beheizung von walzen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.

Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 34 38 375 bekannt. Bei der bekannten Ausführungsform gehen die achs­ parallelen Schenkel an den Enden in einer Biegung ineinan­ der über und sitzen auf ihnen Konzentratoren mit einer Sät­ tigungsspule. Mittels der Konzentratoren kann der elektro­ magnetische Fluß lokal erhöht werden, wobei diese Wirkung durch entsprechende Beaufschlagung der Sättigungsspulen wieder rückgängig gemacht werden kann. Die Leiterschleife verhält sich dann so, als seien die Konzentratoren nicht vorhanden. Durch die Sättigungsspulen kann also zwar die Wirkung der Konzentratoren aufgehoben werden, die normale induktive Energieübertragung findet jedoch stets statt. Die Leiterschleife erstreckt sich über die ganze Länge der Walze und strahlt Energie auf die Walze ab, die sich in Wirbelströmen und entsprechender Erwärmung der ganzen Wal­ zenoberfläche äußert.

Wenn nun aber mit der Walze eine Bahn bearbeitet wird, die schmäler als die Arbeitsbreite der Walze ist, so wird von dieser Bahn an den überstehenden Rändern keine Wärme abgeführt, und es kommt dort zu Überhitzungserscheinungen.

Der Grund ist, daß die Energieübertragung auf die Walze zwar auf deren ganzer Länge gleichmäßig erhöht oder ernie­ drigt, nicht aber über die Länge unterschiedlich eingestellt werden kann.

Von diesem Problem ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Energieübertragung auf der Länge der Walze unterschiedlich einstellen zu können, besonders in der Nähe der Enden der Walze.

Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 wiedergege­ bene Erfindung gelöst.

Hierdurch ist erreicht, daß die Einwirkung der Leiter­ schleifenanordnung auf die Walzenoberfläche über deren Länge nicht unveränderlich ist, sondern bedarfsweise angepaßt werden kann, insbesondere wenn nur eine relativ schmale Bahn bearbeitet werden soll, die nicht die ganze Arbeits­ breite der Walze überdeckt. Es wäre natürlich auch möglich, längs der Walze eine Folge von einzelnen, separat steuer­ baren oder bewegbaren Induktoren vorzusehen, doch wäre der damit verbundene Aufwand erheblich. Bei der Erfindung sind nur eine oder wenige Leiterschleifen anzusteuern und wird deren Wirkung lediglich modifiziert.

In einer ersten in Betracht kommenden Ausführungsform kann die wirksame Länge der Leiterschleifenanordnung durch mechanische Eingriffe verändert werden (Anspruch 2).

Es wird also die geometrische Konfiguration der Leiter­ schleifenanordnung im Bereich der Enden abgewandelt, um die Stromwege und das Feld zu verändern und die Übertragung elektrischer Energie auf die Walzenoberfläche zu beeinflus­ sen. Die Leiterschleifenanordnung im Ganzen, insbesondere deren achsparallele Schenkel, soll im wesentlichen unver­ ändert bleiben, damit keine größeren Montage- und Demon­ tagevorgänge notwendig sind.

Dieser Gedanke kann in der in Anspruch 3 wiedergegebenen Weise verwirklicht werden. Bei der teleskopartigen Ausbil­ dung der Leiterschleifenanordnung ist insbesondere die Er­ haltung des inneren Kanals für die Kühlflüssigkeit vorteil­ haft.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist in An­ spruch 4 wiedergegeben. Die äußeren Enden der Leiterschlei­ fenanordnung sind also nicht direkt miteinander verbunden, sondern durch separate in ihrer Lage veränderbare Quer­ stücke. Die über die Querstücke nach außen gegebenenfalls überstehenden Bereiche der Schenkel der Leiterschleifen­ anordnung sind inaktiv, weil in ihnen kein Strom fließt.

Die Lageveränderung kann durch eine Längsverschiebung (Anspruch 5) oder durch Einstecken an verschiedenen vorbe­ reiteten Positionen der achsparallelen Schenkel der Leiter­ schleifenanordnung (Anspruch 6) erfolgen.

Um den Kühlflüssigkeitskreislauf zu erhalten, können die offenen Enden der Schenkel durch Rohrleitungen aus elek­ trisch nichtleitendem Material verbunden sein, zum Beispiel durch Kunststoffschläuche, durch die das Kühlwasser von einem achsparallelen Schenkel der Leiterschleifenanordnung auf den anderen übergehen kann, ohne daß an den Enden, d. h. in den über die Querstücke überstehenden Bereichen ein Strom­ fluß stattfindet.

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist in Anspruch 8 wie­ dergegeben. Auch hier wird dafür gesorgt, daß in den über die Warenbahnbreite überstehenden Endbereichen keine Über­ tragung induktiver Energie auf die Walze stattfindet. Bei der Ausführungsform nach Anspruch 8 wird allerdings die Leiterschleifenanordnung in ihrer vorhandenen, beispiels­ weise beiderends haarnadelförmigen Konfiguration belassen und lediglich durch den oder die Absperrschieber dafür ge­ sorgt, daß die abgestrahlte Energie in diesem Bereich nicht auf die Walzenoberfläche übergeht, sondern vorher abgefangen wird.

Anspruch 9 ist auf eine Ausführungsform gerichtet, bei der die geometrische Konfiguration der Leiterschleifenanord­ nung unverändert bleibt, aber die wirksame Länge durch elektrische oder elektronische Mittel veränderbar ist.

Dies kann gemäß Anspruch 10 beispielsweise dadurch reali­ siert werden, daß die Schenkel der Leiterschleifenanordnung durch Querstücke elektrisch verbunden sind, in denen der Stromfluß durch elektrische oder elektronische Schalter beeinflußbar ist.

Es können hierbei also beispielsweise die am weitesten außen gelegenen Querstücke ganz oder teilweise unterbrochen werden, so daß in den äußeren Bereichen kein sich änderndes Feld mehr erzeugt und somit auch keine elektrische Energie auf die Walzenoberfläche übertragen wird.

In einer praktischen Ausführungsform können in den Quer­ stücken gemäß Anspruch 11 Thyristoren angeordnet sein, deren Tastverhältnis durch eine Steuereinrichtung unterschiedlich einstellbar ist. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis der Zeiten, in denen die Thyristoren durchlässig sind, zu den Zeiten, in denen sie sperren. Die Thyristoren erlauben also nicht nur eine reine Unterbrechung des Stromflusses, sondern können den Stromfluß auch schrittweise verkleinern, etwa indem an den äußersten Querstücken das Tastverhältnis be­ sonders klein gewählt wird, d. h. die dortigen Thyristoren überwiegend gesperrt sind und nur wenig Strom durchlassen und Heizleistung übertragen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Walze;

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 zeigen entsprechende Ansichten weiterer Ausführungsformen;

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht entsprechend Fig. 1 und 3 einer weiteren Ausführungsform.

Die in der Zeichnung als Ganzes mit 10 bezeichnete Walze ist zum Zusammenwirken mit einer Gegenwalze 20 (Fig. 2) bestimmt und bildet mit dieser einen Walzspalt 1. Die Walze 10 ist zwar in Fig. 2 überwiegend durchgehend schraffiert, doch muß es sich durchaus nicht um eine massive Walze han­ deln, sondern es kann die Walze 10 auch als durchbiegungs­ steuerbare Walze mit einer um einen feststehenden Kern 2 umlaufenden Hohlwalze 3 ausgebildet sein, die über ein hy­ draulisches Medium von innen an dem Kern 2 abgestützt ist. Die arbeitende Oberfläche der Walze 10 wird im allgemeinen aus Stahl, d. h. einem elektrisch leitfähigen Material, be­ stehen. Es ist aber nicht ausgeschlossen, daß sie auf der Oberfläche eine Beschichtung aus einem anderen Material trägt. Es muß lediglich im Bereich der Oberfläche eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Material vorhanden sein, weil andern­ falls die induktive Beheizung nicht funktioniert.

Die induktive Beheizung der Walze 10 wird in den Aus­ führungsbeispielen mittels einer als Induktor dienenden Leiterschleifenanordnung bewerkstelligt, die zwar in den Ausführungsbeispielen nur aus einer eine einzige Windung aufweisenden Leiterschleife 4 mit achsparallelen Schenkeln 4′,4′′ besteht, jedoch bedarfsweise auch mehrere Äste auf­ weisen sowie in Gestalt mehrerer einzelner Leiterschleifen verwirklicht sein kann. Die Leiterschleife 4 erstreckt sich über die ganze Länge der Walze 10. Sie kann jedoch vom Prin­ zip her auch nur einen Teilbereich der Länge einnehmen, beispielsweise etwa die Hälfte. Die Schenkel 4′, 4′′ der Lei­ terschleife 4 verlaufen parallel zur Walzenachse dicht außer­ halb der Walzenoberfläche und stehen in einem Radiuswinkel von 10 bis 45°, in den Ausführungsbeispielen von etwa 30°, zueinander. Die Anschlüsse 5 der Leiterschleife 4 an einen nicht dargestellten Mittelfrequenzgenerator sind in der Mitte des Schenkels 4′ tangential oder radial von der Lei­ terschleife 4 hinweggeführt.

Die Leiterschleife 4 besteht aus einem Rechteck-Kupfer­ hohlprofil, dessen Hohlraum von Kühlwasser durchströmt ist.

Wenn die Leiterschleife 4 mit einem Wechselstrom be­ schickt wird, bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus, welches in die Oberfläche der Walze 10 eindringt und dort Wirbelströme verursacht, die durch Joule′sche Wärme eine Aufheizung der Walzenoberfläche bewirken. Je höher die Fre­ quenz ist, desto geringer ist die Eindringtiefe in die Ober­ fläche der Walze 10. Im allgemeinen werden zur Walzenerwär­ mung Frequenzen zwischen 1 und 10 kHz eingesetzt.

Die Leiterschleife bewirkt eine im wesentlichen gleich­ mäßige Erwärmung der Walze 10 über ihre Länge. Die von einer bestimmten Walze 10 zu verarbeitenden Warenbahnbreiten sind nicht immer einheitlich. Die Länge der Walze 10 ist natürlich auf die breiteste vorkommende Warenbahn abgestimmt. Wenn nun mit der gleichen Walze 10 schmälere Bahnen verarbeitet werden sollen, steht die Leiterschleife 4 an den Enden über die Breite der Warenbahn über und erwärmt auch Endzonen der Walze 10, die nicht mehr von der Warenbahn überdeckt sind und aus denen die Warenbahn keine Wärme abtransportieren kann. Dies kann zu schädlichen Kantenüberhitzungen führen.

Aus diesem Grund ist die Wirklänge der Leiterschleife 4 veränderbar.

Eine erste Ausführungsform ist im oberen Teil von Fig. 1 wiedergegeben, wo ein die Schenkel 4′, 4′′ der Leiterschleife 4 verbindender Rohrkrümmer 6 dargestellt ist, der etwa haar­ nadelförmig ausgebildet ist und mit seinen beiden einander parallelen Schenkeln 6′, 6′′ teleskopartig in die Enden der Schenkel 4′, 4′′ der Leiterschleife 4 einschiebbar ist. Indem der Rohrkrümmer 6 nach Art eines Posaunenbügels an verschie­ dene Stellen in axialer Richtung gebracht wird, wird die Wirkbreite der Leiterschleife 4 verändert. Die Strömung der Kühlflüssigkeit wird hierbei nicht beeinträchtigt.

Eine weitere Art der Beeinflussung der Wirkbreite ist in Fig. 1 unten wiedergegeben. Hier ist eine mit einem kühl­ wasserdurchströmten Hohlraum versehene, der Krümmung der Walze 10 angepaßte Abschirmplatte 7 vorgesehen, die zwischen der Leiterschleife 4 und der Walzenoberfläche 10 angeordnet und im Sinne des Pfeiles 8, also in Längsrichtung der Walze 10, verstellbar ist. Die Schenkel 4′, 4′′ gehen bei dieser Ausführungsform in einer Biegung unmittelbar ineinander über. Die Abschirmplatte steht im Grundriß über die Schenkel 4′, 4′′ seitlich und über die die Schenkel 4′, 4′′ verbindende Biegung in Achsrichtung über, so daß das Ende der Leiterschleife 4 für die Walzenoberfläche vollständig verborgen ist.

Die von der Leiterschleife 4 ausgesandte elektromagne­ tische Strahlung wird dann von der metallischen Abschirm­ platte 7 abgefangen, die sich zwar auch erwärmt, aus der die Wärme aber durch die durch die Anschlüsse 9 umgewälzte Kühlflüssigkeit abgeführt wird.

Es versteht sich, daß normalerweise die Ausbildung der Leiterschleife 4 an den Enden gleich sein wird.

In Fig. 2 ist noch die Steuerung der Beheizung ange­ deutet. An der zu bearbeitenden Warenbahn 30 sind Maßfüh­ ler 31 angeordnet, deren Signale in einem Regler 32 verar­ beitet und einem Mittelfrequenzgenerator 33 zugeführt wer­ den, der über eine Leitungsanordnung 34 mit den Enden 5 der Leiterschleife 4 verbunden ist.

In der Ausführungsform der oberen Hälfte der Fig. 3 enden die Schenkel 4′, 4′′ der Leiterschleife 4 gerade. Die Schenkel 4′, 4′′ sind von manschettenartigen Schiebern 11 derart umgriffen, daß eine leitende Verbindung zustande kommt. Die Schieber 11 sind leitend durch ein Querstück 12 verbunden, welches dem Profil der Schenkel 4′, 4′′ ent­ spricht. Die Kühlflüssigkeit wird über flexible Leitungen 13 aus den Enden der Schenkel 4′, 4′′ den Enden des Querstücks 13 zugeführt und durchströmt dieses. Auf diese Weise ist auch das Querstück 12 kühlbar und der Übergang der Kühl­ flüssigkeit von einem Schenkel der Leiterschleife 4 auf den anderen gewährleistet. Das Querstück 12 kann im Sinne des Pfeils 8 längs der Schenkel 4′, 4′′ verschoben werden und begrenzt durch seine Stellung die Wirkbreite der in­ duktiven Beheizung. Die außerhalb des Querstücks 12 gele­ genen Schenkelenden sind wirkungslos.

Während das Querstück 12 kontinuierlich verstellbar ist, ist in der unteren Hälfte der Fig. 3 eine Ausführungs­ form dargestellt, bei der die Wirkbreite in diskreten Schrit­ ten aufeinanderhin gerichtete Ansätze 14′, 14′′, die aus dem gleichen Profilmaterial bestehen wie die Schenkel 4′, 4′′ und dementsprechend hohl ausgebildet und von der Kühlflüs­ sigkeit von innen erreichbar sind. In dem Ausführungsbei­ spiel sind fünf solcher Schenkel in Abständen hintereinander angeordnet. Die Schenkel belassen zwischen sich einen Spalt 15, der durch eine Art Stecker 16 elektrisch leitend ge­ schlossen werden kann. Je nachdem an welche Stelle der Stec­ ker gesetzt wird, erfolgt die Verbindung der Schenkel 4′, 4′′ mehr oder weniger weit außen, wodurch die Wirkbreite der induktiven Beheizung in Schritten veränderbar ist.

Um die Strömung der Kühlflüssigkeit sicherzustellen, können die Enden der Schenkel 4′, 4′′ durch einen Schlauch 17 miteinander verbunden sein, der ebenso wie die flexible Leitung 13 aus elektrisch nichtleitendem Material besteht.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 bleibt bei einer Änderung der Wirkbreite die Konfiguration der an den Enden haarnadelförmig ineinander übergehenden Schenkel 4′, 4′′ der Leiterschleife 4 unverändert. Es sind an den Enden der Wal­ ze 10 vier Querstücke 21, 22, 23, 24 bzw. 21′, 22′, 23′, 24′ dar­ gestellt, die aus einem Kupfer-Hohlprofil bestehen und in der Mitte durch Thyristoren 25, 26, 27, 28 bzw. 25′, 26′, 27′, 28′ unterbrochen sind, die je nach dem Ansteuerungszustand Strom in einer Richtung durchlassen bzw. sperren. Die Ansteuerung der Thyristoren 25,...,28′ erfolgt über Steuerleitungen 35, 36, 37, 38; 35′, 36′, 37′, 38′, die an eine Steuereinrichtung 40 angeschlossen sind.

Mittels der Steuereinrichtung 40 kann das Tastverhält­ nis der einzelnen Thyristoren unterschiedlich gewählt wer­ den, so daß zum Beispiel die inneren Thyristoren 28, 25′ 50% der aufgebrachten Leistung durchlassen und die äußeren Thyristoren 26′, 27′, 28′ von innen nach außen immer klei­ nere Anteile der anderen 50% der Leistung hindurchlassen. Die übertragene Heizleistung sinkt entsprechend gegen das Ende der Walze hin ab.

Es versteht sich, daß dieser Gedanke nicht nur an den Enden einer Leiterschleife 4 realisiert werden kann, sondern auch bei über die ganze Länge der Walze 10 vorhandenen Quer­ stücken 21,..., bis 24′, so daß in einem gewissen Umfang auch auf größeren Bereichen der Walzenlänge ein regelge­ rechtes Temperaturprofil angesteuert werden kann.

Claims (11)

1. Einrichtung zur induktiven Beheizung von Walzen, die zumindest an oder in der Nähe der arbeitenden Walzen­ oberfläche aus elektrisch leitendem Material bestehen, mit mindestens einer dicht außerhalb der Walzenoberfläche an­ geordneten, in dem elektrisch leitenden Material der Walze Wirbelströme erzeugenden wechselstromdurchflossenen Leiter­ schleifenanordnung mit im wesentlichen achsparallelen Schen­ keln, die sich über mindestens einen Teil der Länge der Walze erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung der Leiterschleifenanordnung (4) in Längsrichtung der Walze (10) gesehen veränderbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge der Leiterschleifenanordnung (4) durch mechanische Mittel veränderbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die achsparallelen Schenkel (4′, 6′ bzw. 4′′, 6′′) der Lei­ terschleifenanordnung (4) teleskopartig ineinanderschiebbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (4′, 4′′) der Leiterschleife (4) an den En­ den unmittelbar nicht, jedoch durch in ihrer Lage in Längs­ richtung der Schenkel (4′, 4′′) veränderbare Querstücke (12) verbunden sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Querstücke (12) längs der Schenkel (4′, 4′′) ver­ schiebbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Querstücke (16) in verschiedenen Längspositionen steck­ bar sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Enden der achsparallelen Schen­ kel (4′, 4′′) durch Leitungen (13, 17) aus elektrisch nicht­ leitendem Material miteinander verbunden sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das jeweilige Ende der Leiterschleifenanordnung (4) und die Walzenoberfläche vom Ende der Walze (10) her in Achsrichtung eine kühlbare elektrisch leitende Abschirm­ platte (7) einführbar ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge der Leiterschleifenanordnung (4) durch elektrische oder elektronische Mittel veränderbar ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (4′, 4′′) der Leiterschleifenanordnung (4) zumindest im Bereich der Enden der Walze (10) durch Quer­ stücke (21, 22, 23, 24, 21′, 22′, 23′, 24′) elektrisch verbunden sind, in denen der Stromfluß durch elektrische oder elektro­ nische Schalter beeinflußbar ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in den Querstücken (21 ..., 24′) Thyristoren (25,...,28′) angeordnet sind, deren Tastverhältnis durch eine Steuerein­ richtung (40) unterschiedlich einstellbar ist.