Einrichtung zur Erwärmung von Werkstücken mit Hilfe von elektromagnetischen Wechselfeldern Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erwär mung von Werkstücken mit Hilfe von elektromagneti schen Wechselfeldern, wobei sich die Behandlungs organe relativ zur Energiequelle der Wechselfelder be wegen.
Es ist bekannt, einen elektrischleitenden Körper im Feld einer mit Wechselstrom gespeisten Spule durch Induktion zu erhitzen. Weiter ist es bekannt, dass ein isolierender Körper im Wechselfeld eines.
Kondensators vermöge der in ihm auftretenden dielektrischen Ver-, luste, erwärmt werden kann. Diese Art der Energie übertragung wird durch die Verwendung von hoch- frequenten Wechselfeldern begünstigt. Bei hohen Fre quenzen kann die elektromagnetische Energie überdies relativ einfach übertragen werden, sei es durch Trans formatoren,
die nicht notwendigermassen ferromagne- tische Kreise enthalten müssen, sei es mit Hilfe von Kondensatoren oder schliesslich mittels Schaltungen, die sowohl Transformatoren als auch Kondensatoren ver wenden.
Bei bekannten Einrichtungen zur Hochfrequenz erwärmung werden die Objekte, z. B. mittels eines Transportbandes, durch ein Hochfrequenzfeld geführt. Ein solches Durchlaufverfahren hat jedoch den Nach teil, dass die örtliche Verteilung der Erhitzung in den Objekten bzw. deren zeitlicher Verlauf meist nicht frei wählbar sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, .eine Einrich tung zur Erwärmung von Werkstücken durch elektro magnetische Wechselfelder anzugeben, welche die ge nannten Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht aufweist und in der die Übertragung der Hochfrequenz energie von einem Hochfrequenzgenerator zu diesen Organen mit einfachen Mitteln, ohne eine Verwendung von flexiblen Verbindungen oder Schleifkontakten er folgt, wobei die Möglichkeit besteht, die Einrichtung so auszubilden,
dass die Organe zur Erzeugung des Behandlungsfeldes sich mindestens während der Be- handlung mit den zu behandelnden Objekten jeweils im gleichen Bewegungszustand befinden.
Die, Einrichtung gemäss der Erfindung ist gekenn zeichnet durch mindestens ein Behandlungsorgan für die zu erwärmenden Werkstücke auf mindestens einem Support, durch eine Antriebseinrichtung zur Erzeugung einer Bewegung des Supports relativ zu einem als Energiequelle dienenden Wechselspannungsgenzrator, durch mindestens ein mit detr Energiequelle ver bundenes primäres Kopplungsorgan und mindestens ein mit einem zugehörigen Behandlungsorgan verbun denes,
mit dem Support relativ gegen das primäre Kopp lungsorgan bewegtes sekundäres Kopplungsorgan.
Die Erfindung wird anhand der Figuren beispiels- weise erläutert, in welchen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Appa rates zur Induktionserhitzung gibt, welcher die Löturig, Schweissurig oder eine thermische Behandlung von ver schiedenen Objekten erlaubt und bei dem als Support für die Behandlungsobjekte ein Drehteller vorgesehen ist, Fig. 2 einen schematischen Aufriss einer Härte einrichtung mit beweglicher Induktionsspule zeigt,
Fig. 3 einen Apparat zur dielektrischen Erwärmung darstellt.
Der Apparat gemäss Fig. 1 enthält einen Antriebs- mechanismus 1, welcher gemäss dem zu erreichenden Zweck eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Dre hung eines zur Aufnahme der Werkstücke A bestimm ten Drehtellers 2 bewirkt. Auf dem Drehteller 2 sind mehrere Induktionsspulen 3 von geeigneter Form an geordnet, die je ein zu erwärmendes Werkstück A um- schlingen.
In der Fig. 1 sind aus Gründen der übersichtlich- keit nur zwei Induktionsspulen dargestellt. Ihre An zahl ist jedoch im Prinzip nicht beschränkt. Jede In duktionsspule 3 ist mit einer zugehörigen sekundären Kopplungsschleife 4 verbunden. Ein Hochfrequenzgenerator B ist mit seinem Aus gang mit einer feststehenden, als primäres Kopplungs organ dienenden Spule 5 verbunden.
Im Laufe der Rotation des Drehtellers 2 befinden sich die sekun dären Kopplungsschleifen 4 in bestimmten Augenblik- ken im Magnetfeld der mit einem Hochfrequenzstrom gespeisten Spule 5.
Diese feststehende Spule 5 erstreckt sich nur über einen Teil der den Drehteller 2 um gebenden Zone, so dass die verschiedenen Induktions spulen 3 nur dann, wenn sie sich im Bereich der Spule 5 befinden, mit Hochfrequenzenergie gespeist wer den und die Erwärmung der Werkstücke A bewirken. In der Zeit, während der sich die Induktionsspulen 3 ausserhalb dieses Bereiches befinden, werden sie nicht gespeist und die zugehörigen Werkstücke auch nicht erhitzt. Diese Zeit kann z.
B. benutzt werden, um die Werkstücke auf den Drehteller 2 aufzubringen, sie zu kühlen bzw. nach der Behandlung wieder abzuwerfen.
Im obigen Beispiel erfolgt die Speisung der Induk tionsspulen mit Hochfrequenzenergie (z. B. 0,5 MHz). Die Einrichtung kann gemäss einer anderen Variante unter Verwendung von geeigneten ferromagnetischen Kreisen auch für mittlere .Frequenzen ausgelegt werden.
Gemäss einer weiteren Variante der Erfindung wird der Drehteller durch die Induktions- bzw. Kopplungs spulen selbst gebildet.
Bei den beschriebenen Varianten formt das fest stehende Spulensystem einen Teil des Ausgangsschwing- kreises eines elektronischen Generators.
Die induktiv gespeisten Arbeitskreise werden da bei, wenn nötig mit Hilfe von Kondensatoren, an die Arbeitsfrequenz angepasst.
Bei höheren Belastungen können die Spulensysteme durch besondere Massnahmen gekühlt werden.
Gemäss einer weiteren Variante ist eine zur Aus führung gemäss Fig. 1 inverse Anordnung vorgesehen, bei der um den Drehteller mehrere feststehende Werk stücke mit den zugehörigen Induktions- und sekundären Kopplungsspulen vorgesehen sind, während auf dem Drehteller mindestens eine primäre an einen Hoch frequenzgenerator angeschlossene Kopplungsspule an geordnet ist.
Ein Vorteil der beschriebenen Anordnungen besteht darin, da.ss die Erwärmung der Werkstücke mehr oder weniger brüsk eingeleitet oder beendet werden kann, je nachdem, wie die Rotationsbewegung gesteuert wird, also z. B. diskontinuierlich oder kontinuierlich abläuft bzw. welche Formen die primären und sekundären Kopplungsspulen aufweisen.
Anhand von Fig. 2 sei nun als weiteres Beispiel eine Einrichtung zur Härtung von langgestreckten Werk stücken beschrieben, bei der die erhitzte Zone längs dem Werkstück fortschreitet. Diese Einrichtung enthält ein Gestell 6 mit einer Gleitbahn, auf der ein Support 7 zur Ausführung einer linearen Bewegung von einer Spindel 8 angetrieben wird. Das zu behandelnde Werk stück 10 ist zwischen Spitzen gelagert und wird mittels des Motors 11 einer Drehbewegung unterworfen.
Auf dem Support 7 ist eine das Werkstück 10 umschlingende Induktionsspule 12 sowie eine Duscheinrichtung 13 an geordnet. Die sekundäre Kopplungsspule 14 ist an die Induktionsspule 12 angeschlossen und bewegt sich bei einer Bewegung des Supports 7 im Feld einer fzst- stehenden primären Kopplungsspule 14, die ihrerseits an einen Hochfrequenzgenerator B angeschlossen ist.
Die Einrichtung ist schliesslich mit einer geeigneten, in der Figur nicht dargestellten Abschirmung zur Ver hinderung einer störenden Abstrahlung versehen.
Bei den bisher beschriebenen Beispielen erfolgt die Energieübertragung mittels induktiver Kopplung. Anhand von Fig. 3 soll nun ein Apparat beschrieben werden, der mit einer kapazitiven Kopplung zur Ener gieübertragung arbeitet, und der sich besonders zur dielektrischen Erwärmung bei hohen Frequenzen eig net. Dieser Apparat eignet sich besonders für Kle bengen, zum Schweissen von Plastik, für Trocknungs- verfahren usw.
Der Apparat enthält ein feststehendes. Gestell 16, an dem ein durch zwei Spindeln angetriebener Support 17 gleitet, der zwei Elektroden 18, 19 trägt, welche einen Schweisskondensator formen. Jede dieser Elek troden 18, 19 ist mit einer zugehörigen beweglichen Platte 20 eines Kopplungskondensators verbunden, des sen zweite Platte 21 jeweils feststeht. Die Platten 21 werden über einen Transformator mit einem Hoch frequenzstrom gespeist.
Die beweglichen Platten 20 sind kleiner als die feststehenden Platten 21 und so angeordnet, dass die Kapazitätswerte der durch sie geformten Kondensatoren über einen Teil des Weges konstant bleiben. Eine Röhre, die aus einem im Hochfrequenzfeld verschweissbaren Material besteht, enthält eine abzufüllende Flüssigkeit und wird mit Hilfe einer in der Figur nicht dargestellten Vorrichtung in axialer Richtung vertikal nach unten bewegt.
Im Betrieb wird die Bewegung des Supports 17 derart gesteuert, dass er jeweils über einen vorgegebenen ZOtabschnitt der Bewegung der Röhre folgt, wonach er möglichst rasch wieder in seine Ausgangsstellung zurückgebracht wird. Während dieses Zeitabschnitts werden die Elektroden 18 und 19 gegeneinander be wegt, pressen die Röhre zusammen und bewirken auf grund der dielektrischen Erwärmung des Rohrmaterials eine Verschweissung der Rohrwände in eine Form ent sprechend der Kontur der Elektroden.
Die übertra- gung der Hochfrequenzenergie auf die Elektroden 18, 19 erfolgt während der Bewegung des Supports 17 jeweils so lange, wie die Kapazitäten der durch die Elektroden 18, 19 einerseits und die beweglichen und feststehenden Platten 20, 21 anderseits gebildeten Kon densatoren einen genügend grossen. Wert haben.
Wenn im Laufe der Bewegung des Supports 17 die beweg lichen Platten 20 den Bereich der feststehenden Platten 21 verlassen, vermindern sich die Kapazitätswerte der durch sie gebildeten Kondensatoren schliesslich so weit, dass die Übertragung von Hochfrequenzenergie wegen der Entkopplung der Kreise unterbrochen wird, so dass sich die Schweissstelle danach abkühlen kann. Gegen Ende der Abwärtsbewegung des Supports. 17 werden die Elektroden 18, 19 wieder auseinander bewegt.
Device for heating workpieces with the help of electromagnetic alternating fields The invention relates to a device for heating workpieces with the help of electromagnetic alternating fields, the treatment organs moving relative to the energy source of the alternating fields.
It is known to heat an electrically conductive body by induction in the field of a coil fed with alternating current. It is also known that an insulating body in an alternating field.
Capacitor by virtue of the dielectric losses occurring in it, can be heated. This type of energy transfer is favored by the use of high-frequency alternating fields. At high frequencies, the electromagnetic energy can also be transmitted relatively easily, be it through transformers,
which do not necessarily have to contain ferromagnetic circuits, be it with the aid of capacitors or finally by means of circuits that use both transformers and capacitors.
In known devices for high frequency heating, the objects such. B. by means of a conveyor belt, guided through a high frequency field. Such a continuous process, however, has the disadvantage that the local distribution of the heating in the objects or its temporal course can usually not be freely selected.
It is the object of the invention. A Einrich device for heating workpieces by electromagnetic alternating fields to indicate which does not have the disadvantages of the known devices and in which the transmission of high frequency energy from a high frequency generator to these organs with simple means without a use of flexible connections or sliding contacts he follows, with the possibility of designing the device so
that the organs for generating the treatment field are each in the same state of motion at least during the treatment with the objects to be treated.
The device according to the invention is characterized by at least one treatment element for the workpieces to be heated on at least one support, by a drive device for generating a movement of the support relative to an alternating voltage generator serving as an energy source, by at least one primary coupling element connected to the energy source and at least one connected to an associated treatment organ,
with the support relatively against the primary coupling organ moved secondary coupling organ.
The invention is explained with reference to the figures, for example, in which: FIG. 1 is a schematic representation of an apparatus for induction heating which allows soldering, welding or thermal treatment of various objects and in which a support for the objects to be treated Turntable is provided, Fig. 2 shows a schematic elevation of a hardening device with a movable induction coil,
Fig. 3 illustrates a dielectric heating apparatus.
The apparatus according to FIG. 1 contains a drive mechanism 1 which, according to the purpose to be achieved, effects a continuous or discontinuous rotation of a turntable 2 intended for receiving the workpieces A. Several induction coils 3 of a suitable shape are arranged on the turntable 2, each of which loop around a workpiece A to be heated.
For reasons of clarity, only two induction coils are shown in FIG. 1. However, their number is not limited in principle. Each induction coil 3 is connected to an associated secondary coupling loop 4. A high-frequency generator B has its output connected to a stationary coil 5 serving as the primary coupling organ.
In the course of the rotation of the turntable 2, the secondary coupling loops 4 are located at certain moments in the magnetic field of the coil 5 fed with a high-frequency current.
This fixed coil 5 extends only over part of the turntable 2 around the zone, so that the various induction coils 3 only when they are in the area of the coil 5, fed with high-frequency energy who and the heating of the workpieces A. . During the time during which the induction coils 3 are outside this area, they are not fed and the associated workpieces are also not heated. This time can e.g.
B. can be used to apply the workpieces to the turntable 2, to cool them or to discard them after the treatment.
In the example above, the induction coils are fed with high-frequency energy (e.g. 0.5 MHz). According to another variant, the device can also be designed for medium frequencies using suitable ferromagnetic circles.
According to a further variant of the invention, the turntable is formed by the induction or coupling coils themselves.
In the variants described, the fixed coil system forms part of the output oscillating circuit of an electronic generator.
The inductively fed working circuits are adapted to the working frequency, if necessary with the help of capacitors.
At higher loads, the coil systems can be cooled by special measures.
According to a further variant, an arrangement inverse to the execution according to FIG. 1 is provided in which several stationary work pieces with the associated induction and secondary coupling coils are provided around the turntable, while at least one primary coupling coil connected to a high-frequency generator is provided on the turntable is arranged.
One advantage of the described arrangements is that the heating of the workpieces can be initiated or terminated more or less brusquely, depending on how the rotational movement is controlled, e.g. B. runs discontinuously or continuously or what shapes the primary and secondary coupling coils have.
With reference to Fig. 2, a device for hardening elongated work pieces will now be described as a further example, in which the heated zone progresses along the workpiece. This device contains a frame 6 with a slide, on which a support 7 is driven by a spindle 8 to perform a linear movement. The workpiece to be treated 10 is stored between tips and is subjected to a rotary movement by means of the motor 11.
On the support 7 an induction coil 12 looping around the workpiece 10 and a shower device 13 is arranged on. The secondary coupling coil 14 is connected to the induction coil 12 and, when the support 7 moves, moves in the field of a stationary primary coupling coil 14 which in turn is connected to a high-frequency generator B.
Finally, the device is provided with a suitable shield, not shown in the figure, to prevent interfering radiation.
In the examples described so far, the energy is transmitted by means of inductive coupling. With reference to Fig. 3, an apparatus will now be described which works with a capacitive coupling for energy transmission, and which is especially net for dielectric heating at high frequencies. This device is particularly suitable for gluing, for welding plastic, for drying processes, etc.
The apparatus contains a fixed one. Frame 16 on which a support 17 driven by two spindles slides, which supports two electrodes 18, 19 which form a welding capacitor. Each of these electrodes 18, 19 is connected to an associated movable plate 20 of a coupling capacitor, the second plate 21 of which is fixed. The plates 21 are fed with a high-frequency current via a transformer.
The movable plates 20 are smaller than the fixed plates 21 and are arranged in such a way that the capacitance values of the capacitors formed by them remain constant over part of the path. A tube made of a material that can be welded in a high-frequency field contains a liquid to be filled and is moved vertically downwards in the axial direction with the aid of a device not shown in the figure.
During operation, the movement of the support 17 is controlled in such a way that it follows the movement of the tube over a predetermined ZOtabschnitt, after which it is returned to its starting position as quickly as possible. During this period of time, the electrodes 18 and 19 are moved against each other, press the tube together and cause the tube walls to be welded into a shape corresponding to the contour of the electrodes due to the dielectric heating of the tube material.
The high-frequency energy is transmitted to the electrodes 18, 19 during the movement of the support 17 as long as the capacities of the capacitors formed by the electrodes 18, 19 on the one hand and the movable and fixed plates 20, 21 on the other hand are sufficiently large . Have value.
If, in the course of the movement of the support 17, the movable plates 20 leave the area of the fixed plates 21, the capacitance values of the capacitors formed by them finally decrease to such an extent that the transmission of high-frequency energy is interrupted due to the decoupling of the circles, so that the weld can then cool down. Towards the end of the downward movement of the support. 17 the electrodes 18, 19 are moved apart again.