DE1033349B - Induktor fuer Hochfrequenzinduktions-erhitzungsvorrichtungen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf Induktoren für Hochfrequenzinduktionserhitzungsvorrichtungen mit einem aus über die ganze Länge aus gegeneinander isolierten Elementen aus magnetischem Material bestehenden und durch ein strömendes Medium gekühlten Kern mit einer in unmittelbarer Nähe des zu erhitzenden Werkstückes beim Betrieb des Induktors zu verbringende Heiz- oder Arbeitsfläche und bezweckt, durch eine neuartige Ausbildung von solchen die Konzentration oder Übertragung der Hochfrequenzenergie durch den Induktor auf das Werkstück zu verbessern.

Vorrichtungen zur Konzentration des Hochfrequenz- oder Radiofrequenzfeldes, welches von dem Induktor einer solchen Vorrichtung erzeugt wird, auf das Werkstück sind bereits bekannt. Diese Vorrichtungen besitzen die Form eines Kernes, der innerhalb des Induktors liegt und bis in die enge Nachbarschaft des Werkstückes vorspringt. Die Kerne wurden bisher aus isoliertem pulverförmigem magnetischem Werkstoff hergestellt, wie er in der Radiofrequenztechnik verwendet wird, ferner auch aus Ferritmaterial. Diese letzteren Kerne sind Nichtleiter oder im wesentlichen Nichtleiter und besitzen merkliche ferromagnetische Eigenschaften bei einem verringerten Wirbelstromverlustfaktor bei hohen Frequenzen.

Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht in der Schaffung einer anderen Ausführung eines das Feld konzentrierenden Kernes von einfacher Bauart und hoher Wirksamkeit für den beschriebenen Zweck, der außerdem leicht zu kühlen ist, so daß die in dem Kern erzeugte Hitze wirksam aus dem Bereich der höchsten Feldkonzentration abgeführt wird.

Der Induktor gemäß der Erfindung besteht aus einem hohlen Körper oder Gehäuse, in das sich längliche Elemente des Kernes von ihren äußeren, an der Heiz- oder Arbeitsfläche sitzenden Enden erstrecken,, wobei Vorrichtungen zur Zuführung eines Kühlmittels in das Innere des Hohlkörpers vorgesehen sind, das über die innerhalb des Hohlkörpers befindlichen Teile der Elemente fließt.

Die dünnen langgestreckten Elemente aus leitendem Werkstoff können Lamellen aus Stahl oder anderen Eisenlegierungen sein, wobei sich als besonders geeignet eine Nickel-Eisen-Legierung erwiesen hat, weil diese eine hohe Permeabilität bei geringem Hysteresisverlust besitzt. Um die Wirbelstromverluste und damit die in dem Kern selbst erzeugte Wärme auf ein Mindestmaß zu beschränken, müssen die Lamellen sehr dünn sein. Für eine Frequenz von 500 kc/Sek. ist eine Stärke von 0,05 mm geeignet, die jedoch im Falle von niedrigen Frequenzen vergrößert werden kann. Durch praktische Überlegungen ist die Induktor für Hochfrequenzinduktionserhitzungsvorrichtiingen

Anmelder:

Delapena & Son Ltd.,
Cheltenham (Großbritannien)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. H. Bahr

und Dipl.-Phys. E. Betzier, Patentanwälte,

Herne (Westf.), Schaeferstr. 60

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 30. November 1950

Mindeststärke der Lamellen auf annähernd 0,0015 mm begrenzt.

Nachstehend werden vorzugsweise Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; es zeigt

Fig. 1 eine Aufsicht auf den Induktor und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Induktor nach Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist eine Rückansicht des Induktors in Richtung des Pfeils in Fig. 1;

Fig. .4 ist ein Schnitt durch einen Induktor, der zur Verwendung für Werkstücke von erheblicher Breite bestimmt ist und bei welchem die den Kern bildenden Lamellen in der Längsrichtung in zwei voneinander getrennte Abschnitte unterteilt sind, und

Fig. 5 eine Ansicht, die zwei Induktoren zeigt, deren jeder ähnlich dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Induktor ausgebildet ist und die mit ihren Rückseiten gegeneinanderliegend angeordnet sind, so daß sich zwei einander gegenüberliegende heizende Flächen ergeben, die durch die entgegengesetzten Enden eines gemeinsamen Kernes gebildet sein können.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 ersichtlich, besteht der Körper des Induktors aus einem hohlen Kupfergehäuse 9, welches gleichzeitig die Arbeitsspule des Induktors bildet, in dessen unterem Ende Lamellen 10 aus einer Eisenlegierung eingeschlossen sind. Dieses Gehäuse besitzt die Form einer umgekehrten abgestumpften Pyramide und besteht aus einem Stück Blech. Die Seitenflächen des Gehäuses 9 sind

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nicht fortlaufend, sondern drei dieser Seitenflächen eben, während an der vierten Seitenfläche 11 das Material rechtwinklig zu dieser Fläche an jeder Seite der vertikalen Mittellinie des Induktors nach außen gebogen ist, so daß sich Befestigungsplatten 12., 13 ergeben, welche gegeneinander isoliert sind und im Abstand voneinander durch eine Scheibe 14 aus Isolierstoff gehalten werden. Diese Platten werden durch einen Bolzen mit Mutter 15 zusammengehalten, die

Falle wird die Arbeitsfläche 20 des Induktors vorzugsweise nach der Miteinandervereinigung der Lamellen plan geschliffen.

Die beschriebene Anordnung ermöglicht eine sehr 5 wirksame Abführung der in dem Induktor und dem " Kern durch Wirbelstrom- und Hysteresisverluste entstehenden Wärme, da das kühlende Medium sich in unmittelbarem Kontakt mit jeder der Lamellen befindet, zwischen denen nach ihren oberen Enden gegen beide Platten durch Isolierringe 16 isoliert io zu Zwischenräume oder Spalte vorhanden sind, durch werden, und sind an ihren freien Enden rechtwinklig welche das kühlende Medium fließt. Auch die Temvoneinander weg umgebogen, wie dies bei 12 α und peratur des die Arbeitsfläche bildenden Endes 20 des 13 a. ersichtlich ist, um derart Laschen zu bilden, die Induktors ist auf eine solche unterhalb der Curie-Löcher bzw. Schlitze aufweisen und als Verbin- temperatur beschränkt, da die Wärme von ihr aus düngen dienen, durch welche die Hochfrequenz- 15 längs der Stahllamellen abgeleitet wird. Dies ist von energie von der Induktionserhitzungsvorrichtung auf besonderer Bedeutung, da die Arbeitsfläche 20 nordas Gehäuse 9 übertragen wird, welches, wie bereits malerweise in sehr enger Nachbarschaft zu dem beschrieben, die Arbeitsspule des Induktors bildet. Werkstück liegt und, weil dieses sich auf einer sehr An seinem oberen Ende ist das Gehäuse 9 mit hohen Temperatur befindet, von ihm aus Wärme auf einem nach außen gebogenen Flansch 17 versehen, an 20 den Induktor übertragen wird, so daß es wesentlich welchem eine rechteckige Abschlußplatte 18 aus Iso- ist, daß wirksame Mittel vorgesehen sind, um diese lierstoff mittels Bolzen 19 befestigt ist, durch welche Wärme abzuleiten. Im Falle, daß etwa eine Überdas obere Ende des Gehäuses, das mit einem kühlen- hitzung des die Arbeitsfläche bildenden Endes 20 des den Medium gefüllt ist, flüssigkeitsdicht abge- Induktors eintreten und dessen Temperatur auf oberschlossen wird. Die Lamellen 10 sind von rechteckiger 25 halb der Curietemperatur ansteigen sollte, verliert Gestalt und bestehen aus Nickel-Eisen-Legierungen. diese ihre magnetischen Eigenschaften mit dem Er-Sie erstrecken sich nach oben in Nebeneinanderanordnung vom unteren Ende des Gehäuses aus. Wie in
Fig. 2 dargestellt, liegen die Lamellen 10 an ihren
unteren Enden dicht einander benachbart und 3° Kern versehenen Induktors, die sich bisher wegen spreizen sich nach oben in Richtung auf ihre oberen der isolierenden Eigenschaften des Werkstoffes, aus Enden zu voneinander weg, so daß sie im wesentlichen in Form eines Quadranten oder Fächers angeordnet sind, dessen schmaleres Ende die Heiz- oder
Arbeitsfläche 20 des Induktors bildet. Diese Fläche 35 Leistungen Verwendung finden als die bisher bewird in dichter Nachbarschaft des Werkstückes an- kannten Konstruktionen.

geordnet und mittels eines Klebstoffes oder Firnisses, Ferner ist, da die Curietemperatur der Nickel-

der zwischen die einzelnen Lamellen und zwischen eisenlamellen 10, d. h. die Temperatur, bei welcher der diese und das Gehäuse 9 eingebracht wird, so abge- Werkstoff seine magnetischen Eigenschaften verliert, schlossen, daß ein Austritt des Kühlmediums verhin- 40 erheblich höher ist als bei den bisher zur Herstellung dert wird und dieses Ende des Induktors völlig ver- der Kerne verwendeten Materialien, das Problem der schlossen ist und den Eindruck eines kompakten Kühlung sehr viel leichter, da der Induktor und der Körpers erweckt. Der verwendete Klebstoff oder Kern bei einer höheren Temperatur von beispiels-Firnis muß gute elektrisch isolierende Eigenschaften weise 200 bis 300° C arbeiten können, während bisbesitzen und gegenüber Temperaturen in dem Be- 45 her die Temperatur auf annähernd 80° C begrenzt reich von 250 bis 300° C widerstandsfähig sein. bleiben mußte. Auch ist das Bindematerial selbst, AVahlweise kann das untere Ende des Induktors welches bei normalen Eisenkernen verwendet wird, durch ein Plättchen aus Glimmer oder ähnlichem nicht gegenüber hohen - Temperaturen widerstands-Werkstoff abgeschlossen werden, welches durch ein fähig, so daß es nicht möglich war, solche: Kerne für Bindemittel oder in anderer Weise mit dem unteren 50 ein Arbeiten mit hoher Energiekonzentration zu ver-Ende des Gehäuses 9 verbunden wird. wenden.

Die Kühlung des Induktors und seines Kernes er- Die Abschreckung des erhitzten Werkstückes kann

folgt mittels eines flüssigen Kühlmediums, wie öl durch das gleiche Kühlmedium erfolgen, welches zur oder Wasser, welches in zwei einander gegenüber- Kühlung des Induktors und des Kernes verwendet liegende Seiten des unteren Endes des Gehäuses 9 55 wurde, insbesondere wenn für diesen Zweck Wasser durch Leitungen 21 in solcher Weise eingeführt wird, benutzt wird. Die Auslaßleitung 22 kann das Eindaß das Kühlmedium auf die Endkanten der Lamellen trittsende einer Leitung 23 bilden, die in Fig. 2 in auftrifft und diese kühlt, worauf es an den Lamellen gestrichelten Linien dargestellt ist und sich an der entlang und nach oben strömt, um durch eine in einer Außenfläche des Gehäuses 9 entlang bis zu einem Öffnung der Abschlußplatte 18 angeordnete Auslaß- 60 Punkt am rückwärtigen Ende der Arbeitsfläche 20 leitung 22 abzufließen. Die Lamellen müssen gegen- des Induktors erstreckt, wobei das offene Ende 23 α

gebnis, daß das Werkstück nicht langer wirksam erhitzt wird. Durch die Erfindung werden daher die Schwierigkeiten für die Kühlung eines mit einem

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dem dieser bestand, und des großen Querschnitts desselben ergaben, beseitigt. Gemäß der Erfindung aufgebaute Induktoren können daher für höhere

einander isoliert sein. Dies wird dadurch bewirkt,
daß man sie zwischen isolierenden Lamellen aus
wärmebeständigem Werkstoff, wie Glimmer, anordnet, der Temperaturen im Bereich von 300° C 65 gegenüber widerstandsfähig ist. Diese Lamellen
haben beispielsweise eine Stärke von 0,001 mm. Eine
andere Möglichkeit besteht darin, die Stahllamellen
gegeneinander dadurch zu isolieren, daß ihre Oberdieser Leitung eine Düse für den Austritt eines die Abschreckung bewirkenden Strahles des kühlenden Mediums auf das erhitzte Werkstück bildet.

Wenn der Kernquerschnitt eine erhebliche Breite besitzen muß, beispielsweise zur Ausfüllung der Zahnlücken von Zahnrädern mit Zähnen von großer Teilung, so kann es erwünscht sein, die Lamellen des Kernes in der Längsrichtung in zwei oder mehrere

flächen oxydiert oder gefirnißt werden. In jedem 70 voneinander getrennte Abschnitte zu spalten, wie

dies bei 24, 25 in Fig. 4 dargestellt ist, um derart die Wirbelstromverluste zwischen der großen Vielzahl von Lamellen auf ein Mindestmaß zu beschränken.

Fig. 5 veranschaulicht eine Anordnung, bei welcher zwei Gehäuse 9α, deren jedes dem in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Gehäuse 9 ähnlich ausgebildet ist, unmittelbar an ihren Flanschen 17 miteinander verschraubt sind, wobei die Gehäuse in einander entgegengesetzter Richtung angeordnet sind und zusammen ein einziges Gehäuse für einen Induktor mit zwei Kernen bilden, welche in einander gegenüberliegenden Richtungen angeordnet sind, so daß sich zwei einander gegenüberliegende Heiz- oder Arbeitsflächen 20a, 20a ergeben. Durch eine solche Anordnung der Kerne wird es möglich, zwei Werkstücke oder zwei im Abstand voneinander liegende Teile ein und desselben Werkstückes gleichzeitig zu erhitzen. Das flüssige Kühlmedium wird dem Inneren des Induktors durch Leitungen 21 a, 21 α zugeführt, die an den äußeren Enden der Kerne angeordnet sind, und tritt aus den letzteren durch Austrittsleitungen 22 a, 22 a an den benachbarten inneren Enden der Gehäuse 9 α aus. In jedem der Induktoren sind getrennte Gruppen von Lamellen in der vorstehend beschriebenen Weise angeordnet, so daß sich die Gruppen von Lamellen von den Arbeitsflächen 20 a, 20 a nach innen aufeinander zu so erstrecken, daß sich zwischen ihren inneren Enden Spalte ergeben. Erwünschtenfalls kann jedoch auch eine einzige Gruppe von Lamellen von sehr langgestreckter Gestalt verwendet werden, welche sich durch beide Gehäuse 9 α des Induktors erstreckt, wie dies bei 10 a in gestrichelten Linien dargestellt ist, wobei die einander entgegengesetzten Enden der Lamellen an jeder der beiden Arbeitsflächen 20a, 20 a enden, während die dazwischenliegenden Teile der Lamellen in Kontakt mit dem Kühlmedium stehen. Bei der vorbetichriebenen Ausbildung bilden die beiden Gehäuse 9 α, die nicht gegeneinander isoliert sind, ein einziges Gehäuse, das die längs gestreckten Lamellen 10 a umgibt und das in der Querrichtung in zwei Teile unterteilt ist, um einen leichten Zusammenbau des Induktors zu erzielen.

Claims (14)

Patentansprüche: 45

1. Induktor für Hochfrequenzinduktionserhitzungsvorrichtungen mit einem aus über die ganze Länge aus gegeneinander isolierten Elementen aus magnetischem Material bestehenden und durch ein strömendes Medium gekühlten Kern mit einer in unmittelbarer Nähe des zu erhitzenden Werkstückes beim Betrieb des Induktors zu verbringende Heiz- oder Arbeitsfläche, dadurch gekennzeichnet, daß der Induktor einen Hohlkörper oder ein Gehäuse aufweist, in das sich längliche Elemente des Kernes von ihren äußeren, an der Heiz- oder Arbeitsfläche sitzenden Enden erstrecken, wobei Vorrichtungen zur Zuführung eines Kühlmittels in das Innere des Hohlkörpers vorgesehen sind,- das über die innerhalb des Hohlkörpers befindlichen Teile der Elemente fließt.

2. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente Lamellenform besitzen.

3. Induktor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente aus einem Eisenwerkstoff mit hoher Permeabilität und einem niedrigen Hysteresisverlustfaktor bestehen.

4. Induktor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen.

5. Induktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Seiten des Körpers oder Gehäuses nicht fortlaufend sind, sondern zusammen eine offene Schleife bilden und aus elektrisch leitfähigem Werkstoff bestehen, so daß die Hochfrequenzenergie der Erhitzungsvorrichtung durch die Schleife fließt und derart der Körper oder das Gehäuse selbst die Arbeitsspule bildet.

6. Induktor nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegeneinanderisolierung der aus Lamellen bestehenden langgestreckten Elemente dadurch erfolgt, daß zwischen ihnen isolierende Lamellen aus wärmebeständigem Werkstoff, z. B. Glimmer, angeordnet sind.

7. Induktor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der die langgestreckten Elemente bildenden Lamellen zwecks Isolierung der Lamellen gegeneinander oxydiert oder mit Firnis überzogen sind.

8. Induktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die langgestreckten Elemente bildenden Lamellen in der erhitzten bzw. Arbeitsfläche des Kernes einander dicht benachbart liegen und in Richtung nach außen voneinander nach ihren entgegengesetzten Enden zu gespalten sind, so daß sie im wesentlichen in Form eines Quadranten oder Fächers angeordnet sind.

9. Induktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführungsstelle des Kühlmediums in das Gehäuse bzw. in den Körper in der Nähe der Arbeits- oder Erhitzungsfläche des Kernes liegt und die Abführungsstelle an dem entgegengesetzten Ende des Gehäuses.

10. Induktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlmedium, nachdem es das Gehäuse passiert hat, als Abschreckstrahl auf das erhitzte Werkstück aufgespritzt wird.

11. Induktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen in der Längsrichtung in eine Mehrzahl von voneinander getrennten Abschnitten gespalten sind, um derart die Wirbelstromverluste zu verringern.

12. Induktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper oder das Gehäuse die Form einer abgestuften Pyramide besitzt und die Lamellen sich von seinem abgestumpften Ende aus in sein Inneres erstrecken.

13. Induktor nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen ähnliche, hohle Körper oder Gehäuse mit ihren Rückseiten aneinanderliegend zu einem einzigen Geihäuse verbunden sind, so daß die Heiz- oder Arbeitsflächen des Kernes nach entgegengesetzten Richtungen liegen.

14. Induktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Elemente sich in axialer Richtung durch den hohlen Körper oder das Gehäuse im wesentlichen von einem bis zum anderen Ende desselben erstrecken.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 635 421.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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