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Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung kann die Folgefrequenz der an die Ausgangsspule im Resonanzkreis gelieferten Impulse verändert werden und die Form der Impulse kann in beschränktem Umfang verändert werden, wie es für verschiedene spezielle Anwendungen erwünscht ist. Gemäss der Erfindung erhaltene, der Ausgangsspule eingespeiste Stromimpulse haben eine Impulsform mit positiven und negativen Komponenten von unterschiedlicher Höhe. Impulse dieser Form werden insofern für vorteilhaft gehalten, als sie die Verwendung der erfindungsgemässen Schaltungen bei der Induktionsheizung zum Heizen eines Gegenstandes oder einer Charge in verschiedenen Tiefen ermöglichen.
Die Erfindung wird nun nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter erläutert. In den Zeichnungen zeigen die Fig. 1 ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, die Fig. 2 bis 5 graphische Darstellungen von Impulsformen und Stromverläufen, wie sie an verschiedenen Punkten der Vorrichtung nach Fig. 1 im Betrieb auftreten, die Fig. 6 ein Schaltschema einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, bei der eine Rückkopplung zum Steuern der Folgefrequenz der Impulse, die in einer Ausgangsspule erzeugt werden, vorgesehen ist, und die Fig. 7 ein Schaltschema einer weiteren abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung.
Die in Fig. l dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung, welche als Ganzes mit der Ziffer--10--bezeichnet ist, besteht aus einer Zeitsteuerschaltung--12--und einem Resonanzkreis --14--.
Die Zeitsteuerschaltung--12--ist aufgebaut aus einem gesteuerten Siliziumgleichrichter--16--, einer Triggerdiode--18--, etwa einem Zweirichtungs-Diodenthyristor oder einem in Sperrichtung durchbrechenden Halbleiter, ferner einem Kondensator --20-- und einem variablen Widerstand--22--. Diese Bauteile sind
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Widerstandes --22-- mit einer Klemme des Kondensators --20-- und mit einer Klemme der Triggerdiode - verbunden ist, deren andere Klemme mit der Steuerelektrode des Siliziumgleichrichters-16-- verbunden ist, und die andere Klemme des Kondensators --20-- an die Kathode des Siliziumgleichrichters --16-- angeschlossen ist.
Die Stromquelle kann irgendeine geeignete Gleichstromquelle sein. Auf Wunsch kann der Strom über die Eingangsleitung--26--durch eine mechanische oder elektronische Zeitsteuerungseinrichtung eingespeist
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-24--,Resonanzkreis--14--speist.
Der Resonanzkreis --14-- ist ein LC-Parallelresonanzkreis oder Topfkreis mit einer Spule --30-- von
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--32-- und--34-- in Reihe geschaltet sind und den andern Zweig des Kreises--14--darstellen. Zweckmässigerweise ist der Resonanzkreis --14-- so aufgebaut, dass er Klemmen--40--enthält, die zum Anschliessen der Arbeitsspule --34-- an den Schwingkreis in beträchtlichem Abstand von den andern Bestandteilen dieses Kreises--14--dienen.
Im Betrieb der Vorrichtung --10-- wird Gleichstrom durch die Eingangsleitung --26-- sowohl dem
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im Sperrzustand und lässt damit keinen Strom durch. Der Strom fliesst jedoch durch den Widerstand--22-zum ondensator --20-- und zur Triggerdiode --18--. über den Widerstand --22-- wird der
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--18-- erst--18-- und der Kondensator--20--bilden zusammen eine"Triggerschaltung"--42--, die das Durchlassen des Stroms durch den gesteuerten Siliziumgleichrichter--16--auslöst. Der gesteuerte Siliziumgleichrichter --16-- bildet dabei ein Schalterelement, das von der Triggerschaltung--42-einschaltbar ist.
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und es entsteht ein Resonanzstrom, der entgegengesetzt zu dem dem Resonanzkreis --14- zugeführten Strom fliesst. Der in dieser Weise erzeugte Resonanzstrom fliesst über die Verbindungsleitung --28- und die mit der Kathode des Siliziumgleichrichters --16-- verbundene Leitung --24-- zur Zeitsteuerschaltung --12-zurück.
Nähert sich der Wert des so fliessenden Resonanzstromes dem durch die angelegte Spannung B+ zugeführten Strom, so wirkt er dem durch die Diode --18-- und den Siliziumgleichrichter--16-fliessenden Strom entgegen und verhindert einen weiteren Stromfluss durch die Diode --18-- und den
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--14-- geliefertZeitsteuerschaltung --12-. Der Kondensator--20--wird also bis zur Durchbruchspannung der Triggerdiode--18--geladen, woraufhin diese Diode--18--den Strom zur Steuerelektrode des gesteuerten Siliziumgleichrichters--16--leitet. Dies löst den nächsten durch den Resonanzkreis fliessenden Stromimpuls aus, wobei ein weiterer Stromimpuls durch die Arbeitsspule --34-- fliesst und ein Resonanzstromimpuls erzeugt wird,
der wieder das Fliessen des zugeführten Stromes B+ durch den Resonanzkreis --14-- unterbricht.
Der gesamte Betriebszyklus läuft erneut ab. Die Folgefrequenz, mit der sich diese Arbeitsperioden wiederholen, kann durch Einstellen des veränderlichen Widerstandes --22- bestimmt werden. Die Folgefrequenz ist jedoch durch die Geschwindigkeit begrenzt, mit der der gesteuerte Siliziumgleichrichter --16- zwischen dem Leitfähigkeitszustand und dem Sperrzustand umschaltbar ist ; es sind dabei Frequenzwerte erzielbar, die im Hochfrequenzbereich liegen.
Eine zufriedenstellende Vorrichtung nach Fig. l, die zum Anschluss an eine Spannungsquelle--B--mit
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aus solchen Bauteilen aufgebaut, so ergeben sich im Betrieb der Vorrichtung Stromimpulse, wie sie in den Fig. 2 bis 5 für jede Betriebsperiode dargestellt sind. In diesen Fig. 2 bis 5 ist dabei, wie üblich, die Zeitachse von links nach rechts verlaufend angenommen und senkrecht dazu der Strom aufgetragen, wobei mit GRD der Nullwert gegenüber Masse bezeichnet ist. Am Punkt--A--hat der dem Laden des Kondensators--20-dienende und der durch die Diode -18-- fliessende Strom einen Verlauf nach Fig. 2.
Am Punkt--B--auf der andern Seite des Kondensators--20--, wo dieser mit dem Resonanzkreis --14- verbunden ist, hat der Strom den Verlauf nach Fig. 3. Der Verlauf des Stromes am Kondensator--32--am Punkt--C--ist in Fig. 4 dargestellt. Besonders wichtig ist jedoch der Verlauf der Impulse an der Arbeitsspule--34--, nämlich am Punkt--D--in Fig. l, wie er in Fig. 5 dargestellt ist.
Die an der Arbeitsspule --34-- auftretenden Stromimpulse haben wie in Fig. 5 dargestellt ist, positive und negative Bestandteile von verschiedener Höhe. Der Unterschied in der Amplitude dieser beiden Komponenten ergibt die Möglichkeit, unterschiedliche Heizeffekte in verschiedenen Tiefen der durch die
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negativen Werte der durch die Arbeitsspule fliessenden Stromimpulse zur Induktionsheizung gleich oder nahezu gleich. Diese früheren Verfahren waren derart, dass sie bis zu einer oder bei einer im wesentlichen einzigen Tiefe geheizt haben.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung können Arbeitsspulen--34--von praktisch jeder gewünschten Form verwendet werden. Diese Arbeitsspulen--34--können die Standard-Zylinderform aufweisen ; sie können auch eine flache spiralartige Spule sein oder eine spiralartige Spule, die in Form eines U oder einer andern analogen Form gebogen ist, um so um einen Teil des zu erwärmenden Gegenstandes herumzupassen. Da so die Spule--34--in vielen verschiedenen Formen ausgebildet sein kann, ist es möglich, sie für viele Anwendungsfälle von Induktionsheizungen einzusetzen, bei denen nach dem Stand der Technik die Induktionsheizung nicht zufriedenstellend war.
Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung -10- ergeben sich ausserdem dadurch Vorteile, dass sie keine Radiofrequenzen verwendet. Damit treten auch Probleme wie der Radiofrequenzbrand, die beim üblichen Induktionsheizen auftreten, nicht auf. Auf Grund der Natur der an die Arbeitsspule--34--angelegten Stromimpulse können diese Impulse leicht über erhebliche Entfernungen ohne nennenswerten Leistungsverlust übertragen werden, was als vorteilhaft anzusehen ist.
Fig. 6 zeigt eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausbildung einer Vorrichtung--100--gemäss der
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und, soweit zur Erläuterung notwendig, in der Beschreibung durch die zuvor verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, denen die Ziffer--l--vorangestellt ist.
Bei der Vorrichtung --100-- ist eine Rückkopplungseinrichtung --50-- zur genauen Steuerung der Frequenz der Stromimpulse an der Arbeitsspule --134-- vorgesehen. Hiezu dient eine Spule--52--, die mit der Spule --130-- transformatorisch gekoppelt ist. Über Leitungen--54--ist ein Potentiometer--56--
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Glühlampe--60--Aufleuchten der Glühlampe-60-entsprechend der Frequenz der im Resonanzkreis --114-- fliessenden Impulse. Änderungen in der Lichtstärke der Lampe--60--beeinflussen den Widerstandswert des Widerstandes --122--, was wieder zu einer Änderung in der Impulsfolgefrequenz führt, mit der der Strom durch den
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--22--inderVorrichtung--10--.
Sinkt bei der Vorrichtung --100-- die an die Arbeitsspule-134-angelegte Frequenz, so steigt die in der gekoppelten Spule --52-- auftretende Spannung und damit die Lichtstärke der Lampe-60-. Diese erhöhte Lichtstärke der Lampe --60-- führt zu einer Verminderung des Widerstandswertes des Widerstandes - -122--, die zu einer Erhöhung der Impulsfolgefrequenz bzw. der an der Arbeitsspule --134-- anliegenden Frequenz führt. Dies führt wieder zu einer Abnahme der Lichtstärke der Lampe --60-- als Ergebnis der beschriebenen Betriebsweise.
Die Fig. 7 zeigt eine weitere abgewandelte erfmdungsgemässe Vorrichtung-200--, die eigentlich aus zwei der Vorrichtungen --100-- nach Fig.1 besteht. Auch hier werden verschiedene Teile der Vorrichtung --200--, die den entsprechenden Teilen der Vorrichtung --10-- gleichen oder im wesentlichen gleichen, im folgenden nicht detailliert beschrieben und sind in den Zeichnungen und, wo es zur Erläuterung notwendig ist, in der Beschreibung durch Bezugszeichen gleich den oben verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, denen die Ziffer--2--vorausgestellt ist.
In der Vorrichtung --200-- ist die in Fig. 7 rechts dargestellte Zeitsteuerschaltung--212--identisch der obe beschriebenen Zeitsteuerschaltung--12--mit der Ausnahme, dass eine Leitung--224--, die mit dem variablen Widerstand--222--verbunden ist, anstatt direkt mit der Stromquelle B+ mit der Leitung --228-- verbunden ist. In dieser in Fig. 7 rechts dargestellten Zeitsteuerschaltung--212--ist die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters --216-- mit der Eingangsleitung--226--verbunden, die zur Stromquelle B+ führt.
Die beiden in Fig. 7 dargestellten Zeitsteuerschaltungen --212-- der Vorrichtung --200-- arbeiten in der gleichen Weise, wie die beschriebene Zeitsteuerschaltung--12--, mit einer Ausnahme : Die in Fig. 7 rechts
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in Fig. 7 linke Arbeitsspule --234-- einen Stromimpuls, etwa zum Induktionsheizen, empfängt und dann die in Fig. 7 rechte Arbeitsspule --234-- in der darauffolgenden Periode einen Stromimpuls zum gleichen Zweck empfängt.
Die Vorrichtung --200-- wird normalerweise so verwendet, dass die beiden Arbeitsspulen-234-in naher Nachbarschaft zueinander stehen oder ineinander gewickelt sind. Diese Vorrichtung ist insofern vorteilhaft, als sie in dem durch Induktionsheizung erwärmten Gegenstand oder der Charge Magnetisierungseffekte vermeidet. Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung --200-- besteht darin, dass sie relativ häufige Stromimpulse den beiden Arbeitsspulen--234--zuführt und ganz allgemein der Gegenstand oder die Charge um so schneller erwärmt wird, je schneller die Pulsfolge ist.
Es sei erwähnt, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist und dass im Rahmen der Erfindung vom Fachmann auch viele Änderungen in den dargestellten Schaltungen vorgenommen werden können. So können beispielsweise andere Rückkopplungseinrichtungen als die im einzelnen beschriebene Rückkopplungseinrichtung vorgesehen werden. Es können auch, wo dies erwünscht ist, verschiedene der beschriebenen Vorrichtungen parallel betrieben werden. Selbstverständlich sind bei diesen Vorrichtungen auch die Komponenten in bezug aufeinander abzustimmen, um die für eine bestimmte Anwendung gewünschte
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Impulsfolgefrequenz zu erhalten. Es können auch verschiedene Folgefrequenzen für verschiedene Anwendungen, zu denen die beschriebenen Vorrichtungen verwendbar sind, vorgesehen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Induktionsheizung, bei der ein Strom von einer. Stromquelle über eine dazwischenliegende Schaltungsanordnung einer Ausgangsspule zugeführt wird, dadurch ge- kennzeichnet, dass die genannte Schaltungsanordnung (10,100, 200) im wesentlichen aus der Serienschaltung eines in Art eines Parallelschwingkreises ausgebildeten Resonanzkreises (14,114, 214), der die Ausgangsspule (34,134, 234) enthält, und aus einer eigenen Zeitsteuerschaltung (12,112, 212) besteht, welche Reihenschaltung an die Stromquelle (B+) angeschaltet ist,
wobei der Resonanzkreis nach einem Anstoss durch Zufuhr eines Stromimpulses von der Stromquelle über die Zeitsteuerschaltung unabhängig schwingen kann und der Stromfluss durch die Zeitsteuerschaltung durch einen dem Strom von der Stromquelle entgegengerichteten Resonanzstrom bis zur nächsten Einschaltung der Zeitsteuerschaltung unterbrechbar ist.
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