DE4325868C1 - Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von flachem Metallgut - Google Patents
Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von flachem MetallgutInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven
Längsfelderwärmen von flachem Metallgut, wie z. B. Bändern,
Platten oder dergleichen aus Nichteisenmetall, Stahl oder
einem ferromagnetischen Werkstoff, mit mindestens zwei mit
Wechselstrom, insbesondere mittelfrequentem Wechselstrom,
gespeisten Induktoren, die jeweils mit Leiterschleifen versehen
sind, deren wirksame Abschnitte je ein magnetisches
Wechselfeld erzeugen.
Aus der US-Patentschrift 2 448 011 ist bereits eine Vorrichtung
zur Längsfelderwärmung von Stahlbändern bekannt,
bei der das zu erwärmende Stahlband durch den Innenraum einer
zylindrischen Induktionsspule ("Induktor") geführt
wird, welche in dem Metallgut ein magnetisches Wechselfeld
erzeugt, dessen Kraftlinien parallel zur Ebene des Metallguts
verlaufen ("Längsfeld-Prinzip").
Der Hauptvorteil der bekannten Vorrichtung liegt in der hohen
Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die gesamte Metallgutbreite,
wobei sich auch bei unterschiedlichen Breiten
des Metallgutes eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreichen
läßt.
Demgegenüber weist diese Vorrichtung aber auch einige Nachteile
auf. Zum einen können keine befriedigenden Wirkungsgrade
bei der Erwärmung erzielt werden, wenn Metallgut mit
unterschiedlichen Breiten und Dicken erwärmt werden soll.
Beim Wechsel auf Metallgut anderer Breite und/oder Dicke
sind bei der bekannten Vorrichtung Austauschinduktoren erforderlich,
um auch bei unterschiedlichen Abmessungen des
Metallgutes einen guten elektrischen Wirkungsgrad zu erzielen.
Dies ist aber ein sehr umständliches und unwirtschaftliches
Verfahren, da hierbei die gesamte Anlage stillgesetzt
werden muß und beispielsweise die für den kontinuierlichen
Betrieb üblicherweise aneinandergehefteten Metallbänder
getrennt und nach dem Einbau des Austauschinduktors
wieder verbunden werden müssen. Es entstehen somit erhebliche
Produktionsausfälle. Ferner treten bei der bekannten
Vorrichtung an der Induktionsspule Streufelder auf, die den
elektrischen Wirkungsgrad dieser Erwärmungsvorrichtung weiter
herabsetzen.
Es ist daneben aus der WO 88/00981 bereits ein Induktionsofen
zur Verzinkung von Stahlband bekannt, bei dem das
flache Metallgut vollständig von Spulenkörpern (=Induktoren)
umgeben ist. Allerdings besteht bei dieser Vorrichtung
die Möglichkeit, die an einem Rahmen befestigten Induktoren
mittels eines Schienensystems von dem kontinuierlichen Metallgut
zu entfernen. Damit sind die Induktoren beispielsweise
zu Wartungszwecken leicht zugänglich, ohne daß dabei
das Metallgut durchtrennt werden muß. Bei dieser Vorrichtung
ist allerdings noch keine Anpassung an unterschiedliche
Metallgutbreiten vorgesehen.
Des weiteren ist aus der US-Patentschrift 37 25 629 eine
Induktionsvorrichtung zur Längsfelderwärmung von metallischem
Gut bekannt, bei der einzelne, parallel geschaltete
Leiterschleifen das zu erwärmende Gut umgeben. Der durch
diese Leiterschleifen gebildete Induktor ist an einer Seite
offen, so daß das zu erwärmende Gut seitlich durch diese
Öffnung in den Induktor eingeführt werden kann. Hier ist
allerdings ebenfalls keine Anpassung an unterschiedliche
Metallgutbreiten vorgesehen.
Schließlich ist aus der DE 39 28 629 A1 eine Vorrichtung
zum induktiven Erwärmen von flachem metallischem Gut bekannt,
die mindestens zwei Induktoren aufweist, welche sich
an gegenüberliegenden Seiten des Metallgutes jeweils paarweise
gegenüberliegen. Diese Vorrichtung erlaubt durch getrennte
Schaltung einzelner Leiterschleifen eine Anpassung
an unterschiedliche Breiten des metallischen Gutes. Mit
dieser Vorrichtung wird jedoch eine Querfelderwärmung
durchgeführt, die gegenüber der Längsfelderwärmung eine geringere
Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die gesamte Metallgutbreite
bewirkt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu gestalten,
daß sie an die jeweilige Metallgutbreite anpaßbar ist und
für Reinigungs- und Wartungsarbeiten von außen her gut
zugänglich ist, um Produktionsausfälle weitgehend zu
vermeiden. Ferner soll erreicht werden, daß sich die
Vorrichtung aufgrund ihrer Bauart kostengünstig herstellen
läßt.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wirksamen
Abschnitte der Leiterschleifen jedes Induktors parallel
zueinander verlaufen und in gleicher Richtung von Strom
durchflossen sind, daß jeweils zwei Induktoren paarweise
einander zugeordnet sind derart, daß sie einander
gegenüberliegen und auf verschiedenen Seiten des flachen
Metallgutes angeordnet sind und daß die wirksamen Abschnitte
der Leiterschleifen der beiden Induktoren eines
Paares in entgegengesetzten Richtungen von Strom
durchflossen sind.
Eine derartige Anordnung der Induktoren erlaubt einerseits
eine Anpassung an die jeweilige Metallgutbreite, da in dieser
Richtung gesehen keine räumliche Begrenzung der
Induktoranordnung besteht. Aufrund der getrennten Anordnung
ist diese Vorrichtung andererseits beispielsweise für
Wartungsarbeiten gut zugänglich. Durch die Verwendung eines
Eisenkerns wird letztlich eine Leistungssteigerung des Induktors
für die Erwärmung erzielt und ebenso aufgrund der
hierdurch erreichbaren Bündelung der Kraftlinien gleichzeitig
eine sehr kompakte Bauweise möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter so ausgebildet
sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiterschleifen in
Nuten der Induktorkerne angeordnet sind. Hierdurch wird zum
einen eine noch kompaktere Bauweise des Induktors ermöglicht,
zum anderen die Ankopplung der magnetischen Kraftlinien
an den Eisenkern verbessert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die Induktoren und das flache Metallgut relativ
zueinander bewegbar sind. Dabei können die Induktoren relativ
zu Platten oder dergleichen bewegt werden. Es ist gleichermaßen
möglich, die Induktoren statisch anzuordnen und
das flache Metallgut in Form eines Bandes oder dergleichen
zu bewegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiterschleifen der
Induktoren in Bewegungsrichtung längs, quer oder geneigt
dazu verlaufen. Somit können die einzelnen Induktorpaare
jeweils in die für das betreffende Gut und dessen Abmessungen
optimale Position gebracht werden; um die gewünschte
Gleichmäßigkeit der Erwärmung im Metallgut herbeizuführen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß mehrere Induktorpaare nebeneinander angeordnet
sind, wobei ihre Induktorkerne miteinander verklemmt oder
miteinander einstückig ausgebildet sind. Somit kann der
Einwirkungsbereich einer Induktoreinheit den jeweiligen Erfordernissen
angepaßt werden. Eine solche Einheit besteht
dann aus mehreren Induktorpaaren, wobei die Stromrichtung
in den wirksamen Abschnitten der Leiterschleifen benachbarter
Induktoren gleich oder entgegengesetzt sein kann. Durch
eine solche Art der Anordnung mehrerer nebeneinander plazierter
Induktoren kann der elektrische Wirkungsgrad erhöht
werden. Bei unterschiedlicher elektrischer Polarität benachbarter
Induktoren bilden sich entsprechend der Anzahl
der Induktoren mehrere Bereiche im Metallgut aus, in denen
geschlossene Wirbelströme fließen. Dies führt gegenüber einer
einzigen geschlossenen Wirbelstrombahn zu einer erhöhten
elektrischen Leistungsdichte in dem Metallgut. Durch
Verwendung mehrerer Induktoren nebeneinander ist schließlich
auch eine gute Abstimmung auf jeweiligen Metallgutbreiten
möglich.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß mehrere Induktorkerne in Bewegungsrichtung hintereinander
angeorndet sind. Dabei können die wirksamen Abschnitte
der Leiterschleifen der in Bewegungsrichtung aufeinander
folgenden Induktoren geiche oder voneinander abweichende
Neigungen zur Transportrichtung haben, um auf
diese Weise zur Vergleichmäßigung der Erwärmung weiter beizutragen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß den Zwischenbreichen zweier benachbarter Induktoren
Trimmkerne zugeordnet sind. Auf diese Weise wird ein
Ausgleich von etwaigen Temperaturschatten im Bereich zwischen
Induktoren bewirkt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiterschleifen eines
Induktors parallel zueinander gechaltet sind. Auf
diese Weise kann die Zahl der Rückführungen reduziert und
damit der Bauaufwand gesenkt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiterschleifen eines
Induktorpaares in einem gemeinsamen Stromkreis liegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die Leiterschleifen zur Rückführung seitlich am
jeweiligen Induktorkern geführt sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet
sein, daß die Leiterschleifen wirksame Abschnitte in zwei
benachbarten Induktoren bilden.
Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet
sein, daß Leiterschleifen mindestens eines Induktors
getrennt schaltbar sind. Somit kann die Vorrichtung an die
Breite des zu erwärmenden Gutes angepaßt werden, ohne dafür
irgendwelche Umbauten zu erfordern.
Im folgenden Teil der Beschreibung sind einige Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen
beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei Induktoren auf jeder Seite des
zu erwärmenden Gutes,
Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte
Ausführungsform mit zusätzlichem Trimmkern,
Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit jeweils einem Induktor auf jeder
Seite des zu erwärmenden Gutes,
Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die
Leiterschleifen seitlich eines Induktorkerns zurückgeführt
sind,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei übereinander angeordneten Induktoren,
wobei die wirksamen Abschnitte der Leiterschleifen
parallel zueinander geschaltet sind, und
Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der zwei
Induktoren in Bewegungsrichtung des Gutes hintereinander
angeordnet sind.
Fig. 3 zeigt zwei paarweise übereinander angeordnete Induktoren
1, 2, zwischen denen ein flaches Metallgut 3 zum
Zwecke der Erwärmung hindurchgeführt werden kann. Die Induktoren
1, 2 sind untereinander gleich ausgebildet und haben
je einen Eisenkern 4, 5. An den einander zugewandten
Seiten der Eisenkerne 4, 5 ist je eine Aufnahme 6 vorgesehen,
in der die wirksamen Abschnitte 7 von hier nicht
weiter dargestellten Leiterschleifen parallel zueinander
verlaufend angeordnet sind. Alle wirksamen Abschnitte 7 der
Leiterschleifen des oberen Induktors 1 sind in gleicher
Richtung stromdurchflossen. Dies gilt auch für alle wirksamen
Abschnitte 7 des unteren Induktors 2 mit der Ausnahme,
daß die Stromrichtung hier umgekehrt ist.
Die wirksamen Abschnitte 7 der Leiterschleifen können in
den Aufnahmen 6 in geeignetes Material eingebettet sein
oder in hier nicht dargestellten Nuten verlaufen.
Sie können dabei geradlinig, wellen- oder zickzackförmig
verlaufen.
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß
Fig. 1 kann als ein Nebeneinander von zwei Induktorpaaren
gemäß Fig. 3 verstanden werden. Die Eisenkerne 4, 5 sind dabei
einstückig für die Induktoren 1, 1′ bzw. 2, 2′. Gemäß
Fig. 1 sind alle wirksamen Abschnitte 7 der Leiterschleifen
in Nuten 9 der Eisenkerne 4, 5 angeordnet, wobei die
Stromrichtung in den wirksamen Abschnitten 7 der Induktoren
1, 2′ gleich ist. Untereinander gleiche Stromrichtung haben
auch die wirksamen Abschnitte 7 in den Induktoren 2, 1′ mit
der Ausnahme, daß hier der Strom in entgegengesetzter
Richtung fließt wie in den Induktoren 1, 2′.
Die wirksamen Abschnitte 7 in den Induktoren 1′, 2′ haben
entgegengesetzte Polarität im Vergleich zu Induktoren
1, 2. Es ist aber auch möglich, die Polarität der Induktoren
1′, 2′ gleich derjenigen der Induktoren 1, 2 zu wählen und
damit jeweils oberhalb und unterhalb des Metallgutes 3 in
benachbarten Induktoren gleiche Polarität herbeizuführen.
Der Ausführungsform der Vorrichutng gemäß Fig. 1 kann im
Bereich des Übergangs zwischen den Induktoren 1, 1′ bzw.
2, 2′ ein Trimmkern 10 nachgeschaltet sein, um hier eventuell
auftretende Temperaturschatten auszugleichen. Dies ist
in Fig. 2 veranschaulicht, in der der Pfeil 11 ebenso wie
in Fig. 1 die Bewegungsrichtung des Metallgutes 3 anzeigt.
Fig. 4 ist als Ergänzung zu Fig. 1 zu verstehen, indem sie
nicht nur die wirksamen Abschnitte 7 der Leiterschleifen,
sondern auch deren Rückführung kenntlich macht. Diese geschieht
an den Seiten der Eisenkerne 4, 5 in dort vorgesehenen
Ausnehmungen 19.
Die Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt einen oberen Induktor
1 mit einem Eisenkern 4 und einen unteren Induktor 2 mit
einem Eisenkern 5. In den Eisenkernen 4, 5 sind Nuten 9 vorgesehen,
in denen sich wirksame Abschnitte 7 von Leiterschleifen
befinden. Dabei sind alle wirksamen Abschnitte 7
des oberen Induktors 1 parallel zueinander in einem Stromkreis
geschaltet, in dem auch alle wirksamen Abschnitte 7
parallel zueinander, aber mit entgegengesetzter Polarität
geschaltet sind.
Fig. 6 schließlich zeigt schematisch zwei in Bewegungsrichtung
(Pfeil 11) des Metallgutes 3 hintereinander angeordnete
Induktoren 1, bei denen die wirksamen Abschnitte der
Leiterschleifen um 90° gegeneinander versetzt sind.
Alle Induktoren sind an eine mittelfrequente Wechselstromquelle
angeschlossen.
Claims (12)
1. Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von
flachem Metallgut (3), wie z. B. Bändern, Platten oder dergleichen
aus Nichteisenmetall, Stahl oder einem ferromagnetischen
Werkstoff, mit mindestens zwei mit Wechselstrom,
insbesondere mittelfrequentem Wechselstrom, gespeisten Induktoren
(1, 2, 1′, 2′), die jeweils mit Leiterschleifen versehen
sind, deren wirksame Abschnitte (7) je ein magnetisches
Wechselfeld erzeugen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen jedes Induktors (1, 2, 1′, 2′) parallel zueinander verlaufen und in gleicher Richtung von Strom durchflossen sind,
daß jeweils zwei Induktoren (1, 2, 1′, 2′) paarweise einander zugeordnet sind derart, daß sie einander gegenüberliegen und auf verschiedenen Seiten des flachen Metallgutes (3) angeordnet sind und
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen der beiden Induktoren (1, 2, 1′, 2′) eines Paares in entgegengesetzten Richtungen von Strom durchflossen sind.
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen jedes Induktors (1, 2, 1′, 2′) parallel zueinander verlaufen und in gleicher Richtung von Strom durchflossen sind,
daß jeweils zwei Induktoren (1, 2, 1′, 2′) paarweise einander zugeordnet sind derart, daß sie einander gegenüberliegen und auf verschiedenen Seiten des flachen Metallgutes (3) angeordnet sind und
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen der beiden Induktoren (1, 2, 1′, 2′) eines Paares in entgegengesetzten Richtungen von Strom durchflossen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen
in Nuten (9; 13) der Induktorkerne (4, 5, 12) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktoren (1, 2, 1′, 2′) und das flache
Metallgut (3) relativ zueinander bewegbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiterschleifen
der Induktoren (1, 2, 1′, 2′) in Bewegungsrichtung (11) längs,
quer oder geneigt dazu verlaufen.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Induktorpaare nebeneinander
angeordnet sind, wobei ihre Induktorkerne (4, 5, 12)
miteinander verklemmt oder miteinander einstückig ausgebildet
sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Induktorkerne (4, 5, 12) in Bewegungsrichtung
(11) hintereinander angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß den Zwischenbereichen zweier benachbarter
Induktoren (1, 2, 1′, 2′) Trimmkerne (10) zugeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abschnitte
(7) der Leiterschleifen eines Induktors (1, 2, 1′, 2′) parallel
zueinander geschaltet sind.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abschnitte
(7) der Leiterschleifen eines Induktorpaares in einem gemeinsamen
Stromkreis liegen.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen zur
Rückführung seitlich am jeweiligen Induktorkern (4, 5, 12)
geführt sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Leiterschleifen wirksame Abschnitte
(7) in zwei benachbarten Induktoren (1, 2, 1′, 2′)
bilden.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß Leiterschleifen mindestens
eines Induktors (1, 2, 1′, 2′) getrennt schaltbar sind.
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D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
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