CH642505A5

CH642505A5 - Device for the inductive heating of elongated workpieces

Info

Publication number: CH642505A5
Application number: CH332679A
Authority: CH
Inventors: Hat Auf Nennung Verzichtet Erfinder
Original assignee: Vertina Anstalt
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-09
Publication date: 1984-04-13
Also published as: AT368824B; ATA252378A; DE2914277A1

Description

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe auch längliche Werkstücke induktiv auf eine gleichmässige Endtemperatur erwärmt werden können, so dass es möglich wird, Induktionsöfen in Verbindung mit einer Blockschere oder einer anderen Weiterbehandlung zu verwenden. The invention is therefore based on the object of providing a device with the aid of which even elongated workpieces can be inductively heated to a uniform final temperature, so that it is possible to use induction furnaces in conjunction with block shears or other further treatment.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen wenigstens zwei voneinander getrennt anspeisbaren Wicklungsabschnitte aufweisenden Induktor bzw. wenigstens zwei in Werkstückvorschubrichtung hintereinander angeordnete Induktoren, wobei zumindest der bezüglich des Werkstückvorschubes hintere Wicklungsabschnitt bzw. der hintere Induktor in seiner Leistungszufuhr in Abhängigkeit von der Werkstücktemperatur in seinem Bereich steuerbar ist. Durch die Aufteilung in wenigstens zwei Erwärmungsbereiche, von denen zumindest der hintere bezüglich der Leistungszufuhr steuerbar ist, kann über den hinteren Erwärmungsbereich die in Abhängigkeit vom Volumen des noch nicht vom Induktionsofen erfassten Werkstückteiles unterschiedliche Wärmeabfuhr durch entsprechend geregelte Leistungszufuhr ausgeglichen werden, so dass sich für die Erwärmung im vorderen Bereich konstante Verhältnisse ergeben, die auch eine gleichmässige Endtemperatur am Austrittsende des Induktionsofens sicherstellen. Da durch die erfindungsgemässe Einrichtung das Werkstück bereichsweise unterschiedlich aufgewärmt werden kann, eignet sich diese Einrichtung auch für die Erwärmung von Werkstücken, die über ihre Länge ein bestimmtes Temperaturgefälle aufweisen sollen. The invention achieves the stated object by means of an inductor having at least two separately feedable winding sections or at least two inductors arranged one behind the other in the workpiece feed direction, with at least the rear winding section or the rear inductor with respect to the workpiece feed in its power supply depending on the workpiece temperature in its area is controllable. By dividing it into at least two heating areas, of which at least the rear one can be controlled with regard to the power supply, the different heat dissipation depending on the volume of the workpiece part not yet detected by the induction furnace can be compensated for by the appropriately regulated power supply, so that the Heating in the front area results in constant conditions, which also ensure a uniform end temperature at the outlet end of the induction furnace. Since the device according to the invention can be used to heat the workpiece differently in some areas, this device is also suitable for heating workpieces which are to have a certain temperature gradient over their length.

Wesentlich für die erfindungsgemässe Einrichtung ist also, dass zumindest der bezüglich der Werkstückvorschubrichtung letzte Abschnitt der für sich speisbaren Induktorabschnitte bzw. der letzte Induktor hinsichtlich seiner Heizleistung steuerbar ist. Diese Leistungssteuerung könnte unter Umständen über einen entsprechenden Leistungsregler kontinuierlich erfolgen. Besonders einfache und günstige Verhältnisse ergeben sich jedoch, wenn die Leistungszufuhr durch wiederholtes Zu- und Abschalten der vollen Leistung gesteuert wird, weil durch ein solches taktweises Schalten der Leistung der unterschiedliche Erwärmungsverlauf zwischen Kern und Aussenschicht des Werkstückes in besonders günstiger Weise berücksichtigt wird. Während der Abschaltperioden wird nämlich die Aussenschicht gegenüber dem Kern stärker abgekühlt, so dass sich ein Ausgleich gegenüber der Erwärmungsperiode ergibt, in der aufgrund des Skineffektes die Aussenschicht wesentlich stärker erwärmt wird. Die gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes unterstützt dabei diesen Ausgleichsvorgang erheblich. It is therefore essential for the device according to the invention that at least the last section of the inductor sections which can be fed with respect to the workpiece feed direction or the last inductor can be controlled with regard to its heating power. Under certain circumstances, this power control could take place continuously via a corresponding power controller. Particularly simple and favorable conditions result, however, if the power supply is controlled by repeated switching on and off of the full power, because such a cyclical switching of the power takes into account the different heating curve between the core and the outer layer of the workpiece in a particularly favorable manner. During the switch-off periods, the outer layer is cooled to a greater extent than the core, so that there is a compensation compared to the heating period in which the outer layer is heated much more strongly due to the skin effect. The good thermal conductivity of the material supports this compensation process considerably.

Da übliche Leistungsschalter für das Schalten höherer Leistungen in vergleichsweise kurzen Intervallen ungeeignet sind, wird, ausgehend von einer Einrichtung mit einem zu wenigstens einem gegebenenfalls über einen Transformator an ein Speisenetz angeschlossenen, steuerbaren Induktor bzw. zur Primärwicklung des Transformators parallelgeschalteten Kompensationskondensator, vorgeschlagen, dass der aus dem Kompensationskondensator und dem Induktor bzw. der Transformatorwicklung bestehenden Parallelschaltung ein Thyristorschalter vorgeschaltet ist, der über eine Steuereinrichtung jeweils im Bereich des Spannungsnulldurchganges betätigbar ist und dass in Serie mit dem Thyristorschalter und dem Kompensationskondensator ein kurzschliessbarer, nur während des Ein- und Ausschaltvorganges eingeschalteter Vorwiderstand liegt. Wegen der gegenüber der Frequenz des Speisenetzes hohen Frequenz der Ausgleichsvorgänge beim Ein- und Ausschalten des Induktors bzw. des Wicklungsabschnittes ergibt sich über den Kompensationskondensator praktisch ein Kurzschluss, so dass der auftretende Stoss-kurzschlussstrom vom Zeitwert der anliegenden Spannung bestimmt wird. Durch das Verlegen des Einschaltzeitpunktes in den Bereich des Spannungsnulldurchganges kann folglich im Zusammenhang mit dem in Serie geschalteten Vorwiderstand der Einschaltstrom auf ein für den Thyristorschalter tragbares Mass reduziert werden. Der Vorwiderstand dämpft dabei den gegenüber den Netzperioden kurzen Ausgleichsvorgang und bewirkt eine zusätzliche Verbesserung des Phasenwinkels. Damit dieser Vorwiderstand aber keine Verlustleistung bedingt, wird er nur während des Ein- und Ausschaltvorganges eingeschaltet, in der übrigen Zeit aber kurzgeschlossen. Wegen der kurzen Belastungszeit kann dieser Vorwiderstand auch thermisch klein bemessen werden. Since conventional circuit breakers are unsuitable for switching higher powers at comparatively short intervals, it is proposed, starting from a device with a controllable inductor connected in parallel to at least one transformer to a feed network, or to the primary winding of the transformer, that the a thyristor switch is connected upstream from the compensation capacitor and the inductor or the transformer winding, a thyristor switch that can be actuated via a control device in the area of the voltage zero crossing and that in series with the thyristor switch and the compensation capacitor, a short-circuitable series resistor that is only switched on during the switching on and off process lies. Because of the high frequency of the compensation processes when switching the inductor or the winding section on and off compared to the frequency of the supply network, there is practically a short circuit via the compensation capacitor, so that the surge short-circuit current that occurs is determined by the current value of the voltage present. By relocating the switch-on time to the area of the voltage zero crossing, the switch-on current can consequently be reduced to a level that can be carried by the thyristor switch in connection with the series resistor connected in series. The series resistor dampens the short compensation process compared to the mains periods and brings about an additional improvement in the phase angle. So that this series resistor does not cause any power loss, it is only switched on during the switch-on and switch-off process, but short-circuited during the rest of the time. Because of the short loading time, this series resistor can also be dimensioned thermally small.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen: In the drawing, the subject of the invention is shown schematically in one embodiment. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemässe Einrichtung zum induktiven Erwärmen von stangenförmigen Werkstücken im Blockschaltbild und Fig. 1 an inventive device for inductive heating of rod-shaped workpieces in the block diagram and

Fig. 2 eine für das taktweise Ein- und Ausschalten der vollen Heizleistung geeignete Schalteinrichtung, ebenfalls im Blockschaltbild. Fig. 2 is a suitable switching device for switching the full heating power on and off, also in the block diagram.

Wie der Fig. 1 deutlich entnommen werden kann, ist der Induktor 1 in drei Wicklungsabschnitte la, lb und lc unterteilt, die voneinander getrennt an ein elektrisches Dreipha5 As can be clearly seen in FIG. 1, the inductor 1 is divided into three winding sections 1 a, 1 b and 1 c, which are separated from one another by an electrical three-phase connector 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

642 505 642 505

sennetz angeschlossen sind. Während für den in Werkstückvorschubrichtung vorderen Wicklungsabschnitt la keine besondere Regelung hinsichtlich der Leistungszufuhr vorhanden ist, ist für die Abschnitte lb und lc jeweils ein Leistungsregler 2 vorgesehen, der die dem jeweiligen Abschnitt zuge- 5 führte Leistung in Abhängigkeit von der Werkstücktemperatur in diesem Abschnitt steuert. Zu diesem Zweck sind entsprechende Istwertgeber 3 vorgesehen. network are connected. While there is no special regulation regarding the power supply for the winding section la at the front in the workpiece feed direction, a power controller 2 is provided for each of the sections 1b and 1c, which controls the power supplied to the respective section as a function of the workpiece temperature in this section. Corresponding actual value transmitters 3 are provided for this purpose.

Die Werkstücktemperatur im Bereich des nicht steuerbaren Wicklungsabschnittes la wird über einen entsprechenden 10 Istwertgeber 4 zwar ebenfalls erfasst und einer Einrichtung 5 für einen Soll-Istwert-Vergleich zugeführt, doch dient diese Einrichtung 5 lediglich dazu, eine Überhitzung des Werkstük-kes 6 am Ausgang des Induktors 1 zu verhindern, indem der Wicklungsabschnitt la über den Schalter 7 abgeschaltet wird. 15 The workpiece temperature in the area of the non-controllable winding section la is also detected by a corresponding actual value transmitter 4 and fed to a device 5 for a comparison of the target and actual value, but this device 5 only serves to overheat the workpiece 6 at the outlet of the To prevent inductor 1 by turning off the winding section la via the switch 7. 15

Durch die Steuerung der den Wicklungsabschnitten lb und lc zugeführten Leistung kann eine gleichmässige Endtemperatur am Ausgang des Induktors erreicht werden, weil die unterschiedliche Wärmeableitung in den noch nicht vom Induktor 1 erfassten Werkstückabschnitt 8 ausgeglichen wer- 20 den kann. By controlling the power supplied to the winding sections 1b and 1c, a uniform end temperature at the output of the inductor can be achieved because the different heat dissipation in the workpiece section 8 not yet detected by the inductor 1 can be compensated for.

Die Leistungsregelung erfolgt gemäss Fig. 2 durch ein taktweises Zu- und Abschalten der Leistung. Zu diesem Zweck ist ein Thyristorschalter 9 vorgesehen, der der aus dem Wicklungsabschnitt 1 c und dem zugeordneten Kompensa- 25 tionskondensator 10 bestehenden Parallelschaltung vorgeordnet ist. Dieser Thyristorschalter 9 wird über eine Steuereinrichtung 11 gezündet, und zwar vorzugsweise im Augenblick des Nulldurchganges der Spannung. Zu diesem Zweck wird die Steuereinrichtung 11 auch über eine Steuerleitung 12 mit 30 der Netzfrequenz beaufschlagt. Durch die Wahl des Schaltzeitpunktes wird der auftretende Ein- bzw. Ausschaltstrom beschränkt. Eine zusätzliche Begrenzung ergibt sich durch einen ohmschen Vorwiderstand 13, der in Serie mit dem Thyristorschalter 9 und dem Kompensationskondensator 10 liegt. Parallel zu diesem Vorwiderstand 13 ist ein Schalter 14 vorgesehen, über den der Vorwiderstand 13 kurzgeschlossen werden kann. Dieser Schalter 14 ist notwendig, um die Verlustleistung durch den Vorwiderstand 13 klein zu halten. Der Vorwiderstand 13 braucht nämlich nur während des Ein- und Ausschaltvorganges eingeschaltet zu sein. Die gesteuerte Betätigung des Schalters 14 wird in der Zeichnung durch die Steuerleitung 15 angedeutet. Über den Istwertgeber 3 kann nach einem Soll-Istwert-Vergleich durch die Steuereinrichtung 11 die Schaltfrequenz für den Thyristorschalter 9 und damit die Leistungszufuhr zum Wicklungsabschnitt lc in erwünschter Weise gesteuert werden. The power control takes place according to FIG. 2 by switching the power on and off in cycles. For this purpose, a thyristor switch 9 is provided, which is arranged upstream of the parallel circuit consisting of the winding section 1 c and the associated compensation capacitor 10. This thyristor switch 9 is ignited by a control device 11, preferably at the moment the voltage crosses zero. For this purpose, the control device 11 is also supplied with 30 of the mains frequency via a control line 12. The on / off current that occurs is limited by the selection of the switching time. An additional limitation results from an ohmic series resistor 13, which is in series with the thyristor switch 9 and the compensation capacitor 10. A switch 14 is provided in parallel with this series resistor 13, via which the series resistor 13 can be short-circuited. This switch 14 is necessary in order to keep the power loss through the series resistor 13 small. The series resistor 13 only needs to be switched on during the switching on and off process. The controlled actuation of the switch 14 is indicated in the drawing by the control line 15. After a setpoint / actual value comparison by the control device 11, the switching frequency for the thyristor switch 9 and thus the power supply to the winding section 1c can be controlled in a desired manner via the actual value generator 3.

Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung lassen sich Werkstücke mit grösseren Längserstreckungen induktiv erwärmen. Durch die gezielte Leistungszufuhr können insbesondere Werkstücke mit einer guten Leitfähigkeit behandelt werden. Die vorgeschlagene Einrichtung lässt sich daher in besonders vorteilhafter Weise zur kontinuierlichen oder abschnittsweisen Erwärmung von länglichen Werkstücken aus Aluminium verwenden. Es ist aber auch das sogenannte Kopferwärmen von Werkstücken aus Aluminium möglich, bei dem ein vorbestimmtes Temperaturgefälle über die Werkstücklänge erreicht werden soll. Schliesslich sei noch erwähnt, dass die Einrichtung auch beim Ziehen von länglichen Werkstücken eingesetzt werden kann, um das zu ziehende Werkstück auf eine entsprechende, gleichmässige Arbeitstemperatur zu bringen. With the help of the described device, workpieces with larger longitudinal extensions can be heated inductively. The targeted power supply means that workpieces with good conductivity can be treated. The proposed device can therefore be used in a particularly advantageous manner for the continuous or section-by-section heating of elongated aluminum workpieces. However, so-called head heating of aluminum workpieces is also possible, in which a predetermined temperature gradient is to be achieved over the length of the workpiece. Finally, it should also be mentioned that the device can also be used when drawing elongated workpieces in order to bring the workpiece to be drawn to a corresponding, uniform working temperature.

G G

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

642 505

1.Device for inductive heating of elongated workpieces, characterized by an inductor (1) having at least two separately feedable winding sections (la, lb, lc) or at least two inductors arranged one behind the other in the workpiece feed direction, with at least the rear winding section with respect to the workpiece feed ( lc) or the rear inductor in its power supply can be controlled in its area as a function of the workpiece temperature.

2. Device according to claim 1, characterized in that the power supply can be controlled by repeated switching on and off of the full power.

2nd

PATENT CLAIMS

3. Device according to claim 2, with a to at least one optionally connected via a transformer to a feed network, controllable inductor or to the primary winding of the transformer connected compensation capacitor, characterized in that the compensation capacitor (10) and the inductor (lc) or The transformer winding existing parallel circuit is connected upstream of a thyristor switch (9), which can be actuated via a control device (11) in the area of the voltage zero crossing, and that in series with the thyristor switch (9) and the compensation capacitor (10) a short-circuitable, only during the The series resistor is switched on and off.

If workpieces cannot be detected over their entire length by the inductor due to their length, inductive heating of such workpieces to a uniform final temperature is not possible with the known devices because part of the heat flows through heat conduction into the workpiece area not detected by the inductor and this heat dissipation also depends on the length of the workpiece section not detected by the inductor. Of course, a smaller volume can only absorb a smaller amount of heat than a larger volume. This dependence of the heat dissipation from the already inductively heated workpiece area into the adjoining area naturally plays a greater role in materials with good thermal conductivity, so that bar material made of such materials could not previously be heated inductively, either continuously or in sections.