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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen von beliebige und unterschiedliche Formen und mindestens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisenden Objekten, beispielsweise lackierten Metallblechen.
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Im Rahmen einer Lackierung von Blechen sind die aufgebrachten Lacke über Wärmezufuhr auszuhärten. Für den Aushärtevorgang ist das frisch lackierte Blech in einer definierten Zeit oder eine definierte Zeit lang auf eine definierte Temperatur zu bringen. Zeiten und Temperaturen sind abhängig von der verwendeten Lacksorte. Bei zu niedriger Temperatur härtet der Lack nicht aus. Bei zu hohen Temperaturen verbrennt der Lack. Bei zu schnellem Aufheizen des Lacks von außen bildet der noch feuchte Lack eine Lackhaut, sodass Feuchtigkeit nicht mehr gleichmäßig während des Trocknungsprozesses aus dem Lack entweichen kann.
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Für das Aufheizen frisch lackierter Bleche werden herkömmlicherweise Heizluftöfen, Infrarotstrahler und ebenso Induktoren verwendet. Derartig genannte Verfahren können ebenso miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise ein lackiertes Blech mit Infrarotstrahlern schnell auf Temperatur gebracht werden und anschließend wird der Haupttrocknungsprozess mit Hilfe eines Heizluftofens ausgeführt.
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Die Verwendung lediglich von Induktoren ist herkömmlicherweise problembehaftet, da herkömmlicherweise ein Induktor nicht entsprechend der Form eines zu erwärmenden Bleches angepasst ist. Da ein herkömmlicher Induktor nicht auf eine jeweilige Blechform abgestimmt ist, kommt es zu ungünstigen Temperaturverläufen auf beziehungsweise in dem Blech. Ungünstige Temperaturverläufe bewirken beispielsweise Überhitzungen oder zu kühle Zonen. Es sind herkömmliche Verfahren beschrieben, bei denen anstatt des Aufheizens mittels eines Infrarotstrahlers ein Induktor verwendet wird, der vor einem Heizluftofen positioniert ist. Grundsätzlich ergibt sich jedoch weiterhin der Nachteil von stark unterschiedlichen Temperaturzonen, wenn eine Blechform geändert und ein Induktor nicht angepasst wird, sodass herkömmlicherweise derartige Aufbauten eher für die Massenproduktion definierter Produkte verwendet werden.
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Es ist Aufgabe eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen von Objekten, insbesondere beliebige und unterschiedliche Formen und mindestens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisenden Objekten, beispielweise lackierten Metallblechen, derart bereit zu stellen, dass für alle Objekte homogene Temperaturzonen im Objekt erzeugt und große Temperaturunterschiede vermieden werden. Es soll eine Feuchtigkeit wirksam aus einem Lack ausgasen. Lackoberflächen sollen gleichmäßig geschaffen sein. Es sollen hinsichtlich Zeit und Ort definierte Temperaturen oder Temperaturverläufe erzeugt werden.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch, eine Verwendung gemäß dem Nebenanspruch und ein Verfahren gemäß dem Nebenanspruch gelöst.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zum Erwärmen von unterschiedlichen Formen und mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweisenden Objekten, insbesondere lackierten Metallblechen, vorgeschlagen, wobei eine Wirbelströme im elektrisch leitfähigen Bereich induzierende regelnde Induktionseinrichtung Bestandteil der Vorrichtung ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung derart verwendet, dass eine regelnde Induktionseinrichtung während eines Heizvorgangs einen bestimmten Temperaturanstieg bei einem Objekt bewirkt.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Erwärmen von unterschiedlichen Formen und mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweisenden Objekten, insbesondere lackierte Metallbleche, vorgeschlagen, bei dem eine erfindungsgemäße Induktionseinrichtung induzierte Wirbelströme im elektrisch leitfähigen Bereich regelt.
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Die Idee beruht auf einer Verwendung eines regelbaren Induktoraufbaus oder einer regelbaren Induktionseinrichtung, sodass unter einem Induktor liegende Blechzonen unterschiedlich erwärmt oder aufgeheizt werden können. Erfindungsgemäß kann ein Induktor der Form eines zu erwärmenden Objektes angepasst werden. Infolge der Nutzung von Induktoren beziehungsweise Induktionseinrichtungen wird nicht wie bei einem Heizofen die Wärme über den Lack eingebracht, sondern es erwärmt sich zuerst das Objekt beziehungsweise das Blech und erst dann anschließend eine Beschichtung, wie es beispielsweise eine Lackbeschichtung sein kann, sodass beispielsweise Feuchtigkeit aus einem Lack einfacher ausgasen kann und eine Objektbeschichtung oder Lackoberfläche gleichmäßig erzeugt werden kann.
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Erfindungsgemäß kann ein Induktor der Form eines zu erwärmenden Objektes angepasst werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden in Verbindung mit den Unteransprüchen beansprucht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Induktionseinrichtung mittels mindestens eines Stellelements mindestens einen als eine Stellgröße wirkenden Abstand zwischen einem Induktor und dem elektrisch leitfähigen Bereich variabel einstellen und als eine geregelte Größe mindestens eine mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung erfasste Temperatur des Objektes mittels einer Rechnereinrichtung auf eine Solltemperatur regeln. Es wird der Umstand genutzt, dass eine Induktionsstärke von einem Abstand des Induktors zum Objekt beispielsweise zum Blech, in welchem die Wirbelströme induziert werden, abhängt. Mittels Variation des Abstandes zwischen dem Objekt beziehungsweise dem Blech und einem Induktor lassen sich räumliche Bereiche beziehungsweise Zonen des Objektes beziehungsweise des Bleches, welche näher am Induktor sind, stärker aufheizen, als Blechzonen beziehungsweise Raumzonen des Objektes die vom Induktor weiter entfernt sind. Mittels Stellelementen werden die Abstände von Induktorteilen zu einer Objektoberfläche beziehungsweise einer Blechoberfläche derart variiert, dass eine Ist-Temperaturverteilung auf oder im Objekt einer Soll-Temperaturverteilung möglichst gut annähert. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der Abstandsregelung von Abständen eines Induktors zu einem aufzuheizenden Objekt. Beispielsweise im Fall von Blechen kann eine vorteilhafte Temperaturhomogenisierung ebenso bei unterschiedlichen oder verschiedenen Blechformen bewirkt werden. Im Vergleich mit einer Verwendung von mehreren Induktoren zur Einbringung von Energie besitzt die erfindungsgemäße Abstandsregelung einen kostenmäßigen Vorteil, da im Vergleich zum Stand der Technik weniger Stromgeneratoren benötigt werden. Grundsätzlich bewirkt die erfindungsgemäße Idee vielseitigere Einsatzmöglichkeiten der Induktion, da mittels eines erfindungsgemäßen Aufbaus ebenso verschiedene oder unterschiedliche Objekte beziehungsweise Blechformen aufgeheizt werden können. Auf diese Weise kann das von einer Energiebillanz und einer Investitionsseite her günstigere Induktionsprinzip universell für unterschiedliche Objektformen beziehungsweise Blechformen verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Induktionseinrichtung räumliche Temperaturverläufe im und/oder am Objekt hinsichtlich der Zeit auf Soll-Temperaturverläufe regeln.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Induktor ausgehend von einem Stromgenerator entlang dem Objekt und zurück zu dem Stromgenerator verlaufen, wobei das Stellelement mittels mindestens eines Stellgliedes einen Induktorabschnitt mit dem Abstand zum leitfähigen Bereich positioniert. Der Induktor kann einseitig auf das zu erwärmende Objekt einwirken. Der Induktor kann in Form einer Schleife beispielsweise ober- oder unterhalb des Objekts angeordnet sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Induktor ausgehend von einem Stromgenerator das Objekt vollständig zurück zu dem Stromgenerator umlaufen, wobei das Stellelement mittels mindestens eines Stellgliedes mindestens einen Induktorabschnitt mit dem Abstand zum leitfähigen Bereich positioniert.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der Induktor elastisch sein und das Stellelement mindestens ein Stellglied aufweisen, das mindestens einen Induktorabschnitt mit einem Abstand zum leitfähigen Bereich in Richtung zu diesem drückt. Das Drücken kann ausgehend von einer Ausgangsposition des Induktors derart erfolgen, dass dieser entgegen der Druckkraft gespannt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das mindestens eine Stellglied an einer Umhausung des Induktors und des Objekts fixiert sein. Die Umhausung kann ein Gehäuse sein, in das Objekt, Induktor, Stellelemente und weitere Elemente aufgenommen sind.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Stellelement zwei in einer Umhausung des Induktors zum Objekt gegenüberliegend angeordnete Stellglieder aufweisen, die zwei zum Objekt gegenüberliegende Induktorabschnitte mit einem jeweiligen Abstand zum leitfähigen Bereich gegeneinander drücken. Beispielsweise ist ein derartiges Stellelement auf Höhe eines halben Weges eines vom Stromgenerator weglaufenden beziehungsweise zum Stromgenerator hinlaufenden Induktorabschnittes positioniert sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können zusätzliche Stellelemente zwei in einer Umhausung des Induktors zum Objekt gegenüberliegend angeordnete Stellglieder aufweisen, die jeweils zwei zum Objekt gegenüberliegende Induktorabschnitte mit einem jeweiligen Abstand zum leitfähigen Bereich gegeneinander drücken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann zwischen einem vom Stromgenerator weglaufenden Induktorabschnitt und einen zum Stromgenerator hinlaufenden Induktorabschnitt auf einer zum Stromgenerator proximalen Seite und/oder auf einer zum Stromgenerator distalen Seite jeweils mindestens ein Abstandshalter eingeklemmt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Stellglieder jedes Stellelementes jeweils einen gleichen Abstand der gegenüberliegenden Induktorabschnitte zum leitfähigen Bereich einstellen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der vom Stromgenerator weglaufende Induktorabschnitt und der zum Stromgenerator zurücklaufende Induktorabschnitt einen wellenförmigen und/oder zueinander achsensymmetrischen Abstandsverlauf aufweisen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Stellelemente und/oder Abstandshalter an Wellentälern oder Wellenbergen eines wellenförmigen Abstandsverlaufs positioniert sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die Induktionseinrichtung mittels eines Stromstellers eine als eine Stellgröße wirkende Stromstärke eines durch den Induktor fließenden induzierenden elektrischen Stroms eines Stromgenerators variabel einstellen und als eine geregelte Größe mindestens eine mittels einer Temperaturerfassungseinrichtung erfasste Temperatur des Objektes mittels einer Rechnereinrichtung auf eine Soll-Temperatur regeln. Mittels der Induktionseinrichtung können alternativ oder kumulativ Abstände von Induktorabschnitten oder Induktorteilen zum Objekt beziehungsweise Blech und die Stromstärke im Induktor eingestellt werden. Es können also der Abstand und/oder die Stromstärke des Induktors geregelt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können Temperaturerfassungseinrichtungen Ist-Temperaturen mittels mindestens eines Temperatursensors, mindestens eines Infrarotsensors oder mindestens einer Thermokamera erfasst werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die regelnde Induktionseinrichtung einen Regler aufweisen, der die Stellgröße (n) als Signale an Stellglieder ausgibt um mittels der Rechnereinrichtung gemessene Ist-Werte mit Soll-Werten vergleicht und die Stellgröße (n) mittels Regelungsalgorithmen anpasst.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann ein jeweiliger Induktor zusätzlich gekühlt sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Vielzahl von geregelten Induktoren das Objekt beziehungsweise Blech erwärmen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können zusätzlich nicht geregelte Induktoren das Objekt erwärmen. Ein geregelter Induktor kann zusammen mit weiteren nicht geregelten Induktoren zum Erwärmen oder Aufheizen des Objektes kombiniert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mindestens eine geregelte Induktor Teil eines Heizofens sein. Der geregelte Induktor ist Bestandteil des Heizofens. Der Induktor bewirkt im Heizofen im Rahmen eines Vorheizprozesses einen sprunghaften Temperaturanstieg auf das Objekt, sodass hierüber die Feuchte aus einer Oberflächenbeschichtung, beispielsweise aus einem Lack, schneller entweichen kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der mindestens eine geregelte Induktor mit Infrarotstrahlern kombiniert werden. Der geregelte Induktor wird mit Infrarotstrahlern kombiniert, sodass eine weitere Homogenisierung der Objekttemperatur (en) bewirkt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann die regelnde Induktionseinrichtung während eines Vorheizens einen sprunghaften Temperaturanstieg beim Objekt bewirken.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann der geregelte Induktor gleichzeitig mit Infrarotstrahlern und/oder einem Heizofen das Objekt erwärmen.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Induktionseinrichtung;
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung;
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung;
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4 eine weitere Darstellung zum ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung;
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5 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer herkömmlichen Induktionseinrichtung. Ein Induktor 3 umläuft ausgehend von einem Stromgenerator 11 ein Objekt 0 vollständig. Der Induktor 3 läuft von einem distalen Ende zum Stromgenerator zurück zu dem Stromgenerator 11. Der Induktor 3 rahmt das Objekt 0 ein. Ausgehend von einem Stromgenerator 11 fließt ein induzierender Strom i(t).
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung 1. Auch hier verläuft ein Induktor 3 ausgehend von einem Stromgenerator 11 das Objekt 0 vollständig. Von einem distalen Ende zum Stromgenerator 11 verläuft der Induktor 3 zurück in den Stromgenerator 11. Besonders vorteilhaft ist der Induktor 3 elastisch ausgebildet und kann eine flexible Umrahmung des zu erwärmenden Objektes 0 bereitstellen. 2 zeigt ein Stellelement 5, das zwei in einer Umhausung 15 des Induktors 3 zum Objekt 0 gegenüberliegend angeordnete Stellglieder 13 aufweist. Die Stellglieder 13 drücken zwei zum Objekt gegenüberliegende Induktorabschnitte mit einem jeweiligen Abstand a1(t) und a2(t) zum leitfähigen Bereich hin. Dabei wirken die Federkräfte des elastischen Induktors 3 gegen die Stellkräfte der Stellglieder 13. Zwischen einem vom Stromgenerator 11 weglaufenden Induktorabschnitt und einem zum Stromgenerator hinlaufenden Induktorabschnitt sind auf einer zum Stromgenerator nahen Seite und auf einer zum Stromgenerator fernen Seite jeweils mindestens ein Abstandshalter 14 eingeklemmt. Diese bewirken eine einfachere Einstellung aller Abstände. Insbesondere kann die Abstandseinstellung geführt beziehungsweise einfacher mittels der Stellglieder 13 ausgeführt werden. Die Induktorschleife 3 ist von einem Gehäuse umfasst, sodass auf einfache Weise die Stellglieder 13 positioniert werden können. 2 zeigt, dass der vom Stromgenerator weglaufende Induktorabschnitt und der zum Stromgenerator zurücklaufende Induktorabschnitt einen wellenförmigen und zueinander achsensymmetrischen Abstandsverlauf aufweist. Grundsätzlich können die Stellglieder 13 an beliebigen Bezugspunkten in Bezug zum Objekt 0 positioniert sein. 2 zeigt einen über i(t) und Abstand a1(t), a2(t) geregelten Induktor 3. Gemäß 2 kann alternativ oder kumulativ der Abstand von Induktorteilen zum Objekt, das hier ein lackiertes Metallblech ist, oder die Stromstärke im Induktor 3 eingestellt werden. Die regelnde Induktionseinrichtung 1 kann derart ausgebildet sein, dass der geregelte Induktor 3 in einem Heizofen eingebaut ist. Der geregelte Induktor 3 kann zusätzlich mit Infrarotstrahlern kombiniert werden. Eine Kombination mehrerer Induktoren 3 mit mindestens einem geregelten Induktor 3 kann ebenso als eine alleinige Heizquelle zum Aufheizen von Objekten beziehungsweise Blechen und das Trocknen von Lacken verwendet werden.
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3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung 1. Grundsätzlich entspricht der in 3 dargestellte Aufbau dem der 2. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß 2 werden zusätzliche Stellelemente 5 verwendet. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind drei Stellelemente 5 mit sechs Stellgliedern 13 ausgebildet. Alle Stellelemente 5 weisen jeweils zwei in einer Umhausung 15 des Induktors 3 zum Objekt 0 gegenüberliegend angeordnete Stellglieder 13 auf, die jeweils zwei zum Objekt gegenüberliegende Induktorabschnitte mit einem jeweiligen geforderten oder bestimmten Abstand zum leitfähigen Bereich gegeneinander drücken. Die Stellelemente 5 sind dabei achsensymmetrisch zu einer mittleren Querachse des Induktors 3 angeordnet. Ebenso gemäß 3 weist der vom Stromgenerator 11 weglaufende Induktorabschnitt und der zum Stromgenerator 11 zurücklaufende Induktorabschnitt einen wellenförmigen Verlauf auf, wobei beide Induktorabschnitte zueinander achsensymmetrisch positioniert sind. An jeweiligen Wellentälern oder Wellenbergen sind die Stellelemente 5 und die Abstandshalter 14 angeordnet. 3 zeigt einen mittels i(t) und Abstand geregelten Induktor 3 wobei für eine Abstandsregelung mehrere Stellglieder 13 ausgebildet sind.
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4 zeigt das erste Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktionseinrichtung 1. Hier sind die Stellelemente 5 ohne ein Gehäuse positioniert. 4 zeigt einen geregelten Induktor 3, der mittels einer Rechnereinrichtung 9 beziehungsweise eines Reglers 19 als Stellgrößenabstände a(t) und Stromstärken i(t) für eine Temperaturregelung einstellt. Jeweilige aktuelle Blechtemperaturen werden mittels mindestens eines Temperatursensors 7 erfasst. Als derartige Temperatursensoren können beispielsweise ein- oder zweidimensional abbildende Thermokameras verwendet werden, mittels denen aktuelle unter dem Induktor 3 vorhandene Temperaturen gemessen werden können. Mit Hilfe des Reglers 19 wird eine Differenz zwischen vorgegebenen Soll- und auf beziehungsweise in dem Blech gemessenen Ist-Temperaturen erfasst und hierüber alternativ oder kumulativ der Abstand von Induktorteilen zum Objekt oder die Stromstärke im Induktor 3 eingestellt wird. Die Verwendung einer Abstandsregelung von Abständen von Induktor 3 und dem aufzuheizenden Objekt zusätzlich in Kombination mit einer Stromregelung ist ein Beitrag zur Temperaturhomogenisierung auch bei unterschiedlichen Objekt- beziehungsweise Blechformen. 4 zeigt schematisch eine Rechnereinrichtung 9 beziehungsweise eine Prozessoreinrichtung mittels der Signale vom Stromgenerator, von Thermokameras, von Infrarotsensoren und dergleichen aufgenommen werden, diese Signale mittels Regelalgorithmen verarbeitet werden und Signale an Stellglieder 13 und Stromsteller 17 für Strom und Abstand ausgegeben werden. Der Induktor 3 ist vorteilhaft gekühlt.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 5 zeigt Verfahren zum Erwärmen von unterschiedlichen Formen und mindestens einen elektrisch leitfähigen Bereich aufweisenden Objekten, insbesondere lackierten Metallblechen, wobei eine Induktionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 induzierte Wirbelströme im elektrisch leitfähigen Bereich regelt. Ein Regler 19 regelt mittels mindestens eines Abstands a und/oder mittels eines Stroms i eines Stromgenerators bestimmte Temperaturen T am/im Objekt 0, wobei diese mit Solltemperaturen verglichen werden und ein erneutes Regeln des Reglers 19 ausgeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen von unterschiedlichen Formen und mindestens einen elektrisch leitenden Bereich aufweisenden Objekten, beispielsweise lackierten Metallblechen, wobei eine Wirbelströme im elektrisch leitfähigen Bereich induzierende regelnde Induktionseinrichtung 1 verwendet wird.
