CN111954327A - 感应线圈结构单元和控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及感应线圈结构单元和控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法。感应线圈结构单元有引入其感应线圈中的工具保持件的套筒部分，其中：当套筒部分引入感应线圈中时，在感应式加热过程开始前将以限定方式预先设定的测试电流施加到感应线圈，针对测试电流得出针对套筒部分的时间/电流曲线并根据时间/电流曲线识别套筒部分；基于该识别针对套筒部分规定加热参数并基于加热参数开始该加热过程；加热过程中断至少一次；在中断期，在套筒部分引入感应线圈中时，再次将以限定方式预先设定的控制电流施加到感应线圈并针对该控制电流得出针对套筒部分的附加时间/电流曲线；根据附加时间/电流曲线决定是否继续该加热过程。

Description

感应线圈结构单元和控制感应线圈结构单元的感应式加热过 程的方法
本发明涉及一种具有感应线圈的感应线圈结构单元，工具保持件的套筒部分能够被引入该感应线圈中，以及一种用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法，该感应线圈结构单元具有被引入该感应线圈结构单元的感应线圈中的工具保持件的套筒部分。
这种类型的感应线圈结构单元是从现有技术、例如从EP 1 867 211 A1中已知的。
这些已知的感应线圈结构单元被用于：借助于可由感应线圈产生的交变磁场以及由此在引入感应线圈结构单元的感应线圈中的工具保持件中所感应出的涡电流来使工具保持件热膨胀，以便可以在工具保持件的这种膨胀的状态下在那里插入工具，该工具在工具保持件的冷却过程之后随后牢固地并且对称地由该工具保持件保持。这个过程还(简)称为使工具感应式缩箍在工具保持件中并且是自身已知的。
对于技术背景和操作背景的进一步描述因此参考所提到的专利申请。
然而在这种已知的感应线圈结构单元中存在的问题在于：为了有效率地操作该感应线圈结构单元，即为了使工具感应式缩箍在工具保持件中，特别是在加热工具保持件时，必须针对刚刚/当前保持在其中的工具保持件就不同的运行参数而言各自独立地调节感应线圈结构单元，这需要较高程度的手动干预并且因此可能显著地延长更换不同型号的工具保持件中的工具的时间周期(Taktzeiten)。此外，手动干预还总是表现为潜在的误差源。
另一方面，如果不进行或有误差地进行对目前保持的工具保持件的这种调节，那么感应线圈结构单元的操作可能是无效率的，这是因为无法以适合的方式在工具保持件中感应出所提供的涡电流。在特别不利的情况下，这甚至可能导致工具保持件过热并因此损坏。
因此，本发明的目的在于，提出一种感应线圈结构单元、以及一种用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法，该方法可以克服从现有技术已知的这种感应线圈结构单元的上述缺点，其中该感应线圈结构单元尤其具有提高的自动化程度，并且因此可以在较高的运行安全性下以更短的时间周期来操作。
该目的通过具有相应的独立权利要求所述特征的感应线圈结构单元和用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法来实现。本发明的有利改进方案是从属权利要求以及以下说明的主题，并且既涉及感应线圈结构单元，也涉及用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法。
感应线圈结构单元以及用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法在该感应线圈结构单元中设置有感应线圈，工具保持件的套筒部分能够被引入该感应线圈中(在装置方面)或者被引入该感应线圈中(在方法方面)。
一种用于控制感应线圈结构单元(例如缩箍设备)的感应式加热过程的方法，该感应线圈结构单元具有引入该感应线圈结构单元的感应线圈中的工具保持件的套筒部分，在该方法中提出的是：在套筒部分被引入感应线圈中的情况下，在感应式加热过程开始之前就将以限定的方式预先设定的(测试)电流(测试脉冲)施加到该感应线圈上。
针对这个(测试)电流(测试脉冲)得出针对引入感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线。
根据该(测试)电流的时间/电流曲线来识别所引入的套筒部分。
进一步地，于是针对引入该感应线圈中的套筒部分，基于该识别来规定加热参数，并且基于针对识别出的套筒部分所规定的加热参数开始该感应式加热过程。
随后，使感应式加热过程中断至少一次。
在中断期间，在套筒部分被引入感应线圈中的情况下，再一次将以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)施加到感应线圈上，并且针对这个(控制)电流(控制脉冲)得出针对引入感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线。
随后，根据该(控制)电流的该另外的时间/电流曲线来决定是继续进行还是(最终)结束该加热过程。
在此，“以限定的方式”(在(测试)电流(测试脉冲)和/或(控制)电流(控制脉冲)中)可以理解为：确定电流的参数是预先规定的，即是预先设定的，这些参数因此描述电流(“电流参数”)。
因此，例如以限定的方式预先设定的(测试)电流(测试脉冲)和/或以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)可以是根据电流大小、电流形状、频率和/或作用时长(“电流参数”)限定或预先设定的。
在(根据例如上述参数)对电流进行的这种对应的规定中，(测试)电流(测试脉冲)和/或(控制)电流(控制脉冲)可以是至少一个(电流)脉冲，即具有脉冲状的电流走向的脉冲状的电流。
已经证明便利的是：(测试)电流(测试脉冲)和/或(控制)电流(控制脉冲)包括多于一个(电流)脉冲，即两个或更多个((在时间上)连续的)(电流)脉冲，由此得出的时间/电流曲线具有(针对相应地引入的套筒区段)更高的独特性和(同一套筒区段的)差异性。
此外还进一步便利的是，(测试)电流(测试脉冲)和/或(控制)电流(控制脉冲)是等同的，这能够实现时间/电流曲线的可比较性。
在此，时间/电流曲线可以是电流强度走向或电压走向。
此外还可以便利的是，通过测量来实现得出(测试)电流(测试脉冲)或(控制)电流(控制脉冲)的时间/电流曲线。在感应线圈结构单元中可以提供对应的测量仪器(或功能上可比的电路)。
在此，可以在感应线圈结构单元的电路的输入电路、和/或感应线圈结构单元的中间电路、和/或输出电路中或者在感应线圈上执行对(测试)电流(测试脉冲)或(控制)电流(控制脉冲)的时间/电流曲线的这种测量。对应的内容在一般情况下适用于得出(测试)电流(测试脉冲)或(控制)电流(控制脉冲)的时间/电流曲线。
测量还可以在电路的所提到的位置中的多个位置处并行地执行。
随后，可以评估(测试)电流(测试脉冲)的所得出的、尤其是测量出的时间/电流曲线和/或(控制)电流(控制脉冲)的(测试)电流的所得出的、尤其是测量出的时间/电流曲线。
此外还可以便利的是，(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线和/或(控制)电流(控制脉冲)的(测试)电流的时间/电流曲线可以被标准化为参考电压，例如德国的参考电网电压。这种标准化能够实现使该方法与各个国家(其在那里具有各自的电网电压)无关。
“识别”(在根据(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线识别所引入的套筒部分的情况下)可以意味着：根据所引入的套筒部分的(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线判定或指派确定的特性，例如确定的几何尺寸(例如外直径)。
即，以简化的方式表达，根据(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线进行“假设”，或换种方式表达，从(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线“推导出”：所引入的套筒部分涉及确定类型的确定的套筒部分，例如具有非常确定的几何尺寸(例如具有非常确定的外直径)。
因此例如由此根据(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线可以得出针对所引入的套筒部分的外直径。
为此以简化、直观且示例性的方式表达：可以评估(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线。在此可以得出一个(或多个)时间/电流曲线特征变量，根据该时间/电流曲线特征变量得出/推导出所引入的套筒部分的几何变量，例如外直径。
对应的情况还可以针对(控制)电流(控制脉冲)的时间/电流曲线来执行或在该时间/电流曲线中执行，其中随后也可以得出一个(或多个)时间/电流曲线特征变量。随后，根据这些时间/电流曲线特征变量例如可以得出/推导出所引入的套筒部分的加热状态。
这样的时间/电流曲线特征变量例如可以是：时间/电流曲线的面积，幅度、尤其是幅度极限，过零点的数量和/或时间间隔，边缘陡度和/或切线，或者由此推导出的、尤其统计学地推导出的特征变量。
还可以特别便利的是：将上文提到的特征变量中的多个特征变量与时间/电流曲线特征变量进行组合，由此可以提高时间/电流曲线特征变量的说服力。
如果适用或随后识别出所引入的套筒部分，那么(能够)针对所引入的套筒部分确定或规定加热参数。
这些加热参数尤其可以是：针对加热过程的时间、例如加热过程的总加热时间，和/或针对加热过程或在加热过程中的首次加热的时间，和/或缩箍/加热频率和/或缩箍/加热温度，以及和/或电感变化参数和/或电阻变化参数。
加热过程的首次加热的时间例如可以是加热过程的时间的1/3至1/2。
随后，基于或使用这个针对识别出的套筒部分所规定的加热参数开始感应式加热过程。
如果迄今为止在工具保持件的套筒部分被引入感应线圈结构单元的感应线圈中的情况下没有在感应线圈中执行加热，那么可以将加热过程的开始称为首次加热。后续的(加热)阶段或加热过程的后续的阶段可以称为再加热。如果在感应线圈中不再对引入感应线圈结构单元的感应线圈中的套筒部分进行加热，那么这可以被视为加热过程的结束。
还便利的是，在可预先设定的(首次)加热时长之后可以执行或产生至少一次中断，即首次中断。这个(首次)加热时长可以是取决于可预先设定的总加热时间的，例如总加热时间的确定的分数值，例如总加热时间的三分之一或三分之二，或者可以被规定为绝对时长，例如一秒或一秒半。
此外，为了改善(控制)电流(控制脉冲)的通过，可以提出的是：在该加热过程中断期间，在施加另外的、以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)之前，在产生该另外的、以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)的结构单元中执行充电过程。
这种充电例如可以通过在充电过程中对振荡电路的电容器进行充电来实现。
对应的情况还可以针对加热过程的多次中断来执行或在加热过程多次中断的情况下执行。
加热过程的多次中断例如可以以如下方式实现：如果多次中断加热过程，那么在每次中断期间，在套筒部分被引入感应线圈中的情况下，再一次将以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)施加到感应线圈上，针对这个(控制)电流(控制脉冲)得出针对引入感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线，并且根据该另外的时间/电流曲线来决定，在相应的中断之后是继续进行还是最终结束加热过程。
为此或在此还可以针对相应的(控制)电流(控制脉冲)得出所描述的时间/电流曲线特征变量或执行所描述的评估。
于是在这里还可以便利的是：取决于(测试)电流的时间/电流曲线的预先设定的变化来做出继续进行加热过程的决定。
即，以简化的方式表达，将(控制)电流的时间/电流曲线与(测试)电流的时间/电流曲线进行比较，例如藉由时间/电流曲线特征变量比较来进行比较，其中尤其可以将(测试)电流的时间/电流曲线或对应的时间/电流特征变量的可预先设定的变化考虑在内或计算在内。
(测试)电流的时间/电流曲线(或其特征变量)的这种可考虑或预先设定的变化的原因可以描述在工具保持件的套筒部分中电感的和/或电特性(例如电阻)的取决于温度的变化。
在工具保持件的套筒部分中电感或电特性/电阻的这种取决于温度的变化可以便利地通过使用尤其由经验得出的电感变化参数和/或电(阻)参数或电阻变化参数来进行描述。
本发明的认识基于这一点，即感应线圈的电感和/或电特性(例如电阻)取决于所引入的套筒部分的加热或加热温度而发生变化。
藉由可预先设定的参数、尤其是取决于所引入的套筒部分的几何尺寸和/或材料(例如所引入的套筒部分的外直径)的参数(在这里还可以考虑其他关联性)，例如所提到的电感变化参数或所提到的电阻变化参数可以考虑这种变化，并且由此还可以规定所引入的套筒部分的加热或加热温度的极限(极限值)。
便利地，电感变化参数因此还可以取决于套筒部分的材料。对应的情况也适用于电阻参数。
以直观的方式表达，可以在使用这种参数和(测试)电流(测试脉冲)的时间/电流曲线的情况下限定极限时间/电流曲线或极限时间/电流曲线特征变量(即，针对所引入的套筒部分所允许的加热/加热温度的(加热)中止标准)，可以将该极限时间/电流曲线或极限时间/电流曲线特征变量与(控制)电流的(相应的)时间/电流曲线或其时间/电流曲线特征变量进行比较。
于是，如果例如(相应的)(控制)电流的时间/电流曲线高于(或低于)这个允许的极限变化或变化极限，那么可以中止对所引入的套筒部分的加热并且因此防止加热(超出这个极限)(“过热保护”)。
此外，还可以根据所描述的标准规定两个中断之间的加热阶段或其时长，例如取决于加热时长(分数值)或绝对的、可预先设定的(中间)加热时长。
此外还可以的是：在套筒部分被引入感应线圈中的情况下，尤其在感应式加热过程开始之前或开始之时就将另外的、以限定的方式预先设定的多个(适配)电流(适配脉冲)施加到感应线圈上，尤其是在所引入的套筒部分中没有在两个之间由(适配)电流(适配脉冲)执行加热的情况下；并且针对这些(适配)电流(适配脉冲)得出针对引入感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线。
此外，于是还可以在要施加到感应线圈上的(加热)电流中或针对该电流根据(适配)电流的时间/电流曲线来规定缩箍/加热频率，一般为电流参数。
如果在套筒部分被引入感应线圈中的情况下在感应式加热过程开始之前施加例如这些(适配)电流(适配脉冲)，那么(适配)电流(适配脉冲)还可以等同于(测试)电流(测试脉冲)或反之亦然。
与(测试)电流(测试)脉冲和/或(控制)电流(控制脉冲)一样，还可以对(适配)电流(适配脉冲)提出限定、时间/电流曲线特征值、评估、测量。
因此例如还可以提出的是，对(适配)电流的时间/电流曲线进行评估，其中在对这些(适配)电流的时间/电流曲线进行评估时各自得出时间/电流曲线特征变量并且对这些时间/电流曲线特征变量进行比较。
如果例如(短暂地)依次施加多个(适配)电流(适配脉冲)，其中各个变化的电流参数具有例如各自不同的频率，那么可以以这种方式获得关于所引入的套筒部分的谐振频率的认识，该认识可以被用于规定(加热)电流的频率(即缩箍/加热频率)。
因此尤其便利的是，将(加热)电流的频率(即缩箍/加热频率)规定为接近谐振频率，例如“几乎”高于该谐振频率，该频率随着缩箍/加热频率接近于谐振频率而提高加热的效率/高效性。应避免将缩箍/加热频率规定为等于谐振频率，否则谐振效应可能会导致感应线圈结构单元中的构件过载。
在一种用于执行该方法的感应线圈结构单元中还设置有电路，借助于该电路可以产生(测试)电流(测试脉冲)和(控制)电流。
此外，在感应线圈结构单元中还设置有控制单元，借助于该控制单元可以控制感应线圈和电路。此外，控制单元还被配置成使得(简单地来说)可以执行该方法(以该方法的基本特征，例如尤其还藉由上述所有设计方案和改进方案)。
即，控制感应线圈和电路的控制单元被配置成使得：
-在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，在感应式加热过程开始之前就能够将以限定的方式预先设定的(测试)电流(测试脉冲)施加到该感应线圈上，针对该(测试)电流(测试脉冲)能够得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线，并且根据该(测试)电流的时间/电流曲线能够识别所引入的套筒部分，
-针对引入该感应线圈中的套筒部分，基于该识别能够规定加热参数，并且基于针对识别出的套筒部分所规定的加热参数能够开始该感应式加热过程，
-该感应式加热过程能够中断至少一次，在该中断期间，在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，能够再一次将以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)施加到该感应线圈上，并且针对该(控制)电流(控制脉冲)能够得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线，
-根据该(控制)电流的另外的时间/电流曲线能够决定是继续进行还是最终结束该加热过程。
可以便利的是，电路具有至少一个功率半导体结构元件，尤其是至少一个具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极晶体管和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该电路具有良好的通过行为、高阻断电压和鲁棒性，并且此外可以几乎无功率地进行控制。
藉由该方法以及在该感应线圈结构单元中可以对刚刚引入感应线圈结构单元中的相应的工具保持件执行尽可能自动的或自动化的操作，即，使工具感应式缩箍在工具保持件中，特别是对工具保持件进行加热，通过上述方式可以使用于调节运行参数的手动干预在此变得多余，从而使得一方面节省了迄今为止为此所需的时间，并且另一方面藉由自动/自动化的操作还可以在运行安全性和公差方面保持高标准，以便能够确保结构单元的按照标准的运行。还可以藉由该方法并且在感应线圈结构单元中实现对要加热的/要膨胀的工具保持件的高效保护以免过热。
本发明的有利设计方案的以上说明包含许多特征，这些特征在单独的从属权利要求中以部分地归纳成多个特征的方式展现。然而这些特征还可以便利地单独观察并且归纳成其他有意义的组合。
尤其，这些特征可以各自独立地以及以任意适合的组合与根据本发明的方法相组合。
即使当在说明书中或在权利要求书中分别以单数或与数量词相关地使用若干术语，本发明用于这些术语的范围不应受限于该单数或相应的数量词。另外，词语“一个”或“一种”并不理解为数量词，而是不定冠词。
以上所描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现的方式方法，在结合以下结合附图/图示详细阐释的对本发明实施例的说明的情况下将变得更清楚且更容易理解(相同的构件/部件和功能在附图/图示中具有相同的附图标记)。
这些实施例用于阐述本发明，并且本发明并不受限于其中给出的特征组合，而且在功能特征方面也不受限。此外，还可以明确分离地观察每一个实施例的适合于此的特征、将其从实施例中去掉、为了补充另外的实施例将其引入另外的实施例中以及与权利要求中的任意一项相组合。
在附图中：
图1以中间纵向截面示出根据一个实施方式的感应线圈结构单元；
图2示出用于给感应线圈馈电的电路的电路图，该感应线圈可以用于感应线圈结构单元；
图3示出可施加到感应线圈上的测试脉冲(具有一个电压脉冲)和相关联的时间/电流曲线；
图4示出可施加到感应线圈上的测试脉冲(具有三个电压脉冲)和相关联的时间/电流曲线；
图5(示意性地)示出在加热或缩箍过程中的时间/电流曲线走向；
图6(示意性地)示出用于受控地给感应线圈馈电的电路的电路图，该感应线圈可以用于感应线圈结构单元。
图1示出感应线圈结构单元的基本结构，该感应线圈结构单元由于其在这里所提供的功能(在下文中)也应被称为缩箍设备。
如图1展示的，缩箍设备0设置有具有单独的线匝2的感应线圈1，工具保持件4被推入该感性线圈的中央，以使工具W(在这里例如为铣刀)的保持杆H向套筒部分HP中缩箍或使套筒部分膨胀。
缩箍或膨胀所基于的功能原理在德国专利申请DE 199 15 412A1中进行了详细的描述。其内容在此成为本申请的主题。
感应线圈1在其外周上设有由不导电但导磁的材料形成的第一外罩3。
典型地，第一外罩3或者由铁氧体、或者由金属粉末或金属烧结材料形成，其单独的粒子是以电绝缘的方式彼此隔开，并且这些粒子以这种方式方法在总体上看是大体上导磁但不导电的。
第一外罩3还被实施成使得该第一外罩在周向方向上完全是自身闭合的，即感应线圈1的周面是被完全覆盖的，从而使得除了无关紧要的局部穿孔，例如在上文提到的单独的局部孔和/或较小的局部孔之外，在理论上也不留存任何“磁隙”。
如图1还进一步所示的，在缩箍设备0中，由导磁但不导电的材料形成的屏蔽并未以第一外罩3结束。
替代于此，在第一外罩3的至少一个端侧，更佳地在两个端侧处连接有由所提到的材料形成的磁性盖件3a、3b，这些磁性盖件通常接触第一外罩3。
优选地，磁性盖件3a在感应线圈1的背离工具保持件4的端侧上形成为整体地或优选区段式地可更换的极靴，即形成为具有中央开口的环形结构，该中央开口形成用于要装入或要卸下的工具W的穿通部7。
优选地，磁性盖件3b在感应线圈1的面向工具保持件4的端侧上被设计为平坦的环形盘，该环形盘在理想的情况下完全包围感应线圈1的绕组并且具有用于套筒部分HP的中央穿通部。
为了还进一步改善屏蔽，还如图1所示，感应线圈1和其第一外罩3在该外罩的外周上被第二外罩9包围，尤其其方式为使得第一外罩3和第二外罩9彼此触碰，在理想的情况下在它们朝向彼此的周面的主要部分或整个部分上彼此触碰。
这个第二外罩9是由不导磁但导电的材料(例如铝)制成的。
“导电的”在这里不仅被理解为仅局部的、所谓的“粒式(kornweise)”导电的材料，而且被理解为允许在相关范围内形成涡电流的材料。
第二外罩9的特别之处在于：该第二外罩优选地以如下方式设计并且优选地在径向方向上的厚度以如下方式设计，使得在受到穿过该第二外罩的感应线圈1的散射场的影响下在该第二外罩中产生涡电流，这些涡电流引起对不期望的散射场的削弱。
此外，第二外罩9在其周向上被(在下文中还将详细阐述的)功率半导体结构元件10包围，这些功率半导体结构元件直接在第二外罩9的外周上被布置在那里的凹口11中(仅标识)。
这些功率半导体结构元件10具有两个大的主面和四个小的侧面。大的主面优选大于各个侧面中的每个侧面的四倍。
功率半导体结构元件10被布置成使其大的主面与第二外罩9(通常在其外周上)处于导热接触，其中所涉及的功率半导体结构元件10的大的主面借助于导热粘合剂被粘接到第二外罩9的周表面上。
功率半导体结构元件10中的每个功率半导体结构元件都具有三个用于供应电压的端子12(仅标识)。
此外，还如图1所示，电容器14a、14b在感应线圈1的外周上成组地围绕该感应线圈。
电容器14a优选地涉及滤波电容器，这些滤波电容器是功率电路的直接组成部分；电容器14b优选地涉及振荡电路电容器，这些振荡电路电容器同样是功率电路的直接组成部分。
为了使电容器14a、14b电连接，在这里提供有多个电路板15a、15b，这些电路板各自包围感应线圈1的外周。
这些电路板15a、15b中的每个电路板都优选地构成环形盘。这些电路板15a、15b中的每个电路板优选地由FR4或对电路板而言消耗性的类似材料制成。
如在图1中还看出，在这里被实施为电路板盘的这两个电路板15a、15b中的每个电路板的旋转对称轴线与感应线圈(还有工具保持件4/工具W)的纵向轴线L在此是共轴的。
这两个电路板中的上方的电路板15a载有滤波电容器14a，这些滤波电容器的端子接线片穿过上方的电路板15a或者借助于SMD技术与上方的电路板15a相连接，从而使得滤波电容器14a自上方的电路板15a垂下。
这两个电路板中的下方的电路板15b是对应地构造的，振荡电路电容器14b从该下方的电路板开始向上竖立。
直观地概括为：功率半导体10构成包围感应线圈1的、假想的第一圆柱体；电容器14a、14b构成包围假想的第一圆柱体的、假想的第二圆柱体；对散射场仅具有较低敏感性的电容器14a、14b构成假想的外部圆柱体，同时指向尽可能无散射场的安装空间的功率半导体结构元件10构成假想的内部圆柱体。
如图1进一步所示，感应线圈1并非在其沿其纵向轴线L的整个长度上“完全被缠绕”的。替代于此，在这里，该感应线圈由两个通常为圆柱体形的绕组卷构成。这些绕组卷各自构成感应线圈1的端侧。这些绕组卷彼此之间保持一定的间距，该间距在这里示例性地比这些绕组卷中的每个绕组卷在感应线圈1的纵向轴线L的方向上的延伸尺寸大了至少1.5倍。
这样的感应线圈1有助于降低无功功率，这是因为该感应线圈缺少“中间区域”中的绕组，这些绕组在尽可能有效率地加热工具保持件的套筒部分HP的观点下并不是一定需要的，但是，如果存在，那么这些绕组具有产生额外的无功功率的趋势，而不对加热做出真正重要的贡献。
为了以尽可能小的无功功率损耗来给感应线圈1供电，设置有振荡电路SKS(参见图2)。
在振荡电路SKS中，所需能量的主要部分在感应线圈1与电容器单元14a、14b之间周期性地(高频地)来回振荡。由此，在每个周期内或周期性地仅须给该振荡电路SKS重新馈送由于振荡电路的热功率和该振荡电路的其他损耗功率而从该振荡电路减去的能量。因此省去迄今为止的、非常高的无功功率损耗。
给感应线圈1馈电的功率电子器件(如图2所示)在输入侧藉由普遍可获得的电网电力NST被馈电，该电网电力在欧洲为230V/50Hz/16A最大(在其他国家对应的值例如为：美国110V)。
还如图2所示，随后，电网电力NST被升压变换到更高的电压(变压器T)，以减小在预先设定的功率下流动的电流。
从电网中获取的电流由整流器G转换成直流电流，该直流电流本身由一个或多个滤波电容器14a进行滤波。
以这个直流电流来对实际的振荡电路SKS馈电。
功率半导体结构元件10、振荡电路电容器14b和用于缩进和伸出的感应线圈1构成振荡电路SKS的主干。
振荡电路SKS受控制电子器件SEK控制或调节，该控制电子器件大体上被设计为IC并且经由自己的输入端GNS以直流电流-低电压被馈电，该直流电流-低电压必要时在整流器G和该滤波电容器或这些滤波电容器14a的后方藉由对应的分压电阻进行截取。
优选地，功率半导体结构元件10藉由类型为“绝缘栅双极晶体管(Insulated-GateBipolar Transistor)”、简称为IGBT的晶体管来实现。
控制电子器件SEK以如下频率来切换功率半导体结构元件10/IGBT，该频率预先设定振荡电路SKS上设定的工作频率。
重要的是，振荡电路SKS从不精确地以在电压U与电流I之间的相移为
Figure BDA0002490283090000151
的谐振工作。
这在这里可能由于电压峰值而导致功率半导体结构元件10快速损坏。替代于此，控制电子器件SEK被设计成使得该控制电子器件使功率电子器件或其振荡电路SKS在可预先设定的、仅接近于系统的谐振或固有频率的工作范围内运行。
优选地，振荡电路被控制或调节为适用于
Figure BDA0002490283090000153
特别有利的是处于
Figure BDA0002490283090000152
的范围内的值。这再次实现避免电压峰值并且因此进一步促进小型化。
为了以确定的运行安全性来操作缩箍器1，缩箍设备0配备有自动的加热控制，该加热控制能够实现自动化的缩箍操作。
在缩箍设备0中，这种加热控制通过对应的控制器来实现，该控制器(在原则上)是基于对操作缩箍设备0时的电感或电感变化的观察。
电感L，其中u＝L*di/dt(u：电压，i：电流强度)，是交流电流所流过的线圈的特征变量。
在感应式缩箍仪器或缩箍设备中，被推入由感应线圈在周向上围成的空间中的工具保持件以其套筒部分构成磁性回路的基本组成部分。也就是说，套筒部分构成感应线圈的金属芯。要测量的电感的大小因此决定性地取决于套筒部分填充感应线圈的中央或所谓的芯的程度，即，所涉及的套筒部分是具有更小的还是更大的(外)直径、或者是具有更大的还是更小的质量。
在此，为了缩箍而使用的感应线圈的可测量的电感(和电阻)不仅取决于套筒部分的几何尺寸，而且取决于工具保持件的套筒部分的温度。
这二者可以(以可赋值且可控的方式)被用于，自动化地(首先)得出/识别出套筒部分的几何尺寸(A)，并且(随后)监测/控制加热过程(B)，以便因此(在由于自动化而避免“手动的”误差源的情况下)提高缩箍设备的安全性。
可选地，由此还可以得出适合的缩箍频率(工作频率)(C)。
(A)(自动地)识别当前被引入缩箍设备或其感应线圈中的工具保持件/套筒部分
(A1)创建数字指纹
被考虑用于在缩箍设备上使用的各种工具保持件的数量是有限的。
由于这一点，因此对在缩箍设备上使用的所有的或至少最重要的工具保持件(例如在制造商方面、尤其是几何尺寸上)可以进行测量并且可以进行参数化或进行测量并且进行参数化。尤其在此对工具保持件相关的(特征)变量在此也是工具保持件的套筒部分的外直径。
所有这些数据(与工具保持件或套筒部分相关地)被存储在缩箍设备1中。
此外，针对所测量的每个工具保持件得出或创建其(感应式描述的)数字指纹。
经过一定的时间单位由感应线圈接收的电流的大小用于实现这一点。即，针对确定的、可预先设定的(限定的)时间间隔的时间/电流曲线。
为了得出(表征确定的工具保持件的)这种数字指纹，借助于精确工作的电源将具有已知的电流大小、电流形状、频率和作用时长的电流(即测试脉冲)施加到(具有“冷的”工具保持件或其套筒部分的)感应线圈上(“测试脉冲”)。
在此，“冷的”意味着：这大体上在室温下在(实际的)缩箍过程之前或与该缩箍过程无关地在工具保持件或其套筒部分中执行，即在“冷的”工具保持件或“冷的”套筒部分中执行。
在此，电流大小应理解为电流的最大幅度的数值，即电流强度的走向。在此，电流形状应理解为交流电压的类型，例如矩形交流电压。在此，作用时长应理解为施加测试脉冲的时间段。
根据所涉及的套筒部分具有什么样的外直径以及什么样的质量，针对该套筒部分得出在所涉及的时间单位内的不同的电流消耗走向(以简化方式表达为)作为对测试脉冲的应答，即不同的(表征相应的套筒部分或相应的工具保持件的)时间/电流曲线，即(在相对于“冷的”工具保持件的“冷条件”下，见上文)其磁的/电的或数字的指纹。
针对所有的用于在缩箍设备上进行处理所考虑的工具保持件或套筒部分，对确定的时间单位内(由限定的测试脉冲产生的)电流消耗，即时间/电流曲线或数字指纹，进行测量并且以与工具保持件或套筒部分相关的方式将其存储在缩箍设备1中。
在此，时间/电流曲线还被“减少”为描述该时间/电流曲线的特征变量，这些特征变量在这个情况下是第一周期的极限值(EW)、面积(A)以及过零点(NL)的(时间)间隔(参见图3，在该图中标识)，这些特征变量同样以与工具保持件或套筒部分相关的方式被存储在缩箍设备1中。
图3和图4(S＝电流(电流强度或电压)；t＝时间)各自示例性地示出针对“冷的”工具保持件4的可能的(所施加的)测试脉冲(PI)和(测量出的)时间/电流曲线(ZSK)。如将图3和图4进行比较可以看出，根据图3的测试脉冲PI具有一个电压脉冲(SPI)(相比之下，根据图4的测试脉冲包含三个电压脉冲(SPI1/2/3))。
此外，随后还将确定的缩箍参数，例如加热过程的时间、缩箍/加热频率和加热/缩箍温度、以及电感变化参数和电阻变化参数(或与此相关的值)以与工具保持件或套筒部分相关的方式存储在缩箍设备1中。
在此，这个电感变化参数或电阻变化参数表达或描述了：与工具保持件或套筒部分相关地，电感随着确定的工具保持件或套筒部分的温度的变化。
(A2)借助于数字指纹识别要缩箍的工具保持件
现在如果(针对缩箍过程)将某个要缩箍的工具保持件4的某个套筒部分引入感应线圈1中(现在要识别出是哪个工具保持件4)，那么进而在开始对工具保持件4进行实际的感应式加热过程之前就将对应的测试脉冲施加到具有要识别的“冷的”工具保持件的感应线圈1上(“冷条件”)。
由此将现在获得的或测量出的时间/电流曲线再次“减少”为描述该时间/电流曲线的特征变量EW、A和NL，随后将这些特征变量进一步与(以与工具保持件或套筒部分相关的方式)所存储的特征变量进行比较，以便由此确定是哪个套筒部分或哪个工具保持件已经被引入到感应线圈中。
如果因此“识别”出要缩箍的工具保持件，那么尤其还确定其外直径和其缩箍参数(见上文)，随后根据该外直径和这些缩箍参数来进行实际的缩箍过程。
(B)(自动化的)缩箍过程(图5)
此外，在缩箍过程期间还测量针对工具保持件4的时间/电流曲线(参见图5)，根据该时间/电流曲线可以控制缩箍过程。
如图5展示的(或例如可以根据测量出的时间/电流曲线识别出的)，在缩箍过程中，首先根据针对这个工具保持件预先设定的(借助于数字指纹得出的)缩箍参数或首次加热时间(例如3至4秒)对引入感应线圈中的工具保持件或其套筒部分进行首次加热(ERW)。
在首次加热之后，缩箍过程短暂地中断(P1)，例如中断约0.5秒。
在中断开始时，对振荡电路SKS中的电容器单元进行完全充电。
在这之后，将与测试脉冲相同的控制脉冲(简称相等脉冲)施加到(具有经首次加热的工具保持件或其套筒部分的)感应线圈上，并且测量针对这个控制脉冲的时间/电流曲线(在图5中不可见)。
这个控制脉冲-时间/电流曲线进而被“减少”为描述该控制脉冲-时间/电流曲线的特征变量，即第一周期的极限值(EW)、面积(A)以及过零点(NL)的(时间)间隔。
根据控制脉冲的这些特征值或这些特征值中的至少一个特征值，例如面积(A)，来决定(在中断(P1)之后)是继续进行还是不继续进行针对引入的工具保持件或套筒部分的加热过程或缩箍过程。
为此，在使用所引入的工具保持件或套筒部分的电感变化参数或其预先设定的参数值(类似的情况还可以藉由电阻变化参数来执行)以及其测试脉冲的多个特征值或其至少一个特征值(例如测试脉冲的面积(A))的情况下，得出最大容许的电感变化(或电阻变化，见上文中类似的过程)，即多个容许的极限特征值或至少一个容许的极限特征值，例如通过以下方式：
所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)-(所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)*预先设定的电感变化参数值)。
将极限特征值与控制脉冲或控制脉冲的特征值(在此例如又是面积(A))进行比较，例如其方式为：
所引入的工具保持件的控制脉冲的面积A(或特征值)(<)或(＝)或(>)所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)-(所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)*预先设定的电感变化参数值)(“特征值比较”)。
如果控制脉冲的特征值与容许的极限特征值偏差了可预先设定的标准，那么就结束缩箍过程，例如
所引入的工具保持件的控制脉冲的面积A(或特征值)<或＝或>所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)-(所引入的工具保持件的测试脉冲的面积A(或特征值)*预先设定的电感变化参数值)(“中止标准”)。
否则，以下一个、第二(/另外的)缩箍阶段(NEW1(再加热1))，持续例如另一个1.5秒，继续进行缩箍过程(继续以已知的缩箍参数)。
随后，使缩箍过程第二次(重复地)进而中断(P2)约0.5秒，并且重复检验。即，进而实现对电容器单元充电、施加控制脉冲以及进行“特征值比较”(见上文)(“缩箍状态”-P1(检验)/NEW1，P2(检验)/NEW2，P3(检验)/NEW3等)。
现在，如果在这个第二缩箍阶段(NEW2)之后满足“中止标准”(见上文)，则中止。否则，根据上文的“缩箍状态”继续缩箍(P2(检验)/NEW2，P3(检验)/NEW3，参见图5)，直至满足“中止标准”。
图6展示了在缩箍设备中如何能够在仪器技术方面实现取决于电流/时间曲线的缩箍过程(参见(A)和(B)和(C))或其控制。
如图6所示，缩箍设备0的感应线圈1由电源100馈电，该功率源还产生测试脉冲以及控制脉冲。
测量仪器101位于感应线圈1的连接线路中的一个连接线路中，该测量仪器测量时间/电流曲线，并且该测量仪器可以涉及自身已知的结构类型的(电流)测量仪器。
随后，借助于控制单元110-根据所描述的过程((A)和(B)和(C))-于是基于测量出的电流/时间曲线对电源进行控制。
(C)自动化地得出频率(可选的)
下面将描述一种方法，借助于该方法例如(在上述缩箍过程中)可以自动化地得出适合的缩箍频率。
在此，适合的缩箍频率意味着以下缩箍频率，该缩箍频率“几乎”低于谐振频率、随着缩箍/加热频率接近于谐振频率而使加热的效率/高效性增加、但是在感应线圈结构单元中仍不存在任何使构件受到过载的危险，在以谐振频率运行时也是如此。
为此，在实际的缩箍过程开始之前，直接依次将另外的、以限定的方式预先设定的多个(适配)电流或适配脉冲(例如与测试脉冲和/或控制脉冲等同)以各自不同的频率施加到(具有引入的工具保持件或套筒部分的)感应线圈上。
再次测量这些(适配)电流或适配脉冲的时间/电流曲线，这些时间/电流曲线被减少为特征值并且对这些特征值进行比较。
如果例如在特征值“极限值(EW)”中反映加热的效率/高效性(即，极限值(EW)越大，加热就越有效率/越高效)，那么由此可以识别“最有效率/最高效的”(加热)频率，并且将这些频率假定为谐振频率。
于是，可以将几乎高于这个(假定为谐振频率的)“最有效率/最高效的”频率选择为针对缩箍过程要调节/要使用的缩箍/加热频率，并且可以根据这个频率来执行缩箍过程。
虽然已经通过优选实施例详细展示并说明了本发明，但本发明不受所公开的示例的限制，并且在不背离本发明保护范围的情况下可以推导出其他的变体。

Claims (19)

1.一种用于控制感应线圈结构单元的感应式加热过程的方法，该感应线圈结构单元具有引入该感应线圈结构单元的感应线圈中的工具保持件的套筒部分，
其特征在于，
-在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，在感应式加热过程开始之前就将以限定的方式预先设定的(测试)电流(测试脉冲)施加到该感应线圈上，针对该(测试)电流(测试脉冲)得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线，并且根据该(测试)电流的时间/电流曲线来识别所引入的套筒部分，
-针对引入该感应线圈中的套筒部分，基于该识别来规定加热参数，并且基于针对识别出的套筒部分所规定的加热参数开始该感应式加热过程，
-该感应式加热过程中断至少一次，在该中断期间，在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，再一次将以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)施加到该感应线圈上，并且针对该(控制)电流(控制脉冲)得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线，
-根据该(控制)电流的该另外的时间/电流曲线来决定是继续进行还是最终结束该加热过程。
2.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
该(测试)电流(测试脉冲)和/或该(控制)电流是根据电流大小、电流形状、频率和/或作用时长以限定的方式预先设定的。
3.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
该(测试)电流(测试脉冲)和/或该(控制)电流包括一个、两个或更多个(电流)脉冲。
4.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
该(测试)电流(测试脉冲)和该(控制)电流是等同的。
5.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
测量和/或使该(测试)电流和/或该(控制)电流的时间/电流曲线标准化，尤其是标准化为参考电网电压、尤其是德国的参考电网电压。
6.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
评估该(测试)电流和/或该(控制)电流的时间/电流曲线，其中在该评估时得出时间/电流曲线特征变量，根据该时间/电流曲线特征变量尤其推导出所引入的套筒部分的几何尺寸、尤其是外直径，或者推导出针对所引入的套筒部分的加热状态。
7.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
该时间/电流曲线特征变量是：时间/电流曲线的面积，幅度、尤其是幅度极限，过零点的数量和/或时间间隔，边缘陡度和/或切线，或者由此推导出的、尤其统计学地推导出的特征变量。
8.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
基于该识别所规定的加热参数是：该加热过程的时间和/或该加热过程的首次加热的时间，和/或缩箍/加热频率，和/或加热/缩箍温度，以及和/或电感变化参数和/或电阻变化参数。
9.根据至少前一权利要求所述的方法，
其特征在于，
该加热过程的首次加热的时间是该加热过程的时间的1/3至1/2。
10.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
在该加热过程中断期间，在施加另外的、以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)之前，在产生该另外的、以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)的结构单元中执行充电过程，其中在该充电过程中尤其对振荡电路的电容器进行充电。
11.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
多次中断该加热过程，其中在每次中断期间，在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，再一次将以限定的方式预先设定的该(控制)电流(控制脉冲)施加到该感应线圈上，针对该(控制)电流(控制脉冲)得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线，并且
根据该另外的时间/电流曲线来决定在相应的中断之后是继续进行还是最终结束该加热过程。
12.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
取决于该(测试)电流的时间/电流曲线的预先设定的变化来做出继续进行该加热过程的决定，其中尤其在使用电感变化参数的情况下确定该(测试)电流的时间/电流曲线的预先设定的变化。
13.根据至少前一权利要求所述的方法，
其特征在于，
该(测试)电流的时间/电流曲线的预先设定的变化描述工具保持件的套筒部分中电感和/或电阻的取决于温度的变化。
14.根据前述权利要求中至少一项所述的方法，
其特征在于，
在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，尤其在该感应式加热过程开始之前或开始之时就将另外的、以限定的方式预先设定的多个(适配)电流(适配脉冲)施加到该感应线圈上，针对这些(适配)电流(适配脉冲)得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线，并且根据这些(适配)电流的时间/电流曲线来规定缩箍/加热频率。
15.根据至少前一权利要求所述的方法，
其特征在于，
评估这些(适配)电流的时间/电流曲线，其中在对这些(适配)电流的时间/电流曲线进行评估时各自得出时间/电流曲线特征变量并且对这些时间/电流曲线特征变量进行比较。
16.一种用于执行根据以上方法权利要求中至少一项所述的方法的感应线圈结构单元，该感应线圈结构单元具有感应线圈，工具保持件的套筒部分能够被引入该感应线圈中，
其特征在于
-电路，借助于该电路能够产生该(测试)电流(测试脉冲)和该(控制)电流，以及
-控制单元，借助于该控制单元能够控制该感应线圈和该电路并且该控制单元被配置成使得：
-在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，在感应式加热过程开始之前就能够将以限定的方式预先设定的(测试)电流(测试脉冲)施加到该感应线圈上，针对该(测试)电流(测试脉冲)能够得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线，并且根据该(测试)电流的时间/电流曲线能够识别所引入的套筒部分，
-针对引入该感应线圈中的套筒部分，基于该识别能够规定加热参数，并且基于针对识别出的套筒部分所规定的加热参数能够开始该感应式加热过程，
-该感应式加热过程能够中断至少一次，在该中断期间，在该套筒部分被引入该感应线圈中的情况下，能够再一次将以限定的方式预先设定的(控制)电流(控制脉冲)施加到该感应线圈上，并且针对该(控制)电流(控制脉冲)能够得出针对引入该感应线圈中的套筒部分的另外的时间/电流曲线，
-根据该(控制)电流的另外的时间/电流曲线能够决定是继续进行还是最终结束该加热过程。
17.根据至少前一权利要求所述的感应线圈结构单元，
其特征在于
测量装置，借助于该测量装置能够测量针对能够引入该感应线圈中的套筒部分的时间/电流曲线。
18.根据至少前一权利要求所述的感应线圈结构单元，
其特征在于，
该测量装置是电流测量装置或电压测量装置，和/或该测量装置是被安装在该电路的输入电路和/或中间电路和/或输出电路中的。
19.根据前述权利要求中至少一项所述的感应线圈结构单元，
其特征在于，
该电路具有至少一个功率半导体结构元件，尤其是至少一个具有绝缘栅极电极(IGBT)的双极晶体管和/或金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
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