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Vorrichtung zur Erwärmung von Formen, Pressen und Einrichtungen zur
Formgebung von Isoliermaterial Bisher wurden Pressen, Formen und Einrichtungen zum
Ausbacken, Trocknen und Formen oder auch zum Aufbügeln von Isoliermaterialien oder
Halbleitern meist durch Dampf, durch Heizkörper od. dgl. erwärmt. Gegebenenfalls
werden die gesamten Form- oder Ausbackvorrichtungen in die Heizöfen eingeführt,
in welchen der Isolant unter der Einwirkung von Wärme die geforderten Eigenschaften
und Formen erhält. Es ist auch die Erwärmung durch Gleichstrom bekannt, welcher
dem Leiter zugeführt wird, auf dem das Isoliermaterial gehärtet wird. Mitunter wird
der Leiter einschließlich der Isolation geformt.
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Die Nachtveile der bisherigen Ausführungen liegen darin, daß durch
Dampf geheizte Einrichtungen nicht ohne kostspielige Vorkehrungen neuen, geänderten
Formen angepaßt werden können. Das gleiche gilt für Einrichtungen, welche durch
Heizkörper erwärmt werden. Beim Erhitzen der Isolation durch Wärme, welche im Leiter
beim Durchgang von Gleichstrom entsteht, kommt es notwendigerweise zu großen thermischen
Unterschieden in den verschiedenen Schichten des den Leiter umgebenden Materials,
so daß eine thermische Zerstörung der inneren Schichten des isolierenden oder halbleitenden
Materials eintreten kann, während die äußeren Schichten dem thermischen Prozeß überhaupt
noch nicht unterworfen waren.
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Ein Hantieren mit dem Material beim Formen in geheizten Öfen unter
Temperaturen von 150 bis 200° C ist nicht gut möglich. Solche Öfen nehmen einen
ganz beträchtlichen Raum ein und weisen einen großen Energieverbrauch auf. Schließlich
ergeben sich bei allen diesen Verfahren überaus robuste Konstruktionen für die Formungsvorrichtungen.
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Demgegenüber erfordert die Heizung mittels durch elektrische Induktion
erzeugter Wärme einen wesentlichen geringeren Aufwand. So werden z. B. Heizplatten
auf induktivem Wege mittels Wechselstrom üblicher Frequenz von etwa 50 Perioden
beheizt, der durch einen Kernleiter geführt ist, den ein Mantel aus magnetisch gut
leitendem Material, z. B. aus Eisen, mit durch Isoliermaterial ausgefülltem Abstand
umgibt. Der Mantel wird durch Wirbelströme erhitzt, so daß seine dem Isoliermaterial
abgewendete Außenseite als Heizplatte verwendet werden kann. Die größte Wärme bildet
sich jedoch in den Zonen des Mantels und des Kernleiters aus, die an das Isoliermaterial
angrenzen und dieses von beiden Seiten. erhitzen, mit dem Ergebnis, daß das Isoliermaterial
stärker erwärmt wird als der die Außenseite des Mantels berührende, zu beheizende
Gegenstand. An der Außenseite besteht aber ein erhebliches Temperaturgefälle gegenüber
den vorstehend genannten Zonen. Die Heizung ist aus diesem Grunde nicht sehr wirtschaftlich.
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In ähnlicher Weise werden Durchlauferhitzer beheizt. Als Heizelemente
werden hier Mäntel aus magnetisch gut leitendem Material verwendet, deren eine Seite
vom zu beheizenden Medium bespült wird und deren anderer Seite eine stromdurchflosesne
Spule gegenübersteht, die in dem Mantel Wirbelströme erzeugt. Auch hier bildet sich
die größte Wärme in den dem Medium abgekehrten Schichten der Mäntel aus, und die
bespülte Fläche besitzt eine wesentlich geringere Temperatur. Im Querschnitt der
Rohrleitung, deren eine Wand von dem Mantel gebildet wird, entstehen beträchtliche
Temperaturunterschiede, d. h., die Temperatur fällt mit der Entfernung von der Oberfläche
des Mantels stark ab.
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Nach dem Vorbild der obengenannten Heizeinrichtungen hat man bereits
solche für die Erwärmung von durch einen Preßvorgang zu verformenden Werkstücken
geschaffen, bei denen der unmittelbar zur Verformung des Materials vorgesehene Mantel
aus ferromagnetischem Material besteht, in dem Wirbelströme von dem im Inneren der
Einrichtung vorgesehenen
Primärteil erzeugt werden. Diese Heizeinrichtungen
bestehen aus zwei ineinandergeschobenen Ringen, von denen der äußere den Kern bildet
und der Innere das Werkstück umgibt und an der Verformung desselben teilnimmt. Die
im Zwischenraum zwischen Kern und Innenring eingebettete Zylinderwicklung erzeugt
im Innenring Wirbelströme, so daß letzterer erwärmt wird. Bei dieser Heizeinrichtung
ist gleichfalls die Innenfläche des Ringes, die die Wärme an das Werkstück übertragen
soll, dem Kern bzw. der Spule abgewendet, so daß sich die höchste Temperatur in
Zonen entwickelt, wo sie nicht gebraucht wird, nämlich dort, wo der Kern dem Innenring
gegenübersteht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung der vorstehend genannten
Gattung, die zur elektrischen Erwärmung von Formen, Pressen und Einrichtungen für
die Formung, thermische Polymerisation, Trocknung und andere thermische Behandlung
von Materialien mit isolierenden oder halbleitenden Eigenschaften mittels Induktion
dient. Die eingangs besprochenen Mängel werden erfindungsgemäß dadurch ausgeschaltet,
daß als Primärteil der Induktionsheizeinrichtung ein ebenfalls unmittelbar zur Verformung
des Materials dienender, mit Wechselstrom von etwa 50 Perioden oder noch niedrigerer
Frequenz gespeister, betriebsmäßig während des Verformungsvorganges in der Einrichtung
verbleibender Kernleiter von solcher Bemessung gegenüber dem ferromagnetischen Mantel
vorgesehen ist, daß das zwischen dem Kernleiter und dem ferromagnetischen Mantel
befindliche zu bearbeitende Material von beiden Seiten her gleichmäßig erwärmt wird.
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Die Querschnitte des vom Wechselstrom gespeisten Kernleiters und des
Mantels können in einem geeigneten gegenseitigen Verhältnis derart gewählt werden,
daß praktisch eine gleichmäßige Erwärmung in allen Teilen des Kernes, Mantels und
der geformten Masse erreicht werden kann.
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Für eine gleichmäßige Erwärmung gilt, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche
des Eisenmantels zur Querschnittsfläche des Kupferkernes in einem Bereich von 2
bis 7 liegt, d. h.
wobei SF, die Querschnittsfläche des Eisenmantels und Sc" die Querschnittsfläche
des aus Kupfer bestehenden Kernleiters darstellt.
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Bei Verwendung eines Kernes aus einem anderen leitenden Material ändert
sich dieses Verhältnis entsprechend dem Verhältnis der Leitfähigkeit des verwendeten
Materials zur Leitfähigkeit von Kupfer.
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Falls sich die Notwendigkeit ergibt, in verschiedenen Teilen des Erzeugnisses
ungleiche Temperaturen zu erzielen, so können thermische Unterschiede in sehr wirksamer
Weise durch Abschirmung des ferromagnetischen Mantels erreicht werden und zwar mittels
Materialien von guter Leitfähigkeit, z. B, durch Kupfer- oder Messingblech oder
durch geeignete Wahl des Luftspaltes im Mantel oder des mit dem nichtmagnetischen
Material ausgefüllten Spaltes, gegebenenfalls durch die Änderung der Wandstärke
des Mantels.
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Der Grad und die Dauer der Erwärmung werden durch den Speisestrom
reguliert. Die Investitionskosten sind wesentlich niedriger als bei irgendeiner
der bisherigen Ausführungen. Der Leistungsbedarf für die Heizung ist gering, da
der thermische Wirkungsgrad der Einrichtung sehr hoch ist, weil die Erwärmung unmitelbar
im Material erfolgt, welches einen Arbeitsbestandteil der Einrichtung darstellt
und die Verluste bloß auf die Wärmeableitung durch die Oberfläche des Mantels beschränkt
sind. Die Energiezufuhr erfolgt bloß während der Formungsdauer, was in den Fällen
vorteilhaft ist, wo die Einrichtung nach Beendigung des Prozesses gekühlt werden
muß. Ebenso ist der Leistungsfaktor auch bei geteiltem Mantel sehr gut und erreicht
Ordnungswerte von cos y, = 0,7 bis 0,8.
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Das Beispiel einer praktischen Ausführung einer Vorrichtung zum Erwärmen
gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Sie zeigt den Kernleiter 1,
den geteilten Mantel 2 und die geformte Masse 3.
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Der Erfindungsgegenstand kann verwendet werden für die Härtung und
Formung der Isolation von Stäben für elektrische Maschinen, zur Ausbildung von Schichten
aus Kunststoffen für stabförmige Metallgegenstände. Für die Herstellung von stabförmigen
Formen aus Kunststoffen, welche unter Wärme geformt werden, ist es erforderlich,
einen Hilfskern aus leitendem Material zu verwenden.