DE102009046410A1

DE102009046410A1 - Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken mit Kühlung

Info

Publication number: DE102009046410A1
Application number: DE102009046410A
Authority: DE
Inventors: Helmut K Bauer; Martin U Bauer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-11-04
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2011-05-05
Also published as: EP2497334B1; EP2497334A1; WO2011054748A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum induktiven Heizen von Werkstücken (9) mit einem Werkstückaufnahmebereich (7) und mit einer elektrischen Leitungsanordnung (5), die bei Anschluss an eine Wechselstromquelle (3) ein magnetisches Wechselfeld zum induktiven Heizen von in dem Werkstückaufnahmebereich (7) angeordneten Werkstücken (9) erzeugt. Erfindungsgemäß hat die Vorrichtung (1) ein die elektrische Leitungsanordnung (5) umgebendes Gehäuse (11). Das Gehäuse (11) hat eine Gehäusewand (12), die das Gehäuse (11) zu dem Werkstückaufnahmebereich (7) hin abschließt. In dem Gehäuse (11) ist ein Strömungsweg (20) für Fluid ausgebildet, der zwischen der das Gehäuse (11) zu dem Werkstückaufnahmebereich (7) abschließenden Gehäusewand (12) und der elektrischen Leitungsanordnung (5) geführt ist. Damit kann mittels des in dem Gehäuse (11) strömenden Fluidstroms (20) die von einem aufgeheizten Werkstück (9) in dem Werkstückaufnahmebereich (7) in das Gehäuse (11) eingetragene Wärme abgeführt werden.

Description

Die Erfindung betrifft Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken mit einem Werkstückaufnahmebereich und mit einer elektrischen Leitungsanordnung, die bei Anschluss an eine Wechselstromquelle ein magnetisches Wechselfeld zum Induktiven Heizen von in dem Werkstückaufnahmebereich angeordneten Werkstücken erzeugt.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US 5,938,965 bekannt.
Um Gegenstände mit einer Lack- oder Kunststoffschicht zu versehen, werden in industriellen Fertigungsprozessen Spritz- oder Lackieranlagen eingesetzt. Solche Anlagen haben in der Regel eine Fördereinrichtung, an der die Gegenstände mit durchlaufenden Halteelementen aufgehängt werden können. An den Halteelementen werden die Gegenstände an einer Spritzdüsenanordnung vorbeibewegt. Sie werden dort mit einer Lack- oder Kunststoffschicht überzogen. Dabei wird Lack oder Kunststoff auch auf die Halteelemente aufgetragenen. Da die Halteelemente durchlaufend durch die Anlage bewegt werden, wird die Schicht aus Lack bzw. Kunststoff an einem Halteelement mit der Zeit immer dicker. Dies aber beeinträchtigt die Funktionalität der Halteelemente in einer solchen Anlage. Sie halten die aufgenommenen Gegenstände dann nicht mehr zuverlässig und es können Mängel an der Lack- bzw. Kunststoffschicht am aufgenommenen Gegenstand auftreten.
Die Halteelemente in Spritz- oder Lackieranlagen müssen deshalb in regelmäßigen Abständen gereinigt werden. Hierzu werden sie herkömmlich von einer Bedienperson aus der Spritz- bzw. Lackieranlage demontiert und dann in einer von der Anlage räumlich getrennten Werkstatt einer mechanischen oder chemischen Reinigung oder auch einer Reinigung durch Abbrennen der Lack- bzw. Kunststoffschicht mittels eines Gasbrenners unterzogen.
In der US 5,938,965 wird vorgeschlagen, die Halteelemente für eine Lackieranlage mit einem elektromagnetischen Wechselfeldes induktiv aufzuheizen, um die Halteelemente auf diese Weise von einer unerwünschten Lackschicht zu befreien. Das elektromagnetische Wechselfeld wird mittels einer Leitungsanordnung erzeugt, die an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist. Für das induktive Aufheizen der Halteelemente werden diese entlang eines Abschnitts der Leitungsanordnung bewegt, in dem vier parallel zueinander verlaufende, sich selbst tragende und in Längsrichtung erstreckende rohrförmige Leiter vorgesehen sind, die von Kühlfluid durchströmt werden. Bei einem Betrieb der Vorrichtung müssen deshalb sehr hohe Wechselströme bereitgestellt werden. Dabei wird das Auftreten von großen Streumagnetfeldern und der Eintrag von Wärme aus den aufgeheizten Halteelementen in die Leitungsanordnung in Kauf genommen.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken bereitzustellen, bei welcher der Eintrag von Wärme von einem induktiv aufgeheizten Werkstück in die Leitungsanordnung gering ist bzw. unterbunden wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung der eingangs genanten Art gelöst, bei der ein die elektrische Leitungsanordnung umgebendes Gehäuse mit einer das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Gehäusewand und ein in dem Gehäuse ausgebildeter Strömungsweg für Fluid vorgesehen ist, der zwischen der das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Gehäusewand und der elektrischen Leitungsanordnung geführt ist, um mittels eines in dem Gehäuse strömenden Fluidstroms die von einem aufgeheizten Werkstück in dem Werkstückaufnahmebereich in das Gehäuse eingetragene Wärme abzuführen.
Damit kann beim Betrieb der Vorrichtung ein direkter Wärmeeintrag aus einem induktiv aufgeheizten Werkstück, das sich im Werkstückaufnahmebereich befindet, in die das Werkstück Induktiv aufheizende Leitungsanordnung reduziert bzw. unterbunden werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist der Strömungsweg für Fluid als Luftströmungsweg ausgebildet. Auf diese Weise kann bei der Vorrichtung Luft als Kühlmedium eingesetzt werden, so dass für den Einsatz der Vorrichtung in einer industriellen Fertigungsanlage keine aufwendige Infrastruktur erforderlich ist.
In Weiterbildung der Erfindung strömt in den Strömungsweg strömendes Fluid an der Leitungsanordnung entlang. Auf diese Weise kann auch die in der Leitungsanordnung anfallende ohmsche Wärme abgeführt werden, so dass sich die Betriebstemperatur für die Leitungsanordnung optimieren lässt.
In Weiterbildung der Erfindung ist in dem Gehäuse eine über wenigstens eine Öffnung mit dem Strömungsweg für Fluid verbundene Fluidkammer ausgebildet. Auf diese Weise kann das Fluid mittels Staudruck durch den Strömungsweg im Gehäuse getrieben werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine Öffnung eine in einem Bodenteil oder einem Deckelteil des Gehäuses ausgebildete Vertiefung. Auch der Strömungsweg für Fluid kann über eine Vertiefung in einem Bodenteil oder einem Deckenteil des Gebäudes ins Freie münden. Die Mündung ins Freie für den Strömungsweg für Fluid kann aber auch als Öffnung, insbesondere als Bohrung in einem Boden oder einem Deckelteil des Gehäuses ausgebildet sein. Auf diese Weise können die Strömungswege für Fluid in dem Gehäuse der Vorrichtung mit kostengünstigen Fertigungsverfahren bereitgestellt werden.
Der Werkstückaufnahmebereich kann als eine in dem Gehäuse ausgebildete Öffnung gestaltet sein, die von einer elektrischen Leitungsanordnung in Form einer Zylinderspule umgeben ist. Auf diese Weise wird eine Vorrichtung zum induktiven Heizen geschaffen, die für das induktive Heizen von rohrförmigen Werkstücken optimiert ist.
Bevorzugt ist bei einer solchen Vorrichtung die Zylinderspule in einem den Werkstückaufnahmebereich umgebenden Fluidkanal mit ringförmigem Querschnitt positioniert. Die zum Werkstückaufnahmebereich weisende Wandung des Fluidkanal kann dabei mit einem aus temperaturbeständigem Kunststoff bestehenden Hohlzylinder ausgeführt sein. Dieser Hohlzylinder schließt das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich hin ab. Günstig ist es, auch für die von dem Werkstückaufnahmebereich weg weisende Wandung des Fluidkanals einen Hohlzylinder vorzusehen, der aus temperaturbeständigem Kunststoff besteht. indem an der Außenwand des Hohlzylinders den magnetischen Fluss konzentrierende Elemente angeordnet werden, wird das magnetische Wechselfeld im Werkstückaufnahmebereich verstärkt. Zusätzlich verringert diese Maßnahme unerwünschtes Streumagnetfeld außerhalb des Werkstückaufnahmebereichs, da solche den magnetischen Fluss konzentrierende Elemente als Flussführungsmittel wirken. Die den magnetischen Fluss konzentrierenden Elemente können beispielsweise aus ferromagnetischen Verbundwerkstoffen bestehen. Die zu dem Werkstückaufnahmebereich weisende Seite der Leitungsanordnung liegt an einer Klebefolie. Diese Klebefolie ist als zweiseitige Klebefolie ausgeführt. Auf der der Leitungsanordnung gegenüberliegenden Seite der Klebefolie sind die Leitungsanordnung stabilisierende Stützelemente vorgesehen. Diese Stützelemente können beispielsweise als Schnüre oder Stäbe aus Perbunan^® oder Teflon^® bestehen.
Die Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken kann auch mit einem schlitzförmigen Werkstückaufnahmebereich ausgeführt sein. Dann umfasst die Leitungsanordnung eine Spule mit Leitungssträngen, die sich in zwei einander gegenüberliegenden Abschnitten entlang dem schlitzförmigen Werkstückaufnahmebereich parallel in Längsrichtung erstrecken. Hier ist der Strömungsweg für Fluid zwischen einer das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Platte aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial und einer weiteren Platte aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial geführt, die an den sich entlang dem schlitzförmigen Werkstückaufnahmebereich parallel in Längsrichtung erstreckenden Leitungssträngen der Leitungsanordnung anliegt.
Dabei kann der Strömungsweg für Fluid in Öffnungen am Deckelteil des Gehäuses münden. Die jeweiligen Platten bestehen bevorzugt aus temperaturfestem Kunststoff oder aus Borosilicat.
Um eine Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken mit einem flächigen Werkstückaufnahmebereich bereitzustellen, umfasst die Leitungsanordnung eine Spule mit Leitungssträngen, die sich zwei einander gegenüberliegenden Bereichen entlang dem flächigen Werkstückaufnahmebereich parallel in Längsrichtung erstrecken. Hier ist der Strömungsweg für Fluid günstigerweise zwischen einer das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Platte aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial und einer Platte aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial geführt; die zwischen der das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Platte und der Leitungsanordnung positioniert ist.
Indem bei der Vorrichtung Mittel für das Überwachen einer die Leitungsanordnung kühlenden Fluidströmung vorgesehen sind, kann das Überhitzen der Leitungsanordnung überwacht und vermieden werden.
Das Überwachen der Temperatur der Leitungsanordnung und die Möglichkeit einer Einstellung der kühlenden Fluidströmung in dem Gehäuse, macht die Vorrichtung einem energieoptimierten Betrieb zugänglich. Als Mittel zum Einstellen der die Leitungsanordnung kühlenden Fluidströmung kann beispielsweise ein steuerbares Gebläse vorgesehen werden.
Insbesondere kann ein Regelkreis vorgesehen werden, der die Mittel zum Einstellen einer die Leitungsanordnung kühlenden Fluidströmung in Abhängigkeit einer erfassten Temperatur der Leitungsanordnung regelt.
Es ist von Vorteil, Mittel für das Erfassen der Temperatur eines Werkstücks in der Werkzeugaufnahme vorzusehen. Für das Erfassen der Temperatur eignet sich beispielsweise ein pyrometrischer Sensor. Mittels eines Regelkreises kann dann der durch die Leitungsanordnung geführte Wechselstrom in Abhängigkeit einer erfassten Werkstücktemperatur geregelt werden. Auf diese Weise lässt sich eine gewünschte Heiztemperatur für die Werkstücke im Werkstückaufnahmebereich der Vorrichtung erzielen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1 eine erste Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken;
2 ein Gehäuse mit Induktionsspule einer zweiten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken;
3 und 4 einen vertikalen und einen horizontalen Schnitt des Gehäuses aus 2;
5 ein Gehäuse mit Induktionsspule einer dritten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken;
6 ein Gehäuse mit Induktionsspule einer vierten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken,
7 und 8 einen vertikalen und einen horizontalen Querschnitt des Gehäuses aus 6;
9 ein Gehäuse mit Induktionsspule einer fünften Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken;
10 sowie 11 einen ersten und einen zweiten vertikalen Schnitt des Gehäuses aus 9 und
12 einen horizontalen Schnitt des Gehäuses aus 9.
Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum induktiven Heizen von Werkstücken enthält eine Leitungsanordnung 4 mit einer Induktionsspule 5. Die Induktionsspule 5 weist eine Vielzahl von Windungen aus Spulendraht auf. Für den Betrieb bei einer hohen Errergerfrequenz ist der Spulendraht bevorzugt als Hochfrequenzlitze ausgebildet. Die Induktionsspule 5 ist an eine Wechselstromquelle 3 angeschlossen. Die Vorrichtung 1 zum induktiven Heizen von Werkstücken hat einen Werkstückaufnahmebereich 7. In 1 ist ein elektrisch leitendes Werkstück 9 gezeigt, das sich im Werkstückaufnahmebereich 7 befindet. Mittels der Induktionsspule 5 kann im Werkstückaufnahmebereich 7 ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld B mit Flusslinien 6 in einem Frequenzbereich zwischen 10 kHz und 100 kHz erzeugt werden. Mit dem magnetischen Wechselfeld B lassen sich dem im Werkstückaufnahmebereich 7 positionierten Werkstück 9 Induktionsströme hervorrufen, die das Werkstück 9 auf eine Temperatur in der Größenordnung von 250°C erwärmen. Hierfür wird die Induktionsspule 5 mit elektrischer Leistung im Bereich von 10 bis 30 kW beaufschlagt.
Die Induktionsspule 5 befindet sich in einem Gehäuse 11, das die Induktionsspule 5 umgibt. Das Gehäuse 11 ist mit einer Gehäusewand 12 zum Werkstückaufnahmebereich 7 hin abgeschlossen.
An dem Gehäuse 11 gibt es ein Gebläse 17. Mittels des Gebläses 17 kann in das Gehäuse 11 Kühlluft 18 angesaugt werden. In dem Gehäuse 11 ist ein erster Strömungsweg 19 für Kühlluft und ein zweiter Strömungsweg 20 ausgebildet. Der Strömungsweg 19 für Kühlluft mündet in eine Austrittsöffnung 21 in der Wand des Gehäuses 11. Der Strömungsweg 20 für Kühlluft ist zwischen der das Gehäuse 11 zu dem Werkstückaufnahmebereich 7 abschließenden Gehäusewand 12 und der Leitungsanordnung 4 mit der Induktionsspule 5 geführt. Der Strömungsweg 20 für Kühlluft tritt durch eine Austrittsöffnung 22 aus dem Gehäuse 11 heraus. Mittels der durch den Strömungsweg 19 strömenden Kühlluft wird die Induktionsspule 5 gekühlt. Die Kühlluft im Strömungsweg 20 führt aus dem Gehäuse 11 Wärme ab, die von einem induktiv aufgeheizten Werkstück 9, das sich im Werkstückaufnahmebereich 7 befindet, in das Gehäuse 11 eingetragen wird. Über die durch die Strömungswege 19, 20 strömende Kühlluft lässt sich die Erwärmung der in dem Gehäuse 11 angeordneten Induktionsspule 5 minimieren. Die Induktionsspule 5 kann so bei einer günstigen Arbeitstemperatur im Bereich zwischen 40°C und 80°C betrieben werden. Ohne Kühlluftstrom würde die Betriebstemperatur der Induktionsspule 5 dagegen mehr als 150°C betragen. Bei Temperaturen von 150°C aber sind gängige Isolationswerkstoffe, insbesondere Isolationswerkstoffe mit organischen Bestandteilen, nicht mehr temperaturbeständig.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Steuergerät 24. Das Steuergerät 24 steuert die Wechselstromquelle 3. Im Steuergerät 24 ist ein Strömungswächter 23 zugeordnet. Der Strömungswächter 23 befindet sich im Gehäuse 11 und wird dort von der mittels des Gebläses 17 angesaugten Kühlluft angeströmt. Der Strömungswächter 23 erfasst die ihn anströmende Kühlluft. Wenn der Strömungswächter 23 keinen Luftstrom detektiert, bewirkt das Steuergerät 24 das Abschalten der Wechselstromquelle 3, um auf diese Weise die Induktionsspule 5 am Gehäuse 11 vor Überhitzung zu schützen.
In der Vorrichtung 1 zum induktiven Heizen von Werkstücken ist eine Regeleinrichtung 25 für das Regeln der Temperatur in der Induktionsspule 5 vorgesehen. Weiter enthält die Vorrichtung 1 eine Regeleinrichtung 31, mittels der die Temperatur eines in der Werkstückaufnahme 7 angeordneten Werkstücks geregelt werden kann. Die Regeleinrichtungen 25, 31 sind jeweils an das Steuergerät 24 angeschlossen.
Der Regeleinrichtung 25 ist ein Temperatursensor 27 zugeordnet. Der Temperatursensor 27 erfasst die Arbeitstemperatur der Induktionsspule 5. Weiter ist die Regeleinrichtung 25 mit dem Gebläse 17 für Kühlluft verbunden. Die Regeleinrichtung 25 bildet mit dem Temperatursensor 27 und dem Gebläse 17 für Kühlluft einen Regelkreis 28. Mittels des Regelkreises 28 kann das Regeln des Gebläses 17 die Betriebstemperatur der Induktionsspule 5 auf einem günstigen Wert gehalten werden.
Die Regeleinrichtung 31 ist mit einem pyrometrischen Temperatursensor 32 und der Wechselstromquelle 3 verbunden. Der Temperatursensor 32 erfasst die Temperatur des in der Werkstückaufnahme 7 angeordneten Werkstücks 9 mittels eines Pyrometerstrahls. Die Regeleinrichtung 31 bildet mit dem Temperatursensor 32 und der Wechselstromquelle 3 einen Regelkreis 34. Der Regelkreis 34 regelt die Leistung der Wechselstromquelle 3 derart, dass die Temperatur eines in dem Werkstückaufnahmebereich 7 angeordneten Werkstücks 9 einen gewünschten Sollwert annimmt.
Die 2 zeigt ein Gehäuse 211 mit Induktionsspule einer zweiten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken. Diese Vorrichtung ist für das induktive Erwärmen von rohrförmigen Werkstücken 209 ausgelegt. Das Gehäuse 211 hat eine zylindrische Werkstückaufnahme 207. An dem Gehäuse 211 ist ein Steckeranschluss 214 für die Stromversorgung der in dem Gehäuse angeordneten Induktionsspule vorgesehen. An das Gehäuse 211 ist ein Gebläse 217 angeschlossen. Die Induktionsspule im Gehäuse 211 ist als Zylinderspule ausgebildet. Sie erzeugt ein den Flusslinien 206 entsprechendes magnetisches Wechselfeld B.
Die 3 und die 4 zeigen einen vertikalen und einen horizontalen Schnitt des Gehäuses 211. Das Gehäuse 211 hat ein Bodenteil 251 und ein Deckelteil 253, die jeweils aus Aluminium bestehen. In dem Bodenteil 251 und dem Deckelteil 253 gibt es jeweils eine kreisrunde Öffnung 255, 257. Die als Zylinderspule 205 ausgebildete Induktionsspule hat nach Art einer Schraubenwicklung übereinander gelegte Windungen, die aus Hochfrequenzlitze als Spulendraht bestehen. Die Zylinderspule 205 in dem Gehäuse 211 ist zwischen einem ersten Hohlzylinder 259 und einem zweiten Hohlzylinder 261 positioniert. Der Hohlzylinder 259 ist mittels Schrauben 263 am Bodenteil 251 des Gehäuses 211 festgelegt. Der Hohlzylinder 261 ist in einer ringförmigen Nut 265, 267 am Bodenteil 251 und am Deckelteil 253 des Gehäuses 211 aufgenommen. Die Hohlzylinder 259, 261 bestehen aus temperaturbeständigem Kunststoff. Der Hohlzylinder 259 schließt das Gehäuse 211 zum Werkstückaufnahmebereich 7 hin ab. Die Hohlzylinder 259, 261 bilden einen Zwischenraum 260 mit ringförmigem Querschnitt, der die Werkstückaufnahme 207 umgibt. Die Zylinderspule 205 ist in diesem Zwischenraum 260 aufgenommen. Die Zylinderspule 205 liegt mit ihrer zu dem Werkstückaufnahmebereich 207 weisenden Seite an einer Klebefolie 269. Die Klebefolie 269 ist mittels schnur- bzw. stabförmigen Stützelementen 271 aus Perbunan^® oder Teflon^® stabilisiert.
An der Außenwand des Hohlzylinders 261 sind den magnetischen Fluss konzentrierende Elemente 273 aus ferromagnetischen Verbundwerkstoffen angeordnet.
Der mittels des Gebläses 217 in das Gehäuse 211 angesaugte Kühlluftstrom gelangt zunächst in eine Luftkammer 275. Hier entsteht ein Staudruck. Dieser Staudruck treibt die Luft aus der Luftkammer 275 durch die sternförmig um die kreisrunde Öffnung 255 am Bodenteil 251 ausgebildeten Nuten 277. Über die Nuten 277 gelangt die Kühlluft mit einem Strömungsweg 276 in den Zwischenraum 260 zwischen den Hohlzylindern 259, 261, in dem sich die Zylinderspule 205 befindet. Der Zwischenraum 260 ist ein Luftströmungskanal. Die Kühlluft strömt auf beiden Seiten der Zylinderspule 205 durch den Zwischenraum 260. Sie gelangt dann durch rund um die kreisrunde Öffnung 257 im Deckelteil 253 ausgebildete Nuten 279 und Austrittsöffnungen 280 die in Richtung der Achse des zylindrischen Werkstückaufnahmebereichs 207 weisen, ins Freie.
Wenn das Werkstück 209 in der Werkstückaufnahme 207 angeordnet ist, so streicht die über die Austrittsöffnung 280 austretende Kühlluft an der Oberfläche des Werkstücks 209 entlang. Damit können über die Kühlluftströmung giftige Gase oder Dämpfe abgeführt werden, die beim Erwärmen des Werkstücks 209 auftreten, wenn dieses mit einer Lack- oder Kunststoffschicht überzogen ist.
Die 5 zeigt das Gehäuse 511 einer dritten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken. Wie die zweite Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken ist auch die dritte Vorrichtung für das Erwärmen von rohrförmigen Werkstücken ausgelegt. Die dritte Vorrichtung unterscheidet sich von der zweiten Vorrichtung lediglich darin, dass der auf beiden Seiten der Zylinderspule 505 geführte Kühlluftstrom 576 über Austrittsöffnungen 580 am Deckelteil 553 des Gehäuses 511 ins Freie geführt ist. Diese Maßnahme gewährleistet, dass ein in der Vorrichtung induktiv erwärmtes Werkstück nicht mittels des aus dem Gehäuse 511 austretenden Kühlluftstroms 576 gekühlt wird.
Die 6 zeigt ein Gehäuse 311 mit Induktionsspule einer vierten Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken 309. Das Gehäuse 311 hat eine schlitzförmige Werkstückaufnahme 307. Das Gehäuse 311 umfasst einen Steckeranschluss 314 für die Induktionsspule im Gehäuse. An das Gehäuse 311 ist ein Gebläse 317 angeschlossen. Die Induktionsspule im Gehäuse 311 hat die Geometrie einer um zwei Achsabschnitte zu einem Griffkörper gefalteten im Werkstückaufnahmebereich 307 ebenen Rechteckspule mit spiralförmigen Windungen. Sie erzeugt ein den Flusslinien 306 entsprechendes Wechselfeld B.
In 7 und 8 ist ein vertikaler und ein horizontaler Querschnitt des Gehäuses 306 zu sehen.
Die Induktionsspule 305 umfasst Leitungsstränge 304, die sich in zwei einander gegenüberliegenden Bereichen 381, 383 entlang des schlitzförmigen Werkstückaufnahmebereichs 307 parallel in Längsrichtung erstrecken.
Das Gehäuse 311 hat ein Bodenteil 351 und zwei Seitenteile 352, 353 sowie zwei Deckelteile 354, 355, die z. B. aus Aluminium bestehen können.
Die Induktionsspule 305 ist in dem Gehäuse 311 mit Trägerabschnitten 386 gehalten. Zwischen der Induktionsspule 306 und den Trägerabschnitten 386 sind Elemente 387, 388, 389 vorgesehen, die den magnetischen Fluss konzentrieren. Bei den zu den stirnseitigen Seitenteilen 357, 359 weisenden Windungsabschnitten der Induktionsspule 305 und bei den Deckelteilen 354, 355 befinden sich ebenfalls Elemente 390 für die Flusskonzentration. Die den magnetischen Fluss konzentrierenden Elemente 387, 388, 390 verstärken das mit der Induktionsspule 305 erzeugte Magnetfeld im Werkstückaufnahmebereich 307. Gleichzeitig wird mittels der Elemente 387, 388, 390 das magnetische Streufeld an dem Bodenteil 351, den Seitenteilen 352, 353, 357, 359 und den Deckelteilen 354, 355 des Gehäuses 306 so verringert, dass sich das Gehäuse beim Betrieb der Induktionsspule 305 nicht oder nur unwesentlich aufheizt, wenn das Gehäuse aus Metall besteht.
Zum schlitzförmigen Werkstückaufnahmebereich 307 hin ist das Gehäuse 311 mit Platten 391, 392, 393 aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial abgeschlossen. Den Platten 391, 392, 393 sind entsprechende Platten 394, 395, 396 zugeordnet, an denen die Induktionsspule 305 anliegt. Die Platten 391, 394 sowie 393, 396 sind jeweils durch einen Luftspalt 397, 398 getrennt. Der Luftspalt 397, 398 ist ein Luftströmungskanal. Der mittels des Gebläses 317 in das Gehäuse 311 angesaugte Kühlluftstrom gelangt in das Innere 375 des Gehäuses, das als Luftkammer wirkt. Hier entsteht ein Staudruck. Der Staudruck treibt die Kühlluft entlang Strömungswegen 320, 321 durch die Luftspalte 397, 398 zwischen den Platten 391 und 394 bzw. 392 und 395 zu Austrittsöffnungen 399 in den Deckelteilen 354, 355 des Gehäuses 311.
Außerdem hat das Gehäuse 311 Öffnungen 302 in den Seitenteilen 352, 353, durch welche die Kühlluft mit Strömungswegen 322, 323 ebenfalls ins Freie strömen kann.
9 zeigt ein Gehäuse 411 mit Induktionsspule einer fünften Vorrichtung zum induktiven Heizen von Werkstücken. Hier gibt es einen flächigen Werkstückaufnahmebereich 407. An dem Gehäuse 411 gibt es einen Steckeranschluss 414 für die Induktionsspule. An das Gehäuse 411 ist ein Gebläse 417 angeschlossen. Die Induktionsspule im Gehäuse 411 hat die Geometrie einer langgestreckten, flachen Rechteckspule. Sie erzeugt ein den Flusslinien 406 entsprechendes Wechselfeld B im Werkstückaufnahmebereich 407.
Die 10 und 11 zeigen das Gehäuse 411 in einem vertikalen Querschnitt und einem vertikalen Längsschnitt. Die 11 ist ein Längsschnitt des Gehäuses 411. In 12 ist ein Schnitt des Gehäuses entlang der Linie XII-XII aus 11 gezeigt.
Die Induktionsspule 405 im Gehäuse 411 hat die Form einer rechteckigen Flachspule, deren Leitungsstränge 404 nach der Art einer Schraubenwicklung um eine Trägerplatte 403 aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial gelegt sind. Die Leitungsstränge 404 der Induktionsspule 405 erstrecken sich zu beiden Seiten der Trägerplatte 403 in einander gegenüberliegenden Bereichen 481, 483 parallel zum flächigen Werkstückaufnahmebereich 407 in Längsrichtung. An der Trägerplatte 403 befinden sich Elemente 451, 453, die den magnetischen Fluss konzentrieren.
Die Trägerplatte 403 mit den Elementen 451, 453 ist an die Wandung des Gehäuses 411 montiert. Als Deckelteil hat das Gehäuse 411 eine erste Platte 459 aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial und eine zweite Platte 461, die aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial besteht. Die erste Platte 459 liegt mit einem Luftspalt 463 über der Induktionsspule 405. In der ersten Platte 459 sind Durchtrittsöffnungen 465 für Kühlluft ausgebildet, die über Durchtrittsöffnungen 412 in der Trägerplatte 403 in einen spaltförmigen flachen Zwischenraum 467 zwischen der ersten und der zweiten Platte 459, 461 münden.
Der mittels des Gebläses 417 in das Gehäuse 411 eingeblasene Kühlluftstrom gelangt in das Innere 475 des Gehäuses, welches wiederum als Luftkammer wirkt. Der hierdurch entstehende Staudruck bewirkt einen um die Induktionsspule 405 herum strömenden Kühlluftstrom mit einem Strömungsweg 420. Die Kühlluft wird in den Luftspalt 463 gedrückt, von wo über die Durchtrittsöffnungen 465 für Kühlluft in den spaltförmigen Zwischenraum 467 zwischen der ersten und der zweiten Platte 459, 461 durch eine schlitzförmige Öffnung 469 im Gehäuse 411 ins Freie gelangt.
Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung 1 zum induktiven Heizen von Werkstücken 9 mit einem Werkstückaufnahmebereich 7 und mit einer elektrischen Leitungsanordnung 5, die bei Anschluss an eine Wechselstromquelle 3 ein magnetisches Wechselfeld zum induktiven Heizen von in dem Werkstückaufnahmebereich 7 angeordneten Werkstücken 9 erzeugt. Erfindungsgemäß hat die Vorrichtung 1 ein die elektrische Leitungsanordnung 5 umgebendes Gehäuse 11. Das Gehäuse 11 hat eine Gehäusewand 12, die das Gehäuse 11 zu dem Werkstückaufnahmebereich 7 hin abschließt. In dem Gehäuse 11 ist ein Strömungsweg 20 für Fluid ausgebildet, der zwischen der das Gehäuse 11 zu dem Werkstückaufnahmebereich 7 abschließenden Gehäusewand 12 und der elektrischen Leitungsanordnung 5 geführt ist. Damit kann mittels des in dem Gehäuse 11 strömenden Fluidstroms 20 die von einem aufgeheizten Werkstück 9 in dem Werkstückaufnahmebereich 7 in das Gehäuse 11 eingetragene Wärme abgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5938965 [0002, 0005]

Claims

Vorrichtung (1) zum induktiven Heizen von Werkstücken (9) mit einem Werkstückaufnahmebereich (7, 207, 307, 407) und mit einer elektrischen Leitungsanordnung (5, 205, 305, 405), die bei Anschluss an eine Wechselstromquelle (3) ein magnetisches Wechselfeld (6, 206, 306, 406) zum Induktiven Heizen von in dem Werkstückaufnahmebereich (7, 207, 307, 407) angeordneten Werkstücken (9),(209, 309) erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass ein die elektrische Leitungsanordnung (5, 205, 305, 405, 505) umgebendes Gehäuse (11, 211, 311, 411, 511) mit einer das Gehäuse (11, 211, 311, 411, 511) zu dem Werkstückaufnahmebereich (7, 207, 307, 407) abschließenden Gehäusewand (12, 259, 391, 392, 461) und ein in dem Gehäuse (11, 211, 311, 411) ausgebildeter Strömungsweg (20, 276, 321, 420, 576) für Fluid vorgesehen ist, der zwischen der das Gehäuse (11, 211, 311, 411, 511) zu dem Werkstückaufnahmebereich (7, 207, 307, 407) abschließenden Gehäusewand (12, 259, 391, 392, 461) und der elektrischen Leitungsanordnung (5, 205, 305, 405, 505) geführt ist, um mittels eines in dem Gehäuse (11, 211, 311, 411, 511) strömenden Fluidstroms die von einem aufgeheizten Werkstück in dem Werkstückaufnahmebereich (7, 207, 307, 407) in das Gehäuse (11, 211, 311, 411, 511) eingetragene Wärme abzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg für Fluid als Luftströmungsweg (20, 276, 321, 420) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Strömungsweg (276, 420) strömendes Fluid an der Leitungsanordnung (205, 405) entlangströmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (211) eine über wenigstens eine Öffnung (277) mit dem Strömungsweg (276) für Fluid verbundene Fluidkammer (275) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Öffnung (277) eine in einem Bodenteil (251) oder einem Deckelteil des Gehäuses (211) ausgebildete Vertiefung (272) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (276) für Fluid über eine Vertiefung (279) in einem Bodenteil oder einem Deckelteil (253) des Gehäuses (211) ins Freie mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg für Fluid durch Öffnungen (397) in einem Bodenteil oder einem Deckelteil (354, 355) des Gehäuses (311) ins Freie mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg für Fluid durch Öffnungen (302) in einer Seitenwandung (352) des Gehäuses (311) ins Freie mündet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstückaufnahmebereich (207) eine in dem Gehäuse (211) ausgebildete Öffnung ist und die elektrische Leitungsanordnung eine die Werkstückaufnahme (207) umgebende Zylinderspule (205) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (205) in einem den Werkstückaufnahmebereich (207) umgebenden Fluidkanal (260) mit ringförmigem Querschnitt positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Werkstückaufnahmebereich (207) weisende Wandung des Fluidkanals (260) ein aus temperaturbeständigem Kunststoff bestehender Hohlzylinder (259) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlzylinder (259) das Gehäuse (211) zu dem Werkstückaufnahmebereich (207) abschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Werkstückaufnahmebereich (207) weg weisende Wandung des Fluidkanals (260) ein aus temperaturbeständigem Kunststoff bestehender Hohlzylinder (261) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenwand des Hohlzylinders (261) eine oder mehrere den magnetischen Fluss konzentrierende Elemente (273) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einen oder mehreren Elemente (273) aus ferromagnetischen Verbundwerkstoffen bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zu dem Werkstückaufnahmebereich (207) weisende Seite der Leitungsanordnung (205) an einer Klebefolie (269) liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebefolie (269) eine zweiseitige Klebefolie ist, wobei auf der der Leitungsanordnung (205) gegenüberliegenden Seite der Klebefolie (269) die Leitungsanordnung stabilisierende Stützelemente (271) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (271) als Schnüre oder Stäbe ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente aus Perbunan^® oder Teflon^® bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet dass ein schlitzförmiger Werkstückaufnahmebereich (307) vorgesehen ist und die Leitungsanordnung eine Spule (305) mit Leitungssträngen (304) umfasst, die sich in zwei einander gegenüberliegenden Bereichen (381, 383) entlang dem schlitzförmigen Werkzeugaufnahmebereich (307) parallel in Längsrichtung erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (321) für Fluid zwischen einer das Gehäuse zu dem Werkstückaufnahmebereich abschließenden Platte (391, 392) aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial und einer Platte (394, 395) aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial geführt ist, die an den sich entlang dem schlitzförmigen Werkzeugaufnahmebereich (307) parallel in Längsrichtung erstreckenden Leitungssträngen (304) der Spule (305) anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (321) für Fluid in Öffnungen (399) am Deckelteil des Gehäuses (311) mündet.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Platte (391, 393) oder die zweite Platte (394, 396) aus temperaturfestem Kunststoff oder aus Borosilikat besteht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiger Werkstückaufnahmebereich (407) vorgesehen ist und die Leitungsanordnung eine Spule (405) mit Leitungssträngen (404) umfasst, die sich in zwei einander gegenüberliegenden Bereichen (481, 483) entlang dem flächigen Werkzeugaufnahmebereich (407) parallel zueinander in Längsrichtung erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (420) für Fluid zwischen einer das Gehäuse (411) zu dem Werkstückaufnahmebereich (407) abschließenden Platte (461) aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial und um eine Platte (459) aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial geführt ist, die zwischen der das Gehäuse (411) zu dem Werkstückaufnahmebereich (407) abschließenden Platte (461) und der Leitungsanordnung (405) positioniert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (23) für das Überwachen einer die Leitungsanordnung (5) kühlenden Fluidströmung (20) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (27) für das Überwachen der Temperatur der Leitungsanordnung (5) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der Ansrpüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25, 17) zum Einstellen einer die Leitungsanordnung (5) kühlenden Fluidströmung (19) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 26 dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel zum Einstellen der die Leitungsanordnung (5) kühlenden Fluidströmung (19) ein steuerbares Gebläse (17) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (28) vorgesehen ist, der die Mittel zum Einstellen einer die Leitungsanordnung (5) kühlenden Fluidströmung (19) in Abhängigkeit einer erfassten Temperatur der Leitungsanordnung (5) regelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (32) für das Erfassen der Temperatur eines Werkstücks (9) in der Werkzeugaufnahme (7) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 29 dadurch gekennzeichnet, dass als Mittel für das Erfassen der Temperatur eines Werkstücks in der Werkzeugaufnahme ein pyrometrischer Sensor (32) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (34) vorgesehen ist, der einen durch die Leitungsanordnung (5) geführten Wechselstrom in Abhängigkeit einer erfassten Werkstücktemperatur regelt.