<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zum fortschreitenden Erwärmen von Blechen und
Induktionsspule zur Ausübung des Verfahrens
Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen, u. zw. vornehmlich in der Form von Bändern.
Das induktive Erwärmen von Blechen und Bändern erfordert bekanntlich dann besondere Massnahmen, wenn es sich darum handelt, Bleche oder Bänder mit geringer Stärke zu erwärmen. u. zw. vornehmlich, wenn es sich um Stärken von 0, 5 mm und weniger, beispielsweise 0, 10-0, 35 mm, handelt. Das Erwärmen von Blechen und Bändern kann. aus den verschiedensten Gründen notwendig sein ; von ganz besonderer Bedeutung ist diese Massnahme aber bei der Herstellung von verzinnten Blechen und Bändern. Die Bänder (unter diesem Ausdruck sollen im nachfolgenden auch Bleche verstanden werden) werden galvanisch verzinnt, und die so aufgebrachte Zinnschicht muss anschliessend aufgeschmolzen werden. Hiezu sind Temperaturen notwendig, die unter 5000 liegen, u. zw. insbesondere zwischen 200 und 3000 betragen.
Sehr wesentlich ist hiebei, dass die niedergeschmolzene Zinnschicht bis zu dem Augenblick ihrer Erhärtung nicht mit irgendwelchen Teilen in Berührung gerät, weil sonst eine einwandfreie, glänzende Zinnoberfliche nicht gewährleistet ist.
Schon frühzeitig ist der Vorschlag gemacht worden, die Bänder zum Zwecke des Zinnaufschmelzens induktiv zu erwärmen. Dabei wird das Band durch Induktionsspulen hindurchgefUhrt, die das Band umfassen. Mit Rücksicht auf die zwischen 0,10 und 0,35 mm liegenden Bandstärken ist bisher praktisch ausschliesslich unter Anwendung hochfrequenter Ströme gearbeitet worden. Da das Band 1n Achs. richtung der Spulen durch den Induktor hindurchläuft, durchsetzt das magnetische Feld das Band in Vorschubrichtung und erzeugt einen Wirbelstrom, der über den Umfang des Bandes fliesst. Auf Grund der bekannten Formeln Über die Eindringtiefe der Ströme und unter Berücksichtigung der Werkstoffstärken haben sich für dieses Verfahren Frequenzen in der Grössenordnung von 100000 Hz und höher als notwendig erwiesen.
Es ist also erforderlich, Röhren-Generatoren anzuwenden. Wenn die Bandgeschwindigkeit während des Aufheizvorganges sehr gross ist, müssen diese Röhren-Generatoren, um den Produktionsbedingungen entsprechen zu können, mit einer Ausgangsleistung von500 kW und mehr ausgelegt sein. Solche Generatoren herzustellen, bereitet bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten und ausserdem sind derartige Anlagen schwierig zuwartea und störanfällig.
Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, mit niedrigeren Frequenzen, z. B. mit Netzfrequenz öd er Mittelfrequenz, zu arbeiten. Um bei diesenFtequenzen jedoch ttberhaupt eine Erwärmung der dünnen Bänder zu ermöglichen, ist die sogenannte Querfelderwärmung angewendet worden. Beiderseits des Bandes wurden Spulen mit Magnetkernen angeordnet, und so eine magnetische Durchflutung quer zum Band sichergestellt. Unter Anwendung dieser Massnahme ist es möglich, eine angemessene Erwärmung des Bandes herbeizuführen. Es ergibt sich jedoch der Nachteil, dass auf das Band gleichzeitig erhebliche magnetische Kräfte ausgeübt werden. Es muss daher eine solche magnetische Spulenanordnung auf beiden Seiten des Bandes vorgesehen werden, damit sich die anziehenden Kräfte nach Möglichkeit aufheben.
Wenn aber die
<Desc/Clms Page number 2>
Anordnung nicht völlig symmetrisch zur Bandachse ausgerichtet ist, wird das Band einseitig an eine der
Magnetspulen herangezogen und gerät mit dieser in Berührung. Dadurch wird die Bandoberfl. lche beschä- digt.
DieFolgedieserSchwierigkei. ten ist. dass -obwohl sichdas induktive Erhitzen als ganz besonders zweck- mässig gerade für dasAufschmelzen derZinnschichten anbietet - in der Praxis fttr diesen Zweck nur selten von der Induktionserhitzung Gebrauch gemacht und dem elektrischen Erhitzen im unmittelbaren Strom- durchgang der Vorzug gegeben wird. Diese Erhitzungsart hat aber für den gedachten Zweck ebenfalls be- sondere Nachteile.
Es besteht somit ein ausgesprochenes Bedürfnis dafür, Blechbänder unter Verwendung von Induktions- spulen, die das Band umfassen, mit solchen Anlagen aufzuheizen, die einerseits widerstandsfähig sowie betriebssicher und zum andern imstande sind, grosse und grösste Leistungen abzugeben.
Mittelfrequenzanlagen entsprechen diesen Forderungen. Eine Anregung. dünne Bleche mit Mittelfrequenz induktiv aufzuheizen, gibt an sich schon die Tabelle 41 des Buches von Walter"Die Grundlagen der elek - trischen. Ofenbeheizung"Akademische Verlags-Gesellschaft Geest & Porting K. G., Leipzig 1950, Seite
EMI2.1
angegeben. Die in der Tabelle 41 aufgeführten Werte sind aber unter Zuhilfenahme einer Formel berech- net, in der die Materialkonstanten p (spezifischer Widerstand des aufzuheizenden Materials) und Jl (ma- gnetische Permeabilität des aufzuheizenden Materials) berücksichtigt werden. Wie aus Fig. 23, Seite 76 des gleichen Buches zu entnehmen ist, gilt der in die Formel eingesetzte Wert für p für eine Temperatur von 200 C.
Die Bleche müssen jedoch auf Temperaturen zwischen 200 und 5000 C aufgeheizt werden und setzt man daher für p und li die Werte für eine Temperatur von. z. B. 3000 C ein, so ergibt die Rechnung für eine Frequenz von 10. 000 Hz eine optimale Eisenblechstärke von 0, 7 mm.
In Verzinnungsanlagen werden aber üblicherweise Bleche unter 0, 5 mm behandelt, und die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, sogar Bleche mit einer Stärke von nur 0, 1 mm mit gutem Wirkungsgrad unter Verwendung von Mittelfrequenz zu erwärmen. Unter Mittelfrequenz werden entsprechend dem allgemeinen Sprachgebrauch diejenigen Frequenzen verstanden, die mit rotierenden Motor-Generator-Umformern erzeugt werden und deren höchste Frequenz bei etwa 10.000 Hz liegt. Für derart geringe Blechdicken gibt die erwähnte Tabelle 41 eine Frequenz von 100 kHz an. Um dennoch die Erwärmung mit Mittelfrequenz, also mit Strömen von 5000 bis 10.000 Hz durchzuführen, schlagen die Erfinder vor, mit einer Leistungsdichte zu arbeiten, welche gegenüber den sonst bei Induktionserwärmungsanlagen angewandten Leistungsdichten stark erniedrigt ist.
Bekanntlich ist es beim Induktionserhitzen ganz allgemein üblich, mit grosser Leistungsdichte zu arbeiten-bei 10.000 Hz mit 1 kW/crn und mehr-weil angenommen wird, dass nur auf diese Weise die Vorzüge des induktiven Erhitzens in jeder Hinsicht ausgeschöpft werden können.
Von dieser vorgefassten Auffassung weichen die Erfinder ab und schlagen vor, die das Blech induzierenden Induktoren mit einer Leistungsdichte von höchstens 20 W/cm zu. betreiben. Bei einer derartigen Erniedrigung der Leistungsdichte wird die magnetische Permeabilität des ferritischen Blechwerkstoffes so weit gesteigert, dass die elektrische Eindringtiefe sehr klein wird und infolgedessen das Band sich hinreichend erwärmt, um das Aufschmelzen der Zinnschicht in einwandfreier Weise zu gewährleisten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Leistungsdichte von 10 W/cm unterschritten und eine Frequenz von 10.000 Hz angewendet wird. Es ergeben sich hiebei erstaunlich gute Wirkungsgrade. Dies ist darauf zurückzuführen, dass infolge der geringen Leistungsdichte eine entsprechende Steigerung der Permeabilität hervorgerufen wird, die die Leitfähigkeit des Bleches für den magnetischen. Fluss gegenüber der Luft so viel besser macht, dass trotz des schlechten geometrischen Kopplungsgrades der grösste Teil des von der Spule ausgehenden Magnetfeldes durch das Band hindurchgeleitet wird. Es ergibt sich mithin ein gainstiger elektrischer Kopplungsgrad, d. h. also hoher Wirkungsgrad verbunden mit einem günstigen cos. (P.
Selbst bei Blechbändern mit einer Stärke von 0,15 mm kann noch unter Anwendung einer Frequenz von nur 5000 Hz ein guter Wirkungsgrad beim Erwärmen erzielt werden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, das auf das Band einwirkende, resultierende Magnetfeld aus Komponenten zusammenzusetzen, die mit der Vorschubrichtung Winkel einschliessen, wobei selbstverständlich die geringe Leistungsdichte beibehalten wird : Dies hat zur Folge, dass das Band nicht nur längsdurchflutet, sondern zum Teil auch querdurchflutet wird. Die vek-
EMI2.2
Fallvor.
Zur Ausübung dieser Massnahme wird gemäss der Erfindung eine Induktionsspule vorgeschlagen, die
<Desc/Clms Page number 3>
aus Leiterabschnitten gebildet ist, welche senkrecht zu den Kanten des Bandes verlaufen und im Bereich der Kanten mit einer Steigung von mehr als 250 von der einen zu der andern Seite des Bandes umgeführt sind.
In der Zeichnung ist ein solcher Induktor mehr oder minder schematisch dargestellt und an Hand dieser Ausuhrungsform soll die Erfindung näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt den Induktor in Aufsicht, Fig. 2 im axialen Längsschnitt.
Der Induktor, der das Band 1 umfasst, besteht aus einzelnen Windungsabschnitten, die abwechselnd der Ober- und Unterseite des Bandes 1 gegenüberstehen. In Fig. l liegen die Abschnitte 2 unter dem Band, die Abschnitte 3 über dem Band. Sowohl die Abschnitte 2 als auch die Abschnitte 3 verlaufen senkrecht zur Kante des Bandes 1 und sind durch Umführungen4 miteinander verbunden, die eine Steigung von mehr als 250 aufweisen, wie insbesondere aus Fig. 2 erkennbar. Die Spule stellt mithin praktisch einen Mäander dar, dessen Querabschnitte so beidseitig aus der Mittelebene herausgehoben sind, dass das Band 1 längs dieser Ebene hindurchgezogen werden kann.
Diese Anordnung hat die Folge, dass nicht ein einheitliches, von allen Spulenwindungen insgesamt ausgehendes Magnetfeld erzeugt wird, sondern dass jede einzelne Windung ihr eigenes sie umschliessendes Magnetfeld erzeugt, wobei nur einzelne wenige Magnetlinien die gesamte Spule in Längsrichtung durchfluten und umgeben. Auf diese Weise kommen die Vektoren zustande, die mehr oder minder geneigt das Blech durchlaufen.
Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung, zumal wenn es unter Verwendung des erfindungsgemässen Induktors betrieben wird, lassen sich ferritische Bleche und Bänder im fortschreitenden Verfahren mit geringer installierter Leistung mittels Frequenzen von 10.000 und 5000 Hz einwandfrei auf Temperaturen erwärmen, die für das Aufschmelzen zuvor aufgebrachter Zinnschichten notwendig sind. Die Temperaturen von 200 bis 3000 lassen sich auch dann noch einwandfrei erreichen, wenn mit Vorschubgeschwindigkeiten von lOOm/Min. und mehr gearbeitet wird.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen, vornehmlich in Form von Bändern, in Stärken von 0, 5 mm und weniger, insbesondere von O. ObisO. 35 mm, aufTemperaturen unter 5000, insbesondere auf Temperaturenvon200bis 3000 C unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Blech bzw. Band umfassen und unter Verwendung von mittelfrequenten Strömen, vorzugsweise von 5000 - 10000 Hz, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule derart mit Leistung beaufschlagt wird, dass im zu erwärmenden Blech eine Leistungsdichte von höchstens 20 W/cmt entsteht.