Einrichtung zum Erhitzen metallischer Werkstücke durch Wirbelströme. Für die Erhitzung von Werkstücken ist es bekannt, eine wechselstromgespeiste In- duktionsheizung zu verwenden. Diese Art Heizung besitzt aber den Nachteil, dass in folge des schlechten Leistungsfaktors Kon densatoren notwendig sind, die während des Betriebes dauernd reguliert werden müssen, da die Impedanz des Werkstückes sich dauernd während der Aufheizung ändert.
So lange es sich um eine Aufheizuug auf relativ tiefe Temperaturen (d. h. unter 600 C) han delt, kann jedoch der erwähnte Nachteil der induktiven Wechselstromheizung in Kauf ge nommen werden, da man keine Wärmeisola tion zwischen Werkstück und Induktor be nötigt und ein relativ hoher Leistungsfaktor erreichbar ist.
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich nunmehr um eine Einrichtung zum Erhitzen metallischer Gegenstände durch elektrische Wirbelströme auf Temperaturen über 600 C. Gemäss der Erfindung werden abwechselnd ungleichnamige Magnetpole eines durch mindestens eine gleichstrom gespeiste Magnetspule erregten Induktors derart entlang der Oberfläche des aufzuhei zenden Gegenstandes bewegt, dass die die Magnetpole des Induktors durchsetzenden magnetischen Kraftflüsse keine durch die Relativbewegung zwischen Induktor und auf zuheizenden Gegenstand bewirkten Schwan kungen aufweisen.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Sie zeigen, wie durch entsprechende Formgebung und Anpassung des Induktors an verschieden artige Werkstücke erreicht wird, dass die im Werkstück erzeugten Wirbelströme auf den Induktor eine zeitlich unveränderte Rück wirkung haben, so dass der Induktor in allen seinen Teilen einen praktisch konstanten Gleichfluss führt. Daher braucht man bei der Anordnung der Erregerwicklung nicht auf den Leistungsfaktor Rücksicht zu nehmen.
Der Eisenkreis des Induktors kann aus massi vem Stahl hergestellt werden, was eine ein fachere Bauart und eine geringere Empfind lichkeit gegen hohe Temperaturen zur Folge hat.
Die Fig. 1 und 2 zeigen Einrichtungen zum Erhitzen von plattenförmigem, Fig. 3 bis 7 solche zum Erwärmen von zylindri schem Gut.
Einen Induktor der Wechselpoltype, bei der alle Pole des Induktors auf der gleichen Seite der Platte 1 angeordnet sind, zeigen in zwei wenig voneinander abweichenden Va rianten die Fig. 1 und 2, erstere im Längs schnitt, letztere in perspektivischer Ansicht. Die beiden Varianten sind mit im Raume feststehender Spule 16 ausgerüstet, die auf einem festen gern angebracht ist.
Im Falle der Fig. 1 ist dieser gern 17 durchbohrt und wird von einer Vollwelle 6 durchsetzt, die vom Motor 8 angetrieben wird. Auf die Welle 6 ist der Nabenkörper 18 aufgekeilt, der an zwei Armen die Südpole 3 trägt. Der zylindrische, mit Lüftungsöffnungen 21 -v-er- sehene Mantel 19 trägt die Nordpole 2. An der Stirnplatte 20 ist eine Lagernabe 22 befestigt.
Als kraftübertragende Verbindung zwischen Nabenkörpefr 18 und Mantel 19 dient eine nicht ferromagnetische, wärmeiso lierende Platte 23.
Besteht das zu erhitzende Blech aus Eisen, so bildet es selbst den magnetischen Schluss des Eisenkreises. Be steht es aus unmagnetischem Metall, so wird eine besondere eiserne, zweckmässig mit dem Läufer des Induktors synchron laufende Rückschlussplatte 24, wie hier strichpunktiert angedeutet, angebracht.
Dieser kann aber auch als synchron mitdrehender Nabenkörper mit ausgeprägten Polansätzen ausgebildet oder durch einen zweiten vollständigen In duktor ersetzt sein.
Gemäss Fig. 2 ist der im Raume feststehende Kern 25 der festen Erre gerspule 16 vollzylindrisch ausgebildet und beidseits der Spulenstirnflächen von je einem gleichzeitig als Lager dienenden Eisenring 26, 27 umgeben. Der Ring 26 trägt an kur zen Armen 28 die Südpole 3, der Ring 27 an langen, U-förmigen Armen 29 die Nordpole 2. Zwecks Übertragung der Antriebskraft sind die Polschuhe 2, 3 selbst durch einen nicht ferromagnetischen Ring 30 verbunden. Der Antrieb des Induktors kann z.
B. über ein mit dem Lagerring 27 verbundenes Zahn rad erfolgen (in der Zeichnung nicht darge stellt). Bei den Bauarten nach Fig. 1 und 2 können zum Ausgleich der auf die Platte 1 ausgeübten Drehmomente zwei gegenläufige Rotorsysteme angeordnet werden. Durch Ver schiebung des Bleches 1 senkrecht zur Dreh achse des Induktors ist es möglich, verschie dene Teile des Bleches zeitlich nacheinander der Wirkung des Induktors auszusetzen, was z.
B. bei Erwärmung von grossen Blechtafeln oder Bändern erwünscht ivsst.
Fig. 3 zeigt einen- Querschnitt durch eine Anordnung, bei der das zu erhitzende voll zylindrische Werkstück 53 in seiner Achs riehtimg kontinuierlich durch die Polbohrung hindurchgeführt wird. Die Pole 2, 3 des In- duktors sind durch die zylindrischen, ein Ge häuse bildenden Magnetjoche 54, 55 verbun den. Die Erregerspulen 56, 57 sind in diesem Gehäuse angeordnet.
Zwischen Werkstück und Induktor kann ein Wärmeschutzmautel 37 angeordnet werden, der entweder stillsteht oder mitrotiert.
Zur Vermeidung einer Festhaltevorrich tung für die zu erhitzende Welle oder Walze 53 kann man gemäss Fi.g. 4 zwei gleiche In duktoren 58, 59 mittels gemeinsamen Motors 8, aber mit verschiedener Drehrichtung, z. B. einen über einen offenen Riemen 60, den andern über einen gekreuzten Riemen 61, an treiben.
Auch die Anordnung nach Fig. 5, bei welcher der eine Induktor 58 vom Aussen läufer 62, der andere Induktor 59 gegenläu fig vom Innenläufer 63 eines und desselben Drehstrommotors angetrieben wird, verhin dert die Ausübung eines resultierenden Dreh moments auf das Glühgut 53.
Beim Glühen von zylindrischen Rohren oder Hohlwalzen lässt sich gemäss Fig. 6 und 7 der Induktor auch im Hohlraum des Werk stückes anbringen und nach Art des Läufers einer Synchronmaschine ausbilden. Bei Fig. 6 läuft ein Induktor 64 mit ausgeprägten Polen und ungeteilter Erregerspule 65 im Innern des zu glühenden nicht ferromagnetischen Rohres 65 um, das: von einem mitrotierenden Eisen- mantel 67 als magnetischer Rückschluss um geben ist.
Dieser kann durch Anbringen von nicht gezeichneten Magnetspulen, zum Bei spiel um die Polansätze herum, zu einem selbständigen Induktor ausgebaut wer den, so dass das zu glühende Rohr 66 von einem innern und äussern Induktor beeinflusst wird.
In Fig. 7 soll das zu erhitzende Rohr 66 selbst aus Eisen bestehen, weshalb ein besonderer Rückschluss nicht nötig ist. Hier ist der Läufer 68 beispielsweise als Trommel mit in Nuten verteilter und verkeilter Erre gerwicklung 69 ausgebildet. Zwischen dem Werkstück und dem Induktor kann wieder eine Wärmeschutzscliicht vorgesehen werden.
Man kann ausser platten- und zylinder- förmigen Körpern vor allem auch prisma tische Körper erhitzen. Insbesondere ist es auch möglich, Kleingegenstände oder gchütt- gut auf entsprechenden Tischen oder Trom- mein oder in Kästen eingepackt zu erhitzen. Voraussetzung ist lediglich eine gewisse Mindestleitfähigkeit des Gutes für elektri schen Strom, derart, dass im Felde des. Induk tors Wirbelströme erzeugt werden.
Ferner ist es bei mehrteiligen Polschuhen möglich. Flussänderungen im einen Polschuhteil durch gegensinnige Flussänderungen im andern Pol- schuhteil auszugleichen. Die gleiche Art der Kompensation ist auch bei Verwendung mehrerer Induktoren am gleichen Werkstück möglich.
Die Vorrichtungen lassen sich auch so ausbilden, dass sie zum Schmelzen von in einem Behälter eingeschlossenem Gut ver wendet werden können. Auch ist es möglich, die Erhitzung auf bestimmte Stellen des Werkstückes zu konzentrieren oder an ört lich verschiedenen Teilen des Werkstückes verschiedene Temperaturen zu erzeugen oder die pro Zeiteinheit erzeugte Wärme zeitlich zu variieren, was z.
B. durch Verändern der Drehzahl des für den Antrieb des Induktors vorgesehenen Motors, durch Veränderung der Spannung an der Magnetspule oder der Grösse des Luftspaltes zwischen Induktor und Werk stück oder durch eine veränderliche Vor schubgeschwindigkeit des Werkstückes er reicht werden kann.
Device for heating metallic workpieces by eddy currents. It is known to use induction heating supplied with alternating current to heat workpieces. However, this type of heating has the disadvantage that as a result of the poor power factor Kon capacitors are necessary, which must be continuously regulated during operation, since the impedance of the workpiece changes continuously during heating.
As long as it is a heating to relatively low temperatures (ie below 600 C), the disadvantage of inductive AC heating can be accepted, as there is no need for thermal insulation between the workpiece and the inductor and a relatively high power factor is attainable.
The present invention is a device for heating metallic objects by electrical eddy currents to temperatures above 600 C. According to the invention, magnetic poles of dissimilar names of an inductor excited by at least one DC-fed magnetic coil are moved alternately along the surface of the object to be heated, that the magnetic force flows penetrating the magnetic poles of the inductor do not have any fluctuations caused by the relative movement between the inductor and the object to be heated.
In the drawing, some Ausfüh approximately examples of the invention are shown. They show how, by appropriately shaping and adapting the inductor to different types of workpieces, the eddy currents generated in the workpiece have an unchanged effect on the inductor over time, so that the inductor has a practically constant constant flow in all its parts. Therefore, you do not need to take the power factor into account when arranging the field winding.
The iron circle of the inductor can be made of solid steel, which results in a simpler design and less sensitivity to high temperatures.
1 and 2 show devices for heating plate-shaped, Fig. 3 to 7 those for heating cylindri Shem material.
An inductor of the alternating pole type, in which all poles of the inductor are arranged on the same side of the plate 1, show in two slightly different Va rianten FIGS. 1 and 2, the former in longitudinal section, the latter in perspective view. The two variants are equipped with a spool 16 that is fixed in space and that is attached to a fixed one.
In the case of FIG. 1, this is pierced like 17 and is penetrated by a solid shaft 6 which is driven by the motor 8. The hub body 18, which carries the south poles 3 on two arms, is keyed onto the shaft 6. The cylindrical jacket 19, which is shown with ventilation openings 21 -v-carries the north poles 2. A bearing hub 22 is fastened to the end plate 20.
A non-ferromagnetic, heat-insulating plate 23 serves as the force-transmitting connection between the hub body 18 and the jacket 19.
If the sheet to be heated is made of iron, it itself forms the magnetic circuit of the iron circle. If it is made of non-magnetic metal, a special iron return plate 24, expediently running synchronously with the rotor of the inductor, as indicated here by dash-dotted lines, is attached.
However, this can also be designed as a hub body rotating synchronously with pronounced pole approaches or replaced by a second complete duct.
According to Fig. 2, the stationary core 25 of the fixed Erre gerspule 16 is fully cylindrical and surrounded on both sides of the coil end faces by an iron ring 26, 27 serving as a bearing at the same time. The ring 26 carries the south poles 3 on short arms 28, the ring 27 carries the north poles 2 on long, U-shaped arms 29. The pole shoes 2, 3 themselves are connected by a non-ferromagnetic ring 30 for the purpose of transmitting the driving force. The drive of the inductor can, for.
B. be done via a gear connected to the bearing ring 27 (not shown in the drawing represents). In the designs according to FIGS. 1 and 2, two rotor systems rotating in opposite directions can be arranged to compensate for the torques exerted on the plate 1. By shifting the sheet 1 perpendicular to the axis of rotation of the inductor, it is possible to expose different parts of the sheet one after the other to the action of the inductor, which z.
B. when heating large metal sheets or strips desired ivsst.
3 shows a cross-section through an arrangement in which the fully cylindrical workpiece 53 to be heated is guided continuously in its axis through the pole bore. The poles 2, 3 of the inductor are connected by the cylindrical magnet yokes 54, 55 which form a housing. The excitation coils 56, 57 are arranged in this housing.
A heat protection cap 37, which either stands still or rotates with it, can be arranged between the workpiece and the inductor.
To avoid a Festhaftvorrich device for the shaft or roller 53 to be heated, one can according to Fi.g. 4 two identical In ducts 58, 59 by means of a common motor 8, but with different directions of rotation, for. B. one via an open belt 60, the other via a crossed belt 61 to drive.
The arrangement according to FIG. 5, in which one inductor 58 is driven by the external rotor 62 and the other inductor 59 is driven in opposite directions by the internal rotor 63 of one and the same three-phase motor, also prevents a resulting torque from being exerted on the annealing material 53.
When annealing cylindrical tubes or hollow rollers, according to FIGS. 6 and 7, the inductor can also be fitted in the cavity of the work piece and designed like the rotor of a synchronous machine. In FIG. 6, an inductor 64 with pronounced poles and undivided excitation coil 65 revolves inside the non-ferromagnetic tube 65 to be glowed, which is provided by a co-rotating iron jacket 67 as a magnetic return path.
This can be expanded into an independent inductor by attaching magnetic coils (not shown), for example around the pole attachments, so that the tube 66 to be glowed is influenced by an internal and external inductor.
In FIG. 7, the tube 66 to be heated should itself consist of iron, which is why a special conclusion is not necessary. Here, the rotor 68 is designed, for example, as a drum with a wedged exciter winding 69 distributed in grooves. A heat protection light can again be provided between the workpiece and the inductor.
In addition to plate-shaped and cylindrical bodies, prismatic bodies in particular can also be heated. In particular, it is also possible to heat small objects or bulk goods packed on appropriate tables or drums or in boxes. The only requirement is a certain minimum conductivity of the goods for electrical current, such that eddy currents are generated in the field of the inductor.
It is also possible with multi-part pole pieces. Compensate for changes in flow in one pole piece part by means of opposite flow changes in the other pole piece. The same type of compensation is also possible when using several inductors on the same workpiece.
The devices can also be designed so that they can be used for melting goods enclosed in a container. It is also possible to concentrate the heating on certain points of the workpiece or to produce different temperatures at different parts of the workpiece locally Lich or to vary the heat generated per unit of time over time, which z.
B. by changing the speed of the motor provided for driving the inductor, by changing the voltage on the magnet coil or the size of the air gap between the inductor and the work piece or by a variable feed speed of the workpiece before it can be enough.