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Vorerhitzungs-Induktor zum Erhitzen der einander gegenüberliegenden
Ränder, insbesondere eines Rohrzuschnittes für das Rohrschweißen Das elektrische
Nahtschweißen von Rohren oder ähnlichen Werkstücken mit Hilfe von Induktoren ist
bekannt. Auch die Anwendung von Vorerhitzungs-Induktoren ist bereits vorgeschlagen
worden. An solchen Induktoren sind in der Regel die Spulen mit wenigen Windungen
hergestellt. Der Spulenstrom ist relativ zur Spulendurchflutung erheblich und erzeugt
daher bedeutende Wärme. Diese ist aber unerwünscht, da sie von einem gewissen Ausmaß
ab zerstörend auf den Induktor wirkt. Man hat daher Wasserkühlung angewendet, um
Wärmestauungen zu unterbinden. Das Kühlwasser wurde in Kühlwasserleitungen zu-und
abgeführt. Auch hat man schon eine Kühlmittelanzapfung in der Widerstandsmitte einer
Wicklung an einem Induktor vorgesehen. Man hat auch schon die Kühlwasserleitungen
mit den Spulenwindungen vereinigt, indem die Induktorwicklung aus rohrförmigen Leitern
hergestellt ist.
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Die Erfindung nun bezweckt eine Vereinfachung eines solchen Induktors,
indem erfindungsgemäß jede Polreihe von einer einzigen Hin- und Rückleitung in Reihe
geschalteter Halbwindungen um die Einzelpole umgewickelt ist, deren eine Enden mit
der Stromzuführung verbunden sind, während die anderen Enden der Hin- und Rückleitung
am anderen Induktorende an einen Kühlwasserkasten angeschlossen sind, in den die
Kühlwasserzuleitungen münden. Als Stromzuführung dienen rohrförmige Sammelschienen.
Im Interesse einer gedrängten billigeren Bauart des Induktors bestehen die Wicklungswindungen
aus aufeinanderliegenden Flachrohren. Schließlich erstrecken sich vorzugsweise beiderseits
längs am Kern des Induktors Paare von Kühlrohren, welche sowohl am Kern als auch
an der Wicklung oben und unten dicht anliegen.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher beschrieben.
Es zeigt Fig. 1 eine Draufsicht auf den Vorerhitzungsinduktor gemäß der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1, wobei Teile weggebrochen sind, Fig. 3 und 4
Endansichten von links bzw. rechts, Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt nach der Ebene
der Linie V-V der Fig. 1, Fig. 6 und 7 Längsschnitte nach den Ebenen VI-VI der Fig.
1, Fig.8 und 9 in schematischer Darstellung eine Draufsicht und einen Aufriß, welche
die elektrische Wicklung zeigen; Fig. 10 ist eine schematische Darstellung des Verlaufs
des Kraftlinienflusses und des induzierten Stromes und Fig. 11 in schematischer
Darstellung eine Draufsieht, welche die Anwendung des Vorerhitzungsinduktors zeigt.
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Wie insbesondere Fig. 8, 9 zeigen, ist ein länglicher Eisenblechkern
10 vorgesehen, an dem in Abstand voneinander vorstehende Pole 11 ausgebildet sind.
Um die Pole 11 sind Wicklungen 12 so zueinander in Zickzackanordnung gewickelt,
daß benachbarte Pole jeweils entgegengesetzt polarisiert sind. Daher verläuft, wenn
die Wicklungen erregt werden, der Kraftlinienfluß, wie bei F in Fig. 10 angegeben,
längs der einander benachbarten in Abstand voneinander befindlichen Ränder 13 des
Nahtspaltes des Rohrrohlings 14, der unterhalb und in Ausfluchtung mit dem Kern
10 angeordnet ist. Wenn die Wicklungen durch einen Wechselstrom geeigneter Frequenz,
z. B. von 1500 bis 4000 Perioden, erregt werden, werden örtliche Wirbelströme, wie
bei 1 angeordnet, in den Rändern 13 induziert. Diese Ströme verlaufen in Bahnen,
welche das Kraftlinienband F umgeben. Durch einen Vorschub des Rohrrohlings in axialer
Richtung längs des Kerns 10 wird in den Rändern des Rohlings eine gleichmäßige Heizwirkung
erzeugt.
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Fig.1 bis 7 zeigen konstruktive Einzelheiten eines solchen Induktors.
Der Kern 10 ist oben an einer
Halterung durch eine Anzahl Hängebügel
15 aufgehängt, die an ihm durch Bolzen 16 befestigt sind, wobei zwischen
Kern 10 und Bügeln 15 isolierende Distanzplatten 17 angeordnet sind. Die Wicklungen
12 werden von oberen und unteren Isolierplatten 18 und 19 begrenzt, welche durch
Stehbolzen 21 in Distanzhülsen 20 in Abstand voneinander gehalten sind: Zwischen
den Windungen der Wicklungen und zwischen den Wicklungen und den Platten 18 und
19 sind isolierende Abstandsstücke 22 und 22a angeordnet. Die Platten 18 und 19
sind mit Schlitzen zur Aufnahme des Kerns 10 und der Pole 11 und mit Ausnehmungen
an ihren inneren Rändern zur Aufnahme von Kühlrohren 23 und 24 in Kontakt mit dem
Kern versehen. Die Platte 19 und die Rohre 24 sind mit Flanschen versehen, die sich
längs der Seiten der Pole 11 nach unten erstrecken und durch Bolzen 25 miteinander
verbunden sind. Auf der Unterseite der Platte 19 ist ein wärmereflektierender Belag
26 aus unmagnetischem korrosionsbeständigem Stahl befestigt, der so poliert ist,
daß er ein gutes Reflektionsvermögen hat. Von den Bügeln 15 erstrecken sich Verstrebungen
27 zur oberen Platte 18, welche an den ersteren durch Bolzen 28 und an den letzteren
durch Bolzen 21 befestigt sind.
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Der Induktor besitzt zwei vollständige Wicklungen 12. Diese Wicklungen
bestehen aus einem flachen Kupferrohr, dessen Breite das Mehrfache seiner Dicke
beträgt, wie sich am besten aus Fig. 7 ergibt. Am rechten Ende des Induktors stehen
die Wicklungen 12 mit Kühlmitteleinlaßkammern 29 (s. Fig. 5 und 7) in Verbindung.
Jede Kammer weist, 29, eine mittlere Trennwand auf, die sich in Längsrichtung des
Induktors erstreckt. Mit den Kammern 29 sind Kühlmittelzufuhrrohre 30 verbunden,
die an eine Kühlwasserquelle angeschlossen sind. Am anderen Ende des Induktors erstrecken
sich rohrförmige Leiter 31 von den Enden der Wicklungen 12 zu rohrförmigen Sammelschienen
32, welche die Wicklungen 12 mit einer Stromquelle verbinden. Die Leitungen 31 dienen
sowohl als elektrische Verbindungen als auch als Kühlmittelrohre. Kühlmittelleitungen
33 erstrecken sich von den Rohren 23 und 24 an beiden Enden des Induktors nach außen
und oben.
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Fig. 11 zeigt die relative Lage des mit P bezeichneten, erfindungsgemäßen
Vorerhitzungsinduktors und eines Schweißinduktors S. Der Induktor P bewirkt die
Erhitzung der Rohlingsränder über ihre ganze Dicke auf eine Temperatur zwischen
700 und 800° C bei guter Vorschubgeschwindigkeit, während der Induktor S die Temperatur
der Ränder auf den Schweißpunkt erhöht.
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Bei einer beispielsweisen Ausführungsform des Vorerhitzungsinduktors
gemäß der Erfindung für eine Frequenz von 3000 Perioden beträgt die Gesamtbaulänge
etwa 60 cm, und es sind sieben Pole von quadratischem Querschnitt mit einer Seitenlänge
von 22 mm vorgesehen, die einen Mittenabstand von 10 cm voneinander haben. Die beiden
in Reihe geschalteten Wicklungen (von denen jede eine volle Windung um jeden Pol
bildet) sind für einen Strom von 2250 Ampere bemessen; die Gesamtaufnahmeleistung
beträgt etwa 200 Kilovoltarnpere bei einem Leistungsfaktor von etwa 680/a.
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Die Erfindung hat gegenüber den bekannten Schweißinduktoren wesentliche
Vorteile. Die Wicklungen sind voneinander und vom Kern völlig isoliert und es ist
für beide eine angemessene Kühlung vorgesehen. Eine zufriedenstellende Schweißverbindung
von Blechrändern, deren Dicke in dem angegebenen Bereich liegt, läßt sich bei einer
Geschwindigkeit von 3;60 m/min unter Verwendung eines Induktors üblicher Art zwischen
dem erfindungsgemäßen Induktor und den Schweißrollen erzielen. Der Aufbau des Induktors
gemäß der Erfindung ist einfach und kräftig, und dieser kann ohne weiteres in eine
Bearbeitungsanlage eingebaut werden, in der Rohrrohlinge von großem Querschnitt
kontinuierlich bearbeitet werden können. Der wärmereflektierende Belag an der Unterseite
schützt den Induktor gegen die vom Werkstück ausgestrahlte Wärme.