Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Device for induction heating
CS275610B6
Czechoslovakia
- Other languages
English - Inventor
Godfried Vanneste Michel Neirynck
Description
translated from
(57) Anotace :
Účelem zařízeni je vytvořit zdokonalené zařízení pro indukční ohřev většiho počtu paralelních drátů střídavým proudem vysokého kmitočtu. Dosahuje se to tim, že v přilehlých úsecích cívky, ve kterých je opačný 3měr proudu, se vytvoří navíc opačný směr vinuti.
275510 BS tn !>
CS 275610 Β6
Vynález se týká zařízeni pro indukční ohřev sestávajícího z cívky, která je rozdělena alespoň ve dva přilehlé cívkové úseky s opačným směrem proudu.
Často se vyskytuje potřeba ohřevu ocelových drátů na nízká nebo střední teploty. Příklady tepelného zpracováni jsou tepelné difúze, odstraněni pnutí, temperováni, částečná nebo úplné žíháni apod. Ohřev může být proveden odděleně nebo v lince e jinými operacemi, jako je úprava povrchu, povlékáni, přetvářeni apod. Předložený vynález se jmenovitě týká ohřevu ocelových drátů o průměru menším než 5 mm, zejména v rozmezí od 0,5 do 3 mm, na teploty, které nepřesahuji Curieovu teplotu (750 až 750 °C). Vynález však může být použit i pro jiné procesy. Pro účely výroby ja obecně žádoucí současný ohřev většího počtu drátů, které se pohybuji plynule v rovnoběžných drahách a vynález se zvláště vhodný pro tento způsob.
Obvyklá zařízeni pro současný ohřev většího počtu ocelových drátů obsahuji například palivem vyhřívané nebo elektrické pece, lázně roztaveného kovu nebo soli a ohřívací odporové linky využívající přímého elektrického dotyku k ohřevu drátů apod.
Působeni obvyklých pecí je omezeno s ohledem na přesné ohříváni drátů až na 750 °C vysokou rychlosti pro spíše pomalý přestup tepla v této oblasti od nízkých do středních teplot. Následkem toho jsou pro dosažení vysoké průchozí rychlosti drátů nutná velmi dlou hé pece, což představuje velmi nevýhodné řešení s hlediska technického i ekonomického. Ohřev přimým ponořením v roztavené soli nebo olovu Je naproti tomu rychlý a účinnější, avšak značnou nevýhodou zde představuje poškozeni povrchu drátu vyžadující zvláštní čistě ni, a také zhoršené pracovní podmínky.
Přímá elektrorezietivni zařízeni zavádějící ohřívací proud do drátů elektricky kontaktními kladkami byla v průmyslu použita pro rozličná použiti ohřevu drátů, S rostoucí rychlosti a hustotou energie však bylo zjištěno, že nebezpečí jiskřeni a poškozeni povrchu může být velmi kritické. Ve výrobě vysoce Jakostních a Jemných drátů Je to zcela nežádoucí.
Přijatelná řešeni představuji způsoby indukčního ohřevu, které dávají rychlý bezkontaktní ohřev. Indukční ohřev je v současnosti značně rozšířená technologie pro ohřev velkých kusů, například tyči před kováním nebo kusů určených k povrchovému kaleni. Jako čepů či ozubených kol apod. Tato technika byla již použita v některých zvláštních odvětvích výroby drátů, například pro odstraněni napětí v drátech a pásech pro předepjatý beton. Byla také použita při žihéni měděného drátu taženého na tažném stroji.
Indukční ohřev však není téměř užíván v zařízeních pro zpracováni množství drátů, například 5,10,20,30 i 40 a více drátů současně. Koncepce bezkontaktního indukčního ohřevu množství drátů byla dlouho považována ža technicky nepraktickou a/nebo příliš nákladnou na energii a investiční náklady, zvláště pro dráty velmi malých průměrů. Bylo usuzováno, že indukční ohřev je velmi nákladný z důvodu potřeby zvláštní indukční civky pro je· den každý drát a s ohledem na složitost připojeni všech indukčních cívek ke zdrojům proudu vhodného kmitočtu. Podobně vládne obecná víra a zkušenost, že elektrické a/nebo tepelná účinnost není úměrná při porovnáni indukčního ohřevu 8 Jinými způsoby ohřevu. V této souvislosti se věřilo, že indukční ohřev drátů malých průměrů js nejen vysoce neuspokojivý, ale může být i nemožný u drátů poď určitou mez průměru, například 1 až 1,5 mm.
Uvádi se, že tepelný příkon může být nižší než u obvyklých uspořádáni, ačkoliv v rámci vynálezu Je na praktických úrovních. To znamená, že doba potřebná pro ohřev vzroste. Vynález se zejména týká ohřevu plynule pohyblivých drátů a tedy ve srovnáni s obvyklým uspořádáním pro ohřev se požaduji větší délky cívek. To způsobuje další potenciální problém, který je třeba vyřešit.
Požadavky na ohřev se měni podle typu a průměru drátu a délka civky také závisí na rychlosti drátu, která může být například 10 až 100 m.min1 nebo vyšší. Bylo zjištěno, že to může vést na nepřijatelně vysoké rozdíly napětí indukované v celé délce drátu. Tento problém se normálně při indukčním ohřevu nevyskytuje, avšak v tomto zvláštním případě při použiti dlouhých cívek a kontinuálních linek na zpracováni drátu může napětí v podélném směru drátu dosáhnout i kritické hodnoty nad 50 V, čímž může dojit k jiskře ni mezi drátem a uzemněnými eoučástmi zařízení, například vodícími členy, navíjecími cívkami apod,, což může vést k nepřípustným poruchám povrchu drátu.
Soudi se, že hlavni příčinou nadměrné akumulace napětí podél drátu je, že vlivem rozteče závitů civky vzhledem k ose drátu se v tomto indukuje prostorové elektrické pole, které má mirný sklon vzhledem ke směru drátu. Toto pole může být rozloženo na velkou radiální složku a malou axiální složku, jejichž vektorový součet vytváří postupný růst napětí podél drátu.
Rozdělením indukční civky do cívkových úseků, ve kterých je opačný směr elektrického proudu. Jak je například uvedeno v patentovém epise FR-A-2 323 290, je způsoben vznik mrtvých mist v magnetickém poli způsobený vzájemným rušivým působením přilehlých koncových části cívkových úseků.
Předložený vynález si klade tudíž za úkol odstranit výše uvedenou nevýhodou známého stavu techniky.
Vynález řeší úkol tim, že vytváří zařízeni pro indukční ohřev sestávající z civky, která je rozdělena alespoň ve dva přilehlé cívková úseky s opačným směrem proudu, jehož podstata spočívá v tom, že přilehlá cívkové úseky máji také opačný směr vinuti.
□e třeba uvést, že záměna vinuti civky obecně má za následek změnu úhlu závitů vzhledem k ose civky.
3iný význam vynálezu se týká kongtrukce samotné indukční civky. 5ak bylo již uvedeno, vzduchová mezera mezi předmětem a cívkou má být minimální, to je podle vzorce /2/ poměr 0/d má být malý k dosaženi co největší účinnosti. To vytváří problémy při zpracování velkého počtu drátů. Použiti samostatné civky pro Jeden každý drát není hospodárné.
Na druhé straně umístěni množství drátů v jedné cívce má za následek velké hodnoty poměru 0/d a nerovnoměrné zpracováni jednotlivých drátů v závislosti na jejich poloze v cívce.
Vynález tudíž vytváří zařízeni pro indukční ohřev s cívkou pro umístěni většího množství protáhlých předmětů, jehož podstata spočívá v tom, že civka má obecně plochý průřez, ve kterém Jsou předměty uloženy v řadě. Přičný průřez civky má tedy tvar protáhlého obdélníka. Jehož konce jsou s výhodou zaobleny, □e možno uvážit, že dvě nebo tři řady předmětů by mohly dát přijatelné výsledky, nejvýhodnějši je však uspořádáni pouze s jednou řadou. Plošná řada rovnoběžných drátů nebo jiných předmětů Je těsně obklopena závity v podstatě ploché civky. Závity civky jsou s výhodou ploché a jsou například vytvořeny z pásů mědi.
Zatímco teoretická vzorce uvedené výše odpovídají případu jednoho předmětu značné tlouštky obklopeného válcovou cívkou, výhody rozličných opatřeni předloženého vynálezu zůstávají zachovány při použiti ploché civky a řady stejných předmětů malého průřezu, například drátů.
Zvláště výhodné uspořádáni zahrnuje použiti vodičů k odděleni jednotlivých drátů a jejich vedení v cívce. Takové vodiče mohou být ve tvaru otevřených kanálů apod. a mohou být spojité nebo přerušované. Výhodné však je, když vodiče jsou ve tvaru rovnoběžných spojitých trubek.
Vodiče jsou s výhodou elektricky izolující a mohou být vytvořeny z keramického nebo jiného žáruvzdorného materiálu.
Přiklad provedeni vynálezu je znázorněn na připojeném výkresu, kde obr. 1 je půdorys obecného uspořádáni zařízeni pro indukční ohřev zahrnující indukční cívku pro množství drátů připojenou ke generátoru středního kmitočtu, obr. 2 je příčný řez podle čáry A-A indukční cívkou z obr. 1, kreslený ve větším měřítku, obr. 3 je přičný řez podle čáry B-B z obr. 2 znázorňující výhodné provedeni vinutí civky v podélném směru drátu, kreslený ve větším měřítku, obr. 4 je jiné výhodné provedeni konstrukce vinuti civky, obr. 5a a 5b znázorňuji podrobnější pohled na specifické provedeni indukční civky pro množstvi drátů se závity z měděného pásu a s připojenými měděnými chladicími trubkami, obr. 6 je schematický obraz výhodného provedeni linky pro indukční ohřev s modulovým stavebním blokem se řadou stejných induktorů pro množstvi drátů připojených paralelně ke zdroji, obr. 7a je grafické znázorněni pracovního režimu, magnetického napětí a permeability, při způsobu podle předloženého vynálezu ve srovnáni s obvyklou praxi, obr. 7b znázorňuje zejména na3 měřené hodnoty relativní permeability >ir v závislosti na magnetickém napětí v A.m1, obr. 8 znázorňuje rozličné možnosti sériového spojeni indukčních cívek k ovládání podélného napětí vytvořeného ve směru drátu, obr. 9 znázorňuje rozličné způsoby paralelního uspořádáni indukčních cívek k minimalizaci podélného napět! vytvořeného ve směru drátů, obr. 10 znázorňuje indukční ohřívací blok ae zlepšeným způsobem připojeni zdroje proudu a obr. 11 znázorňuje zvláětni uspořádáni ohřívací linky umožňující ohřev a smáčeni (11a) a ohřev nad Curieovu teplotu (lib).
V obr. 1 je znázorněno obecné uspořádáni soustavy pro indukční ohřev s indukční cívkou 1 pro množství drátů napájenou proudem středního nebo vysokého kmitočtu z generátoru 2. Elektrické siř generátoru 2 normálně zahrnuje síťový transformátor Tr a trojfázový tyristorový můstkový usměrňovač Rf·, nárazové tlumivky CH, tyri9torový střidač Thi Th4 řízeného kmitočtu a baterii kondenzátorů C ke kompenzaci impedance zátěže v závislosti na elektrických charakteristikách generátoru.
Rada drátů W probíhá plynule plochou indukční civkou 1, a každý drát je veden samostatným tepelně i elektricky izolujícím vodičem 3. Vodiče 3. jsou přednostně keramické trubky vhodného příčného průřezu a jsou uspořádány v jedné ploché řadě obklopené závity 4 indukční cívky _1. Pro kulaté dráty se normálně používá válcových trubek, zatímco pro profilové dráty, například ploché, může být použito trubek obdélníkového průřezu. Závity 4 indukční cívky 1 jsou vytvářeny z pevného vysoce vodivého měděného drátu, lana nebo pásu a ve vnější konstrukci indukční cívky _1 je uložen vhodný ochlazovaci prostředek, například vodní plášř oddělený od vnitřku indukční cívky 1^ a v přímém styku se závity 4, nebo trubkové měděné závity s vnitřním vodním chlazením.
Obr, 2 znázorňuje příčný řez kolmý ke směru drátů plochou indukční civkou 1^ pro množství drátů W a ukazuje jasně umístěni závitů 4, keramických trubek 3 a drátů W.
Obr. 3 a 4 ukazuji dalěi detaily v řezu indukční civkou 1 podle čáry B-B z obr. 2 a procházejícím osou drátů W. V obr, 3 je znázorněno uspořádáni, ve kterém závity indukční cívky jsou z tuhého měděného pásu 5, který je chlazen vodou protékající spojitou měděnou trubkou E5 připájenou na vnější povrch závitů. Tento typ měděných závitů umožňuje vyrábět velmi ploché indukční civky 1, s vnitřní dutinou o výšce pod 20 mm.
Obr. 4 znázorňuje indukční cívku z vodou chlazených měděných trubek 7, které máji s výhodou oválný průřez, ploše zaoblený nebo zploštělý příčný řez, aby Js bylo možno navinout na malé výšky těsně na vnější povrch řady vodičů zpracovávaných drátů W. Při konstrukci a užíváni indukčních cívek je důležité vytvořit výšku indukční civky co možno těsně k vnitřním vodicím trubkám a udržovat tuto výšku stálou v příčném i podélném směru civky během provozu.
Z mnohých možnosti výroby indukční civky .1 pro množství drátů je možné zvolit tento způeob. Nejprve se měděný vodič navine na trn vhodných rozměrů k vytvořeni indukční civky s požadovanou geometrii, výškou, šířkou, délkou a počtem závitů na jednotku délky. Cívka se zbaví napětí, aby zachovávala stabilitu tvaru a povleče se polymerem nebo jiným materiálem pro odisolováni jednotlivých závitů, například ae šroubovice civky napne jako pružina a ponoří se do vhodného laku, ošetři, usuší a uvolni. Potom se surová cívka opatři vhodným mechanickým fixačním orgánem a elektrickými přípojkami a chladicí armaturou. Alternativně mohou být závity civky trvale stabilizovány tuhou hmotou, například zalitím epoxidem apod.ve formě, popřípadě zalitím do vláknitého cementového materiálu.
Vnitřní dutina dokončené indukční civky j. ae opatři předepsaným množstvím vhodných vodicích kanálů, které mohou být vytvořeny ve formě drážkované žáruvzdorné desky nebo vložky s dutinami, v daném případě je použito množství keramických trubek 3 pro oddělené vedeni každého drátu indukční civkou _1.
Mezi keramickými trubkami 3 a měděnými závity může být též uložena zvláštní tepelně izolační vrstva, například list slídy, žáruvzdorná vláknitá rohož spod., pro dalši sníženi přestupu teplá z drátů W do závitů indukční civky 1. Tato vrstva také zvyšuje bezpečnost soustavy v případě náhlé poruchy trubkového vodiče a zamezuje nebezpečí přímého styku drátu W s indukční civkou 1.
CS 275610 BS
Keramické trubky uložené v ploché obdélníkové dutině indukční civky mající výšku o několik mm větši než je průměr trubek. Jsou upevněny u vstupu i výstupu indukční civky 1 vhodnými stahovacími prostředky. 3e-li celková délka ohřevu složena z množství oddělených přilehlých cívkových modulů, mohou být keramické trubky bud spojité přes celou dráhu ohřevu nebo mit rozsah pouze přes Jeden cívkový blok a být spojeny se sousedním modulem vhodnými přírubami. Výhodou tohoto druhého uspořádáni je, že porušená trubka nebo/a vadná cívka se snadno a rychle odstraní a nahradí novou.
Obr. 5 znázorňuje podrobněji indukční cívku rozdělenou ve dva oddíly spojené do série a mající opačný směr vinuti se změnou směru ve středu j3 indukční cívky 1. V tomto uspořádání jsou závity vytvořeny z měděného pásu £ opatřeného připájenou chladicí trubkou 6, která Je podrobněji znázorněna v příčném řezu v obr. 5b, Tato civka má dólku.lási
2,4 m a má 37 závitů z měděného pásu 2 mm x 55 mm. Výška vnitřní dutiny civky je 20 až 22 mm, šířka 60 cm a Je v ni uloženo 36 keramických trubek o vnějším průměru 15 mm a tlouštca stěny 2 mm. To znamená, že vzdálenost drátů W Je asi 15 mm. Při použití tenčích trubek může být vzdálenost drátů W zmenšena ke zvýšeni činitele plněni indukční cívky.
Ve výrobní lince však nejmenši dosažitelná vzdálenost také závisi na praktických okolnostech, Jako Je taženi drátů velmi malými otvory, což by mohlo vést ke přetrženi drátů, dostupnost trubek malých průměrů, možnost zapleteni drátů apod. Oe-li proces indukčního ohřevu zabudován do výrobní linky drátů, může být vzdálenost mezi dráty také podmíněna předchozími nebo následnými operacemi po indukčním ohřevu.
V obr, 6 Je znázorněna linka pro indukční ohřev množství drátů, zahrnující řadu oddělených cívkových bloků 1/, z nichž každý obsahuje konstrukci indukční cívky pro množství drátů. Civka je vytvořena z trubkových měděných závitů 7 oválného tvaru, má 36 závitů o šířce asi 10 mm, jak je znázorněno v obr. 6a. Závity civky jsou odděleny od keramických trubek tepelně isolačni vrstvou 10 o tlouštce několik mm. V obr. 6b jsou cívkové bloky 1' připojeny paralelně ke zdroji dvěma paralelními sběrnicemi 9. Toto uspořádáni je velmi výhodné pro udržováni užitečné kapacity generátoru na vysoké úrovni vzhledem k instalovanému výkonu, protože lohaické i induktivní úbytky napětí na sběrnicích £ a indukčních cívkách mohou být udržovány nízké ve srovnáni se sériově zapojenými civkovými bloky tvořícími podstatně delší proudové napáječi linky.
Obr. 7a znázorňuje závislost relativní magnetické permeability /i v závislosti na magnetickém napětí H na základě magnetických měření provedených na několika typech drátů W, přičemž pásmo A se týká neslitinových ocelových drátů s nízkým i vysokým obsahem uhliku, křivka 8 se týká drátu ferritického z oceli s vysokým obsahem chrómu. Zvolené pracovní pásmo odpovídá hodnotám relativní magnetické permeability vyšším než až 50, přednostně než 80 a nejlépe od 100 do 200. K dosažení těchto podmínek je třeba, aby uspořádáni závitů indukční civky a budicí proud byly uzpůsobeny k pokryti širokého pracovního rozsahu od 3000 do 35000 A.nT''', výhodně od 5000 do 20000 A.m-'*·, □e třeba poznamenat, že pro hodnoty asi nad 200 rychlá změna >ir při změně H může způsobit nežádoucí kolísáni pracovních podmínek.
Tento přístup značně závisi na pracovním rozsahu těsně přiléhajícím k saturačni magnetizaci Ηθ, kdy ,ur dosahuje hodnot hluboko pod 40, obvykle 10 až 20, což nastává při normálním indukčním ohřevu podle známého stavu techniky, jak je uvedeno v obr. 7b.
Při použiti plochých indukčních cívek pro množství drátů a při použiti výšs popsaných energetických podmínek je možno získat účinnosti indukční civky od 60 do 90 % v závislosti na průměru drátů, typicky od 70 do 85 % pro dráty o průměrech 0,75 až 2 mm pří kmitočtech generátoru od 8000 do 25000 Hz. Celkové skutečné účinnosti, které také závisí na skutečné účinnosti generátoru a jeho účinnosti v závislosti na zátěži byly ve všech pokusech vyšší než 50 % a ve většině praktických výrobních situaci byla celková energetická účinnost soustavy od 60 do 75 %, což jsou překvapivě vysoké hodnoty pro zmíněné průměry drátů.
Obr. 8 znázorňuje rozličná uspořádáni indukční civky pro sníženi vyvíjeného napětí, kde bu3 spojitá dlouhá cívka je rozdělena alespoň ve dva oddíly, která jsou navinuty v opačných smyslech podle obr. 8a, nebo je celková délka ohřevu složena z proměnlivého počtu sériově zapojených oddělených cívkových bloků podle obr. 8b-e vinutých bud v opačných směrech a majících stejný okamžitý směr proudu podle obr. 8b, nebo připojených ke zdroji tak, že směr proudu je v některých cívkových blocích vyměněn podle obr, 8c-e.
Cívkový blok může být také vyměněn podle směru vinuti. V obr. 8 je směr proudu v některém okamžiku vyznačen šipkou i,
Jiné uspořádání Je znázorněno v obr. 9, který znázorňuje zařízení pro indukční ohřev rozdělené v řadu cívkových oddílů nebo v oddělené cívkové moduly, které jsou spojeny paralelně ke zdroji, čímž se sníží napětí vyvíjené podél drátů bud záměnou směru proudu nebo směru vinutí nebo oběma způsoby.
Obr. 9a a 9b znázorňují indukční cívku rozdělenou ve dva oddíly s centrálním připojením zdroje, bud se stejnými závity podle obr. 9a nebo s protilehlými závity podle obr.
9b. šipka i ukazuje okamžitý směr proudu. V koncepci s modulárními stavebními bloky podle obr.9 c-d-e může být směr proudu měněn od bloku k bloku podle obr. 9c nebo od skupiny bloků ke skupině bloků podle obr. 9d při udrženi stejného směru vinuti v cívkovém bloku, nebo může být provedena záměna směru vinuti i směru proudu podle obr. 9e, který znázorňuje uspořádáni, ve kterém směr proudu i vinuti jsou vyměněny zároveň mezi dvěma přilehlými cívkovými bloky.
Nejvýhodnější provedeni z příkladů znázorněných v obr. 8 a 9 jsou uspořádáni s mnoha cívkami, u kterých se současně mění směr vinuti i směr proudu. Tímto opatřením se účinně potlačí rozdíly napětí mezi dráty a uzemněnými součástmi zařízeni až na zanedbatelně malé hodnoty od 1 do 5 V a podstatně se sníží i místní rozdíly napětí v délce ohřevu. Navíc všechny ampérzávity následných cívek zůstávají aktivní, protože výměnné uspořádáni také vylučuje negativní vzájemné působení mezi dvěma přilehlými cívkami, které by jinak snižovalo účinnou kapacitu ohřevu ohřívací linky.
V obr. 10 je znázorněno přednostní uspořádání stavebního bloku s mnoha cívkami zapojenými paralelně přídavně zlepšené tím, že přívod proudu je uskutečněn novou konstrukci sběrnice sestávající ze dvou paralelních tyčových vodičů vhodného tvaru, například s profilem U nebo L uspořádaných v těsné blízkosti, maximálně 2 mm a oddělených tenkou vrstvou izolace, například ve tvaru třívrstvé složené tyče. Toto uspořádáni přívodu proudu je překvapivě dobré v tom, že značně zamezuje nežádoucí pokles napětí, nejen snížením vzdálenosti zdroje proudu a příslušného ohmického úbytku napětí, avšak zejména potlačením nebo kompenzaci účinků induktivního pole podél sběrnic nebo/a mezi zdrojem a cívkami.
Výhodné uspořádáni znázorněné v obr. 10 Je linka pro indukční ohřev koncepce s modulárními stavebními bloky, sestávajíc! ze sledu cívek 1' pro množství drátů připojených paralelně ke zdroji, s výměnou směru proudu mezi cívkami, ve kterém zlepšená konstrukce sběrnic zahrnuje dva rovnoběžné vodiče 11 profilu U s izolační vloženou vrstvou 12. Přídavná výhoda konstrukce sběrnic spočívá v tom, že dovoluje rychlé a jednoduché připojení nebo výměnu standartních cívkových bloků.
V obr. 11 jsou znázorněna dvě přídavná uspořádáni pro indukční ohřev navržená pro zvláštní tepelné zpracováni. Obr. 11a znázorňuje ohřívací linku pro ohřev a smáčeni, sestávající z první sady cívek s impedanci 21 a ze druhé sady cívek s odlišnou impedancí Z2, se všemi cívkami přednostně připojenými paralelně ke stejnému generátoru. Impedance 22 Je uzpůsobena k udržování teplotní hladiny dosažené po rychlém lineárním ohřevu cívkami Zl. Osou proveditelné i jiné teplotní průběhy. V obr. 11b Je znázorněno výhodné uspořádáni pro současný ohřev množství ocelových drátů nad Curieův bod. Ohřívací linka sestává ze středofrekventni části tvořené cívkami Cl připojenými ke generátoru G1 a z vysokofrekventni části C2-G2. Oak Je schematicky znázorněno v připojených diagramech ohřevu, Je účinný ohřev na vysokou teplotu možný za předpokladu, že je k dosaženi generátor s vysokou frekvenci dostatečného výkonu a větší část celkového ohřevu až na teplotu 760 °C se provede při optimální elektrické účinnosti.
Oále je zřejmé, že zařízeni pro indukční ohřev množství drátů opatřené jednotlivými keramickými trubkovými kanály umožňuje použiti jakékoli ochranné atmosféry. Spotřeba
CS 275510 BS plynu může být udržována nízkou vzhledem k malému průměru trubek a objemu přiváděného plynu.
Vynález bude nyní podrobněji vysvětlen na příkladech, které vysvětluji praktické výhody zařízení i způsobu indukčního ohřevu množství drátů.
Přiklad 1
Indukční civka pro množství drátů o celkové délce 4,6 m je použita pro současný indukční ohřev 36 ocelových drátů o průměru 1,20 mm. Indukční cívka podobná cívce znázorněné v obr.5 je navinuta z měděného pásu 100 x 2 mm chlazeného vodou v měděné trubce průměru 10 mm připájenó na vnější povrch závitů pásu a má vnitřni dutinu o výšce 22 mm a šířce 560 mm. Obsahuje 36 keramických trubek uspořádaných rovnoběžně v jedné rovině pro vedeni jednotlivých drátů. Indukční cívka je rozdělena ve dvě části, z nichž každá má 17 závitů, v jedné části levotočivých, ve druhé pravotočivých, K cívce je připojen generátor o výkonu 200 kW a kmitočtu 10 kHz. Všechny dráty mohou být rovnoměrně ohřívány až na teplotu 700 °C a při rychlostech nad 50 m.min’1. V jednom praktickém využiti bylo toto zařízeni pro indukční ohřev použito v lince se zařizenim pro patentováni a pro elektrogalvanizační proces k provádění termodifuze na ocelovém drátu s povlakem z mědi a zinku při rovnoměrné rychlosti asi 40 m.min”1.
Podmínky ohřevu byly tyto:
-1
Magnetické napěti: (14 až 15) x 10 A.m
Relativní magnetická permeabilita: jup = 95 až 100
Teplo rozptýlené v drátech: 70 kw
Očinnost generátoru: 90,2 %
Účinnost indukční cívky: 65 až 72 %
Celková účinnost ohřevu: 60 až 64 %
Střední teplota drátů: 596 °C
Standartni odchylka: 14 °C, tj. rozptyl teploty u jednotlivých drátů s ohledem na jejich různou polohu uvnitř indukční cívky a jako následek nepatrných odchylek vlhkosti povrchu drátů po elektrickém povlékáni, oplachováni a sušeni.
Maximální rozdíl'napěti v podélném směru drátů mezi vstupním i výstupním koncem: 32 V Napětí mezi dráty a uzemněnými vodícími kladkami: 26 až 29 V.
Příklad 2
Bylo navrženo zařízeni pro indukční ohřev množství drátů v počtu 40 na teplotu 700 °C. Zařízení obsahuje dvě indukční cívky o délce 2,4 m a šířce 0,62 m. Každá cívka má 37 závitů z tuhého měděného pásu o průřezu 55 x 2 mm opatřeného měděnou trubkou pro vodní chlazení a má vnitřni dutinu o výšce 20 mm, ve které je 40 keramických trubek o vnějším průměru 14 mm, vnitřním průměru 10 mm. Obě cívky jsou připojeny každá ke generátoru o výkonu 80 kW a kmitočtu 25 kHz. 37 závitů Je rozděleno na 18 levotočivých a 18 pravotočivých. Toto zařízeni bylo užito ke zpracováni 40 drátů o průměru od 0,7 do
1,4 mm při rychlosti od 35 do 65 m.min”1, Při prováděni termodifuze na předem povlečených a patentovaných drátech byly tyto pracovní podmínky;
Dráty obsahovaly 0,70 % hmotnosti uhlíku a měly průměr 1,04 mm
Rychlost drátů: 48 m.min”1
Magnetické napěti: 8500 až 9000 A.m“1
Relativní magnetická permeabilita drátů: = 140 až 160
Pracovní kmitočet: 20600 Hz
Výsledky ohřevu:
Teplo rozptýlené v drátech: 66 kw (pro oba generátory)
Očinnost indukční cívky: 70 až 76 %
Celková tepelná účinnost: 58 až 67 %
Střední teplota drátů: 585 °C
Střední rozptyl teplot 40 drátů: 12,3 °C
Maximální rozdíl napěti mezi vstupem a výstupem drátů: 17 V
CS 275610 86
Maximální napětí mezi dráty a uzemněnými vodícími prostředky: 15,2 V
Přiklad 3
V tomto přikladu se ukazuje užitečnost soustavy pro indukční ohřev množství drátů pro temperováni martenzitických ocelových drátů kalených v oleji, zvláště plochých drátů o průřezu 5x1 mm. Pro tento účel byl navržen indukční stavební blok o délce 2 m, sestávající ze čtyř cívek o délce 0,50 m v sérii, z nichž každá má 50 závitů z měděné trubky.
Cívky byly připojeny ke generátoru o výkonu 40 kW a kmitočtu 25 kHz. V dutině cívek bylo umístěno 10 keramických vedeni obdélníkového průřezu 16 x 10 mm o tlouštce stěn 2 mm. Každým vedenim procházel jeden drát. Profilové dráty byly temperovány při teplotě 480 °C při rychlosti od 10 do 25 m.min1. Střední rozptyl teplot drátů byl menši než 10 °C.
Tato soustava, která nahrazuje obvyklou temperačni lázeň roztaveného olova, je zejména výhodná v tom, že je kompaktní a prostá znečištěni pracovního prostředí jakož i znečistění drátů olovem, které může zhoršovat jakost povrchu drátů. Také celková spotřeba energie je podstatně nižší, rozptyl tepla do okolí je zanedbatelný, soustava je kompaktní a má nulovou tepelnou kapacitu apod.
Aby byla ukázána mnohostranná použitelnost indukční cívky pro množství drátů opatře né plochými trubkovými keramickými vodiči, byl zkoušen indukční ohřev množství pramenů, z nichž každý sestává z 10 drátů tlouštky 0,5 mm držených ve spojeni lepidlem. Zkouška ukázala, že byo dokonale možno prameny drátů sušit a vypalovat při stálé teplotě od 200 do 300 °C a při vysokých rychlostech až do 300 m.min“1. Energetická účinnost byla 55 až 70 %, účinnost indukční cívky až 80 %, podle typu generátoru a zátěže.
Přiklad 4
V tomto přikladu se ukazuje mnohostranná použitelnost indukčních cívek pro množství drátů s ohledem na různá použití ohřevu. Pro výrobu požadovaných indukčních civek pro množství drátů byly použity rozličné materiály na závity.
V první sérii zkoušek bylo vytvořeno zařízení pro indukční ohřev 10 drátů s jednou nebo několika indukčními cívkami o délce od 1 do 2 m. Ocelové dráty o průměrech od 0,5 do 2 mm byly ohřívány na různé teploty pod 750 °C. Průchozí rychlost drátů byla měněna od 20 do 100 m.min“1.
Byly použity dva typy generátorů, 40 kW - 25 kHž a 80 kW - 10 kHz. Výška dutiny indukční cívky byla 22 mm a byla v ní umiatěna jedna řada keramických trubek o průměru 15 mm.
Byly zkoušeny tyto typy vodičů na závity indukčních civek:
pevný měděný pás 20 x 2 mm, vrstvená měděná folie, 10 vrstev rozměrů 20 x 0,2 mm, měděný kabel 7 x 4 x 0,30 mm, měděný pás 55 x 2 mm s vnější chladicí trubkou a zploštěná měděná trubka 10 x 6 mm. Objemová hustota energie Q, to je celkové teplo rozptýlené ve drátech dělené počtem drátů, délkou civky a průřezem drátů bylo měněno od 0,3 do 3 kw.m”1.
_2 mm a byly porovnávány skutečné účinnosti ohřevu vypočtené z příkonu dodávaného zdrojem a ze ztrát v indukční civce a v generátoru měřených tepelným obsahem chladicí vody.
Obecné závěry z těchto zkoušek jsou tyto:
a) indukční cívky pro množství drátů umožňuji provádět rychlý ohřev drátů od středních do malých průměrů při dobré celkové energetické účinnosti. Podle průměru drátů, rychlosti, přiváděné hustoty energie a typu generátoru jsou celkové účinnosti v rozmezí od do 75 %.
b) Účinnosti indukčních civek jsou vyšší než 65 % a v mnohých připadech od 70 do 85 %, nejnižši hodnota platí pro největší hustotu energie 3 kW. m 1,mm
c) Pro nejvyšši rychlosti drátů dovoluji zlepšené konstrukce indukčních civek s optimální délkou a počtem závitů na 1 m k dosaženi optimální hustoty energie zvýšit účinnost indukčních cívek o 5 až 15 %.
d) TYP generátoru, zejména účinnost generátoru jako funkce zátěže, jsou významné k dosaženi zvýšené celkové účinnosti.
e) Oe možno bez obtíži použít rychlosti drátů od 150 do 250 m.min“1.
f) Maximální hodnota rychlosti drátů v zařízení pro indukční ohřev množství drátů může být principielně zvýšena až nad 500 m.min”^ vždy při uspokojivé účinnosti ohřevu, když se zvětší celková délka modulárního stavebního bloku přidáním dalších cívkových modulů se všemi cívkami připojenými paralelně ke zdroji proudu sestávajícím z jednoho nebo několika generátorů dostatečného výkonu.
Příklad 5
V tomto příkladu, který se také vztahuje k obr, 8 a 9, bylo vytvořeno velké množství uspořádáni cívek za účelem řízeni axiálně indukovaného napětí vyvíjeného v pohyblivých drétech. Byla zvolena délka ohřevu 4,5 až 5 m a osazena bud spojitými cívkami, dělenými cívkami nebo modulárními cívkovými bloky bud sériově nebo paralelně připojenými ke zdroji, přičemž byla provedena výměna směru vinuti a/nebo směru proudu. Neočekávaným výsledkem těchto opatřeni byla skutečnost, že směr proudu v cívkovém dílu nebo cívkovém bloku má poměrně vyšší účinek a význam v řízeni a kompenzaci indukovaného napětí v podélném směru drátu než změna směru magnetického toku použitím vinuti opačných směrů. Podle teorie by obě opatření měla mit stejný účinek. Nicméně bylo pozorováno, že při výměně směru proudu mezi dvěma díly cívky nebo dvěma přilehlými cívkovými bloky se celková kapacita ohřevu sníži ná významný rozsah. Nejvýhodnější uspořádáni, které bylo zjištěno jako překvapivě účinné v praxi při užití sledu přemístitelných cívkových bloků připojených paralelně ke zdroji, spočívá v současné výměně směru proudu i směru vinutí.
Některé typické výsledky jsou uvedeny níže:
Typ cívky celkové délky 4,5 až 5 m Napětí
A B
| 1) | Spojitá civka | až | 80 | V | 50 | až | 70 | V | |
| 2) | Rozdělená cívka s levotočivou a pravotočivou Části | 33 | V | 24 | až | 29 | V | ||
| 3) | dvě rozdělené civky podle 2) | 20 | V | 14 | až | 16 | v | ||
| 4) | 4 civky: výměna vinuti | 30 | až | 48 | v | 5 | až | 15 | v |
| 5) | jako 4) s jednou výměnou proudu | 16 | až | 20 | v | 1. | 9 až | 9 | v |
| 6) | jako 4) se třemi výměnami proudu | 12 | až | 16 | V | 1. | 8 až | 2, | ,5 V |
| 7) | 10 cívkových bloků se stejným směrem vinuti, výměna proudu mezi pátou a Šestou cívkou | 20 | až | 30 | v | 2 až | 5 | V | |
| θ) | výměna směru proudu i vinuti ve všech cívkách | 2 | až | 9 \ | r | 0 až | 1 | V |
V připadech 1) až 6) cívky spojené sériově, v případech 7) a 8) spojeny paralelně.
A je maximální rozdíl napětí v délce ohřevu
B Je skutečné měřené napět! mezi ohřátými dráty vystupujícími z indukční civky a uzemněným navíjecím zařízením.
Oe zřejmé, že je možné mnoho obměn, například pokud jde o volbu nejvýhodnějši geometrie indukční civky, její dutiny a konfigurace pracovní dráhy apod, pro dané použiti. Kromě toho výše popsané indukční soustavy mohou být opatřeny vhodnými čidly teploty a vhodnými přistroj! pro regulaci proudu pro vytvářeni automaticky řízených průběhů teplo ty ve zpracovávaných předmětech, například programovatelného teplotního průběhu ohřevu.
Ačkoliv tato uspořádáni se především týkala tenkých drátů, zařizeni a způsob mohou být použity i pro mnohem tlustší dráty, například od 3 do 6 mm průměru nebo více. Jakož i pro neželezné, například měděné dráty, dráty z nerezové oceli nebo profilové dráty nekruhového průřezu. Přídavně je možný i ohřev na vysoké teploty, například nad Curieovým bodem v případě, že železité materiály se stanou nemagnetlckýml, Konfigurace indukčních civek a kmitočet máji být přizpůsobeny pro každý specifický účel.
Majice na zřeteli rozličné aspekty a výhody výhodného vytvoření vynálezu, bez omezeni jeho širších aspektů, zařizeni umožňuje ohřev množství předmětů, kde každý předmět je vystaven stejnému průběhu ohřevu podél Jeho délky a Je veden po určené isolované dráze zařízením, přičemž jednotlivé dráhy Jsou uspořádány tak, že tvoři pravidelnou řadu přímých a rovnoběžných kanálů uložených v dutině společné indukční cívky a obklopených jejími závity.
Kromě toho, že zařízeni je energeticky účinné a schopné rovnoměrného, účinného a hospodárného ohřevu až do vysokých rychlosti drátu a k malým průměrům drátu, umožňuje stejný ohřev každého jednotlivého drátu na přijatelný průběh ohřevu, vylučuje nutnost zastaveni celé linky v případě náhodného přetrženi některého drátu, a to i při zvýěených rychlostech drátů, a zamezuje vznik chyb povrchu drátů, například známek dotyku nebo jiskření.
Výhodné zařízení pro indukčni ohřev Je opatřeno vhodnými prostředky pro napájeni indukční cívky regulovatelným proudem žádaného kmitočtu a dále obsahuje vhodné prostředky pro vedení množství předmětů při stejné rychlosti podél jejich navzájem rovnoběžných drah vedených k indukčním civkám a těmito cívkami, zařízeni je opatřeno plochým ohřívacím ústrojím sestávajícím z jedné nebo několika indukčních cívek uspořádaných vedle sebe v podélném směru drátů a vytvářejících ohřívací dutinu přizpůsobitelné délky a plochého obdélníkového průřezu, a v této dutině probíhají všechny pracovní dráhy. Pracovní dráhy jsou uspořádány v jedné nebo několika vodorovných řadách těsně vedle sebe umístěných izolačních kanálů, kterými jsou kovové předměty jednotlivě vedeny a v jejichž délce jsou tyto předměty ohřátý na předepsanou teplotu.
Podle jiného význaku výhodné provedeni zařízeni obsahuje ploché zařízeni pro ohřev kovových drátů, zejména pro současný ohřev množství železných drátů, například na teplotu nepřesahující Curieův bod, například 750 °C, přičemž dráty jsou vedeny jednotlivě stejnými žáruvzdornými kanály uloženými v dutině ohřívacího zařízení, s výhodou-v jedné vrstvě, přičemž tyto kanály máji rozsah přes celou délku indukčních cívek. Podle zvláštního návrhu indukční cívky pro množství drátů mohou být kanály ve tvaru keramické vložky s mnoha otvory, nejvýhodněji ve tvaru jednotlivých vyměnitelných keramických trubek vhodného průřezu uspořádaných v kompaktní jednovrstvové konfiguraci těsně obklopené závity indukčni cívky.
Podle dalšího význaku má výhodné zařízeni zlepšenousoustavu indukčních cívek pro současný ohřev množství stejných drátů s vysokou energetickou účinností přesahující 50 % a zvýšenou kapacitou drátů pro ohřev 40 i vice drátů současně při rychlostech od 10 do více než 100 m.min1 podle typu drátů a procesu, kterážto soustava může být tvořena jednou spojitě navinutou cívkou žádané délky nebo množstvím oddělených cívkových modulů vytvořených jako vyměnitelné bloky a s menši délkou a uspořádaných vedle sebe v řadě v tak zvaném konceptu stavebních bloků a elektricky spojených v sérií nebo paralelně k vytvoření ohřívací dráhy pro množství drátů v libovolné žádané délce k umožněni progresivního přívodu energie a účinného ohřevu při libovolné žádané rychlosti a dále volbou optimální kombinace parametrů cívky a přívodu energie, proudové hustoty a kmitočtu umožnit dosažení energetické účinnosti a průchodu drátů vysoko nad hodnotami dosahovanými způsoby indukčního ohřevu drátů podle známého stavu techniky. Cívka nebo konstrukce cívkového modulu může být vytvořena ve formě Integrovaného předem sestaveného stavebního bloku obsahujícího všechny elektrické a ochlazovaci přípojky a majícího izolované závity cívky ztuženy v elektricky nevodivé licí hmotě nebo jinými vhodnými mechanickými prostředky tak, aby v provozu byla udržována stálá výška dutiny indukčni cívky, ve které je uloženo množství vyměnitelných keramických trubek pro vedeni jednotlivých drátů v rovnoběžných přímých drahách od vstupu k výstupu, přičemž trubky mohou mit nepřerušený rozsah přes celou délku ohřevu nebo jsou spojité pouze v délce cívkového modulu a potom spojeny do linky od jednoho cívkového bloku ke druhému k vytvořeni spojité dráhy pro drát.
Podle výhodného provedeni je vytvořeno zvláštní uspořádáni závitů cívky a elektrického spojení následných indukčních cívek ke zdroji proudu za účelem minimalizace napětí vyvíjeného podél indukčně ohřívaných drátů a zamezení případného jiskřeni mezi dráty a vodiči nebo navíjecími členy.
Dalši výhodné uspořádáni se týká spojeni přívodu proudu mezi generátorem a indukčními cívkami, které je navrženo tak, aby ohmické ztráty a zejména ztráty induktivním naCS 295610 B6 pětim byly podstatně sníženy, takže skutečný dosažitelný výkon, poměr pracovního napětí indukční cívky ke svorkovému napětí generátoru, byl co možno nejvyšši. V souhlase s tim je provedeno spojení sběrnici složené konstrukce obsahující dva profilové vodiče ve velmi malé vzdálenosti oddělené tenkou izolační vrstvou, a tato složená sběrnice je uložena rovnoběžně k podélnému směru indukční cívky. Tato sběrnice, a zejména v kombinaci s indukčními cívkami, může být použita i v Jiných sestavách nsž jsou zde popsány,
V souhlase s výhodným postupem zpracováni je vytvořen zlepšený způsob pro indukční ohřev množství ferromagnetických kovových drátů, například drátů z uhlíkové oceli, přičemž zlepšeni spočívá v pečlivé volbě geometrie indukční cívky a podmínek jejího napájeni, kde magnetické napětí je udržováno pod úrovní od 30 do 35000 A.m“^ a relativní magnetická permeabilita ohřívaného drátu přesahuje hodnotu 40 až 50 k minimalizaci ztrát v civ ce pro daný rozsah průměru drátů bez sníženi kapacity ohřevu a průchozího množství drátů.
Podle výhodného vytvořeni jsou vyvinuty spolehlivé a hospodárné způsoby a zlepšené zařízeni pro indukční ohřev množství drátů k použiti pro rovnoměrný ohřev množství drátů z uhlíkaté oceli o průměru od 0,3 do 3 mm při zvýšených pracovních rychlostech a při vysokých účinnostech bez nutnosti zastaveni linky při náhodném přetrženi drátů a bez defektů následkem jiskřeni.
Obecnou výhodou výhodného provedení se zvláštním návrhem indukční cívky, s konceptem cívkového bloku a zlepšeným uspořádáním pro napájeni je možnost provádět bezkontaktní rychlý a hospodárný ohřev ferromagnetických ocelových drátů, kterýžto ohřev může být prováděn odděleně nebo plynule v lince s předchozími nebo následnými stupni zpracováni v závislosti na procesu zpracováni drátu nebo na zpracovávacím zařízení pro množství drátů, a tento ohřev může být v rychlosti přizpůsoben k optimální rychlosti zpracováni celé výrobní linky.
Claims (1)
Hide Dependent
translated from
Claims (1)
Hide Dependent
translated from
- PATENTOVÉ NÁROKYZařízeni pro indukční ohřev sestávající z civky, která je rozdělena alespoň ve dva přilehlé cívkové úseky s opačným směrem proudu, vyznačující se tim, že přilehlé cívkové úseky mají také opačný směr vinutí.