DE102009006949A1

DE102009006949A1 - Inductor for heating flat material, has conductor sections shaped to form windings, where opposing current flow directions are produced below conductor sections running on same sides of windings in parallel

Info

Publication number: DE102009006949A1
Application number: DE200910006949
Authority: DE
Inventors: Leopold Stegfellner; Gerald Dipl.-Ing. Dr. Oßberger; Richard Dipl.-Ing. Geirhofer; Wolfgang Ing. M.Sc Hackl; Johann Reisinger
Original assignee: VATRON GmbH
Current assignee: Primetals Technologies Austria GmbH
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2010-08-05

Abstract

The inductor (10) has conductor sections (14) i.e. square cross-sectional hollow conductors, shaped to form windings (12). The conductor sections run parallel to each other. Opposing current flow directions are produced below the conductor sections running on same sides of the windings in parallel. The conductor sections run in a region of short sides (22, 24) of a rectangular enveloping contour as connecting pieces (26). The rectangular enveloping contour is obtained by a dumb shell or bone shaped contour of the inductor. An independent claim is also included for a method for operating an inductor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er z. B. zum Erwärmen von elektrisch leitfähigen Material, insbesondere in Form von Flachmaterial, beispielsweise Bandmaterial, Brammen, Knüppel, Bleche etc. in Betracht kommt.The The invention relates to an inductor according to the preamble of claim 1, as he z. B. for heating of electric conductive material, in particular in the form of flat material, For example, strip material, slabs, billets, sheets, etc. comes into consideration.

Solche Induktoren sind an sich bekannt, und lediglich exemplarisch wird auf die US 6,570,141 B und die US 2006/0,124,633 A1 verwiesen.Such inductors are known per se, and only by way of example is the US 6,570,141 B and the US 2006 / 0,124,633 A1 directed.

Nachteilig bei bekannten Induktoren ist eine speziell bei einer Erwärmung von nicht rotationssymmetrischen Bauteilen, also z. B. Flachmaterial, beobachtete Randüberhitzung.adversely in known inductors is a special in a warming of non-rotationally symmetric components, ie z. B. flat material, observed edge overheating.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, einen Induktor der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass eine homogene Erwärmung eines eingebrachten Bauteils, insbesondere Flachmaterial, möglich ist.A The object of the invention is accordingly an inductor of the type mentioned above in such a way that a homogeneous Heating of an introduced component, in particular flat material, is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem Induktor mit Leiterabschnitten, die zu mehreren Windungen geformt sind, wobei einzelne Leiterabschnitte einer Windung parallel zu Leiterabschnitten einer anderen Windung verlaufen, vorgesehen, dass unter den auf gleichen Seiten einer Windung parallel verlaufenden Leiterabschnitten auch solche sind, bei denen sich im Betrieb entgegengesetzte Stromflussrichtungen ergeben.These Task is according to the invention with the features of claim 1. This is with an inductor with Conductor sections which are formed into several turns, wherein individual conductor sections of a turn parallel to conductor sections run another turn, provided that under the on same sides of a turn parallel conductor sections These are also those in which opposite current flow directions occur during operation result.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit einer speziellen Induktorgeometrie, bei der sich in einzelnen, parallel verlaufenden Leiterabschnitten im Betrieb entgegegesetzte Stromflussrichtungen ergeben, der Grund für die unerwünschte Kantenüberhitzung bereits in der feldtheoretischen Ursache kompensiert wird.Of the Advantage of the invention is that with a special inductor geometry, in which in individual, parallel conductor sections in the operation entgegegesetzten current flow directions give the reason for unwanted edge overheating already compensated in the field-theoretical cause.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der am weitesten verbreitete Einsatzbereich induktiver Erwärmung von Bauteilen die Erhitzung von Rundmaterial ist. Bei Rundmaterial ist jedoch zum einen das Verhältnis von Durchmesser zur Eindringtiefe eines elektromagnetischen Wechselfelds sehr groß und zum anderen treten aufgrund der Rotationssymmetrie unerwünschte Effekte wie Randüberhitzung nicht auf. Des Weiteren werden mit Induktoren betriebene Erwärmungsanlagen für Rund- und Bandmaterial meistens für kontinuierliche Produktionsprozesse verwendet, so dass die induktive Erwärmung im Wesentlichen linienförmig eingebracht und durch den Materialvorschub homogen verstrichen wird. Bei der Anwendung induktiver Erwärmung von feststehenden Bauteilen, insbesondere Flachmaterial, treten bei bekannten Induktoren, die die Erfindung zu verbessern sucht, bisher unweigerlich Kantenerwärmungseffekte auf, die eine inhomogene Temperaturverteilung in dem zu erwärmenden Bauteil nach sich ziehen.The Invention is based on the knowledge that the most widespread Range of application inductive heating of components heating of round material is. For round material, however, is the one Ratio of diameter to penetration depth of an electromagnetic Wechselfelds very large and on the other hand due rotational symmetry unwanted effects such as edge overheating not up. Furthermore, powered by inductors heating systems for round and strip material mostly for continuous Production processes used, so that the inductive heating in the Essentially linear introduced and by the material feed is passed homogeneously. When using inductive heating of fixed components, in particular flat material, occur in known inductors, which seeks to improve the invention, so far inevitably edge heating effects, the one inhomogeneous temperature distribution in the component to be heated entail.

Die Erfindung schafft einen Induktor, der im Betrieb ein optimal homogenisiertes Magnetfeld erzeugt. Mit einem solchen homogenen Feld ist auch eine homogene Erwärmung des jeweiligen Bauteils erreichbar.The The invention provides an inductor which optimally homogenizes in operation Magnetic field generated. With such a homogeneous field is also a homogeneous heating of the respective component achievable.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.advantageous Embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. The relationships used point to further education the subject of the main claim by the features of the respective Unteranspruches out; they are not considered a waiver of achievement an independent, objective protection for the characteristic combinations of the referenced ones Understand subclaims. Furthermore, with regard to to an interpretation of the claims in a closer Concretization of a feature in a subordinate claim assume that such a restriction in the respective previous claims is not present.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Induktor im Wesentlichen in einer Rechteckform ausgeführt ist, also eine rechteckige Hüllkontur mit zwei langen und zwei kurzen Seiten aufweist. Einzelne Leiterabschnitte einer jeden Windung verlaufen dabei jeweils entlang der beiden langen Seiten. Im Bereich der kurzen Seiten verlaufen als Verbindungsstücke Leiterabschnitte, die senkrecht bzw. diagonal zu den entlang der langen Seiten verlaufenden Leiterabschnitten orientiert sind. Ein Induktor mit einer solchen rechteckigen Hüllkontur, also langen und kurzen Seiten, eignet sich besonders für Flachmaterial als zu erhitzendes Bauteil. Wenn im Bereich der kurzen Seiten Leiterabschnitte als Verbindungsstücke senkrecht bzw. diagonal zu den entlang der langen Seiten verlaufenden Leiterabschnitten orientiert sind, ist eine Möglichkeit zur kompakten Anordnung aller Leiterabschnitte insgesamt erreicht, bei denen sich in einigen im Betrieb entgegengesetzte Stromflussrichtungen ergeben.Prefers it is envisaged that the inductor is substantially in a rectangular shape is executed, so a rectangular envelope contour with two long and two short sides. Individual conductor sections each turn run along each of the two long ones Pages. In the area of the short sides run as connectors Conductor sections that are perpendicular or diagonal to the along the long sides extending conductor sections are oriented. One Inductor with such a rectangular envelope contour, ie long and short sides, is particularly suitable for flat material as a component to be heated. When in the area of short sides conductor sections as connectors perpendicular or diagonal to the along the long sides extending conductor sections are oriented, is a way to compact arrangement of all conductor sections achieved in total, which in some in the operation opposite Current flow directions result.

Eine nochmals verbesserte Möglichkeit zur kompakten Anordnung der Leiterabschnitte im Bereich der kurzen Seiten besteht darin, dass die dortigen Leiterabschnitte und Verbindungsstücke zumindest in einer ersten und einer zweiten Ebene verlaufen, wobei bei einer geringen Anzahl an Leiterabschnitten diese auch in nur einer Ebene angeordnet werden können.A again improved possibility for compact arrangement the conductor sections in the area of the short sides is that the local conductor sections and connectors run at least in a first and a second level, wherein with a small number of conductor sections this also in only a level can be arranged.

Eine besonders günstige Symmetrie des Induktors und der davon umfassten Windungen wird bei einer Ausführungsform, bei der die Verbindungsstücke und Leiterabschnitte in zwei Ebenen verlaufen, erreicht, wenn einzelnen Verbindungsstücken in der ersten Ebene jeweils ein Verbindungsstück in der zweiten Ebene zugeordnet ist.A particularly favorable symmetry of the inductor and the turns involved is in an embodiment in which the connection Pieces and conductor sections extend in two planes, achieved when individual connectors in the first level is assigned in each case a connector in the second level.

Wenn sämtliche Verbindungsstücke in der ersten Ebene im Betrieb von einem Strom mit einer ersten Stromflussrichtung und sämtliche Verbindungsstücke in einer anderen Ebene, insbesondere der zweiten Ebene, im Betrieb von einem Strom mit einer der ersten Stromflussrichtung entgegengesetzten, zweiten Stromflussrichtung durchflossen werden, ergibt sich im Bereich der beiden einander zugeordneten Verbindungsstücke mit entgegengesetzten Stromflussrichtungen eine Auslöschung des durch den Stromfluss hervorgerufenen Magnetfelds. Wenn im Bereich der kurzen Seiten des Induktors nur oder zumindest überwiegend Verbindungsstücke vorhanden sind, denen in einer gegenüberliegenden Ebene ein Verbindungsstück zugeordnet ist, bei denen sich jeweils im Betrieb entgegengesetzte Stromflussrichtungen ergeben, kommt es zu einer weitestgehenden Auslöschung des magnetischen Felds in Richtung des zu erwärmenden Materials. Wenn auch den nicht als Verbindungsstück fungierenden Leiterabschnitten im Bereich der kurzen Seiten jeweils in einer gegenüberliegenden Ebene zumindest stückweise Leiterabschnitte mit einer im Betrieb des Induktors entgegengesetzten Stromflussrichtung zugeordnet sind, ist die Feldauslöschung nochmals verbessert.If all connectors in the first level in operation of a current having a first current flow direction and all connectors in another plane, in particular the second level, in the operation of a current with a the first current flow direction opposite, second current flow direction are traversed, resulting in the area of the two each other associated connectors with opposite current flow directions an extinction of the current flow caused by Magnetic field. If in the area of the short sides of the inductor only or at least predominantly connectors available are those in an opposite plane a connector is assigned, which in each case opposite in the operation Current flow directions result, it comes to a large extinction of the magnetic field in the direction of the material to be heated. Even if the conductor sections not acting as a connector in Area of the short sides each in an opposite Level at least piecewise conductor sections with an im Operation of the inductor associated with opposite current flow direction are, field extinction is even better.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich die rechteckige Hüllkontur für den Induktor aufgrund einer hantel- oder „knochenförmigen” Kontur ergibt. Eine Breite des Induktors im Bereich der entlang der beiden langen Seiten verlaufenden Leiterabschnitte ist dann geringer als eine sonstige Breite im Bereich der kurzen Seiten. In einem im Zentrum des Induktors frei blei benden Raumabschnitt ergibt sich damit ein vergleichsweise geringer Abstand zwischen den parallel mit der langen Seite verlaufenden Leiterabschnitten. Aufgrund der inversen Proportionalität von Abstand und magnetischer Feldstärke ergibt sich also ein im Wesentlichen auf den frei bleibenden Raumabschnitt konzentriertes Magnetfeld. Dieser Raumabschnitt hinsichtlich seiner Öffnungsweite so dimensioniert, dass eine Einführung oder Hindurchführung von Flachmaterial als zu erwärmendem Bauteil möglich ist. Im Bereich der beiden Hantel- oder Knochenenden ergibt sich wegen der abschnittsweise erhöhten Breite des Induktors bereits aufgrund der Geometrie und der Abstandsabhängigkeit des Magnetfelds eine verringerte Feldstärke auf der Höhe des zu erwärmenden Bauteils. Zudem kommt es wegen der zumindest für die oder die meisten Verbindungsstücke sich ergebenden, entgegengesetzten Stromflussrichtungen zu einer weitgehenden Auslöschung des Magnetfelds, das ansonsten von den Leiterabschnitten der kurzen Seite beigetragen würde. Im Ergebnis lässt sich also für ein flaches oder zumindest im Wesentlichen flaches Bauteil, das mit seiner Länge oder Breite im Wesentlichen der Länge derjenigen Leiterabschnitte entspricht, die parallel mit den langen Seiten des Induktors verlaufen, eine fast ideale homogene Erwärmung erreichen.Prefers is provided that the rectangular envelope contour for the inductor due to a dumbbell or "bone" contour results. A width of the inductor in the area along the two long sides extending conductor sections is then less than another width in the area of the short sides. In one in the center The inductor free blei Benden space section is thus a comparatively small distance between the parallel with the long one Side extending conductor sections. Due to the inverse proportionality of distance and magnetic field strength thus results a substantially concentrated on the vacant space section Magnetic field. This space section in terms of its opening width dimensioned so that an introduction or passage of flat material as a component to be heated possible is. In the area of the two dumbbell or bone ends results because of the sectionally increased width of the inductor already due to the geometry and the distance dependence of the magnetic field, a reduced field strength at altitude of the component to be heated. It also comes because of the at least for the or most connectors themselves resulting, opposite current flow directions to a large extent Extinguishing the magnetic field, otherwise from the conductor sections the short side would be contributed. In the result leaves So for a flat or at least essentially flat component, with its length or width substantially corresponds to the length of those conductor sections that are parallel with the long sides of the inductor, an almost ideal homogeneous Achieve warming.

Im Hinblick auf die Wärmeentwicklung, welche die Kupferleiter, bzw. die gelöteten Verbindungsstellen zum Schmelzen bringen könnten, ist eine effiziente Kühlung durch Wasser, Stickstoff oder andere Kühlmedien vorteilhaft, deshalb besteht eine besonders bevorzugte Ausführungsform des Induktors darin, dass die Leiterabschnitte als Hohlleiter ausgeführt sind, in welchen das Kühlmedium geführt werden kann.in the Regard to the evolution of heat which the copper conductors, or melt the soldered joints could, is efficient cooling by water, Nitrogen or other cooling media advantageous, therefore There is a particularly preferred embodiment of the inductor in that the conductor sections are designed as waveguides are in which the cooling medium are guided can.

Wie bereits mehrfach erwähnt, eignet sich der hier beschriebene Induktor mit seinen Ausgestaltungen besonders zur Erwärmung von Bauteilen in Form von Flachmaterial, so dass sich die Erfindung auch auf eine diesbezügliche Verwendung des Induktors und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Induktors bezieht. Der Induktor wird dabei mit einem Strom beaufschlagt und zu erwärmendes Flachmaterial befindet sich im Zentrum des Induktors oder wird durch den im Zentrum des Induktors frei bleibenden Raumabschnitt bewegt.As already mentioned several times, the one described here is suitable Inductor with its designs especially for heating of components in the form of flat material, so that the invention also to a related use of the inductor and a Method for operating such an inductor relates. The inductor is charged with a current and to be heated Flat material is in the center of the inductor or is going through moves the space remaining free in the center of the inductor.

Der Vorteil der Erfindung und ihrer Ausgestaltung besteht, nachdem Probleme bei der induktiven Erwärmung von feststehendem Flachmaterial einerseits aus der nicht rotationssymmetrischen Geometrie des zu erwärmenden Bauteils und andererseits aus feldtheoretischen Effekten, die zu verstärkten Kantenüberhitzungen führen, herrühren, in der erreichten homogenen Erwärmung des Bauteilmaterials. Gründe für die bisher beobachteten Nachteile sind der „Skin-Effekt”, die bisherige Leitungsführung des Induktors, die asymmetrische Geometrie des zu erwärmenden Bauteils und das sich daraus ergebende, inhomogene magnetische Feld. Die der Erfindung zugrunde liegende, fundamentale Problemstellung besteht entsprechend in einer optimalen Homogenisierung des magnetischen Felds, und mit dem vorgeschlagenen Induktor ist dies erreicht.Of the Advantage of the invention and its design is after problems in the inductive heating of fixed flat material on the one hand from the non-rotationally symmetric geometry of heating component and on the other hand from field theory Effects that lead to increased edge overheating lead, result, in the achieved homogeneous Heating of the component material. Reasons for the disadvantages observed so far are the "skin effect", the previous wiring of the inductor, the asymmetric Geometry of the component to be heated and the resulting resulting, inhomogeneous magnetic field. The invention of the invention lying, fundamental problem is accordingly in one optimal homogenization of the magnetic field, and with the proposed Inductor this is achieved.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawing. Corresponding objects or elements are provided in all figures with the same reference numerals. The or each embodiment is not to be understood as limiting the invention. Rather, numerous modifications and variations are possible within the scope of the present disclosure, in particular those variants and combinations, for example, by combination or modification of individual features described in the general or specific description part and in the claims and / or the drawings or elements or method steps for a person skilled in the art with regard to the solution of the problem can be removed and lead by combinable features to a new subject or to new process steps or process steps, even if they concern manufacturing, testing and working procedures.

Es zeigenIt demonstrate

1 und 2 schematisch vereinfachte Darstellungen des erfindungsgemäßen Induktors. 1 and 2 schematically simplified representations of the inductor according to the invention.

1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform eines Induktors 10 gemäß der Erfindung. Der Induktor 10 umfasst mehrere Windungen 12, die jeweils aus einzelnen Leiterabschnitten 14 gebildet sind. Die Leiterabschnitte 14 sind als Hohlleiter mit quadratischem Querschnitt ausgeführt. Zwei Leiterabschnitte 14 fungieren als Zuleitung 16. Der Induktor 10 zeichnet sich insgesamt durch eine rechteckige Hüllkontur mit zwei langen Seiten 18, 20 und zwei Schmalseiten oder kurzen Seiten 22, 24 aus. Einzelne Leiterabschnitte einer jeden Windung 12 verlaufen jeweils entlang der beiden langen Seiten 18, 20. Im Bereich der kurzen Seiten 22, 24 sind einzelne Leiterabschnitte senkrecht zu den entlang der langen Seiten 18, 20 verlaufenden Leiterabschnitten 14 orientiert. Diese Leiterabschnitte werden im Folgenden zur Unterscheidung als Verbindungsstücke 26 bezeichnet. Diese Bezeichnung rechtfertigt sich vor allem daraus, dass die Geometrie des Induktors 10 zu einem schichtartigen Aufbau führt, bei dem die einzelnen Leiterabschnitte in jeweils parallel orientierten Ebenen angeordnet sind, wobei jedes Verbindungsstück eine Verbindung zwischen einem Leiterabschnitt in einer ersten Ebene zu einem zur selben Windung gehörenden Leiterabschnitt in einer anderen Ebene herstellt. 1 shows a simplified schematic representation of an embodiment of an inductor 10 according to the invention. The inductor 10 includes several turns 12 , each of individual conductor sections 14 are formed. The conductor sections 14 are designed as waveguides with square cross-section. Two conductor sections 14 act as a supply line 16 , The inductor 10 Overall, it is characterized by a rectangular envelope contour with two long sides 18 . 20 and two narrow sides or short sides 22 . 24 out. Individual conductor sections of each turn 12 each run along the two long sides 18 . 20 , In the area of short sides 22 . 24 are individual conductor sections perpendicular to those along the long sides 18 . 20 extending conductor sections 14 oriented. These conductor sections are hereinafter referred to as connectors 26 designated. This designation is justified mainly by the fact that the geometry of the inductor 10 leads to a layer-like construction in which the individual conductor sections are arranged in respectively parallel-oriented planes, wherein each connection piece establishes a connection between a conductor section in a first plane to a conductor section belonging to the same turn in another plane.

Unabhängig von den vorgenannten Ebenen, die zur Bezugnahme auf den schichtartigen Aufbau des Induktors 10 erwähnt wurden, ergeben sich für die Gesamtgeometrie des Induktors 10 in der dargestellten Ausführungsform zweimal zwei weitere Ebenen, nämlich jeweils eine erste und eine zweite Ebene 28, 30, in denen jeweils die Verbindungsstücke 26 verlaufen. Die Anordnung der in der ersten und zweiten Ebene 28, 30 verlaufenden Verbindungsstücke 26 ist dabei derart, dass einzelnen Verbindungsstücken 26 in der ersten Ebene 28 jeweils ein Verbindungsstück 26 in der zweiten Ebene 30 zugeordnet ist. Im Betrieb des Induktors 10 sind sämtliche Verbindungsstücke 26 in der ersten Ebene 28 dauerhaft oder bei Wechselstrom zumindest zu einem bestimmten Zeitpunkt von einem Strom mit einer ersten Stromflussrichtung durchflossen, während die der zweiten Ebene 30 zugehörigen Verbindungsstücke 26 zum gleichen Zeitpunkt von einem Strom mit einer der ersten Stromflussrichtung entgegengesetzten, zweiten Stromflussrichtung durchflossen werden.Regardless of the aforementioned levels, which refer to the layered structure of the inductor 10 have been mentioned, resulting in the overall geometry of the inductor 10 In the illustrated embodiment, two times two further levels, namely, a first and a second level 28 . 30 in which each of the connectors 26 run. The arrangement of the first and second levels 28 . 30 extending connectors 26 is such that individual connectors 26 in the first level 28 one connector each 26 in the second level 30 assigned. In operation of the inductor 10 are all connectors 26 in the first level 28 flows through a current with a first current flow direction permanently, or at least at a certain point in time, while that of the second level 30 associated connectors 26 be traversed by a current at one of the first current flow direction opposite, second current flow direction at the same time.

Die unterschiedlichen Stromflussrichtungen sind in der Darstellung in 1 im Bereich der Verbindungsstücke 26 durch Pfeile deutlich gemacht. Die durchgezogenen Pfeile stellen die zu einem bestimmten Zeitpunkt bestehende Stromflussrichtung in den Verbindungsstücken 26 der ersten Ebene 28 und die gestrichelten Pfeile die zum gleichen Zeitpunkt bestehende Stromflussrichtung in den Verbindungsstücken 26 der zweiten Ebene 30 dar.The different current flow directions are shown in FIG 1 in the area of connectors 26 indicated by arrows. The solid arrows represent the existing at a certain time current flow direction in the connectors 26 the first level 28 and the dashed arrows indicate the current flow direction in the connectors at the same time 26 the second level 30 represents.

2 zeigt den Induktor 10 aus 1, wobei zur Erleichterung der Übersicht der Verlauf einer Windung 12 und die davon umfassten Leiterabschnitte 14 und Verbindungsstücke 26 durch eine Schraffur hervorgehoben sind. Man erkennt, dass sich auf der dem Betrachter zugewandten Seite der Darstellung des Induktors 10 das Verbindungsstück 26 in der außen liegenden ersten Ebene 28 befindet, während ein gegenüberliegendes, sich im Induktor 10 auf der vom Betrachter abgewandten Seite befindendes Verbindungsstück 26 in der innen liegenden zweiten Ebene 30 verläuft. Dadurch ergibt sich für die Gesamtheit der Windungen 12 eine alternierende Abfolge hinsichtlich der Position der Verbindungsstücke 26 in der ersten oder zweiten Ebene 28, 30 (1). 2 shows the inductor 10 out 1 , to facilitate the overview of the course of a turn 12 and the conductor sections included 14 and connectors 26 are highlighted by hatching. It can be seen that on the side facing the observer, the representation of the inductor 10 the connector 26 in the outer first level 28 located, while an opposite, located in the inductor 10 on the side facing away from the viewer side connector 26 in the inner second level 30 runs. This results for the entirety of the turns 12 an alternating sequence with regard to the position of the connecting pieces 26 in the first or second level 28 . 30 ( 1 ).

Durch die sich im Betrieb ergebenden unterschiedlichen Stromrichtungen in den Verbindungsstücken 26 in der ersten und zweiten Ebene 28, 30 wird bereits eine erhebliche Auslöschung des magnetischen Felds erreicht, das ansonsten bei Stromfluss vom jeweiligen Leiterabschnitt 14 hervorgerufenen wird. Dadurch, dass jeweils einem Verbindungsstück 26 in der ersten oder äußeren Ebene 28 ein Verbindungsstück 26 in der zweiten oder inneren Ebene 30 derart zugeordnet ist, dass diese in einer gemeinsamen, auf der ersten und zweiten Ebene 28, 30 senkrecht stehenden Ebene liegen, werden ein hoher Grad an Symmetrie und damit einhergehend günstige Verhältnisse für eine möglichst vollständige Feldauslöschung erreicht.By the resulting in operation different current directions in the connectors 26 in the first and second levels 28 . 30 Already a significant extinction of the magnetic field is achieved, the otherwise at current flow from the respective conductor section 14 is caused. Thereby, that in each case a connecting piece 26 in the first or outer level 28 a connector 26 in the second or inner level 30 is assigned such that these in a common, on the first and second levels 28 . 30 vertical plane, a high degree of symmetry and concomitantly favorable conditions for the most complete field extinction are achieved.

Der Induktor 10 ist nicht rechteckig, sondern weist nur eine rechteckige Hüllkontur auf. Tatsächlich zeichnet sich der Induktor 10 durch eine Kontur aus, die sich als hantel- oder knochenförmig bezeichnen lässt. Eine Breite des Induktors 10 im Bereich der entlang der beiden langen Seiten 18, 20 verlaufenden Leiterabschnitte 14 ist also geringer als eine der Länge der kurzen Seiten 22, 24 entsprechende Breite. In dem im Zentrum des Induktors 10 frei bleibenden Raumabschnitt, also dem zwischen jeweils gleichen Seiten der Windungen 12 zugehörigen Leiterabschnitten 14 der langen Seiten 18, 20 verbleibenden Raumabschnitt, lassen sich nicht dargestellte Bauteile, insbesondere in Form von Flachmaterial, erwärmen. Die erhöhte Breite des Induktors 10 im Bereich der kurzen Seiten 22, 24 dient, nachdem die magnetische Feldstärke mit dem Abstand vom felderzeugenden Leiterabschnitt 14 abnimmt, zu einer Reduktion des Magnetfelds in diesem Bereich. Diese Geometrie des Induktors 10 führt also neben der Orientierung der Verbindungsstücke 26 derart, dass sich im Betrieb entgegengesetzte Stromflussrichtungen ergeben, zu einem minimalen Magnetfeld im Bereich der kurzen Seiten 22, 24. In einem Mittelabschnitt der langen Seiten 18, 20 stellt sich dagegen ein für die homogene Erwärmung von Bauteilen ausreichend homogenes Magnetfeld ein.The inductor 10 is not rectangular, but has only a rectangular envelope contour. In fact, the inductor stands out 10 by a contour that can be described as dumbbell or bone-shaped. A width of the inductor 10 in the area along the two long sides 18 . 20 extending conductor sections 14 is less than one of the length of the short sides 22 . 24 corresponding width. In the center of the inductor 10 free space section, ie between each same sides of the turns 12 associated conductor sections 14 the long sides 18 . 20 remaining space portion, can not be shown components, in particular in the form of flat material, heat. The increased width of the inductor 10 in the area of the short sides 22 . 24 serves, after the magnetic field strength with the distance from the field-generating conductor section 14 decreases, to a reduction of the magnetic field in this area. This geometry of the inductor 10 So leads next to the orientation of the connectors 26 in such a way that opposite current flow directions result during operation, resulting in a minimal magnetic field in the region of the short sides 22 . 24 , In a middle section of the long sides 18 . 20 On the other hand, a sufficiently homogeneous magnetic field is created for the homogeneous heating of components.

Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung damit kurz wie folgt beschreiben: Als grundlegende Maßnahme zur Unterdrückung von Randüberhitzungen bei der Erwärmung von Bauteilen wird für den Induktor 10 eine Geometrie vorgeschlagen, die im Betrieb zu einer paarweise entgegengesetzten Stromflussrichtung für einzelne, hier als Verbindungsstücke 26 bezeichnete Leiterabschnitte 14 an den kurzen Seiten 22, 24 des Induktors 10 führt. Durch diese geometrische Maßnahme wird das Magnetfeld an den kurzen Seiten 22, 24 des Induktors 10 in Bauteilrichtung kompensiert, wodurch eine Unterdrückung der Feldkonzentration in diesem Bereich erzielt wird und die bisher daraus erfolgende Kantenüberhitzung eliminiert oder zumindest reduziert werden kann. Das zu erwärmende Bauteil befindet sich dafür im Zentrum des Induktors 10. Der Vorteil der Erfindung liegt also in der Unterdrückung einer elektromagnetischen Feldkonzentration durch eine geeignete geometrische Anordnung stromdurchflossener Leiterabschnitte 14, die jeweils zur induktiven Erwärmung von elektrisch leitfähigem Bauteilen, insbesondere in Form von Flachmaterial, vorgesehen sind. Es wird zum einen die parallele Anordnung von in gleicher Richtung stromdurchflossenen Leiterabschnitten 14 in den Induktor 10 bildenden, rechteckig gewickelten Spulen an dessen langen Seiten 18, 20 ausgenutzt. Hierdurch kann ein sehr homogenes Magnetfeld erreicht werden. Zur Unterdrückung der Kantenerwärmung bei Bauteilen wird die Führung der Leiterabschnitte 14 von einer Windung 12 zur nächsten so gestaltet, dass jeweils zwei benachbarte Leiterabschnitte 14 oder Verbindungsstücke 26 in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden und es somit in diesem Bereich zu einer Feldauslöschung in Richtung Bauteil kommt. Durch die Erfindung ist es möglich, eine homogene Erwärmung von Bauteilen, insbesondere Flachmaterial, mit einer Genauigkeit +/–10°C über den gesamten Bereich ohne überhitzte Materialkanten bei gleichzeitig extrem hoher Heizrate zu erreichen. Die Erwärmung eines jeweiligen Bauteils kann während des Erwärmungsprozesses mit oder ohne Relativbewegung zwischen Induktor 10 und Bauteil erfolgen.In summary, the present invention can be briefly described as follows: As a basic measure for suppressing edge overheating in the heating of components is for the inductor 10 proposed a geometry that in operation to a pairwise opposite current flow direction for individual, here as connectors 26 designated conductor sections 14 on the short sides 22 . 24 of the inductor 10 leads. By this geometric measure, the magnetic field on the short sides 22 . 24 of the inductor 10 Compensated in the component direction, whereby a suppression of the field concentration is achieved in this area and the resulting edge overheating can be eliminated or at least reduced. The component to be heated is located in the center of the inductor 10 , The advantage of the invention thus lies in the suppression of an electromagnetic field concentration by a suitable geometric arrangement of current-carrying conductor sections 14 , which are each provided for inductive heating of electrically conductive components, in particular in the form of flat material. On the one hand, there is the parallel arrangement of current-carrying conductor sections in the same direction 14 in the inductor 10 forming, rectangular wound coils on its long sides 18 . 20 exploited. As a result, a very homogeneous magnetic field can be achieved. To suppress the edge heating of components, the leadership of the conductor sections 14 from a turn 12 to the next designed so that in each case two adjacent conductor sections 14 or connectors 26 flowed through in the opposite direction and thus there is a field extinction in the direction of component in this area. The invention makes it possible to achieve homogeneous heating of components, in particular flat material, with an accuracy of +/- 10 ° C. over the entire area without overheated material edges and at the same time an extremely high heating rate. The heating of a respective component may during the heating process with or without relative movement between the inductor 10 and component done.

1010: Induktorinductor
1212: Windungenturns
1414: Leiterabschnitteconductor sections
1616: Zuleitungsupply
18, 2018 20: lange SeiteLong page
22, 2422 24: kurze Seiteshort page
2626: Verbindungsstückjoint
2828: erste Ebenefirst level
3030: zweite Ebenesecond level

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6570141 B [0002]
US 2006/0124633 A1 [0002]

Claims

Inductor with conductor sections ( 14 ) leading to several turns ( 12 ) are formed, wherein individual conductor sections ( 14 ) a turn ( 12 ) parallel to conductor sections ( 14 ) another turn ( 12 ), characterized in that under the same sides of a turn ( 12 ) parallel conductor sections ( 14 ) are also those in which opposite current flow directions result during operation.

An inductor according to claim 1, having an envelope contour with two long and two short sides ( 18 . 20 . 22 . 24 ), with individual conductor sections ( 14 ) of each turn ( 12 ) each along the two long sides ( 18 . 20 ) and where in the area of the short sides ( 22 . 24 ) as connectors ( 26 ) Conductor sections that are perpendicular or diagonal to those along the long sides ( 18 . 20 ) extending conductor sections are oriented.

An inductor according to claim 2, wherein in the region of the short sides ( 22 . 24 ) the conductor sections ( 14 ) and connectors ( 26 ) in at least one or more levels ( 28 . 30 ).

An inductor according to claim 3, wherein individual connectors ( 26 ) in the first level ( 28 ) each a connector ( 26 ) in another level, in particular in a second level ( 30 ), assigned.

An inductor according to claim 3 or 4, wherein all connecting pieces ( 26 ) in a first level ( 28 ) in operation of a current with a first current flow direction and all connecting pieces ( 26 ) in the same ( 28 ) or another plane located on the same side of the inductor ( 30 ) are traversed in the operation of a current with one of the first current flow direction opposite, second current flow direction.

Inductor according to one of claims 2 to 5, wherein the rectangular envelope contour results due to a dumbbell or bone-shaped contour and wherein a width of the inductor ( 10 ) in the area along the two long sides ( 18 . 20 ) extending conductor sections ( 14 ) less than one of the long sides ( 18 . 20 ) is corresponding width.

Inductor according to one of the preceding claims, wherein the conductor sections are designed as waveguides.

Use of the inductor ( 10 ) according to one of claims 1 to 7 for heating flat material.

Method for operating an inductor ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the inductor ( 10 ) is energized and to be heated flat material by a in the center of the inductor ( 10 ) remaining space section is moved.