DE4423045C2 - Induktionserwärmungsanlage und Verfahren zum Induktionswärmen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionserwärmungsanlage für die Erwärmung länglicher metallischer Produkte, insbesondere Blöcke oder Stangen, im Durchlaufbetrieb mit einer Vielzahl von entlang der Durchlaufstrecke angeordneter Induktoren, wobei die einzelnen Induktoren oder die Gruppen von Induktoren durch Zwischenräume voneinander getrennt sind.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der deutschen Patentschrift 39 24 641 bekannt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Induktionserwärmen von länglichen metallischen Produkten, insbesondere Blöcken oder Stangen, im Durchlaufbetrieb, wobei das Produkt sequentiell eine Kette von Induktoren durchläuft, welche einzeln durch Zwischenräume getrennt sind oder welche zu durch Zwischenräume voneinander getrennten Gruppen zusammengefaßt sind.

Beim Betrieb von Induktionserwärmungsanlagen werden die zu erwärmenden Produkte mit ihren Stirnflächen aneinanderliegend durch die Induktionserwärmungsanlage transportiert. Ein wesentliches Problem besteht darin, daß beim Übergang von einem Produkt auf das nachfolgende die Stirnflächen der benachbarten Produkte miteinander verkleben. Um dies zu vermeiden ist es bekannt, vor der Presse, die der Induktionserwärmungsanlage nachgeordnet ist, eine Greifzange vorzusehen, mittels der das Produkt diskontinuierlich aus der Erwärmungsanlage in die Presse gezogen wird. Die Taktfrequenz bzw. die Vorschubgeschwindigkeit der Greifzange ist dabei so bemessen, daß vor und nach dem diskontinuierlichen Einzugsvorgang die Stirnflächen der benachbarten Produkte zwar möglichst eng benachbart sind jedoch nicht miteinander verkleben. Bei dieser Vorrichtung ist es erforderlich, jeweils genau die Materiallücken zwischen den einzelnen Produkten zu kennen und beim Durchlauf durch die einzelnen Induktoren zu verfolgen, um eine entsprechende Nachregelung zu erreichen. Die Materiallückenerfassung war bislang nur auf empirischem Wege möglich.

Eine weitere Einrichtung zur induktiven Erwärmung eines Werkstückes mittels mehrerer Induktoren ist aus der DE 3 71 008 A1 bekannt. Bei dieser Einrichtung sind die Induktoren voneinander entkoppelt angeordnet, so daß sie unabhängig voneinander eingestellt werden können. Die Entkopplung erfolgt durch zwischen den Wechselrichtern angeordnete Glättungsdrosseln. Auf diese Weise kann jeder Wechselrichter mit einer von den anderen Wechselrichtern unabhängigen Frequenz betrieben werden.

Aus der DE-AS 25 46 563 ist schließlich ein Induktionsdurchlaufofen bekannt, welcher einen aus einer größeren Anzahl von in Reihe geschalteten Spulenwindungen bestehenden Induktor zum Aufwärmen der Werkstücke aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzuentwickeln, daß die jeweilige Position einer Materiallücke entlang der Erwärmungstrecke sowie die relative Breite der Materiallücke kontinuierlich und sicher erfaßbar ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Induktoren von einer gemeinsamen Spannungsversorgungsquelle gespeist sind, daß an mindestens einem der entlang der Durchlaufstrecke angeordneten einzelnen Induktoren oder einer der Gruppen von in Reihe geschalteten Induktoren jeweils ein Spannungsabgriff entlang einer Teillänge des einzelnen Induktors oder der Gruppe von Induktoren vorgesehen ist, und daß der Spannungsabgriff des einzelnen Induktors oder der Gruppe von Induktoren mit einer Auswerteinrichtung verbunden ist, welche zur Ermittlung einer Lücke zwischen den Produkten mittels einer Vergleichseinrichtung das Spannungsabgriffsignal mit einer festen Bezugsspannung vergleicht, welche das Ergebnis dieses Vergleichs aufzeichnet und welche eine Zuordnung des Vergleichsergebnisses zu der Induktorlängsgeometrie vornimmt.

In bezug auf das Verfahren wird die voranstehend genannte Aufgabe dadurch gelöst, daß mindestens an einem einzelnen Induktor oder mindestens an einer Gruppe von in Reihe geschalteten Induktoren ein Spannungsabgriff an einer Teillänge erfolgt, der zur Ermittlung einer Lücke zwischen den Produkten mittels einer Auswerteeinrichtung mit einer festen Bezugsspannung verglichen wird, daß das Meßergebnis kontinuierlich registriert wird, und daß eine Zuordnung des Meßergebnisses zu der Induktorgeometrie vorgenommen wird.

Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß durch die Erfassung der Teilspannung an einem einzelnen Induktor bzw. einer Induktorgruppe die durch die Materiallücke hervorgerufene Teilimpedanzänderung im Induktorkreis meßtechnisch erfaßbar ist. Durch den Spannungsabgriff wird nur die an einem Bruchteil der Gesamtlänge des Induktors abfallende Spannung und aufgrund des im Induktor eingeprägten Stromes die entsprechende Teilimpedanz erfaßt. Die Impedanzänderung innerhalb des Induktors aufgrund einer Materiallücke erfolgt dabei selektiv dahingehend, daß für den Fall, daß sich die Materiallücke innerhalb des meßtechnisch überwachten Teilwindungsbereiches befindet, eine Spannungsänderung in einer Richtung, und, wenn die Materiallücke außerhalb des überwachten Bereiches liegt, eine Spannungsänderung in die andere Richtung detektierbar ist. Hierdurch kann innerhalb des Induktors bzw. in den Induktorzwischenräumen die Materiallücke lokalisiert werden, indem die Meßspannung kontinuierlich aufgezeichnet wird und ein Zuordnung zur Induktorlängsgeometrie erfolgt.

Eine genauere meßtechnische Analyse ergibt sich dadurch, daß entlang der Durchlaufstrecke mehrere Einzelinduktoren bzw. Induktorengruppen jeweils einen Spannungsabgriff aufweisen, wobei die Ausgangssignale der einzelnen Spannungsabgriffe getrennten Kanälen einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung zuführbar sind.

Durch die Überlagerung der von den einzelnen Kanälen erfaßten Meßsignale kann ein praktisch lückenloses Protokoll über den Verlauf der Materiallücke während des Durchlaufs durch die induktive Erwärmungsanlage aufgezeichnet werden. Aus den jeweiligen Ausschlägen können Rückschlüsse auf die Position und die Länge der Materiallücke geschlossen werden.

Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Induktionserwärmungsanlage und

Fig. 2 ein Meßdiagramm, welches an der in Fig. 1 dargestellten Anlage beim Durchlauf eines Produktes registriert wurde.

Die in Fig. 1 dargestellte Induktionserwärmungsvorrichtung besteht aus einer Anzahl von sechs Induktoren, die jeweils paarweise 1, 2; 3, 4; 4, 5 zueinander in Reihe geschaltet sind. Die drei Induktorgruppen liegen parallel an einer gemeinsamen Versorgungsspannung. Die Induktoren werden in Pfeilrichtung von dem zu erwärmenden Produkt durchlaufen und gelangen nach der Erwärmung in eine Presse P.

An den mit 2, 4, 6 bezeichneten Induktoren befinden sich Spannungsabgriffe U2, U4, U5, die an einer einzelnen Windung der genannten Induktoren angeschlossen sind. Die an den Spannungsabgriffen gemessenen Signale U2, U4, U6 werden gemeinsam mit dem Meßwert der gemeinsamen Versorgungsspannung U auf eine Auswerteeinrichtung A gegeben. Diese wertet in getrennten Kanälen 1-3 die jeweiligen Meßsignale derart aus, daß diese in Beziehung gesetzt werden zur gemeinsamen Versorgungsspannung U.

Die Normierungen der Meßspannungen U2, U4, U6 auf die Bezugsspannung U erfolgen mittels einer Vergleicherschaltung. Die drei Ausgangssignale entsprechend den drei Kanälen der Vergleicherschaltung werden auf einen nicht dargestellten Dreikanalschreiber gegeben, wobei ein Meßdiagramm aufgezeichnet wird, wie es beispielsweise in Fig. 2 dargestellt ist.

Dies wird im folgenden erläutert: Fig. 2 zeigt einen typischen Signalverlauf bei paralleler Registrierung der Ausgangssignale der Kanäle 1-3 in Abhängigkeit von der geometrischen Länge der Erwärmungsstrecke beginnend mit dem Einlauf beim Induktor 6. Die Ordinate zeigt jeweils die relative Änderung der Meßspannungen in Bezug auf die Bezugsspannung U. Von links nach rechts durchläuft das Produkt die Induktorkette und gelangt zunächst in den Meßbereich des Spannungsabgriffs von Induktor 6. Durchläuft nun ein Stangenende die Überwachungsstrecke, so entsteht durch den diskontinuierlichen Transport mittels der Einzugszange eine Materiallücke entsprechend der Arbeitsweise der Zange. Aus der Zunahme des Meßsignals in Fig. 2 ist erkennbar, daß diese Materiallücke den Spannungsabgriffsbereich des Induktors passiert. Der anschließende Abfall der relativen Spannung deutet auf ein Passieren des Zwischenraumes zwischen den Induktoren 6 und 5 hin. Entsprechend läßt sich der Durchlauf der Materiallücke am Induktor 4 und am Induktor 2 (Kanal 2 bzw. Kanal 1) verfolgen.

Durch die Auswertung des Signalverlaufs lassen sich Rückschlüsse über Prozeßstörungen bzw. zu große Materiallücken ziehen, die in einer (nicht dargestellten) Regeleinrichtung einer automatischen Korrektor unterworfen sein können.

Claims (5)

1. Induktionserwärmungsanlage für die Erwärmung länglicher metallischer Produkte, insbesondere Blöcke oder Stangen, im Durchlaufbetrieb mit einer Vielzahl von entlang der Durchlaufstrecke angeordneter Induktoren (1-6), wobei die einzelnen Induktoren (1-6) oder die Gruppen von Induktoren durch Zwischenräume voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß die Induktoren (1-6) von einer gemeinsamen Spannungsversorgungsquelle (U) gespeist sind,
• 2. - daß an mindestens einem der entlang der Durchlaufstrecke angeordneten einzelnen Induktoren (1-6) oder einer der Gruppen von in Reihe geschalteten Induktoren jeweils ein Spannungsabgriff (S) entlang einer Teillänge des einzelnen Induktors oder der Gruppe von Induktoren vorgesehen ist, und
• 3. - daß der Spannungsabgriff (S) des einzelnen Induktors oder der Gruppe von Induktoren mit einer Auswerteinrichtung verbunden ist,
  • 1. welche zur Ermittlung einer Lücke zwischen den Produkten mittels einer Vergleichseinrichtung das Spannungsabgriffsignal (U2, U4, U5) mit einer festen Bezugsspannung (U) vergleicht,
  • 2. welche das Ergebnis dieses Vergleichs aufzeichnet und
  • 3. welche eine Zuordnung des Vergleichsergebnisses zu der Induktorlängsgeometrie vornimmt.

2. Induktionserwärmungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß entlang der Durchlaufstrecke mehrere einzelne Induktoren (1-6) oder mehrere Gruppen von Induktoren jeweils einen Spannungsabgriff (S) aufweisen und
• 2. - daß die Ausgangssignale der einzelnen Spannungsabgriffe getrennten Kanälen einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung zuführbar sind.

3. Induktionserwärmungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vergleichereinrichtung einer Registriereinrichtung, insbesondere einem Mehrkanalschreiber, zugeführt wird.

4. Verfahren zum Induktionserwärmen von länglichen metallischen Produkten, insbesondere Blöcken oder Stangen, im Durchlaufbetrieb, wobei das Produkt sequentiell eine Kette von Induktoren durchläuft, welche einzeln durch Zwischenräume getrennt sind oder welche zu durch Zwischenräume voneinander getrennten Gruppen zusammengefaßt sind, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß mindestens an einem einzelnen Induktor oder mindestens an einer Gruppe von in Reihe geschalteten Induktoren ein Spannungsabgriff an einer Teillänge erfolgt, der zur Ermittlung einer Lücke zwischen den Produkten mittels einer Auswerteeinrichtung mit einer festen Bezugsspannung verglichen wird,
• 2. - daß das Meßergebnis kontinuierlich registriert wird, und
• 3. - daß eine Zuordnung des Meßergebnisses zu der Induktorgeometrie vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

• 1. - daß mehrere Spannungsabgriffe an separaten einzelnen Induktoren oder an Gruppen von Induktoren, die jeweils zueinander in Reihe geschaltet sind, erfolgen und
• 2. - daß die einzelnen Meßsignale in einer gemeinsamen Auswerteeinrichtung in getrennten Kanälen gemeinsam berechnet und als gemeinsames Signal ausgewertet werden.