DE1081985B

DE1081985B - Verfahren und Vorrichtung zum fortschreitenden induktiven Erwaermen von Blechbaendern

Info

Publication number: DE1081985B
Application number: DED28733A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Alf
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG; AEG AG
Priority date: 1958-08-09
Filing date: 1958-08-09
Publication date: 1960-05-19
Also published as: BE581480A; CH371197A; GB922714A

Description

Es ist bekannt, dünne Blechbänder mit Stärken unter 0,5 mm induktiv durch die Bänder umfassende Induktionsspulen zu beheizen auf eine Temperatur von 500° C und darunter. Dieses Beheizen erfolgt zum Zwecke des Niederschmelzen galvanisch aufgebrachter Zinnschichten, zum Trocknen von aufgebrachten Lackschichten oder zum Glühen bei Temperaturen von etwa 500° C. Hierzu werden Induktionserwärmungsanlagen eingesetzt, die mit rotierenden Umformern betrieben werden und bei einer Frequenz von 10 000 Hz arbeiten. Der Wirkungsgrad dieser Einrichtungen ist an sich sehr hoch, sinkt jedoch dann, wenn dünne Bleche, etwa Bandstärken von 0,15 mm und darunter, erwärmt werden sollen. Aus diesem Grunde kommen auch Frequenzen unter 5000 Hz nicht zur Anwendung, weil der Wirkungsgrad dann zu niedrig liegen würde. Entsprechend der Bandgeschwindigkeit und des stündlichen Durchsatzes an Material wird die erforderliche Leistung so ausgelegt, daß die gewünschte Endtemperatur während des Durchlaufes des oder der Bänder durch die Induktionsspulen erreicht wird. Da die höchstmögliche Leistungsabgabe einer einzigen Induktionsspule begrenzt ist, müssen mehrere derartige Induktionsspulen angeordnet werden, um die gesamte aufzubringende Leistung an das oder die Bänder abgeben zu können, während die Spulen, die die Bänder umfassen, nacheinander durchlaufen werden.

Bisher wird die jeweils erforderliche Behandlungstemperatur in einem praktisch linearen Temperatur- anstieg erreicht. Überlegungen des Erfinders lassen es wünschenswert erscheinen, von dieser Beheizungsart abzugehen und insbesondere beim Niederschmelzen galvanisch aufgebrachter Zinnschichten zunächst unter praktisch stetigem Temperaturanstieg auf etwa 210° C und kurz darüber aufzuheizen, um dann anschließend das Material kurzzeitig in steilem Anstieg auf eine Temperatur von etwa 250° C zu bringen, bei der das Zinn niedergeschmolzen wird. Bekanntlich tritt beim Aufschmelzen des Zinns auch eine Diffusion des Zinns in die Oberfläche des Bandes ein. Sie ist zwar in einem gewissen Ausmaß erwünscht, führt aber zur Versprödung der Zwischenschicht, wenn Temperaturen in der Nachbarschaft des Zinnschmelzpunktes zu lange einwirken. Die Gefahr der Versprödung wäre bei der angegebenen Heizcharakteristik vermieden oder jedenfalls weitestgehend vermindert.

Sinngemäß ähnliche Verhältnisse ergeben sich für das Lacktrocknen und auch beim Glühen. Auch hier wird gewünscht, daß von einer Temperatur kurz unterhalb der jeweiligen Endtemperatur an das Beheizen mit steiler Charakteristik erfolgt.

Um die sich auf diese Weise stellende Aufgabe zu lösen, müßte das durch die Induktionsspulen durch-Verfahren und Vorrichtung

zum fortschreitenden induktiven

Erwärmen von Blechbändern

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke

Aktienges ells chaf t,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16,

und Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft, Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150

Dipl.-Ing. Fritz AIf, Remscheid-Hasten,
ist als Erfinder genannt worden

laufende Band mit unterschiedlicher Charakteristik erwärmt werden. Ein Aufheizen mit unterschiedlicher Charakteristik bei gleichartigen parallel geschalteten Induktionsspulen ist jedoch nicht ohne weiteres möglich. Die Induktionsspulen werden bei den bekannten Einrichtungen so ausgeführt, daß sie die maximal mögliche Leistung an das Band abgeben können. Infolge dieser maximalen Leistung ergibt sich eine maximal erreichbare Steilheit der Temperaturcharakteristik, die mit normalen Mitteln nicht steiler gestaltet werden kann.

Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, zum Zwecke des Aufschmelzens galvanisch aufgebrachter Zinnschichten, des Trocknens von Lack oder des Glühens bei Temperaturen unterhalb des Curiepunktes, etwa bis 500° C, das Band unter Anwendung mittelfrequenter Ströme, vorzugsweise von 5000 oder 10 000 Hz, im praktisch stetigen Temperaturanstieg auf eine kurz unterhalb der kritischen Behandlungstemperatur liegende Temperatur zu bringen und sodann mit einem Strom höherer Frequenz zu arbeiten. Der Strom, der vorzugsweise mindestens die doppelte Frequenz der Ausgangsfrequenz hat, bringt das Material in steilem Temperaturanstieg auf die Behandlungstemperatur.

Für das Aufschmelzen von Zinn bedeutet dies, daß zunächst in praktisch linearem Temperaturanstieg auf etwa 200 bis 210° C erwärmt wird. Sodann wird in kürzester Frist auf eine Temperatur von etwa 250° C erhitzt. Das Zinn schmilzt nieder und hat nicht ausreichend Zeit, sich in größerem Ausmaß an Diffusionsvorgängen zu beteiligen.

OW 51W269

Zur Ausübung des Verfahrens wird vorgeschlagen, unter Verwendung mehrerer längs des Weges des Bandes oder der Bänder angeordneter, gemeinsam von einer mit einer durch rotierende Umformer erzeugten Frequenz von 5000 Hz oder höher betriebenen Sammelschiene parallel gespeister Heizinduktoren, die das oder die Bänder umfassen, den in Bandvorschubrichtung letzten oder gegebenenfalls auch vorletzten Heizinduktor über an sich bekannte statische oder rotierende Frequenzwandler anzuschließen. Diese Frequenzwandler sollen so ausgelegt sein, daß sie mindestens das Zweifache der Sammelschienenfrequenz erzeugen. Durch die höhere Frequenz wird eine höhere Leistungsdichte in der letzten Induktionsspule ermöglicht. Das bedeutet, daß diese Spule eine höhere Leistung an das Band abgeben kann als die vorhergehenden Induktionsspulen. Durch diese höhere Leistung wird pro Zeiteinheit eine höhere Energie auf das Band gegeben, wodurch eine steilere Charakteristik erzielt wird. Der Vorteil dieser Freuqenzvervielfacher liegt aber auch darin, daß bei konstanter Sammelschienenspannung die Energie, die der Frequenzvervielfacher an die Induktionsspule abgibt, kontinuierlich eingestellt werden kann. Dadurch ist es möglich, entsprechend dem gewünschten Effekt die Steilheit der Temperaturcharakteristik zu wählen.

Gemäß der Erfindung besteht weiterhin die Möglichkeit, den statischen Frequenzwandler nicht auf die doppelte Frequenz abzustimmen, sondern eine zwischen Frequenzwandler und Sammelschiene anzuordnende Kompensations-Kondensatorenbatterie so zu dimensionieren, daß diese für die zweite Oberwelle einen Phasenwinkel ergibt, in der Größenordnung von etwa 0,9 induktiv. Durch diese Art der Unterkompensation wird die fünfte Oberwelle des Frequenzvervielfachers sehr stark angehoben, so daß in dem vom Frequenzvervielfacher abgegebenen Strom eine größere Komponente der fünften Oberwelle enthalten ist. Es wurde erkannt, daß durch diese Maßnahme die Möglichkeit besteht, die Zinnauf schmelzlinie auszugleichen, wenn bei Unterschieden in der Bandstärke dadurch bedingte Unterschiede in der Höhe der Aufschmelzlinie auftreten. Diese Erscheinung kommt dadurch zustande, daß der Wirkungsgrad der Beheizung mit 10 000 Hz bei dünnen Stellen der Bänder absinkt. Dieser wird jedoch beispielsweise bei 50 000 Hz auf den höchstmöglichen Wert angehoben, so daß diese dünnen Stellen mit gleichem Wirkungsgrad beheizt werden wie stärkere Stellen. Hieraus ergibt sich ferner die Möglichkeit, mehrere Bänder unterschiedlicher Stärke gleichzeitig durch die Induktionsspulen laufen zu lassen. Bisher war dies darum nicht möglich, weil die Höhe der Zinnaufschmelzlinie bei den einzelnen Bändern so unterschiedlich war, daß kein optimales Ergebnis der Aufschmelzung erzielt werden konnte. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen werden diese Schwierigkeiten beseitigt.

In Abb. 1 ist schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung wiedergegeben, während in Abb. 2 der zugehörige Temperatur verlauf im Band über der Zeit dargestellt ist.

In Abb. 1 speist der Mittelfrequenzgenerator 1 über eine Schaltanlage 2, die es auch gleichzeitig ermöglicht, die Höhe der Energie kontinuierlich einzustellen, eine Sammelschiene 3 ein, an der die einzelnen Erwärmungsspulen 4 angeschlossen sind, die das Band 5 umschließen. Die letzte Spule 7 vor dem Abschreckbad 6 ist über einen Frequenzvervielfacher 8 an die Sammelschiene 3 angeschlossen, der es erlaubt, die Energie kontinuierlich zu regeln und der dafür sorgt, daß die Frequenz einerseits auf den doppelten und zum anderen auf den fünffachen Wert der Sammelschienenfrequenz angehoben wird.

Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, die zwei letzten Spulen oder auch mehrere Spulen an den Frequenzvervielfacher anzuschließen, wenn dieses aus technischen Gründen erforderlich ist.

Beim Band wird sowohl das aufsteigende Trum wie auch das abfallende Trum beheizt, und es wird an einer Rolle 9 umgelenkt. Die aus dieser Einrichtung resultierende Temperaturzeitkurve ist in Abb. 2 wiedergegeben. Das Band wird im aufsteigenden Trum bis zum Erreichen der Umlenkrolle 9 beheizt, und zwar auf etwa 120° C (Punkt 10). Die Umlenkrolle 9 nimmt Wärme auf, die sie dem Band entzieht, so daß die Temperatur während des Umlenkens absinkt auf etwa 110° C (Punkt 11). Mit dem Eintritt des Bandes in die Induktionsspule des abfallenden Trums wird die Temperatur weiter angehoben auf etwa 200° C (Punkt 12). Die letzte Induktionsspule 7 ist über den Frequenzvervielfacher 8 angeschlossen und ergibt auf Grund der höheren Frequenz eine größere Leistungsdichte, so daß ein steilerer Temperaturanstieg 13 erzielt wird, der dazu führt, daß der Zinnaufschmelzpunkt bei etwa 230° C mit steiler Temperaturfront überschritten wird und das Band vor Eintauchen in das Abschreckbad 6 auf etwa 250° C erwärmt ist.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum fortlaufenden induktiven Erwärmen von Blechbändern mit einer Stärke von weniger als 0,5 mm, vorzugsweise 0,1 bis 0,35 mm, bei Temperaturen unterhalb des Curiepunktes, etwa bis 500° C, zum Zwecke des Aufschmelzens galvanisch aufgebrachter Zinnschichten, des Trocknens von Lackschichten oder Glühens, dadurch, gekennzeichnet, daß das Band unter Anwendung mittelfrequenter Ströme, vorzugsweise mit 5000 oder 10000 Hz, in praktisch stetigem Temperaturanstieg auf eine kurz unterhalb der kritischen Behandlungstemperatur liegende Temperatur und sodann mit einem Strom höherer Frequenz, die vorzugsweise mindestens das Doppelte der Ausgangsfrequenz beträgt, in steilem Temperaturanstieg auf die Behandlungstemperatur gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer galvanisch aufgebrachten Zinnschicht versehenes Band in praktisch linearem Temperaturanstieg auf eine Temperatur von 200 bis 210° C und sodann in steilem Temperaturanstieg auf eine Temperatur von etwa 250° C gebracht wird.

3. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2 unter Verwendung mehrerer längs des Weges des Bandes oder der Bänder angeordneter, gemeinsam von einer mit einer durch rotierende Umformer erzeugten Frequenz von 5000 Hz oder höher betriebenen Sammelschiene parallel gespeister Heizinduktoren, die das oder die Bänder umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß der in Bandvorschubrichtung letzte und gegebenenfalls auch vorletzte Heizinduktor über an sich bekannte statische oder rotierende Frequenzwandler an die Sammelschiene angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Frequenzwandler, die mindestens die doppelte Frequenz der Sammelschienenfrequenz erzeugen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß für einen gleichzeitigen Durchlauf mehrere Bänder unterschiedlicher Stärke zwischen Frequenzwandler und Sammelschiene eine Kompensationskondensatorenbatterie eingeschaltet ist, die eine schwach induktive Kompensation des Induktors
etwa 0,9 gestattet.

auf einen cos φ-Wert von

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1646498, 2448008, 2669647,2773161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

0O9 5W269 5.60