DE1095421B - Induktionsheizeinrichtung mit einer nichtmetallischen, insbesondere keramischen Auskleidung des Wirkraumes - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, den Wirkraum einer Induktionsspule mit keramischen Werkstoffen auszukleiden. Es sind hierzu feuerfeste keramische Werkstoffe, wie beispielsweise Schamotte u. dgl., ebenso vorgeschlagen worden wie beispielsweise Quarzrohre. Diese Auskleidungen dienen dazu, die durch den Wirkraum der Spule hindurchbewegten Werkstücke zu tragen und die Spule gegen Berührungen mit diesen Werkstücken zu schützen. Weiterhin wurde vorgeschlagen, zur Verhinderung von Verschleißerscheinungen an den keramischen Werkstoffen flüssigkeitsgekühlte Gleitführungen aus Stahl od. dgl. vorzusehen, die fest auf der keramischen Auskleidung angebracht oder in diese eingelassen sind.

Kennzeichen dieser Auskleidungen ist, daß sie in gleichförmiger Wandstärke den Wirkraum auskleiden und auf diese Weise allseitig eine gleich starke Wärmedämmung herbeiführen. Bei der induktiven Erwärmung metallischer Werkstücke in solchen Einrichtungen hat sich nun gezeigt, daß die Temperaturverteilung über den Querschnitt des beheizten Werkstückes bei Beendigung der Aufheizung selbst dann nicht gleichmäßig ist, wenn das magnetische Wirkfeld so ausgebildet ist, daß die induzierten Ströme auf dem Umfang des Werkstückes gleichmäßig fließen. Als Erklärung hierfür konnte festgestellt werden, daß offenbar unterschiedliche Konvektions- und Strahlungsbedingungen über den Umfang des beheizten Körpers vorliegen. Im Bereich der Auflage des Glühgutes tritt eine stärkere Wärmeableitung ein, die zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung über den Umfang führt. Die ungleichförmige Temperaturverteilung wird verstärkt durch unterschiedliche Wärmestrahlung und durch aufsteigende Luftwärme zur oberen Hälfte des Induktorwirkraumes. Bei Verwendung flüssigkeitsgekühlter Gleitschienen wird der beschriebene Effekt wesentlich verstärkt, da diese Gleitschienen als ideale schwarze Körper in starkem Maße Strahlungswärme aufnehmen, während die im oberen Wirkraumbereich befindliche Auskleidung ein wesentlich geringeres Wärmeaufnahmevermögen durch Strahlung hat. Versuche, diese Abweichungen durch unterschiedliche Ausbildung des Kopplungsspaltes auszugleichen, haben nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt.

Um die Ungleichförmigkeit der Erhitzung in einer derartigen, mit einer nichtmetallischen, insbesondere keramischen Auskleidung des Wirkraumes versehenen Induktionsheizeinrichtung zu beseitigen, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß die Auskleidung der Spule in Umfangsrichtung an den Stellen, an denen dem Werkstück wenig Wärme entzogen wird, mit geringerer und dort, wo ein größerer Wärmeentzug zu erwarten ist, mit größerer Wandstärke ausgebildet ist als an den anderen Stellen der Auskleidung. Hierdurch wird erreicht, daß im Bereich der geringeren Wandstärke der Auskleidung eine stärkere Wärmeableitung aus der durch Strahlungswärme Induktionsheizeinrichtung mit einer

nichtmetallischen, insbesondere
keramischen Auskleidung des Wirkraumes

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Dr.-Ing. Gerhard Seulen und Friedrich Scheffler,

Remscheid,
sind als Erfinder genannt worden

aufgeheizten Auskleidung an das Kühlwasser des Induktors bzw. an die umgebende Luft möglich ist, während in den Bereichen der Wandverstärkung eine größere Wärmedämmung eintritt. Durch entsprechende Temperaturmessungen am Querschnitt des Werkstückes kann rechnerisch der erforderliche Wandstärkenunterschied vorausbestimmt werden.

Es hat sich zur Erreichung dieses Zieles als besonders zweckmäßig erwiesen, die nichtmetallische Auskleidung aus Siliciumcarbid anzufertigen, das in Formstücken mit gewünschter, in Umfangsrichtung unterschiedlicherWandstärke gegossen oder gepreßt werden kann.

Es ist auch möglich, die Wandstärke der Auskleidung dadurch herzustellen, daß nichtmetallische, insbesondere keramische Einsätze in einen Formkörper gleichmäßiger Wandstärke eingesetzt werden. Die Auskleidung kann auch aus einzelnen Formstücken bestehen, die in Richtung des Umfanges durch Zwischenräume getrennt sind.

Auf diese Weise ist es möglich, den verschiedensten Ausgestaltungen des Induktors einerseits und den Formen der Werkstücke andererseits gerecht zu werden, so daß in allen Fällen eine Wirkraumauskleidung geschaffen werden kann, die eine gleichmäßige Aufheizung des Werkstückes über den ganzen Querschnitt trotz unterschiedlicher Wärmeabfuhr im oberen und unteren Teil gewährleistet. Bei der Auskleidung des Wirkraumes mit einem Formkörper gleichmäßiger Wandstärke und Einsätzen, die für die unterschiedliche Wandstärke maßgeblich sind, kann für beide Teile gleicher nichtmetallischer, insbesondere

5c keramischer Werkstoff oder auch unterschiedlicher Werkstoff verwendet werden, so daß auch hierdurch die Möglichkeit gegeben ist, die Wärmedämmung einerseits und die Wärmeabfuhr andererseits zu steuern. Insbesondere ist es möglich, den äußeren Formkörper aus einem Werk-

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stoff mit besonders guten wärmedämmenden Eigen- stoff, dessen Wandstärke geringer ist als die Wandstärke

schäften herzustellen, da dieser Körper keinen wesent- der Auskleidung im Auflagebereich der Werkstücke,

liehen mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist. Durch die Wahl unterschiedlicher Stärke der Auskleidung

Bekanntlich haben nämlich keramische Werkstoffe hoher auf dem Umfang kann bei dieser Anordnung eine völlig

und höchster Wärmedämmung verhältnismäßig schlechte 5 gleichmäßige Temperaturverteilung auf dem Querschnitt

mechanische Eigenschaften. Insbesondere ist es möglich, der Werkstücke erzielt werden.

als äußeren Formkörper poröse Keramiken zu verwenden Die bewegliche Transportvorrichtung wird zweck- oder diesen äußeren Formkörper aus Naturglimmer oder mäßigerweise mit Durchlässen versehen und mit an der ähnlichen Stoffen aufzubauen. Bei dieser Art des Auf- Unterseite angebrachten Querrippen, so daß der Zunder baues wird zusätzlich der Vorteil erzielt, daß der den io nach unten durchfallen kann und so auf die Innenwände Windungen des Induktors direkt benachbarte äußere der Auskleidung gelangt, von wo er durch die Querrippen Formkörper entsprechend gute elektrische Isolations- aus dem Wirkraum des Induktors entgegen der Fördereigenschaften auch im warmen Zustand besitzt. richtung des Warmgutes selbsttätig herausgefördert wird, Die Anordnung gemäß der Erfindung hat besondere ohne zu Beschädigungen oder Zerstörungen der Ausklei-Bedeutung in Verbindung mit solchen Induktionsheiz- 15 dung Anlaß geben zu können.

einrichtungen, bei welchen das Glühgut mittels eines In den Zeichnungen sind im senkrechten Querschnitt

beweglichen Transportsystems durch den Wirkraum hin- verschiedene bevorzugte Ausführungsformen des Erfin-

durchgefördert wird. Bekanntlich arbeiten diese Förder- dungsgedankens mehr oder weniger schematisch darge-

einrichtungen derart, daß von dem beweglichen Transport- stellt.

system das Glühgut angehoben, ein Stück vorwärts ge- 20 In allen Abbildungen ist mit 1 die mehrwindige Induktragen und sodann auf ein ruhendes Tragsystem wieder tionsspule bezeichnet, die der induktiven Beheizung der abgesetzt wird, worauf sich nach Rückbewegung des Werkstücke 2 dient, die entweder während der Auf-Transportsystems in die Ausgangsstellung dieses Spiel heizung im Induktorwirkraum ruhen oder absatzweise wiederholt. Bei diesen Einrichtungen ist der Nachteil oder stetig durch den Wirkraum hindurchbewegt werden, ungleichförmiger Erwärmung über den Querschnitt beson- 25 Die Spule 1 ist in an sich bekannter Weise beispielsweise ders fühlbar, weil bei den bekannten Einrichtungen aus kühlwasserdurchflossenem Kupferrohr hergestellt, sowohl das bewegliche Transportsystem als auch das Die Auskleidung 3 aus nichtmetallischen Werkstoffen ruhende Tragsystem aus metallischem Werkstoff besteht hat in Abb. 1 die Form eines Rechteckrohres, wobei im und fiüssigkeitsgekühlt ist. Hierdurch ist die Wärmeab- Bereich 4, wo das Werkstück 2 auf der Auskleidung auffuhr an diesen Stellen durch Strahlung sehr begünstigt. 30 liegt, die Wandstärken größer sind als im Bereich 5, wo Selbst durch Auflage einer keramischen Schutzschicht auf das Werkstück mit der Auskleidung nicht in Berührung dem bewegten System läßt sich hierbei die ungleich- steht. Im Bereich 5 ist die Wandstärke der Auskleidung förmige Erwärmung über den Querschnitt der Werkstücke so reduziert, daß die Wärmeabfuhr von der benachbarten nicht verhindern. Dies ist deshalb nicht möglich, weil die Werkstückoberfläche trotz großen Strahlungsabstandes gekühlten Transportsysteme physikalisch schwarze Kör- 35 in der gleichen Größenordnung liegt wie die Wärmeabfuhr per sind, die die Wärmestrahlung vom erhitzten Werk- aus den den Seiten 4 benachbarten Oberflächengebieten, stück oder von der praktisch auf gleicher Temperatur bei denen trotz inniger Anlage die Wärmeabfuhr durch befindlichen keramischen Auflage in besonders starkem große Wandstärke der Auskleidung verringert ist. Rein Maße aufnehmen. rechnerisch läßt sich die Wandstärke bei 5 und die Wandln weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird daher 40 stärke bei 4 für einen bestimmten Erhitzungsvorgang und vorgeschlagen, bei solchen Induktionsheizeinrichtungen, für bestimmte Werkstückgrößen vorherbestimmen. Dabei die mit einem bewegten Fördersystem arbeiten, an Stelle kann das Werkstück quadratischen, kreisförmigen oder des festen rohrförmigen Tragsystems die Abschnitte ver- ähnlichen Querschnitt haben.

größerter Wandstärke als Auflage für das Fördergut aus- Abb. 2 unterscheidet sich von Abb. 1 dadurcii ,daß im zunutzen, während sich das bewegte Fördersystem in die 45 Bereich 4 eine Wandstärkenverringerung bei 6 vorgesehen Ausgangsstellung zurückbewegt. In diesem Bereich ist ist, die Raum bietet für ein bewegliches, flüssigkeitsgeein Abschnitt geringer Wandstärke der Auskleidung, der kühltes Transportsystem, das bei 7 schematisch darge-Raum für eine, gegebenenfalls mehrere bewegliche Trans- stellt ist. Dieses bewegte System führt eine Rechteckportvorrichtungen bietet. bewegung oder auch eine Bewegung auf einer Kreisbahn Die Dicke der Wandstärke der Auskleidung spielt im 50 durch derart, daß das Werkstück 2 von den Auflage-Bereich unterhalb der beweglichen Transportsysteme flächen 4 angehoben, ein Stück weiter in Achsrichtung eine untergeordnete Rolle, da in diesem Bereich die vorwärts oder rückwärts befördert wird, um alsdann Wärmeabfuhr vom Werkstück an das gekühlte Transport- wieder auf die Flächen 4 abgesetzt zu werden, während system ohnehin größer ist, als die Wärmeabfuhr über eine sich das Transportsystem 7 in die Ausgangsstellung zunoch so dünn gewählte Wandauskleidung sein könnte. 55 rückbewegt. Dieses Arbeitsspiel wiederholt sich gleich-Dieser Bereich der Auskleidung befindet sich außerdem förmig oder nach einem bestimmten Zeitplan, bis das im Strahlungsschatten der beweglichen Transport vor- Werkstück durch den Induktor hindurchgefördert ist. richtung. Im Bereich des bewegten Transportsystems tritt natvr-Um dieser naturbedingten Ungleichförmigkeit Rech- gemäß eine starke Abstrahlung vom Werkstück ein, weil nung zu tragen, wird gemäß der Erfindung diametral den 60 dieses gekühlte System praktisch einen idealen schwarzen beweglichen Transportvorrichtungen gegenüber eine Körper darstellt. Durch entsprechende Bemessung des Schwächung oder Unterbrechung der Wandung der Aus- diametral gegenüberliegenden Abschnittes der Auskleikleidung vorgesehen, so daß in diesem Bereich für eine dung bei 8 kann diese Ungleichförmigkeit ausgeglichen entsprechende Wärmeabfuhr gesorgt ist. Gegebenenfalls werden. Zumindest aber läßt sich erreichen, daß der kann in diesem Bereich außerdem noch ein besonderes 65 Körper 2 bei 9 und bei 10 gleiche Temperatur aufweist. Kühlsystem untergebracht werden. Diese kann unter Umständen niedriger sein als die Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht Temperatur in den Bereichen 11 und 12. Besonders für darin, die bewegliche Transportvorrichtung nicht aus Werkstücke, die beim Warmverfahren gelocht werden, flüssigkeitsgekühlten metallischen Teilen herzustellen, kann eine solche Temperaturverteilung von Vorteil sein. sondern aus einem Formstück aus keramischem Werk- 70 Die gleichförmigen Temperaturen an gegenüberliegenden

Ecken sorgen dafür, daß der Lochdorn sich nicht infolge ungleichförmigen Formänderungswiderstandes verlaufen kann.

Reicht die Wandschwächung bei 8 (Abb. 2) nicht aus, so ist es möglich, gemäß Abb. 3, diametral dem bewegten Transportsystem 7 gegenüberliegend, ein feststehendes Kühlsystem 13 vorzusehen, wobei entweder, wie in Abb. 3 dargestellt, dieses Kühlsystem sich in einer Aussparung 14 der Auskleidung 3 befindet oder aber in einer entsprechenden Ausnehmung untergebracht ist. Eine vollkommen symmetrische Aufheizung kann erreicht werden, indem in den Ecken 15 und 16 ebenfalls Kühlsysteme 13 angeordnet werden.

Es ist aber auch möglich, an Stelle eines wassergekühlten beweglichen Transportsystems ein solches aus keramischem Werkstoff zu verwenden, wie dieses in Abb. 4 bei 17 angedeutet ist. Der keramische Formkörper 17 hat dabei geringere Wandstärke als die Wände 4 der Auskleidung 3 im Bereich der Auflage des Körpers 2. Bei dieser Anordnung wird im allgemeinen mit einer Verringerung der Wandstärke des Körpers 3 im oberen Bereich der Spule auszukommen sein, ohne daß noch zusätzlich Kühlsysteme vorgesehen werden.

Abb. 5 zeigt eine Anordnung, wie sie für Werkstücke 2 mit kreisförmigem Querschnitt vorgesehen werden kann, wenn der Induktor kreisringförmigen Querschnitt hat. Die Wandverstärkungen 18, die in Achsrichtung verlaufen, können hierbei einstückig mit dem Körper 3 ausgeführt sein. Sie können aber auch in der Form von Einsätzen angebracht sein.

Mit Einsätzen ist auch die Ausführungsform nach Abb. 6 versehen. Die Spule 1 ist hierbei zunächst mit einem Auskleidungskörper 3 völlig gleichförmiger Wandstärke versehen. Auf diesem Auskleidungskörper sind Einsätze 19 befestigt. Sie sind als Segmente ausgebildet, die im unteren Bereich Raum lassen für das bewegte Transportsystem 7 und im oberen Raum für das Kühlsystem 13. Wie ohne weiteres verständlich, können die Einsätze aus anderem keramischem Werkstoff hergestellt werden als der rohrförmige Körper 3. So ist es beispielsweise möglich, die Einsätze aus Siliciumcarbid herzustellen und den rohrförmigen Körper aus Glimmer, Asbest od. dgl.

Da ein Abfallen des vor allem von vorhergehenden Warmformungsprozessen den Werkstücken anhaftenden Zunders während des Transportes durch die Vorrichtung nicht verhindert werden kann, ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß der Zunder die Bewegung des Fördersystems nicht beeinträchtigt. Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, insbesondere bei der Ausführung nach Abb. 4 durch Aussparungen in dem keramischen Tragstück dafür Sorge zu tragen, daß der Zunder nach unten durchfallen kann. Er gelangt auf diese Weise genau wie bei den beweglichen Transportsystemen 7 der anderen Ausführungsformen in den für das bewegliche Transportsystem vorgesehenen Raum der Auskleidung. Durch Anordnung von Querrippen kann dafür gesorgt werden, daß der Zunder selbsttätig entgegen der Förderrichtung des Glühgutes aus diesem Raum entfernt wird. In Abb. 7 ist perspektivisch der Tragkörper 17 der Ausführungsform nach Abb. 4 dargestellt. An seiner Unterseite befinden sich Querrippen 20. Der durch Aussparungen 21 oder an den Seiten bei 22 herunterfallende Zunder gelangt in den Bereich dieser Querrippen 20 und wird beim Rückhub des bewegten Fördersystems rückwärts bewegt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Induktionsheizeinrichtung mit einer nichtmetallischen, insbesondere keramischen, aus einem oder mehreren Formstücken bestehenden Auskleidung des Spulenwirkraumes, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung der Spule, die vorzugsweise aus Siliziumcarbid besteht, in Umfangsrichtung an den Stellen, an denen dem Werkstück weniger Wärme entzogen wird, mit geringerer und dort, wo ein größerer Wärmeentzug zu erwarten ist, mit größerer Wandstärke ausgebildet ist als an den anderen Stellen der Auskleidung.

2. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandverstärkung der Auskleidung durch sich in Achsrichtung erstrekkende nichtmetallische, insbesondere keramische Einsätze in einem Formkörper gleichmäßiger Wandstärke gebildet ist.

3. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper und die Einsätze aus unterschiedlichen nichtmetallischen, insbesondere keramischen Werkstoffen bestehen.

4. Induktionsheizeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte der Auskleidung mit vergrößerter Wandstärke als Auflage für die zu erhitzenden Werkstücke dienen.

5. Induktionsheizeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Abschnitten geringerer Wandstärke eine oder mehrere bewegliche Vorrichtungen für den Transport der Werkstücke durch den Wirkraum angeordnet sind.

6. Induktionsheizeinrichtung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung diametral gegenüber der oder den beweglichen Transportvorrichtungen mit geringerer Wandstärke ausgeführt oder unterbrochen ist.

7. Induktionsheizeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausnehmung der Auskleidung gegenüber der oder den beweglichen Transportvorrichtungen ein Kühlrohr angeordnet ist.

8. Induktionsheizeinrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Transportvorrichtung aus einem keramischen Formstück besteht, dessen Wandstärke geringer ist als die Wandstärke der Auskleidung im Auflagebereich der Werkstücke.

9. Induktionsheizeinrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Transportvorrichtung mit Durchlässen und mit an der Unterseite angebrachten Querrippen für die Abführung des Zunders versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 681 971, 2 457 846.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 009 679/443 12.