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Vorrichtung zum elektro-induktiven Durchwärmen von Metallkörpern mittels
wechselstromdurchflossener, in Bohrungen der Metallkörper angeordneter Leiter Die
induktive Durchwärmung von Metallkörpern mittels in Bohrungen dieser Körper angeordneter
wechselstromdurchflossener Leiter ist bekannt. Der die Leiter durchfließende Wechselstrom
ruft dabei in den Metallkörpern Wirbelstrom- und gegebenenfalls Hysteresisverluste
hervor, durch deren Stromwärme díe Metallkörper beheizt werden. Eine derartige induktive
Durchwärmung eignet sich; besonders für Pressen, in denen hochstromldurchflossene
Leiter beispielsweise längs der Wandungen der formgebenden Teile angeordnet werden
und dadurch ihre Stromwärme auf das Preßgut iibertragen, kann aber auch zur Beheizung
von Öfen Anwendung finden, bei denen die Heizleiter zur induktiven Erhitzung in
den Wandungen angeordnet sind.
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Die Erfindung zeigt einen neuartigen Weg, bei einer derartigen Vorrichtung
die örtliche Verteilung der Wärmeerzeugung zu beeinflussen, indem erfindungsgemäß
das Verhältnis von ,Leiterquerschnitt zu Bohrungsquerschnitt entsprechend der gewünschten
Temperaturverteilung geändert wird. An solchen Stellen, an denen eine verhältnismäßig
geringe Wärmeentwicklung gefordert wird, ist dabei das Verhältnfs von Leiterquerschnitt
zu Bohrungsquerschnitt kleiner als an solchen Stellen, an
Welchen
eine größere Wärmeentwicklung hervorgerufen werden soll. Anstatt das Verhältnis
von Leiterquerschnitt zu Bohrungsquerschnitt zu verändern, oder auch zugleich mit
dieser NIaßnahme, kann erfindungsgemåß zur Er-Zielüng einer günstigen Temperaturverteilung
auch der Leiter eine vom Bohrungsquerschnitt abweichende Form erhalten und (oder)
außermittig angeordnet sein.
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Wie bereits erwähnt, ist es an sich bekannt, Metallkörper durch in
Bohrungen dieser Körper liegende stromdurchflossene Leiter auf induktivem Wege zu
erhitzen. Eine auf solche Weise durchgeführte Erwärmung weist gegenüber der Erwärmung
durch Spulen oder Heizwiderstände nach verschiedener Richtung hin Vorteile auf.
Insbesondere kann man durch derartige in Bohrungen verlegte Einzelleiter eine sehr
gleichmäßige Durchwärmung erzielen. ohne daß der zu erwärmende Körper in seiner
mechanischen Festigkeit merklich beeinträchtigt zu werden braucht.
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Auch ist die Heizeinrichtung denk,bar leicht anzuordnen, weil in
den zu beheizenden Körpern lediglich eine Bohrung vorgesehen ist und der Heizleiter,
gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Isolation, eingelegt werden kann.
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Wenn trotz dieser Vorteile die Beheizung von Metallkörpern mittels
in Bohrungen angeordneter wechselstro-mdurchflossener Heizleiter bisher nicht in
dem Maße Anwendung gefunden hat, wie es auf Grund dieser Vorzüge zu erwarten wäre,
so rührt dies daher daß bisher noch kein Weg bekannt war, die Wärmeverteilung längs
der in der Bohrung verlaufenden Heizleiter zu beeinflussen. Dieser Gedanke aber
ist für den Gegenstand der Erfindung wesentlich. Durch seine Anwendung wird eine
erhebliche Verbesserung der bisher bekannten Vorrichtungen zur induliven Beheizung
von Metallkörpern erzielt.
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Es ist auch eine Vorrichtung zur induktiven P)eheiiung bekannt, bei
welcher der wechselstromdurchflossene Leiter in Bohrungen von AIetallteilen vorgesehen
- und entsprechend einer gewünschten gleichmäßigen Wännev erteilung ausgebildet
und angeordnet ist. Bei dieser bUannten induktiven Heizvorrichtung handelt es sich
aber ausschließlich um eine Oberflächenbeheizung, - die mittels einer ringförmig
in der Bohrung angeordneten Heizleiterwindung erzielt wird und für die ganz andere
Gesichtspunkte maßgebend sind als für die Heizvorrichtung gemäß der Erfindung.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden.
Dort ist in Fig. I ein Teil einer Preßform einer zur Herstellung von Preßteilen
aus Kunstmasse dienenden Presse in Draufsicht dargestellt. Die dargestellte Preßform
ist von hochstromdurchflossenen Leitern durchsetzt. Dabei sind in dem aus Eisen
bestehendSen Mantelteil 1 Bohrungen 2 vorgesehen, in denen die Leiter 3 isoliert
liegen.
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9 g sind die außen um die Ecken des Mantels herumgeführten Verbindungsleitungen.
Wie ersichtlich, besitzen die Bohrungen 2 an den Stellen 7, wo die Leiterlänge je
Volumeneinheit größer ist als inden übrigen Teilen der Preßform, einen größeren
Querschnitt, wodurch an diesen Stellen die Wärmeerzeugung je Leiterlängeneinheit
vermindert wird.
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Anstatt den Bohrungsquerschnitt zu vergrößern, kann es unter Umständen
auch zweckmäßig sein, den Leiterquerschnitt zu verringern, wie es in Fig. 2 dargestellt
ist, die im wesentlichen der Fig. 1 entspricht, weshalb gleiche Teile mit gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Jedoch besitzen in Filg. 2 die Bohrungen2 ülber ihre
ganze Länge gleichen Querschnitt. Dafür sind aber die Leiter 3 an den Stellen 8,
an denen die Wärmeentwicklung je Leiterlängeneinheit kleiner sein soll als in den
übrigen Teilen der Form, in ihrem Querschnitt - verkleinert, wobei jedoch die Stromhelastung,dels
Leiters immer noch so klein gehalten wird, daß der Leiter in dem betreffinden Teil
8 infolge der Ohmschen Verluste nicht allzu hoch erhitzt wird.
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Um eine Utberhitzung der Leiter zu vermeiden oder um die Leiter stets
auf gleichbleibender Temperatur zu halten, kann es zuweilen zweckmäßig sein, in
allgemein bekannter Weise durch die zu diesem Zweck hohl ausgebildeten Leiter ein
Kühlmittel fließen zu lassen.
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Gemäß der weiteren Ausbildung der Erfindung kann eine günstige Beeinflussung
der Temperaturverteilung bei induktiv beheizten Preßformen dadurch erzielt werden,
daß die Leiter exzentrisch in der Bohrung und dort verschiebbar angeordnet sind.
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So zeigen Fig. 3 und 4 je einen Längsschnitt durch einen Mantel I
einer Preßform, in dessen Bohrungen 4 die Heizleiter 3 verschiebbar angeordnet sind,
und zwar können beispielsweise gemäß Fig. 3 die Heizleiter beim Abheizen der Preßform
mehr nach außen hin in der Bohrung angeordnet werden, so daß das Metall des Mantels
der Preßform-zunächst gut und gleichmäßig durchwärmt wird. Beim Betrieb der Fressen,
wo hauptsächlich an der Formgehbungsfläche 6 die Wärme entzogen wird, werden dann
die Heizleiter gemäß Fig. 4 in der Bohrung eingestellt.
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.XuGch;kann, esznwei-len zweckmäßig 5e4n, den Querschnitt des Leiters
anders auszubilden als denjenigen der Bohrung..Beispielsweise können die Bohrungen
elliptischen und die Leiter runden Querschnitt aufweisen oder es kann die Bohrung
runden Querschnitt haben und der Leiter elliptisch oder bandförmig ausgebildet sein.
Auch kann die Bohrung länglichen Querschnitt
und die Leiter rechteckigen
Querschnitt besitzen. Dabei kann zur Regelung der Temperaturverteilung die Lage
der Leiter in der Bohrung inner verschiedensten Weise während des Betriebes geändert
werden.
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So ist beispielsweise in Fig. 5 und 6 der Teil I0, der aus dem gleichen
Metall wie der Mantel I besteht, verschiebbar und isoliert auf dem Leiter 3 angeordnet
und kann beim Anheizen in der Nähe der Bodenfläche gemäß Fig. 5 vorgesehen sein,
während beim normalen Betriebszustand der Teil 10 oben im Mantel der Presse gemäß
Fig. 6 angeordnet ist. Der Teil 10 kann hierbei unter Zuhilfenahme eines Gewindes
in der Bohrung bewegt werden, er kann auch. in tden verschiedenen Lagen durch im
Mantel vorgesehene Stellschrauben festgeklemmt werden.
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Auch kann der Teil 10 aus demselben Material wie der Heizleiter 3
bestehen und unisoliert auf diesem, aber isoliert gegen den Mantel, aufgebracht
sein. Der Teil 10 bildet dann eine Verstärkung des Heizleiters und ruft an derjenigen
Stelle, an der er sich jeweils befindet, eine stärkere Erwärmung hervor.
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Ein besonderer Fall liegt vor, wenn der zu beheizende Körper Trennflächen
besitzt oder insbesondere aus mehreren Teilen besteht, welche unter Umständen aus
verschiedenem Material sein können. Eine unmittelbare Be- -heizung beider an der
Trennfläche zusammenstoßender Teile kann hierbei zweckmäßig dadurch erreicht werden,
daß der Heizleiter in Bohrungen verlegt ist, deren Wandungen in beiden Körpern verlaufen.
Fig. 7 zeigt den Rezipienten einer durch einzelne Heizleiter beheizten Presse im
Querschnitt, der aus einer in einem Mantelteil 11 eingeschrumpften Büchse 12 besteht.
Die Büchse 12 ist aus hochwertigem Material hergestellt und wird meist dünnwandig
ausgeführt, so daß aus Festigkeitsgründen sport keine Bohrungen möglich sind. Um
trotzdem eine unmittelbare Beheizung der Büchse I2 zu erzielen, werden die Bohrungen
13 in Aussparungen der Innenmantelfläche des Mantelteiles II verlegt. Dabei können
die durch die Aussparungen gebildeten Bohrungen entweder durch die äußere Mantelfläche
der Büchse 12 {abgeschlossen werden, oder aber es können, wie bei 14 dargestellt,
auch noch teilweis.eEinfräsungen in der Büchse I2 vorgesehen werden.
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Zum Erzielen einer gewünschten Temperaturverteilung kann es unter
Umständen auch zweckmäßig sein, an bestimmten Stellen im Metallkörper zusätzliche
Spalte anzuordnen, die dann als Abschirmflächen gegen Wärmeleitung dienen. Auch
kann der Metall körper aus verschiedenen Teilen zusammengesetzt sein, so daß den
Wärmefluß beeinflussende Trennflächen entstehen.
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PATENTANSPROCHE: I. Vorrichtung zum elektro-induktiven Du rchwärmen
von Metallkörpern mittels wechselstromdurchflossener, in Bohrungen der Metallkörper
angeordneter, längs der Bohrungen verlaufender Leiter, insbesondere zur Beheizung
der formgebenden Teile von Fressen mittels hochstromdurchflossener Heizleiter, dadurch
gekennzeichnet, daß längs des Heizleiters das Verhältnis von Leiterquerschnitt zu
Bohrungsquerschnitt sich ändert, und (oder) daß der Leiter eine vom Bohrungsquerschnitt
abweichende Form besitzt und (oder) außermittig angeordnet ist, um im Metallkörper
eine bestimmte Wärmeverteilung zu er-- halten.