DE917204C - Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstuecken - Google Patents

Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstuecken

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DE917204C
DE917204C DED10668D DED0010668D DE917204C DE 917204 C DE917204 C DE 917204C DE D10668 D DED10668 D DE D10668D DE D0010668 D DED0010668 D DE D0010668D DE 917204 C DE917204 C DE 917204C
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Expired
Application number
DED10668D
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English (en)
Inventor
Hermann Kuhlbars
Dr-Ing Gerhard Seulen
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Deutsche Edelstahlwerke AG
Original Assignee
Deutsche Edelstahlwerke AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Description

  • Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstücken Nach einem nicht vorbekannten Vorschlag sind zu dem Zweck, breite Werkstücke induktiv zu erhitzen, in der Vorrichtung zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Induktoren angeordnet, die über der Fläche des zu erhitzenden Werkstückes, also beispielsweise einer Platte oder einem Blech liegen. Die Induktoren sind entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Stromquelle angeschlossen. Heizvorrichtungen dieser Art, bei denen die einzelnen Induktoren eng benachbart sind, werden vorzugsweise zum Oberflächenhärten der Werkstücke benutzt, indem anschließend an das Aufheizen ein Abschrecken erfolgt. Um zu vermeiden, daß in den Zonen, in denen die einzelnen Induktoren aneinandergrenzen, Störungen des Strombildes der induzierten Ströme im Werkstück und damit Unregelmäßigkeiten in der Erhitzung bzw. Härtung auftreten, wurde vorgeschlagen, die Heizleiteräste, die in Vorschubrichtung des Werkstückes liegen, sich überlappen zu lassen und sie gegensinnig mit Strom zu speisen. Die quer zur Vorschubrichtung liegenden Leiteräste sind gleichgerichtet gespeist. Es bildet sich mithin im Werkstück ein gleichmäßiger Gesamtstromkreis aus. Vorrichtungen nach diesem Vorschlag haben sich vor allem beim Behandeln breiter Werkstücke vorzüglich bewährt. Vorteilhaft sind dabei insbesondere die geringen Spannungen, die in den einzelnen Induktoren auftreten, so daß die Gefahr der Bildung von Schmorstellen durch Überschläge zum Werkstück vollständig ausgeschaltet ist. Außerdem sind die Geräte einfach auf die jeweilige Breite des Werkstückes einzustellen, weil die einzelnen Induktoren lösbar mit Zuführungsschienen verbunden werden können.
  • Trotz der überlappungen der in Vorschubrichtung liegenden Leiteräste an den Grenzstellen zwischen den einzelnen Induktoren lassen sich gewisse Störungen in der Aufheizwirkung nicht ganz ausschalten. Sie geben trotz ihrer Geringfügigkeit zu einer im gewissen Umfang ungleichmäßigen Heizwirkung Veranlassung, so daß die Härte der Werkstückoberflächen Ungleichmäßigkeiten zeigt.
  • Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteil auszuschalten. Die nach diesem Vorschlag zu zweit oder zu mehreren angeordneten Induktoren sind gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß die im wesentlichen in Richtung des Vorschubes liegenden Leiteräste im Winkel zur Varschubrichtung liegen. Die einzelnen Induktoren haben dabei etwa die Form eines Parallelogramms, und die in enger Nachbarschaft liegenden Aste der einzelnen Induktoren liegen parallel zueinander. Durch diese Maßnahme werden die in der Zone enger Nachbarschaft der einzelnen Induktoren auftretenden Störungen auf die Breite der Gesamtheizeinrichtung verteilt, und es tritt infolgedessen die Störwirkung nicht mehr stark in Erscheinung. Es ist daher möglich, auf Überlappungen in den Zonen enger Nachbarschaft der Induktoren zu verzichten, die besonders herstellungstechnisch gewisse Schwierigkeiten bereiten. Besonders wirksam ist es, wenn die einzelnen Induktoren so ausgebildet werden, daß die senkrechten Projektionen der im Winkel zur Vorschubrichtung auf die quer zur Vorschubrichtung geführten Leiteräste diesen an Breite entsprechen. Die auftretenden Störwirkungen werden auf diese Weise gleichmäßig über die gesamte Breite des Werkstückes verteilt und treten im Ergebnis überhaupt nicht mehr in Erscheinung.
  • In den Asten der Induktoren, die einander unmittelbar benachbart sind, tritt bei entgegensinniger Stromspeisung Bifilarwirkung auf. Diese Bifilarwirkung wirkt sich zwar günstig auf die Ausbildung der induzierten Ströme aus, indes bedeutet sie einen gewissen Verlust an elektrischer Energie. Um dies zu vermeiden und dabei gleichzeitig in besonders wirksamer Weise auch die Störwirkung in den Zonen der Angrenzung der einzelnen Induktoren zu unterbinden, wird vorgeschlagen, die einzelnen Induktoren mit Abstand voneinander anzuordnen. Durch den Abstand zwischen den im Winkel zur Vorschubrichtung geführten gegensinnig stromdurchflossenen Asten der Induktoren ist es möglich, daß sich gegenüber diesem Zwischenraum im Werkstück ein zusätzlicher Stromkreis ausbildet, de nachfolgend als Hilfsstromkreis bezeichnet wird. Unter den Induktoren selbst bilden sich einzelne Stromkreise aus, die einmal der Form der Induktoren entsprechen. Die Bifilarwirkung benachbarter Leiteräste ist aufgehoben und dadurch der elektrische Wirkungsgrad erheblich verbessert. Die induzierten Hauptstromkreise und die induzierten Hilfsstromkreise können ihrer Stärke nach einander angeglichen werden, so daß über dem gesamten Werkstück eine gleichmäßige Aufheizzone entsteht. Im allgemeinen wird so zu verfahren sein, daß die vom Induktor umschlossene Fläche um etwas größer gewählt wird als die Fläche des Zwischenraumes zwischen zwei Induktoren, denn die Stärke des dem Zwischenraum entsprechenden Hilfsstromkreises wird bis zu einem gewissen Grenzwert um so stärker, je geringer der Abstand zwischen je zwei Induktoren ist.
  • In welcher Form die Aufteilung der von der Gesamtheizeinrichtung überdeckten Fläche zu erfolgen hat, wird im allgemeinen unter Berücksichtigung der angewendeten Frequenz, der zur Verfügung stehenden Leistung und der Raumausbildung des Werkstückes zu entscheiden sein. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die im Winkel zur Vorschubrichtung geführten Aste jeweils verschieden große-Winkel mit der Vorschubrichtung einschließen zu lassen, so daß die einzelnen Induktoren Trapezform aufweisen und eine Reihe mehrerer Induktoren insgesamt etwa das Bild einer Säge ergeben. Einre solche Form begünstigt die Entstehung der Hilfsstromkreise. Des weiteren ist es möglich, den einzelnen Induktoren die Gestalt von Dreiecken oder Trapezen zu geben und diese ineinandergreifend anzuordnen. Unmittelbar benachbarte Leiteräste der einzelnen Induktoren werden hierbei gleichsinnig gespeist. Durch eine solche Anordnung werden zwei vollkommen gleichwertige Hauptstromkreise erzeugt, bei: denen einerseits Störwirkungen vollkommen vermieden und andererseits ein hoher elektrischer Wirkungsgrad erzielt wird.
  • Wie beim älteren Vorschlag ist es auch bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung zweckmäßig, die einzelnen Induktoren zu- und abschaltbar mit den Hauptstromzuführungen zu verbinden. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der zugeführten Leistung auf die einzelnen Induktoren ergibt sich dann, wenn ein Transformator vorgesehen wird, der so viele Sekundärwicklungen besitzt, wie Einzelinduktoren vorzusehen sind. Jeder Induktor wird an eine Einzelsekundärwindung angeschlossen.
  • Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Abb. i zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung, bei welcher vier nebeneinanderliegende Induktoren i vorgesehen sind. Über die Zuführungen z und 3 sind diese an die Stromzuführungsschiene q. angeschlossen. Die im wesentlichen in Vorschubrichtung des Werkstückes liegenden Leiteräste 5 und 6 der einzelnen Induktoren bilden mit dieser Vorschubrichtung einen Winkel. Die Stromrichtung, die in den einzelnen Induktorästen in einer Phase vorliegt, ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die bei Überlappung in den Zonen enger Nachbarschaft der einzelnen Induktoren auftretenden Störungen sind durch diese Anordnung ausgeschaltet bzw. auf ein Mindestmaß beschränkt. Die schematisch dargestellten Einzelinduktoren können beispielsweise aus Vierkantkupferrohren hergestellt sein, die wassergekühlt sind. Der Querschnitt dieser Leiterrohre kann auf dem gesamten Umfang der Induktoren gleich sein, es ist aber auch möglich, beispielsweise den quer zur Vorschubrichtung liegenden Leiterast mit geringerem Querschnitt auszurüsten als die übrigen Äste. Das Kühlmittel für die Induktoren kann gemäß früheren, jedoch nicht vorveröffentlichten Vorschlägen auch als Abschreckmittel ausgenutzt werden, indem der quer zur Vorschubrichtung liegende Leiterast jeweils mit Spritzlöchern oder Schlitzen ausgerüstet ist, die das Kühlmittel auf die erhitzte Werkstückoberfläche austreten lassen.
  • In Abb. 2 ist die Schräglage der Leiteräste 5 und 6 so gewählt, daß die senkrechte Projektion 7 auf die quer zur Vorschubrichtung liegenden Äste 8 diesen in der Breite entspricht.
  • Abb.3 zeigt eine Anordnung, die etwa der Abb. i entspricht, jedoch besteht zwischen den einzelnen Induktoren i ein gewisser Abstand. Hierdurch werden unter den einzelnen Induktoren induzierte Stromkreise 9 erzeugt, während in den Gebieten der Zwischenräume zwischen den einzelnen Induktoren Hilfsstromkreise io induziert werden. Durch geeignete Wahl des Abstandes der einzelnen Induktoren i voneinander können die induzierten Hauptstromkreise 9 und die induzierten Hilfsstromkreise io ihrer Stärke und Ausbildungsform nacheinander angeglichen werden, so daß eine gleichmäßige Heizwirkung über die ganze Breite des Werkstückes entsteht, wobei gleichzeitig die Bifilarwirkung und damit eine verminderte Ausnutzung der elektrischen Energie vermieden wird.
  • In Abb. q. ist die Ausbildung der einzelnen Induktoren i so gewählt worden, daß der eine schräg liegende Ast 5 jeweils mit der Vorschubrichtung einen anderen Winkel bildet als der andere Ast 6, wodurch der Induktor die Form eines ungleichseitigen Vierecks erhält. Das Gesamtbild einer Mehrzahl solcher Induktoren bietet auf diese Weise das Abbild einer Säge. Der Zwischenraum io zwischen den einzelnen Induktoren gibt zur Bildung eines Hilfsstromkreises entsprechend der Hilfsstromkreise nach Abb. 3 Veranlassung, wobei diese jedoch eine besondere Form aufweisen. Je nach der Form des zu behandelnden Werkstückes kann die Ausbildung dieser oder auch anderer Formen der Hilfsstromkreise von Vorteil sein.
  • Während bei den Ausführungsformen, die in den Abb. i bis q. schematisch dargestellt sind, der Strom in den eng benachbarten, schräg zur Vorschubrichtung angeordneten Leiterästen 5, 6 in seiner Stromrichtung in jeder Phase gegensinnig ist, soll gemäß dem Vorschlag nach Abb. 5 die Stromrichtung in den Asten 5, 6 gleichsinnig sein. Dabei ist den einzelnen Induktoren i Dreieckform erteilt. Es ist auch möglich, den einzelnen Induktoren Trapezform zu erteilen, wobei die eine der parallelen Seiten des Trapezes verhältnismäßig kurz ist. Bei dieser Ausbildungsform der einzelnen Induktoren und bei Wahl gegensinniger Speiserichtungen für aufeinanderfolgende Induktoren werden zwei benachbarte gleichwertige Hauptstromkreise im Werkstück erzeugt. Das Ergebnis des Aufheizens mit einer solchen Vorrichtung verbürgt besondere Gleichmäßigkeit unter hervorragender Ausnutzung der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie.
  • Aus Abb. 5 ist ferner ersichtlich, daß jeder Induktor an eine besondere Spule 13 angeschlossen ist. Diese Spulen sind jeweils Sekundärspulen eines Transformators i i, der mit einer Primärspule 12 ausgerüstet ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorzug, besonders gedrängt und raumsparend zu sein. Auch auf andere Ausführungsformen der Induktoren läßt sich diese Art des Anschlusses an die Energiequelle mit Vorteil benutzen.
  • Die Erfindung ist beschrieben worden in Verbindung mit ebenen Werkstücken großer Abmessungen; sie ist aber auch anwendbar auf die Behandlung anderer Körper, beispielsweise mit gekrümmter Oberfläche od. dgl. Bei der Anwendung der Vorrichtung der Erfindung kann es auch zweckmäßig sein, andere Gestalt der Induktoren zu benutzen, insbesondere auch Induktoren verschiedener Gestalt im Sinne der Erfindung zusammenwirken zu lassen.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstücken., beispielsweise Platten und Blechen, bei welchen, unmittelbar oder unter Zwischenschaltung eines Transformators an die Stromquelle angeschlossen, zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Induktoren verwendet werden, die über dem zu erhitzenden, vorzugsweise zu härtenden Werkstück angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im wesentlichen in Richtung des Vorschubes liegenden Leiteräste mit diesen einen Winkel bilden.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechten Projektionen der im Winkel zur Vorschubrichtung auf die quer zur Vorschubrichtung geführten Leiteräste diesen an Breite entsprechen.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i oder 2, gekennzeichnet durch einen Abstand zwischen den im Winkel zur Vorschubrichtung geführten gegensinnig stromdurchflossenen Ästen, derart, daß sich im Werkstück, diesem Zwischenraum unmittelbar benachbart, ein induzierter Hilfsstromkreis ausbildet. q..
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Leiterästen eines Induktors umschlossene Fläche größer ist als die ZwiischenTaumfläche zwischen benaohbazten Induktoren.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die im Winkel zur Vorschubrichtung geführten Äste jeweils verschieden große Winkel mit der Vorschub, richtung einschließen (Trapezform der Induktoren), vorzugsweise derart, daß die Induktoren insgesamt etwa das Bild einer Särge ergeben.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch t, 2 oder 3, gekennzeichnet durch dreieck-oder trapezförmige Gestalt der ineinandergreifenden Induktoren und gleichsinnige Stromspeisung unmittelbar benachbarter Literäste der einzelnen Induktoren.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch r oder f :genden, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Speisetransformators mit einer der verwendeten Induktorenzahl entsprechenden. Anzahl von Sekundärwindungen, an die die E.inzelinduktoren getrennt angeschlossen sind.
DED10668D 1941-09-02 1941-09-02 Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstuecken Expired DE917204C (de)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1030484B (de) * 1955-12-09 1958-05-22 Licentia Gmbh Haerteverfahren mit induktivem Erhitzen von Kurbelwellen, Nockenwellen oder aehnlichen langgestreckten Wellen mit unregelmaessigen unrunden und/oder exzentrischen Profilen und Vorrichtung dazu
DE1260054B (de) * 1963-10-24 1968-02-01 Mannesmann Meer Ag Hochfrequenz-Induktions-Rohrschweissmaschine
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