DE102009046411A1

DE102009046411A1 - Device for inductive heating of workpieces made of electrically conductive material

Info

Publication number: DE102009046411A1
Application number: DE102009046411A
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: ES2464766T3; PL2497333T3; WO2011054747A1; EP2497333A1; EP2497333B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen von vorzugsweise entlang einer Bewegungsstrecke bewegten Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mit mindestens einer mit Wechselstrom beaufschlagten, eine Vielzahl Windungen aus Spulendraht aufweisenden Induktionsspule (20; 120). Um eine optimale Anpassung an die geometrische Bauform der Werkstücke ermöglichen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Windungen (32; 132) der Induktionsspule (20; 120) mindestens eine Gruppe von ausgewählten Windungsabschnitten (34, 34'; 134) aufweisen, die unter Aufspannung einer dem aufzuheizenden Werkstück zugewandten nutzbaren Induktionsfläche (36, 36'; 136) parallel nebeneinander angeordnet und in gleicher Richtung stromdurchflossen sind, und die über weitere Windungsabschnitte (38, 38', 40; 138, 140) nach Art einer Spiral- oder Schraubenwicklung miteinander verbunden sind und einen offenen Luftraum (42) oder mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln bestückten Spulenkern (142) umschließen.The invention relates to a device for inductive heating of workpieces of electrically conductive material, preferably moving along a movement path, with at least one induction coil (20, 120) charged with alternating current and having a multiplicity of turns of coil wire. In order to be able to optimally adapt to the geometrical design of the workpieces, it is proposed according to the invention that the turns (32; 132) of the induction coil (20; 120) have at least one group of selected turn sections (34, 34 '; 134) , which are arranged parallel to each other while being tensioned on a usable induction surface (36, 36 '; 136) facing the workpiece to be heated, and through which current flows in the same direction via further winding sections (38, 38', 40; 138, 140) in the manner of a spiral - Are or coil winding connected to each other and an open air space (42) or equipped with magnetically conductive flux guide means spool core (142).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen von vorzugsweise entlang einer Bewegungsstrecke bewegten Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mit mindestens einer mit Wechselstrom beaufschlagten, eine Vielzahl Windungen aus Spulendraht aufweisenden Induktionsspule.The invention relates to a device for inductive heating preferably over a moving distance moving workpieces made of electrically conductive material having at least one acted upon by alternating current, a plurality of turns of coil wire having induction coil.

Im Interesse eines besseren Verständnisses der nachstehenden Ausführungen ist zur Wirkungsweise einer Induktionsspule zunächst Folgendes auszuführen: Ein stromdurchflossener Spulendraht ist von einem ringförmigen Magnetfeld umgeben. Bei einer Spule mit einer Vielzahl von Windungen überlagern sich die Felder der einzelnen Windungen zu einem gemeinsamen Magnetfeld. Der Verlauf des Magnetfeldes kann modellhaft über die Anschauungshilfe der Feldlinien beschrieben werden. Die Feldlinien zeigen die Kraftrichtung an, die auf einen externen Nordpol wirken würde. Bei der stromdurchflossenen Spule treten die Feldlinien aus dem Nordpol aus, sind im Außenraum in Richtung Südpol gerichtet, treten am Südpol wieder in die Spule ein und sind über das Innere der Spule geschlossen. Die magnetischen Pole bilden dabei die Bereiche des größten magnetischen Flusses ab, aus denen das Magnetfeld in den Außenraum austritt oder in diesen eintritt. Die Anzahl der Feldlinien ist eine Skalierungsfrage. Eine größere Dichte der Feldlinien belegt ein größeres Magnetfeld und umgekehrt. Als Merkregel gilt, dass die Feldlinien in einer Spule im Wesentlichen parallel zu der durch die benachbarten Windungen aufgespannten Fläche quer zur Stromrichtung in den Windungen verlaufen.In the interest of a better understanding of the following statements, the following is to be carried out for the operation of an induction coil: A coil wire through which current flows is surrounded by an annular magnetic field. In a coil with a large number of turns, the fields of the individual turns overlap to form a common magnetic field. The course of the magnetic field can be described model by way of the visual aid of the field lines. The field lines indicate the direction of force that would act on an external north pole. In the case of the current-carrying coil, the field lines emerge from the north pole, are directed in the outer space in the direction of the south pole, reenter the coil at the south pole and are closed via the interior of the coil. The magnetic poles thereby depict the regions of the largest magnetic flux from which the magnetic field exits or enters into the outer space. The number of field lines is a scaling question. A greater density of field lines occupies a larger magnetic field and vice versa. As a rule of thumb, the field lines in a coil extend transversely to the direction of current in the windings, essentially parallel to the surface defined by the adjacent windings.

Für die induktive Erwärmung eines elektrisch leitfähigen Werkstücks wird durch die Erregung der Spule mit einem hochfrequenten Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld generiert. Ein zeitlich sich änderndes Magnetfeld induziert wiederum ein elektrisches Feld, dessen Feldlinien sich um die magnetischen Feldlinien schließen. Dieses elektrische Feld induziert Spannungen und dadurch Ströme, die in einem elektrisch leitenden Werkstück in Form von Wirbelströmen auftreten. Die Wirbelströme führen durch den ohmschen Widerstand zu einer Erwärmung des Werkstücks. Gleichzeitig generieren diese Wirbelströme wiederum magnetische Felder, die zu einer frequenzabhängigen Feldverdrängung der elektromagnetischen Felder aus dem Inneren des Werkstücks heraus in die Randbereiche führen. Dieser sogenannte Skin-Effekt führt letztlich zu einer Konzentration der Felder in einer kleinen Randschicht auf der Außenoberfläche des Werkstücks.For the inductive heating of an electrically conductive workpiece, a magnetic alternating field is generated by the excitation of the coil with a high-frequency alternating current. A time-varying magnetic field in turn induces an electric field whose field lines close around the magnetic field lines. This electric field induces voltages and thereby currents that occur in an electrically conductive workpiece in the form of eddy currents. The eddy currents lead by the ohmic resistance to a heating of the workpiece. At the same time, these eddy currents again generate magnetic fields which lead to a frequency-dependent field displacement of the electromagnetic fields from the interior of the workpiece into the edge regions. This so-called skin effect ultimately leads to a concentration of the fields in a small boundary layer on the outer surface of the workpiece.

In der technischen Anwendung weisen die Spulenwicklungen oft einen mehr oder weniger vollständigen Rückschluss aus magnetisch leitfähigem Material auf. Dieser Rückschluss dient der Flussführung sowie der Abschirmung bestimmter Bereiche von den magnetischen Feldern. Das Magnetfeld konzentriert sich auf die magnetisch leitfähigen Bereiche der Flussführung und brückt in Luftspalten oder in Streubereichen den Luftraum.In the technical application, the coil windings often have a more or less complete return of magnetically conductive material. This inference serves to guide the flow and to shield certain areas from the magnetic fields. The magnetic field concentrates on the magnetically conductive areas of the flux guide and bridges the air space in air gaps or in scattered areas.

Es sind Induktionsvorrichtungen der eingangs angegebenen Art bekannt, bei denen die Werkstücke überwiegend im Bereich der Spulpole einer induktiven Aufheizung ausgesetzt werden. Damit wird zwar der höchste Magnetfluss innerhalb der Spule für die Aufheizung genutzt. Bei Werkstücken mit komplizierter geometrischer Form werden hiermit jedoch häufig keine optimalen Aufheizergebnisse erzielt.There are known induction devices of the type specified, in which the workpieces are exposed predominantly in the coil bobbins inductive heating. Thus, the highest magnetic flux within the coil is used for the heating. In the case of workpieces with a complicated geometric shape, however, optimum heating results are often not achieved here.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen von Werkstücken der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass eine optimale Anpassung an die geometrische Bauform von Werkstücken möglich ist.Proceeding from this, the present invention seeks to improve a device for inductive heating of workpieces of the type specified in that an optimal adaptation to the geometric design of workpieces is possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem the features specified in claim 1 are proposed. Advantageous embodiments and modifications of the invention will become apparent from the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Lösung geht von dem Gedanken aus, dass es mit einfachen Mitteln möglich ist, die Induktionsspule baulich an Werkstücke mit komplizierter Bauform anzupassen. Um dies zu erreichen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Windungen der Induktionsspule mindestens eine Gruppe von ausgewählten Windungsabschnitten aufweisen, die unter Aufspannung einer dem aufzuheizenden Werkstück zugewandten nutzbaren Induktionsfläche parallel nebeneinander angeordnet und in gleicher Richtung stromdurchflossen sind, und die über weitere Windungsabschnitte nach Art einer Spiral- oder Schraubenwicklung miteinander verbunden sind und einen offenen Luftraum oder mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln bestückten Spulenkern umschließen.The solution according to the invention is based on the idea that it is possible with simple means to adapt the induction coil structurally to workpieces with a complicated design. To achieve this, it is proposed according to the invention that the turns of the induction coil have at least one group of selected turn sections, which are arranged parallel to one another while clamping a useful induction surface facing the workpiece to be heated and current flows through in the same direction, and which travels through further turn sections Type of spiral or coil winding are connected to each other and enclose an open air space or equipped with magnetically conductive flux guide coil core.

Unter der nutzbaren Induktionsfläche ist eine durch die Gruppe ausgewählter Windungsabschnitte aufgespannte Fläche zu verstehen, in deren angrenzendem Luftraum die für die Aufheizung des Werkstücks genutzten Magnetfeldlinien verlaufen.The usable induction surface is to be understood as an area defined by the group of selected winding sections, in whose adjoining air space the magnetic field lines used for heating the workpiece run.

Zur Optimierung des Wirkungsgrades und zur Vermeidung unzulässiger Aufheizungen im Außenbereich wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass die Gruppe von ausgewählten Windungsabschnitten an ihrer der nutzbaren Induktionsfläche abgewandten Außenseite zumindest teilweise mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln begrenzt ist. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht, wird dadurch erzielt, dass die weiteren Windungsabschnitte an ihrer vom Luftraum oder Spulenkern abgewandten Außenseite zumindest teilweise mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln begrenzt sind.In order to optimize the efficiency and to avoid unacceptable heatings in the outer area, it is proposed according to an advantageous embodiment of the invention that the group of selected Windungsabschnitten on their outside of the usable induction surface facing away from the outside at least partially with magnetically conductive Flow control is limited. A further improvement in this regard, is achieved in that the other turns sections are at least partially limited on their outside facing away from the air space or coil core with magnetically conductive flux guide means.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Windungen der Induktionsspule auf einen im Umriss rechteckigen Spulenrahmen mit einer kurzen und einer langen Rechteckseite schraubenartig aufgewickelt sind, dass die einander benachbarten Windungen in Querrichtung des Spulenrahmens nebeneinander liegen und sich in dessen Längsrichtung erstrecken, und dass die der Querabmessung der nutzbaren Induktionsfläche entsprechende Breite des Spulenrahmens kleiner als die der Längsabmessung der nutzbaren Induktionsfläche entsprechende Länge des Spulenrahmens ist. Weiter ist es bei einer solchen Ausgestaltung von Vorteil, wenn der Innenraum des Spulenrahmens einen an seinen Enden durch Spulpole begrenzten Spulenkern aus magnetisch leitfähigem Material enthält. Eine derartige Induktionsspule ist als Flachinduktor ausgebildet, dessen Spulpole nicht der wirksamen Induktionsfläche zuzuordnen sind. Die wirksame Induktionsfläche wird vielmehr durch eine der Breitseitenflächen des Flachinduktors gebildet, über die das aufzuheizende Werkstück entlang bewegt wird. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Werkstücks wird so gewählt, dass der am Werkstück vorgesehene Aufheizvorgang bei dessen Austritt aus dem Wirkungsbereich der nutzbaren Induktionsfläche abgeschlossen ist.A preferred embodiment of the invention provides that the turns of the induction coil are helically wound on an outline in rectangular coil frame with a short and a long rectangle side, that the adjacent turns in the transverse direction of the coil frame adjacent to each other and extend in the longitudinal direction, and that the width of the coil frame corresponding to the transverse dimension of the usable induction surface is smaller than the length of the coil frame corresponding to the longitudinal dimension of the usable induction surface. Further, in such a configuration, it is advantageous if the interior of the coil frame contains a coil core of magnetically conductive material that is delimited at its ends by winding poles. Such an induction coil is designed as a flat inductor whose winding poles are not assigned to the effective induction surface. Rather, the effective induction surface is formed by one of the broad side surfaces of the Flachinduktors over which the workpiece to be heated is moved along. The speed of movement of the workpiece is selected such that the heating process provided on the workpiece is completed when it leaves the area of action of the usable induction surface.

Ein besonderes Einsatzgebiet für einen Flachinduktor besteht in der Abdichtung von Überlappungs- und Stoßnähten an metallischen Blechkörpern, insbesondere an zylindrischen Blechdosen, die an einer Mantelnaht abgedichtet werden. Die Aufheizung wirkt dort dadurch, dass die Nähte durch Vorbeibewegen der metallischen Blechkörper an der nutzbaren Induktionsfläche induktiv aufgeheizt und dabei mit einem aufschmelzenden Beschichtungsmittel überzogen werden. Das aufzuschmelzende Beschichtungsmittel kann entweder auf der Außenseite oder auf der Innenseite der Naht angeordnet sein.A particular field of application for a flat inductor is the sealing of overlapping and butt welds on metallic sheet metal bodies, in particular on cylindrical tin cans which are sealed on a jacket seam. The heating effect there by the fact that the seams are inductively heated by moving past the metallic sheet metal body on the usable induction surface and thereby coated with a refractory coating. The coating composition to be melted can be arranged either on the outside or on the inside of the seam.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Induktionsspule zwei Gruppen ausgewählter Windungsabschnitte aufweist, deren nutzbare Induktionsflächen in gegenseitigem seitlichem Abstand einander zugewandt sind und gemeinsam einen spaltförmigen Luftraum zur Aufnahme der aufzuheizenden Werkstücke begrenzen.A further preferred embodiment of the invention provides that the induction coil has two groups of selected winding sections, whose usable induction surfaces face each other in mutual lateral distance and together define a gap-shaped air space for receiving the workpieces to be heated.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die ausgewählten Windungsabschnitte und die weiteren Windungsabschnitte in einem gedachten aufgeklappten Zuschnitt eine ebene Rechteckspirale mit einer zentralen rechteckigen Öffnung bilden, deren einander benachbarte Windungsabschnitte einer jeden Windung an den Endender Rechteckseiten unter Bildung einer gemeinsamen Gehrungslinie um jeweils 90° gegeneinander abgebogen sind. Im aufgerichteten Zustand sind die beiden die nutzbare Induktionsfläche bildenden Gruppen ausgewählter Windungsabschnitte zusammen mit den Gehrungslinien und einem Teil der Gruppen der weiteren Windungsabschnitte um einen zu den ausgewählten Windungsabschnitten parallele und quer zu den weiteren Windungsabschnitten verlaufende Biegelinie aus der gedachten Zuschnittebene abgebogen. Die Biegelinie verläuft dabei zweckmäßig im Abstand vom Öffnungsrand und parallel dazu durch die zentrale Öffnung. Eine Besonderheit dieser Konstruktion besteht außerdem darin, dass die weiteren Windungsabschnitte auf ihrer dem Spaltinneren zugewandten Seite zusätzliche, dem aufzuheizenden Werkstück zugewandte nutzbare Induktionsflächen aufspannen können.It is particularly advantageous if the selected Windungsabschnitte and the other Windungsabschnitte in an imaginary unfolded blank form a flat rectangular spiral with a central rectangular opening, the adjacent turns sections of each turn at the ends of the rectangular sides to form a common miter by 90 ° bent against each other. In the erected state, the two groups of selected turn sections forming the usable induction surface are bent out of the imaginary cut plane together with the miter lines and a part of the groups of the further turn sections about a bending line parallel to the selected turn sections and extending transversely to the further turn sections. The bending line expediently extends at a distance from the opening edge and parallel to it through the central opening. A special feature of this design is also that the other turns sections on their side facing the inside of the gap can span additional usable, the induction surfaces to be heated facing the workpiece.

Vorteilhafterweise sind jeweils zwei einander gegenüberliegende Rechteckseiten der ein Rechteck bildenden Windungsabschnitte länger als die beiden anderen Rechteckseiten. Weiter ist es in diesem Zusammenhang von Vorteil, wenn zwei einander gegenüberliegende Rechteckseiten bildende ausgewählte Windungsabschnitte zusammen mit den Gehrungslinien um im wesentlichen 90° nach einer Seite umgebogen sind und mit ihren einander zugewandten nutzbaren Induktionsflächen sowie den an den Gehrungslinien anschließenden weiteren Windungsabschnitten den spaltförmigen Luftraum begrenzen. Damit erhält man einen langgestreckten spaltförmigen Luftraum, durch den das Werkstück beim Aufheizvorgang hindurchbewegt werden kann. Um die Leistungsdichte an das aufzuheizende Werkstück anpassen zu können, ist es möglich, die Windungen innerhalb der nutzbaren Induktionsflächen zumindest partiell in unterschiedlichen Abständen voneinander anzuordnen. Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht kann dadurch erzielt werden, dass die Induktionsspule innerhalb der nutzbaren Induktionsfläche eine oder mehrere Windungslagen aufweist.Advantageously, in each case two mutually opposite sides of the rectangle forming a rectangle Windungsabschnitte longer than the other two sides of the rectangle. It is also advantageous in this context if two selected turns sections forming opposite one another are bent together with the miter lines by substantially 90 ° to one side and bound the gap-shaped air space with their usable usable induction surfaces and the further turn sections adjoining the miter lines , This gives an elongated gap-shaped air space through which the workpiece can be moved during the heating process. In order to adapt the power density of the workpiece to be heated, it is possible to arrange the turns within the usable induction surfaces at least partially at different distances from each other. A further improvement in this regard can be achieved in that the induction coil has one or more winding layers within the usable induction surface.

Der vorstehend beschriebene Spaltinduktor wird bevorzugt zum Entlacken oder Decoaten von beschichteten metallischen Werkstücken im Durchlaufverfahren verwendet. Die Bewegungsstrecke des Werkstücks ist dabei zweckmäßig parallel zu den längeren Rechteckseiten der Spulenwindungen ausgerichtet.The gap inductor described above is preferably used for paint stripping or decoating of coated metallic workpieces in a continuous process. The movement distance of the workpiece is expediently aligned parallel to the longer rectangular sides of the coil turns.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigenIn the following the invention will be explained in more detail with reference to the embodiments schematically illustrated in the drawing. Show it

1 eine schaubildliche Darstellung einer als Spaltinduktor ausgebildeten induktiven Aufheizvorrichtung; 1 a perspective view of a designed as a gap inductor inductive heating device;

2 einen senkrechten Schnitt durch die Spaltspule nach 1; 2 a vertical section through the gap coil after 1 ;

3 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Spulenwicklung für den Spaltinduktor nach 1 und 2; 3 a side view of a first embodiment of the coil winding for the gap inductor after 1 and 2 ;

4 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Spulenwicklungen für den Spaltinduktor nach 1 und 2; 4 a side view of a second embodiment of the coil windings for the Spaltinduktor after 1 and 2 ;

5a einen senkrechten Schnitt entsprechend 2; 5a a vertical section accordingly 2 ;

5b eine Seitenansicht einer dritten Ausführungsform der Spulenwicklung für den Spaltinduktor nach 1 und 5a; 5b a side view of a third embodiment of the coil winding for the gap inductor after 1 and 5a ;

6 eine schaubildliche Darstellung einer als Flachinduktor ausgebildeten Vorrichtung für die induktive Erwärmung metallischer Gegenstände; 6 a perspective view of a designed as a flat inductor device for the inductive heating of metallic objects;

7 einen senkrechten Schnitt durch den Flachinduktor nach 6; 7 a vertical section through the Flachinduktor after 6 ;

8 eine Draufsicht auf die Spulenwicklung des Flachinduktors nach 6 und 7; 8th a plan view of the coil winding of the Flachinduktors after 6 and 7 ;

9 einen senkrechten Längsschnitt durch den Flachinduktor nach 6 bis 8. 9 a vertical longitudinal section through the Flachinduktor after 6 to 8th ,

Die in der Zeichnung dargestellten Vorrichtungen sind zum induktiven Aufheizen von vorzugsweise entlang einer Bewegungsstrecke bewegten Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material bestimmt. Sie werden im Folgenden auch als ”Induktor” bezeichnet.The devices shown in the drawing are intended for inductive heating of preferably along a moving distance moving workpieces made of electrically conductive material. They are also referred to below as the "inductor".

Die 1 zeigt einen sogenannten Spaltinduktor 10, dessen Gehäuse 12 einen nach oben offenen Längsspalt 14 aufweist, der durch zwei Seitenflanken 16 und einen Boden 18 begrenzt ist. Im Inneren des Gehäuses 12 befindet sich mindestens eine an die Gehäuseform 12 angepasste Induktionsspule 20, 20', die mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist und die ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld B erzeugt, dessen Feldlinien 22 in 1 partiell dargestellt sind. Mit dem magnetischen Wechselfeld B lassen sich in einem im Spaltraum 14 positionierten Werkstück 24 Induktionsströme hervorrufen, die das Werkstück auf eine vorgegebene Temperatur erwärmen. Der Erregerstrom, der eine Frequenz in der Größenordnung zwischen 10 und 100 kHz aufweist, wird über einen in der Zeichnung nicht dargestellten Generator erzeugt. In 1 ist außerdem ein Gebläse 26 zu erkennen, über welches Kühlluft in das Gehäuse angesaugt und über dort vorgesehene Kanäle 28 zur Kühlung der Induktionsspule 20, 20' geführt und im erwärmten Zustand über Gehäuseöffnungen 30 wieder in den Außenraum abgeblasen wird.The 1 shows a so-called gap inductor 10 whose case 12 an upwardly open longitudinal gap 14 has, by two side flanks 16 and a floor 18 is limited. Inside the case 12 At least one is at the housing shape 12 adapted induction coil 20 . 20 ' , which is charged with an alternating current and generates a high-frequency alternating magnetic field B whose field lines 22 in 1 are shown partially. With the alternating magnetic field B can be in a in the gap 14 positioned workpiece 24 Inducing induction currents, which heat the workpiece to a predetermined temperature. The exciting current, which has a frequency in the order of 10 to 100 kHz, is generated by a generator, not shown in the drawing. In 1 is also a fan 26 to recognize, via which cooling air sucked into the housing and channels provided there 28 for cooling the induction coil 20 . 20 ' guided and in the heated state via housing openings 30 is blown off again into the outside space.

Die für den Spaltinduktor 10 bestimmten Induktionsspulen 20, 20' sind in den 2 bis 5b dargestellt. Jede Induktionsspule 20, 20 weist eine Vielzahl Windungen 32 aus Spulendraht auf, der wegen der hohen Erregerfrequenz bevorzugt als Hochfrequenzlitze ausgebildet ist. Die Windungen 32 der Induktionsspulen 20, 20' weisen zwei im Bereich der Seitenflanken 16 des Gehäuses 12 angeordnete Gruppen von ausgewählten Windungsabschnitten 34, 34' auf, die unter Aufspannung je einer dem Längsspalt 14 zugewandten nutzbaren Induktionsfläche 36, 36' parallel nebeneinander angeordnet und in gleicher Richtung stromdurchflossen sind und die über weitere Windungsabschnitte 38, 38, 40 nach Art einer Spiralwicklung miteinander verbunden sind und einen offenen Luftraum 42 umschließen.The for the gap inductor 10 certain induction coils 20 . 20 ' are in the 2 to 5b shown. Each induction coil 20 . 20 has a lot of turns 32 from coil wire, which is preferably formed as Hochfrequenzlitze because of the high excitation frequency. The turns 32 the induction coils 20 . 20 ' have two in the area of the side edges 16 of the housing 12 arranged groups of selected winding sections 34 . 34 ' on, the under tension each one the longitudinal gap 14 facing usable induction surface 36 . 36 ' arranged parallel to each other and current flowing in the same direction and the other over Windungsabschnitte 38 . 38 . 40 connected in the manner of a spiral winding and an open air space 42 enclose.

Unter einer nutzbaren Induktionsfläche 36, 36' ist eine durch eine Gruppe Windungsabschnitte aufgespannte Fläche zu verstehen, in deren angrenzendem Luftraum die für die Aufheizung des Werkstücks 24 genutzten Magnetfeldlinien 22 verlaufen. Die nutzbaren Induktionsflächen 36, 36' der ausgewählten Windungsabschnitte 34, 34' sind in gegenseitigem seitlichen Abstand einander zugewandt und begrenzen gemeinsam einen spaltförmigen Luftraum 14', der den Längsspalt 14 im Gehäuse 12 umfasst und parallel zu diesem ausgerichtet ist. Wie eine Zusammenschau der 2 und 3 erkennen lässt, bilden die ausgewählten Windungsabschnitte 34, 34' und die weiteren Windungsabschnitte 38, 38', 40 in einem gedachten aufgeklappten Zuschnitt eine ebene Rechteckspirale mit einer zentralen rechteckigen Öffnung 42, deren einander benachbarte Windungsabschnitte einer jeden Windung an den Enden der Rechteckseiten unter Bildung einer gemeinsamen Gehrungslinie 44 um jeweils 90° gegeneinander abgebogen sind. In ihrem aufgerichteten Zustand sind die die beiden nutzbaren Induktionsflächen 36, 36' bildenden Gruppen ausgewählter Windungsabschnitte 34, 34' und ein Teil der Gruppen der weiteren Wndungsabschnitte 38, 38' um eine zu den Windungsabschnitten 34, 34' parallele und quer zu den weiteren Windungsabschnitten 38, 38' verlaufende Biegelinie 48 aus der gedachten Zuschnittebene 50 um etwa 90° nach einer Seite abgebogen. Die Biegelinie 48 verläuft dabei im Abstand vom Öffnungsrand 46 durch die zentrale Öffnung des offenen Luftraums 42 hindurch. Die weiteren Windungsabschnitte 40 begrenzen an den beiden Enden der Induktionsspule 20, 20' einen zum Boden 18 des Längsspalts 14 parallelen Bodenbereich im Bereich der gedachten Zuschnittebene 50.Under a usable induction surface 36 . 36 ' is to be understood as a surface spanned by a group of winding sections, in the adjoining air space for the heating of the workpiece 24 used magnetic field lines 22 run. The usable induction surfaces 36 . 36 ' the selected winding sections 34 . 34 ' are facing each other in mutual lateral distance and together define a slit-shaped airspace 14 ' , the longitudinal gap 14 in the case 12 includes and is aligned parallel to this. Like a synopsis of 2 and 3 indicates the selected turn sections 34 . 34 ' and the other winding sections 38 . 38 ' . 40 in an imaginary unfolded blank a flat rectangular spiral with a central rectangular opening 42 , whose adjacent turn sections of each turn at the ends of the sides of the rectangle to form a common miter line 44 are bent by 90 ° to each other. In their erected state are the two usable induction surfaces 36 . 36 ' forming groups of selected winding sections 34 . 34 ' and a part of the groups of the further Wndungsabschnitte 38 . 38 ' one at the turn sections 34 . 34 ' parallel and transverse to the other winding sections 38 . 38 ' running bending line 48 from the imaginary cutting plane 50 bent by about 90 ° to one side. The bend line 48 runs at a distance from the opening edge 46 through the central opening of the open airspace 42 therethrough. The other turns sections 40 limit at the two ends of the induction coil 20 . 20 ' one to the ground 18 of the longitudinal gap 14 parallel floor area in the area of the imaginary cutting plane 50 ,

Die in 1 partiell eingezeichneten Feldlinien 22 des magnetischen Wechselfelds B werden von den nutzbaren Induktionsflächen 36, 36' erzeugt. Eine Besonderheit der in 2 bis 5b gezeigten Ausführungsbeispiele besteht darin, dass auch die weiteren Windungsabschnitte 38, 38' und 40 auf ihrer dem Spaltinneren zugewandten Seite zusätzliche, dem aufzuheizenden Werkstück 24 zugewandte nutzbare Induktionsflächen aufspannen. In diesem Bereich sind die Feldlinien nach Maßgabe der Stromrichtung in den weiteren Windungsabschnitten 38, 38', 40 im Sinne der eingangs angegebenen Merkregel. In the 1 partially drawn field lines 22 of the alternating magnetic field B are of the usable induction surfaces 36 . 36 ' generated. A peculiarity of in 2 to 5b shown embodiments is that the other winding sections 38 . 38 ' and 40 on its side facing the interior of the gap additional, the workpiece to be heated 24 span facing usable induction surfaces. In this area, the field lines are in accordance with the direction of current in the other winding sections 38 . 38 ' . 40 in the sense of the Merkreg stated above.

Zur Optimierung des Wirkungsgrads und zur Vermeidung unzulässiger Aufheizungen im Außenbereich ist die Gruppe von ausgewählten Windungsabschnitten 34, 34' an ihrer mit der nutzbaren Induktionsfläche 36, 36' abgewandten Außenseite mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln 52 aus ferromagnetischem Material mit elektrisch isolierenden Eigenschaften begrenzt.In order to optimize efficiency and avoid improper outdoor heating, the group of selected turns is used 34 . 34 ' at their with the usable induction surface 36 . 36 ' remote outside with magnetically conductive flux guide 52 limited by ferromagnetic material with electrically insulating properties.

Eine weitere Verbesserung in dieser Hinsicht wird dadurch erreicht, dass auch die weiteren Flussführungsmittel 38, 38' sowie 40 an ihrer vom Luftraum 14' abgewandten Außenseite teilweise mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln 54, 56 begrenzt sind. Die Flussführungsmittel 52, 54, 56 bestehen bevorzugt aus einem ferritischen Material oder aus ferromagnetischen Verbundwerkstoffen, die magnetisch leitfähig sind und elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist. Damit wird erreicht, dass sie sich unter der Einwirkung des magnetischen Wechselfelds nicht durch Wirbelstrombildung aufheizen.A further improvement in this regard is achieved in that the other flow control means 38 . 38 ' such as 40 at theirs from the airspace 14 ' remote outside partially with magnetic conductive flux guide 54 . 56 are limited. The river guidance means 52 . 54 . 56 are preferably made of a ferritic material or of ferromagnetic composite materials which are magnetically conductive and has electrically insulating properties. This ensures that they do not heat up under the influence of the alternating magnetic field by eddy current formation.

Das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich zum Ausführungsbeispiel nach 3 dadurch, dass der Spaltinduktor zwei innerhalb des Gehäuses 12 angeordnete Induktionsspulen 20, 20' aufweist, deren Wicklungen über das Kabel 60 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass bei besonders langen Spaltinduktoren die Wicklungsarbeit vereinfacht wird und dass eine zusätzliche Optimierung und Anpassung der Wicklung an das aufzuheizende Werkstück ermöglicht wird.This in 4 shown embodiment differs from the exemplary embodiment 3 in that the gap inductor two inside the housing 12 arranged induction coils 20 . 20 ' has, whose windings on the cable 60 are electrically connected in series. This arrangement has the advantage that, in the case of particularly long gap inductors, the winding work is simplified and that an additional optimization and adaptation of the winding to the workpiece to be heated is made possible.

In 5b ist eine weitere Ausführungsvariante des Spaltinduktors gezeigt, der sich von der Ausführungsform nach 3 dadurch unterscheidet, dass die Wicklungsdichte in den verschiedenen Windungsabschnitten 34, 38 unterschiedlich ist. In der Gruppe der gewählten Windungsabschnitte 34 sind die Windungen 32 dicht gepackt, während in den Gruppen der Windungsabschnitte 38 und 40 die Windungen 32 im Abstand voneinander angeordnet sind. Grundsätzlich ist es außerdem möglich, Windungen in verschiedenen Windungsabschnitten mehrlagig zu legen. Mit diesen Maßnahmen ist eine Variation der Flussdichte innerhalb des Spaltinduktors möglich, die eine zusätzliche Anpassung an die Heizungsanforderungen ermöglicht.In 5b a further embodiment of the Spaltinduktors is shown, which differs from the embodiment according to 3 characterized in that the winding density in the different Windungsabschnitten 34 . 38 is different. In the group of selected turns sections 34 are the turns 32 densely packed, while in groups of turn sections 38 and 40 the turns 32 are spaced apart. In principle, it is also possible to lay turns in several winding sections in multiple layers. With these measures, a variation of the flux density within the Spaltinduktors is possible, which allows additional adaptation to the heating requirements.

Der Spaltinduktor gemäß 1 bis 5b wird bevorzugt zum Decoaten oder Entlacken von beschichteten, metallischen Werkstücken im Durchlaufverfahren verwendet.The gap inductor according to 1 to 5b is preferably used for decoating or paint stripping of coated metallic workpieces in a continuous process.

Die 6 bis 9 zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer zum Aufheizen von Werkstücken bestimmten Induktionsvorrichtung, die als Flachinduktor 110 ausgebildet ist. Der Flachinduktor umfasst ein in seiner Grundform langgestrecktes quaderförmiges Gehäuse 112, in welchem eine Induktionsspule 120 angeordnet ist. Die Induktionsspule 120 hat die Geometrie einer langgestreckten flachen Rechteckspule. Sie erzeugt ein den Feldlinien 122 entsprechendes Wechselfeld B in einem Werkstückaufnahmebereich, der im Luftraum 125 oberhalb der oberen Abdeckung des Gehäuses 142 angeordnet ist. Die Windungen 132 der Induktionsspule 120 sind auf einen im Umriss rechteckigen Spulenrahmen 116 mit einer kurzen Rechteckseite 129 und einer langen Rechteckseite 130 schraubenartig aufgewickelt. Die einander benachbarten Windungen 132 liegen in Querrichtung des Spulenrahmens 116 nebeneinander. Die Gruppe der nach oben weisenden ausgewählten Windungsabschnitte 134 spannen eine dem oberen Luftraum 125 zugewandte nutzbare Induktionsfläche 136 auf. Die ausgewählten Windungsabschnitte 134 sind über die weiteren Windungsabschnitte 138 und 140 nach Art einer Schraubenwicklung miteinander verbunden und umschließen einen an seinen Enden durch Spulpole 114 begrenzten Spulenkern 142 aus magnetisch leitfähigem Material. Der plattenförmige Spulenrahmen 116 ist an die Wandung des Gehäuses 112 montiert. Als Deckelteil weist das Gehäuse 112 eine erste Platte 113 und eine zweite Platte 114 jeweils aus temperaturbeständigem Isolationsmaterial auf. Zwischen den Platten 113 und 114 ist ein Kühlkanal 115 ausgebildet, und über das Gebläse 126 mit Kühlluft beaufschlagt wird, der über den Luftspalt 117 zum Außenraum hin offen ist.The 6 to 9 show a modified embodiment of an intended for heating workpieces induction device, as a Flachinduktor 110 is trained. The flat inductor comprises an elongated cuboid housing in its basic form 112 in which an induction coil 120 is arranged. The induction coil 120 has the geometry of an elongated flat rectangular coil. It generates one of the field lines 122 corresponding alternating field B in a workpiece receiving area, in the air space 125 above the top cover of the case 142 is arranged. The turns 132 the induction coil 120 are on an outline rectangular coil frame 116 with a short rectangle side 129 and a long rectangle side 130 helically wrapped. The adjacent turns 132 lie in the transverse direction of the coil frame 116 side by side. The group of up-facing selected turns sections 134 tension one in the upper airspace 125 facing usable induction surface 136 on. The selected turns sections 134 are over the other winding sections 138 and 140 connected in the manner of a coil winding and enclose one at its ends by winding poles 114 limited coil core 142 made of magnetically conductive material. The plate-shaped coil frame 116 is on the wall of the housing 112 assembled. As a cover part, the housing 112 a first plate 113 and a second plate 114 each made of temperature-resistant insulation material. Between the plates 113 and 114 is a cooling channel 115 trained, and about the blower 126 With cooling air is applied, which over the air gap 117 open to the outside.

Zur Vermeidung unzulässiger Aufheizungen des Gehäuses ist die Induktiosspule an ihren Polen 144 zur Gehäusewandung hin mit magnetisch leitfähigen elektrisch isolierenden Flussführungsmitteln 152 begrenzt. Die eine Art Polscheibe bildenden Flussführungsmittel 152 können dabei aus ferritischem Material oder aus ferromagnetischen Verbundwerkstoffen bestehen. Weitere Flussführungsmittel 154 können auch an der internen Breitseite der Induktionsspule 120 angeordnet werden.To prevent inadmissible heating of the housing, the inductor coil is at its poles 144 towards the housing wall with magnetically conductive, electrically insulating flux guiding means 152 limited. The type of pole disc forming flux guide 152 may consist of ferritic material or of ferromagnetic composite materials. Other river management agents 154 can also on the internal broadside of the induction coil 120 to be ordered.

Ein besonderes Einsatzgebiet für den Flachinduktor besteht in der Abdichtung von Überlappungs- und Stoßnähten 123 an metallischen Blechkörpern 124 (9), insbesondere an zylindrischen Blechdosen, die an einer Mantelnaht abgedichtet werden. Die induktive Aufheizung wird dort dadurch bewirkt, dass die metallischen Blechkörper mit ihren mit einem aufschmelzenden Beschichtungsmittel überzogenenen Nähten im Werkstückaufnahmebereich oberhalb der nutzbaren Induktionsfläche 136 vorbeibewegt werden.A special application for the flat inductor is the sealing of overlap and butt welds 123 on metallic sheet metal bodies 124 ( 9 ), in particular on cylindrical tin cans, which are sealed at a jacket seam. The inductive heating is effected there by the metallic sheet metal body with its seams coated with a melting coating agent in the workpiece receiving area above the usable induction surface 136 be moved past.

Zusammenfassend ist folgendes festzuhalten: Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Aufheizen von vorzugsweise entlang einer Bewegungsstrecke bewegten Werkstücken aus elektrisch leitfähigem Material mit mindestens einer mit Wechselstrom beaufschlagten, eine Vielzahl Windungen aus Spulendraht aufweisenden Induktionsspule 20, 120. Um eine optimale Anpassung an die geometrische Bauform der Werkstücke ermöglichen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass die Windungen 32, 132 der Induktionsspule 20, 120 mindestens eine Gruppe von ausgewählten Windungsabschnitten 34, 34'; 134 aufweisen, die unter Aufspannung einer dem aufzuheizenden Werkstück zugewandten nutzbaren Induktionsfläche 36, 36'; 136 parallel nebeneinander angeordnet und in gleicher Richtung stromdurchflossen sind, und die über weitere Windungsabschnitte 38, 38, 40; 138, 140 nach Art einer Spiral- oder Schraubenwicklung miteinander verbunden sind und einen offenen Luftraum 42 oder mit magnetisch leitfähigen Flussführungsmitteln bestückten Spulenkern 142 umschließen.In summary, the following should be noted: The invention relates to a device for inductive heating of preferably along a moving distance moving workpieces of electrically conductive material having at least one acted upon by alternating current, a plurality of turns of coil wire having induction coil 20 . 120 , In order to enable optimum adaptation to the geometric design of the workpieces, it is proposed according to the invention that the turns 32 . 132 the induction coil 20 . 120 at least one group of selected turn sections 34 . 34 '; 134 have, which under tension of the workpiece to be heated facing usable induction surface 36 . 36 '; 136 arranged parallel to each other and current flowing in the same direction, and the other over Windungsabschnitte 38 . 38 . 40 ; 138 . 140 connected in the manner of a spiral or helical winding and an open air space 42 or with coil core equipped with magnetically conductive flux guides 142 enclose.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: SpaltinduktorSpaltinduktor
12, 11212, 112: Gehäusecasing
1414: Längsspalt, SpaltraumLongitudinal gap, gap
14'14 ': Luftraumairspace
1616: Seitenflankenside flanks
1818: Bodenground
20, 20', 12020, 20 ', 120: Induktionsspuleinduction coil
22,12222,122: Feldlinienfield lines
24,12424,124: Werkstückworkpiece
26,12626,126: Gebläsefan
2828: Kanälechannels
3030: Gehäuseöffnungenhousing openings
32, 13232, 132: Windungenturns
34, 34', 38, 38', 40, 134, 138, 14034, 34 ', 38, 38', 40, 134, 138, 140: Windungsabschnitteturn sections
36, 36', 13636, 36 ', 136: Induktionsflächeinduction area
4242: Luftraum, rechteckige ÖffnungAirspace, rectangular opening
4444: Gehrungsliniemiter
4646: Öffnungsrandopening edge
4848: Biegelinieelastic line
5050: Zuschnittebenecutting level
52, 54, 56, 152, 15452, 54, 56, 152, 154: FlussführungsmittelFlow guide means
110110: Flachinduktorflat inductor
113, 114113, 114: Plattenplates
115115: Kühlkanalcooling channel
116116: Spulenrahmencreel
117117: Luftspaltair gap
123123: Mantelnahtjacket seam
125125: Luftraumairspace
129, 130129, 130: Rechteckseitenrectangular sides
142142: SpulenkernPlunger
144144: SpulpoleSpulpole

Claims

Device for inductive heating of workpieces ( 24 . 124 ) of electrically conductive material having at least one acted upon by alternating current, a plurality of turns of coil wire having induction coil ( 20 . 120 ), characterized in that the turns ( 32 . 132 ) of the induction coil ( 20 . 120 ) at least one group of selected turn sections ( 34 . 34 '; 134 ), which, while clamping a usable induction surface facing the workpiece to be heated ( 36 . 36 '; 136 ) are arranged side by side in parallel and current flows through in the same direction, and over other winding sections ( 38 . 38 ' . 40 ; 138 . 140 ) are connected to each other in the manner of a spiral or helical winding and an open air space ( 42 ) or with magnetically conductive flux guide means equipped coil core ( 142 ) enclose.

Apparatus according to claim 1, characterized in that the group of selected winding sections ( 34 . 34 ' ) on its side facing away from the usable induction surface outside at least partially with magnetically conductive flux guide means ( 52 ) is limited.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the sides of the usable induction surface ( 36 . 36 '; 136 ) in the longitudinal direction of the selected turn sections ( 34 . 34 '; 134 ) are several times longer than in their transverse direction.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the further winding sections ( 38 . 38 ' . 40 ) at her from the airspace ( 42 ) or coil core ( 142 ) facing away from the outside at least partially with magnetically conductive flux guide means ( 54 . 56 ) are limited.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the turns ( 132 ) of the induction coil ( 120 ) on an outline rectangular coil frame ( 116 ) with two transverse sides ( 129 ) and two long sides ( 130 ) are helically wound and that the adjacent turns ( 132 ) in the transverse direction of the coil frame ( 116 ) are juxtaposed and extend in the longitudinal direction.

Apparatus according to claim 5, characterized in that the transverse dimension of the usable induction surface ( 132 ) corresponding width of the coil frame ( 116 ) smaller than the longitudinal dimension of the usable induction surface corresponding length of the coil frame ( 116 ).

Apparatus according to claim 5 or 6, characterized in that the coil frame ( 116 ) one at its ends by winding poles ( 144 ) limited coil core ( 142 ) of magnetically conductive material.

Device according to claim 1, characterized in that the induction coil comprises two groups of selected winding sections ( 34 . 34 ' ) whose usable induction surfaces ( 36 . 36 ' ) are facing each other in mutual lateral distance and together form a slit-shaped air space ( 14 ' ) for receiving the workpieces to be heated ( 24 ) limit.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the selected winding sections ( 34 . 34 ' ) and the further winding sections ( 38 . 38 ' . 40 ) in an imaginary unfolded blank a flat rectangular spiral with a central rectangular opening ( 42 ), and that the adjacent winding sections of each turn ( 32 ) at the ends of the associated rectangle sides to form a common miter line ( 44 ) are bent by 90 ° to each other.

Apparatus according to claim 8 or 9, characterized in that the two the usable induction surfaces ( 36 . 36 ' ) forming groups of selected winding sections ( 34 . 34 ' ) in their erected condition together with the miter lines and a part of the groups of the further turn sections ( 38 . 38 ' ) to one of the selected winding sections ( 34 . 34 ' ) parallel and transverse to the further Windungsabschnitten ( 38 . 38 ' ) running bending line ( 48 ) from the imaginary cutting plane ( 50 ) are bent.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the bending line ( 48 ) at a distance from the opening edge through the central opening ( 42 ) runs.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the further winding sections ( 38 . 38 ' ) on its inside the gap ( 14 ' ) facing side spans additional usable induction surfaces.

Device according to one of claims 9 to 12, characterized in that in each case two mutually opposite sides of the rectangle ( 46 ) within the usable induction surface are longer than the other two sides of the rectangle.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the groups of the selected turn sections together with the miter lines ( 44 ) are bent over substantially 90 ° to one side and with their mutually facing usable induction surfaces ( 36 . 36 ' ) and part of the miter lines ( 44 ) subsequent further winding sections ( 38 . 38 ' ) the slit-shaped air space ( 14 ' ) limit.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the turns ( 32 ) within the usable induction surfaces ( 36 . 36 ' ) at least partially different distances from each other.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the induction coil ( 20 ; 120 ) has one or more winding layers at least within the usable induction surfaces.

Use of the device according to one of claims 1 to 16 for decoating or paint stripping of coated, metallic workpieces ( 24 ) in a continuous process.

Use of the device according to one of claims 1 to 16 for sealing overlap and butt welds on metallic sheet metal bodies, wherein the seams ( 123 ) by passing the sheet metal body ( 124 ) on the usable induction surface ( 136 ) are heated inductively and thereby coated with a refractory coating.

Use according to claim 18, characterized in that the sheet metal bodies ( 124 ) are formed as cylindrical tin cans, which on a jacket seam ( 123 ) are sealed.