DE1277428B - Generator von gewerblichen Stroemen hoher und mittlerer Frequenz zur thermischen Behandlung von Werkstuecken und -stoffen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AULA

DEUTSCHES JmTml· PATENTAMT

Int. CL:

H03b

AUSLEGESCHRIFT

Deutsche Kl.: 21 d2-5/50

Nummer: 1277428

Aktenzeichen: P 12 77 428.6-35 (C 26575)

Anmeldetag: 23. März 1962

Auslegetag: 12. September 1968

Die Erfindung betrifft einen Generator von gewerblichen Strömen hoher und mittlerer Frequenz zur thermischen Behandlung von Werkstücken und -stoffen mit einer gittergesteuerten rückgekoppelten Elektronenröhre und einem an deren Ausgang liegenden Netzwerk aus zwei Schwingkreisen, von denen der Sekundärkreis aus einem mit der zu behandelnden Last gekoppelten ersten Blindwiderstand und einem hierzu parallelen zweiten Blindwiderstand entgegengesetzten Vorzeichens besteht und der Primärkreis aus der Parallelschaltung eines dritten regelbaren BBndwiderstandes und der Reihenschaltung eines vierten regelbaren Blindwiderstandes mit einem gegenüber dem des dritten Blindwiderstandes entgegengesetzten Vorzeichen und des Sekundärkreises gebildet ist.

Bei der Verwendung von Mittel- oder Hochfrequenzgeneratoren zur Wärmebehandlung von Werkstoffen oder -stücken durch magnetische oder dielektrische Induktionsheizung stellt die Anpassung der Last an den Generator ein besonders schwieriges Problem dar. Häufig sind Werkstoffe oder -stücke verschiedener Art, Form und Größe mit dem gleichen Generator zu behandeln, wobei der in der Induktionsspule oder, bei dielektrischer Heizung, an den Heizelektroden auftretende Lastwiderstand sehr unterschiedliche Werte annimmt.

Noch schwieriger aber ist das Problem der Lastanpassung, wenn, wie dies oft der Fall ist, die magnetischen oder dielektrischen Eigenschaften des Behandlungsgutes sich während der Behandlung selbst ändern, ganz besonders wenn diese Änderungen sprunghaft erfolgen, wie es bei ferromagnetischen Stoffen bei Überschreitung des Curie-Punktes der Fall ist, wobei sich der Lastwiderstand des Generators in weiten Grenzen ändert und eine Nachregelung der Lastanpassung während des Betriebes selbst notwendig ist.

Für solche während des Betriebes notwendige Anpassungsänderungen ist bereits die Verwendung von Anpassungstransformatoren vorgeschlagen worden, deren Übersetzungsverhältnis durch gegenseitige Verschiebung von Primär- und Sekundärwicklung zueinander oder durch mehr oder weniger tiefes Eintauchen einer als induktiver Nebenschluß für den Sekundärstrom wirkenden Kurzschlußwicklung geändert werden kann. Solche Transformatoren besitzen zwar einen genügenden Regelbereich, lassen sich aber für hohe Leistungen nicht mit hinreichendem Kopplungsgrad ausführen, weil aus Isolationsgründen große Abstände zwischen den festen und den beweglichen Teilen notwendig sind. Auch ist ihr Wirkungsgrad

Generator von gewerblichen Strömen
hoher und mittlerer Frequenz
zur thermischen Behandlung
von Werkstücken und -Stoffen

Anmelder:

Compagnie Francaise Thomson Houston-Hotchkiss Brandt, Paris

Vertreter:

Dipl.-Ing. Dipl. oec. publ. D. Lewinsky,

Patentanwalt, 8000 München 42, Gotthardstr. 81

Als Erfinder benannt:

Charles Alfonse Emile Beurtheret,

St. Germain en Laye (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 28. März 1961 (857 025)

unbefriedigend wegen der Verluste in den für die Leistungsübertragung ungenutzten Windungen bzw. in der Kurzschlußwicklung.
Eine andere, bei mittleren Frequenzen benutzte Lösung besteht darin, die Frequenz des Generators cjurch Wechsel von Blindstromschaltungselementen aus Reihen- in Parallelschaltung zu ändern. Diese Lösung besitzt jedoch den Nachteil der Unstetigkeit der Regelung und verlangt zudem, um wirksam zu sein, sehr große Frequenzänderungen, z. B. im Verhältnis von 1:3, die für den Ablauf der Wärmebehandlung ungünstig sind.

Es ist ebenfalls bekannt, ein Blindstromschaltungselement zu verwenden, welches stetig oder nicht stetig veränderlich ist und welches mit dem zur Behandlung verwendeten Induktor in Reihe geschaltet ist. Diese Arbeitsweise ergibt jedoch nur einen äußerst geringen Anpassungsbereich der elektrischen Belastung, wenn es erwünscht ist, die sich hieraus ergebende Frequenzänderung in vernünftigen Grenzen zu halten. Für diese Arbeitsweise ist bereits eine Ergänzung bekannt, die im Zusatz eines zum Induktor parallelgeschalteten Blindstromelementes liegt, um eine plötzliche Kopplungsänderung zu erzeugen, die es beispielsweise ermöglicht, eine beim Durchgang durch einen Curie-Punkt schroff geänderte elektrische Belastung herzustellen. Zu diesem Zweck wird dem

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der Behandlung dienenden Induktor ein Kondensator Generatoren nicht verwendet werden sollten, und

parallel geschaltet, wobei dieser in Zufügung durch zwar wegen der Möglichkeit der zwischen den beiden eine plötzliche Umschaltung in einem geeigneten Zeit- Kopplungsfrequenzen erregten Frequenzsprünge. Bei

punkt erfolgt. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, daß den Generatoren, bei denen gekoppelte Kreise vorge-

diese Arbeitsweise mit besonderer Vorsicht anzuwen- 5 sshen werden mußten, hat man sich bemüht, diese

den ist, da man im Zeitpunkt der Bereichsänderung derart zu dimensionieren, daß der Kopplungsgrad

eine gewisse Neigung der Schwingung zum Hängen- unter dem kritischen Wert gehalten wurde,

bleiben auf einer gegenüber der gewünschten Fre- Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung

quenz höheren StÖrfrequeüZ beobachten kann, sobald unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung

der Stromkreis des Generators einer beachtenswerten io erläutert werden. Es zeigt

Kopplungsänderung unterworfen wird. Fig. 1 ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu- Generators,

gründe, einen Generator zu schaffen, mit welchem die F i g. 2 eine graphische Darstellung der Abhängig-Probleme, die bisher nicht gelöst werden konnten, in keit des Scheinwiderstandes von der Frequenz bei zufriedenstellender Weise mit einfachsten Mitteln ge- 15 einem Generator mit der erfindungsgemäßen Schallöst werden. tung,

Die Erfindung ist in der Kombination der folgen- F i g. 3 ein Schaltbild einer Ausführungsform des

den für sich bekannten Merkmale zu sehen: erfindungsgemäßen Generators und

. , „ . , , ι. , ., , , Fig. 4 eine Darstellung der Kennlinien eines der-

a) daß zumindest einer der Blindwiderstande des _{ao ar}ti_sen Generators

Primärkreises in der Art stetig regelbar ist, daß _{In den F} j _{χ und} 3 _{sind die verschi}edenen vor-

die Eigenresonanzfrequenz des Pnmarkreises _genannten Schaltungsglieder mit den gleichen Bezugs-

innerhalb eines die Eigenresonanzfrequenz des _{ziffem versehen) denen nur jeweils} entsprechend der

Sekundärkreises umfassenden Frequenzbandes _Rei_henfol_ge der Figuren andere Bezugsbuchstaben

abstimmbar ist, _{ag zuge}füg_{t s}}_n(j_% Es handelt sich hierbei um eine Elek-

b) daß die Rückkopplungsschaltung als Spannungs- tronenröhre 16, einen mit Hoch- oder Mittelfrequenzrückkopplung zwischen der Anoden-Kathoden- strömen schwingenden Generator, dessen Anode mit Strecke der Röhre ausgebildet ist, 13, Gitter mit 14 und Kathode mit 15 bezeichnet ist

c) daß die beiden Schwingkreise so stark über- und der zwischen einer Klemme 8 und Masse 9 eine kritisch gekoppelt sind, daß die beiden Koppel- 30 Selbstschwingschaltung 1-2-3 .., 6-7 speist, die den frequenzen außerhalb eines vom 0,9fachen zum Verbraucherblindwiderstand 1 zur Abnahme der von l,lfachen der Eigenfrequenz des Sekundär- der Röhre 16 gelieferten Hoch- oder Mittelfrequenzkreises reichenden Frequenzbandes liegen, energie besitzt. Dieser Verbraucherblindwiderstand

d) daß schließlich der Kennwiderstand des Primär- weist den durch die gelieferte Energie zu behandelnden kreises weniger als 8% des optimalen Außen- 35 Werkstoff oder Formkörper auf, wobei nachstehend Widerstandes der Röhre beträgt. angenommen ist, daß er mit Hochfrequenzenergie

behandelt wird, obwohl es selbstverständlich in an-

Durch die Erfindung ist es in vorteilhafter Weise deren Anwendungsfällen auch Mittelfrequenz sein möglich, einen Generator bei erhöhter Leistung mit kann. Dieses zu behandelnde Stück führt andererseits einer stark veränderlichen Last zu betreiben. Es wird 40 in die Selbstschwingschaltung einen sehr veränderermöglicht, kontinuierlich den Ausgangswiderstand liehen Widerstand 2 ein. Die Kenndaten des Vereiner Röhre bei einem gewünschten Wert zu erhalten, braucherblindwiderstands 1 sind bedingt durch die insbesondere bei dem Wert, der die Erzielung einer Art der vorgesehenen industriellen Behandlung, die maximalen Leistung ermöglicht. Diese Betriebsweise ihrerseits die zu erzeugende Leistung, die Frequenz, ist in einem Variationsbereich des Lastwiderstandes 45 die Anwendungsbedingungen usw. festlegt. Gemäß möglich, die beispielsweise über ein Verhältnis von dem jeweiligen Falle kann dieser Widerstand 1 ent-1:25 hinausgeht Ferner wird diese Betriebsweise weder induktiv oder kapazitiv sein, und die Erfahbei einem sehr kleinen Gang der Betriebsfrequenz rung zeigt, daß der Gütefaktor des Gesamtschaltdurchgeführt, der unter 15% der Anfangsfrequenz gebildes 1 und 2, d. h. das Verhältnis des Blindliegt. Im Vergleich zu Generatoren, die mit veränder- 50 Widerstandes 1 zum Wirkwiderstand 2, im Laufe ein liehen Transformatoren arbeiten, weist der erfindungs- und desselben Vorganges stark veränderlich ist und gemäße Generator einen äußeren Wirkungsgrad bei gewöhnlich in Werten zwischen 2 und 50 verbleibt, erhöhten Leistungen auf, und zwar deshalb, weil der die praktisch die Grenzen bilden, die man zufällig in erfindungsgemäße Generator keine unnötig von Blind- einer Schwingschaltung zu erzielen vermag,
strömen durchflossenen Elemente besitzt. Weiterhin 55 Das Verbraucherschaltungsglied 1-2 führt zu zwei ermöglicht der erfindungsgemäße Generator eine Anschlußklemmen 3 und 4 und ist erfindungsgemäß stärkere Kopplung der Last, wobei der Überspan- einer Zusammenschaltung von drei hier in Dreieck nungskoeffizient des Lastblindwiderstandes im Ver- geschalteten Komplementblindwiderständen 5, 6 hältnis von 1:25 variieren kann. Schließlich führt die und 7 zugeordnet. Der Verbraucherblindwiderstand Anpassung nicht zur Erregung von Störfreqüenzen, 60 ist derart gebildet, daß er zwischen den Klemmen 3 Dies ist eine gefürchtete Erscheinung bei den Gene- und 4 einen Blindwiderstand darstellt, der kleiner ratoren, bei denen die gewünschte Anpassung durch oder gleich einigen Hundertstel des Anodenlasteine Parallelschaltung einef Kapazität zur Lastiiiduk- Widerstands Z₁ ist, was notwendig ist, damit die tanz vorgenommen wird. Diese Vorteile werden durch Elektronenröhre 16 die gesamte Nennleistung des einfache und leicht zu handhabende Mittel erreicht, 65 erfindungsgemäß gebildeten HF-Generators liefert. Es wurde bisher in Fachkreisen die Meinung ver- Zu diesem Zweck kann im übrigen der Vertreten, daß die häufig bei Verstärkern verwendeten braucherblindwiderstand 1 einem nicht dargestellten überkritisch gekoppelten Kreise bei selbsterregten Scheinwiderstandsanpassungsschaltungsgliedzugeord-

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net werden, dessen Kenndaten von für den Generator zwar aus dem Grunde, weil er der Generatorröhre 16

vorgesehenen Verbraucherbedingungen abhängen. und der Spannungsrückkopplungsschaltung 10 am

Der Blindwiderstand 5 ist derart gewählt, daß er nächsten liegt. Der andere, die Blindwiderstände 1 mit der Zusammenschaltung der Widerstände 1 und 2 und S besitzende Schwingkreis wird als sekundärer einen Schwingkreis bildet, der auf eine Frequenz F_ä 5 Schwingkreis bezeichnet. Für diese beiden Schwingabgestimmt ist, die in Abhängigkeit der Frequenz F' kreise besteht die Bedingung, daß sie überkritisch der wunschgemäß zu erhaltenden resultierenden miteinander gekoppelt sind, d. hu daß ihre Kopplung Schwingungen gemäß den noch zu erwähnenden Kri- oberhalb der kritischen Kopplung verbleibt, und zwar terien bestimmt ist. Die komplementären Blindwider- in dem praktisch in einem solchen Generator für stände 6 und 7 werden so gewählt, daß sie einen i° industrielle Anwendungsfälle bei Hoch- oder Mittelweiteren Resonanzkreis bilden, der auf eine Frequenz frequenz herstellbaren Frequenzbereich. Demzufolge F₁ abstimmbar ist, die innerhalb eines die Frequenz treten zwischen den Eingangsklemmen 8 und 9 des F₂ weit umfassenden Frequenzbandes, beispielsweise primären Schwingkreises zwei Parallelresonanzfrezwischen 0,7 F₂ und 1,4 F₂, liegt. quenzen F' und F" auf, deren Werte die Eigenreso-

Es wird übrigens später noch dargelegt, daß die 15 nanzfrequenzen F₁ und F₂ des primären Schwing-Möglichkeit einer solchen Änderung der Frequenz F₁ kreises 6-7 bzw. des sekundären Schwingkreises 1-5 nicht "während des Betriebes des Generators ausge- zwischen sich einschließen. Es sei noch hervorgeho·* nutzt wird; wenn aber der Blindwiderstand 6 fest ist, ben, daß die Frequenzen F₁ und F₈ reine Rechenso ist es vorteilhaft, daß sich der Blindwiderstand 7 größen sind und keine von ihnen in der Resonanzstetig in den Grenzen ändern kann, die praktisch a° kurve der gekoppelten Kreise direkt erscheint,
zwischen der Hälfte und dem doppelten Betrag des Die graphische Darstellung in F i g. 2 zeigt eine Wertes liegen, der durch die Abstimmung mit dem Schar von drei Resonanzkurven a, b und c> entspre-Schaltungsglled 6 auf die Frequenz F₁ gleich F₂ be- chend einem niedrigen, einem mittleren und einem stimmt ist, Was gestattet, eine resultierende Frequenz hohen Wert des Lastwiderstandes 2. Als Abszisse ist F' zu erhalten, Wie noch erläutert werden wird. 25 die sich einstellende Schwingungsfrequenz aufgetra-

Wenn L der Wert der Induktivität des Stromkreises gen, wobei die als unveränderlich angenommene Ab-

6-7 und C der Wert seiner Kapazität ist, so wird der Stimmfrequenz F₂ des Sekundärkreises als Koordi-

Stromkreis 6-7 so bemessen, daß sein Kennwider- natenausgangspunkt gewählt ist. Die Abstimmfre-

stand Z₂ = fZ/c kleiner oder gleich 8 % des opti- quenz F₁ des Primärkreises ist hingegen nach weiter

malen AnodenlaBtwiderstandes Z₁ ist, Welcher Wert 30 unten erläuterten Gesichtspunkten für jede Kurve

von 8% dein gewöhnlichen Maximum entspricht, bei verschieden gewählt. Als Ordinate ist der zwischen

dem der Generator unter den ihm erfindungsgemäß den Punkten 8 und 9 c gemessene Widerstand Z auf*

auferlegten Bedingungen arbeitet. getragen. Man sieht, daß jede der drei Kurven zwei

Der Anodenstromkreis der Elektronenröhre 16 ist Parallelresonanzmaxima aufweist, nämlich a' und a",

zwischen den zwischen den beiden Blindwiderstand 35 V und b" sowie c' und c", die auf den Frequenzen

den 6 und 7 liegenden oder gegebenenfalls deren ge- F'_m F"_a bzw. F'_b, F"_b bzw. F'_ö, F"_t liegen, von

meinsamen Schaltungsknoten bildenden Schaltüngs- denen jeweils die erste unterhalb, die zweite oberhalb

punkt8 und dem einen Ende 9 α einer vorzugsweise der Frequenzen F₁ und F₄ gelegen ist. Die drei ver-

durch Masse gebildeten Verbindung 9 a-9 b geschäl- schiedenen Frequenzen F₁ sind auf der Abszisse nicht

tet, wobei das andere Ende9fc dieser Verbindung 40 eingetragen; sie fallen aber für jede der drei Kurven

an einem Schaltungspunkt liegt, der hier auf einem jeweils etwa mit dem Minimum zwischen den beiden

der Blindwiderstände 1 oder 5, insbesondere in Nähe Höckern zusammen,

des Mittelpunkts des einen dieser Blindwiderstände, Für jede dieser Kurven sind die den beiden Maxima

oder statt dessen auf einem der Blindwiderstände 6 entsprechenden Parallelresonanzfrequenzen F' und

Oder 7 in Nähe der einen der Anschlußklemmen 3 45 F" einerseits durch die Größe des Lastwiderstandes 2,

und 4 festgelegt ist. andererseits durch den Verstimmungsgrad (1-F₁ZF₈)

Der Generator besitzt einen Rückkopplungskreis, der beiden Grundkreise bestimmt. Durch eine waage-

dör die Selbstschwingung auf der gewünschten Fre- rechte Gerade ist noch der optimale Anödenlast-

qflenz bewirkt. Dieser Rückkopplungskreis besteht widerstand Z₁ angegeben.

vorzugsweise aus irgendeiner der hierfür üblichen 50 Zum Verständnis der beschriebenen graphischen Schaltungen, insbesondere aus einem Spannungs- Darstellung sei zunächst an die aus der Theorie geWandler mit fester Kopplung, der schematisch durch koppelten Kreise bekannte Tatsache erinnert, daß der den Vierpol 10 dargestellt ist, dessen Eingang zwi- Resonanzwiderstand Z jeweils für diejenige der beisehen den Schaltungspunkten 8 und 9 α liegt, während den Frequenzen F' und F" am höchsten ist, welche die für die Elektronenröhre 16 notwendige Erreger- 55 der Abstimmfrequenz des am wenigsten belasteten spannung zwischen seinen Ausgangsklemmen 11 und Kreises am nächsten liegt, im vorliegenden Fall also 12 abgegeben Wird. Die Elektronenröhre 16 ist sehe- am nächsten an F₁ liegt. Wenn nun bei festgehaltematisch in F i g. 1 durch eine Anode 13, ein Gitter 14 nem Lastwiderstand 2 die Lage der Frequenzen F₁ und eine Kathode IS dargestellt, die an die Schal* und F₂ in ihrer Reihenfolge geändert wird, so folgt, tungspunkte 8, 11 bzw. 12 angeschlossen sind. Die 60 daß sieh die bei den Frequenzen F' und F" gemesse-Röhr© wird im übrigen durch eine Stromquelle über nen Widerstandswerte Z gegenläufig ändern.
Speise- Und Sperrkreise gespeist, die üblich und daher In dem in Fi g, 1 dargestellten Generator bewirkt in F i g. 1 nicht dargestellt sind. die Rückkopplungsvorrichtung 10 eine Selbsterregung

Der so hergestellte Gesamtstromkreis ist eine auf einer einzigen der beiden Frequenzen F' oder F'\

Selbstschwingschaltung mit zwei einzelnen Grund- 65 Wenn nun der Lastwiderstand 2 während der Be-

Schwingkreisen. Der eine dieser Schwingkreise um- handlung des Werkstückes sich ändert, so kann eine

faßt die Blindwiderstände 6 und 7 und wird als der der Reaktanzen 6 oder 7 des Primärkreises in einem

primäre Schwingkreis nachfolgend bezeichnet, und solchen Sinn variiert werden, daß F₁ sich in einer

Weise verschiebt, bei welcher der auf der Schwing- vorteilhaft ist, folgende Maßnahmen zu treffen. Man frequenz erscheinende Widerstand Z im wesentlichen verschiebt progressiv die Bezugsfrequenz F₂. Zu diekonstant bleibt. Insbesondere ist es so möglich, Z sem Zweck steuert man den Wert des einen der stets annähernd gleich Z₁ zu halten. Diese Möglich- Blindwiderstände 1 und 5 mit einem durch einen Frekeit ist in F i g. 2 illustriert. Trotz des die Kurven a,b 5 quenzregler gesteuerten Servomotor. Der Regel- und c kennzeichnenden großen Unterschiedes im Be- bereich des einstellbaren Blindwiderstandes 6 oder 7 lastungswiderstand wird der gewünschte Wert Z₁ stets wird dabei in bemerkenswert stetiger Weise und ohne von einem der beiden Maxima erreicht, und zwar im Nachteil verschoben.

dargestellten Beispiel von dem der FrequenzF' ent- Fig. 3 stellt das Schaltschema einer Ausführungssprechenden Maximum. Erreicht wird dieses Ergeb- io form einer Selbstschwingschaltung gemäß der Erfinnis durch eine jeweilig geeignete Wahl der Abstimm- dung dar, die für die Induktionsheizung metallischer frequenz F₁, die dabei niedriger, gleich oder höher Werkstoffe bestimmt ist. Das gewählte Beispiel beals F₂ zu liegen kommt. zieht sich insbesondere auf einen Generator mit einer

Zufolge der Veränderung von F₁ ändert sich die Leistung von mehreren hundert Kilowatt, der mit wirkliche Schwingfrequenz ebenfalls, und zwar im 15 mittleren Tonfrequenzen arbeitet und zur Verhüttung selben Sinn wie F₁. Sie bleibt dabei aber stets auf der bei hoher Temperatur schmelzender Legierungen gleichen Seite von F₂. Im dargestellten Beispiel nimmt bestimmt ist. In der Schaltung der Fig. 3 ist eine F', die niedrigere der beiden möglichen Schwing- Elektronenröhre 16a vorgesehen, deren Anode 13 a frequenzen, nacheinander die Werte F'_a, F\, F'_c an, an Masse liegt, um ihre künstliche Kühlung zu erdie alle unterhalb F₂ liegen, sogar dann, wenn F₁ 20 leichtern. Die durch den von einem hochisolierten oberhalb F₂ zu liegen kommt, wie es bei der Kurve c Transformator 17 gelieferten Strom geheizte Kathode der Fall ist. 15 a ist über einen Kopplungskondensator 18 an den

Die eine der beiden möglichen tatsächlichen Schaltungspunkt 8 des Schwingkreises geschaltet; sie Schwingungsfrequenzen F' und F" des erfindungsge- wird durch eine an der negativen Klemme einer maß vorgeschlagenen Generators stellt sich im 25 Gleichhochspannungsquelle 20 liegende Drosselspule Augenblick des Betriebsbeginns des Oszillators ein. 19 a mit Hochspannung versorgt. Das Gitter 14 a Diese Schwingungen erregen sich auf derjenigen der dieser Röhre wird über die Sekundärwicklung eines beiden Parallelresonanzfrequenzen, die gegenüber F₂ Transformators 10 erregt und erhält durch den Spanauf der gleichen Seite wie die fiktive Frequenz F₁ nungsabfall an einem zu einem Kondensator 22 parliegt. Die für den Kennwiderstand ]/Z/c des primären 30 abgeschalteten Widerstand 21 eine Vorspannung. Schwingkreises gewählten Werte sichern darauf die Der sekundäre Schwingkreis besitzt einen Festkon-Stabilität der Schwingungen auf der entsprechenden densator5a, der den Induktor la auf die Frequenz Resonanzfrequenz bis zum Ausschalten des Oszilla- F2 abstimmt, die der Generator selbst im Betrieb tors. nicht erreicht. Der primäre Schwingkreis weist einen

Damit sich bei Betriebsbeginn die Schwingungen 35 Festkondensator 6a und einen durch Verschiebung auf diejenige der beiden Frequenzen F' und F" er- eines z. B. aus Ferrit bestehenden Magnetkerns 23 im regen, die passend ist, ist es vorteilhaft, wenn der Verhältnis 1:4 regelbaren induktiven Widerstand 7 α Generator eine Schaltung aufweist, die seine Schwin- auf. Die Mittelabzapfung der den Induktor la bildengungserregung nur zuläßt, wenn der einstellbare den Spule ist über die Leitung 9 b geerdet. Diese vor-Blindwiderstand 6 oder 7 auf einen Wert geregelt 40 teilhafte Schaltung vermindert die zwischen dieser wird, der in dem Bereich liegt, der den Schwingungs- Wicklung und der von ihr so dicht wie möglich umbeginn auf der gewählten Frequenz bewirkt. Da dieser gebenen Behandlungsschale 24 notwendigen Isolier-Bereich in Abhängigkeit der Kenndaten des Gene- spannungen um die Hälfte. Statt dessen kann in einer rators vorbestimmt ist, verwendet eine solche Schal- anderen Anwendungsweise die Induktivität la mit rung bekannte Schaltungsglieder. 45 einer Sekundärwicklung 25 niedrigen Scheinwider-

Im übrigen wird es häufig von Vorteil sein, syste- stands gekoppelt sein, der einen äußeren Induktor 26 matisch die Frequenz F' kleiner als F₂ in induktiv stromversorgt, der den mit Hochfrequenz zu behanbelasteten Generatoren und demgegenüber die Fre- delnden Werkstoff 24 α aufnimmt.
quenzF" größer als F₂ in kapazitiv belasteten Gene- Das Vorhandensein des aus den Wicklungen la

ratoren zu verwenden. Außerdem läßt sich praktisch 50 und 25 gebildeten Transformators bei dieser Ausfüllfeststellen, daß die Betriebsfrequenz eines erfindungs- rungsform gestattet im übrigen gegebenenfalls ganz gemäß vorgeschlagenen Generators sich jedoch in oder teilweise den Kondensator 5 a durch einen Koneinem ziemlich schmalen Frequenzband ändert, das densator gleicher Blindleistung zu ersetzen, der zwihäufig zwischen 0,8F₂ und 0,9F₂ liegt, wenn man sehen die Endanschlüsse 36 und 37 der Sekundärdas Band der Frequenzen unterhalb F₂ gewählt hat, 55 wicklung 25 geschaltet ist.

oder auch demgegenüber zwischen 1,1 F₂ und 1,25 F₂ Bei Verwendung eines Generators gemäß Fig. 3

liegt, wenn man das Band größer als F₂ gewählt hat, führt man zunächst den Magnetkern 23 in die Spule und dies trotz der großen Änderungen der fiktiven 7 a ein, bevor an die Röhre 16 a Hochspannung anFrequenz F₁, die in den beiden Fällen sich etwa von gelegt wird, um die Schwingungen auf die untere 0,7F₂ bis 1,4F₂ erstrecken können (die Zahlen 0,7 60 Frequenz F' zu erregen. Bei kaltem Einsatz von zu und 1,4 entsprechen als abgerundeter Wert den behandelndem magnetischem Material wird die volle Werten 1ΙγΣ und ]/2). Leistung erreicht, wenn man darauf den Magnetkern

Die obengenannte, im übrigen geringe Änderung 23 aus der Spule 7 a leicht wieder herauszieht. Beim der Arbeitsfrequenz des Generators ist bei Mittel- Durchgang durch den Curie-Punkt des behandelten frequenzen ohne Nachteil. Bei Hochfrequenzen ist es 65 Werkstoffs strebt die durch den Generator abgegebene jedoch wünschenswert, daß die abgegebene Frequenz elektrische Ladung sehr gering zu werden; man hält genau feststehend ist, um Gefahren funkelektrischer sie jedoch vorzugsweise konstant, indem man den Interferenzen zu vermeiden, aus welchem Grund es Magnetkern 23 fortschreitend aus der Spule 7 a her-

auszieht. Die Änderungen der elektrischen Ladung, die durch zusätzliche Beladungen verschiedener Metalle in der Schale 24 und auch im Innern des Induktors 26 erzeugt werden, werden leicht kompensiert durch eine Einwirkung in dem gewünschten Sinn auf eine Steuerung der Stellung des Kerns 23, die umkehrbar und ohne Spiel ausgeführt werden kann. Am Ende des Hochfrequenzbehandlungsvorganges führt man den Magnetkern 23 in die Spule Ία fortschreitend wieder ein, und zwar entsprechend den Anzeigen eines Pyrometers, um die durch den Generator erzeugte Leistung zu mindern.

F i g. 4 zeigt beispielsweise das Diagramm von drei Kennlinien, die für den Betrieb eines gemäß F i g. 3 ausgeführten Generators kennzeichnend sind. In diesem Diagramm ist als Abszisse in logarithmischem Maßstab der Wert des Gütefaktors Q des Induktors 1 α in dem gesamten Bereich aufgetragen, den dieser Faktor praktisch bei irgendeiner gewerblichen Anwendung des Generators haben kann.

V ist die zwischen den Klemmen 3 und 4 notwendige Spannung, um am Ausgang des Generators eine seiner Maximalleistung gleiche konstante Leistung zu erhalten. Auf der Kurve VfV₀ ist diese Spannung V in Werten aufgetragen, die im Verhältnis zu der Schwingungsspannung V₀ zwischen dem Punkt 8 und Masse 9 b stehen.

Die Kurve LfL₀ zeigt die relative Änderung des Werts der Regelinduktivität 7 an, die den gewünschten Betrieb des Generators unter den für ihn festgelegten Bedingungen bewirkt, wobei diese Wertänderung im Verhältnis zu dem Wert L₀ gesetzt ist, den diese Induktivität annimmt, wenn die Resonanzfrequenz F₁ des primären Schwingkreises 6-7 gleich der Resonanzfrequenz F₂ des sekundären Schwingkreises 1-5 ist.

Die Kurve FfF₀ gibt die relative Änderung der tatsächlichen Frequenz F der von dem Generator in dem Induktor 1 α erzeugten Schwingungen in Abhängigkeit von dem Bezugswert F₀ wieder, der gleich der Resonanzfrequenz F₂ des sekundären Schwingkreises 1-5 ist. Die Angaben A, B und C zeigen die Bereiche der Kurven dieser Figur an, die den entsprechenden Kurven a, b und c der F i g. 2 entsprechen.

Die Kurven der F i g. 4 lassen die außerordentliche Elastizität eines Generators gemäß der Erfindung erkennen, der bei der Leistung und den gewünschten Frequenzen sich beachtenswert an äußerst verschiedene Lasten anpaßt. Die Linearität eines großen Teils der in halblogarithmischem Maßstab wiedergegebenen Kennlinie LIL₀ zeigt außerdem, daß die Regelempfindlichkeit des Generators in dem für Widerstände zu behandelnder Lasten vorgesehenen gesamten Bereich nahezu konstant ist.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Generator von gewerblichen Strömen hoher und mittlerer Frequenz zur thermischen Behandlung von Werkstücken und -stoffen mit einer gittergesteuerten rückgekoppelten Elektronenröhre und einem an deren Ausgang liegenden Netzwerk aus zwei Schwingkreisen, von denen der Sekundärkreis aus einem mit der zu behandelnden Last gekoppelten ersten Blindwiderstand und einem hierzu parallelen zweiten Blindwiderstand entgegengesetzten Vorzeichens besteht und der Primärkreis aus der Parallelschaltung eines dritten regelbaren Blindwiderstandes und der Reihenschaltung eines vierten regelbaren Blindwiderstandes mit einem gegenüber dem des dritten Blindwiderstandes entgegengesetzten Vorzeichen und des Sekundärkreises gebildet ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender für sich bekannter Merkmale:

a) daß zumindest einer der Blindwiderstände des Primärkreises (6, 7) in der Art stetig regelbar ist, daß die Eigenresonanzfrequenz (F₁) des Primärkreises (6,7) innerhalb eines die Eigenresonanzfrequenz (F₂) des Sekundärkreises (1-5) umfassenden Frequenzbandes abstimmbar ist,

b) daß die Rückkopplungsschaltung (10) als Spannungsrückkopplung zwischen der Anoden-Kathoden-Strecke der Röhre (16) ausgebildet ist,

c) daß die beiden Schwingkreise (6, 7, 1-5) so stark überkritisch gekoppelt sind, daß die beiden Koppelfrequenzen (F', F") außerhalb eines vom 0,9fachen zum l,lfachen der Eigenfrequenz (F₂) des Sekundärkreises (1-5) reichenden Frequenzbandes liegen,

d) daß schließlich der Kennwiderstand (YlIc) des Primärkreises (6, 7) weniger als 8 % des optimalen Außenwiderstandes (Z₁) der Röhre (16) beträgt.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Frequenzband, innerhalb dessen der Primärkreis (6, 7) abstimmbar ist, zwischen ⁷Ao und ¹⁴Ao der Eigenresonanzfrequenz (F₂) des Sekundärkreises (1-5) liegt.

3. Generator nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden durch überkritische Kopplung miteinander verbundenen Schwingkreise (6, 7, 1-5) unmittelbar galvanisch, insbesondere in zwei gemeinsamen Schaltpunkten (3, 4) gekoppelt sind.

4. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkreis (6, 7) zwei Resonanzfrequenzen (F' und F") besitzt, deren Werte die Eigenresonanzfrequenz (F₂) des Sekundärkreises (1-5) zwischen sich einschließen.

5. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der einstellbare Blindwiderstand (7) des Primärkreises (6, 7) in Grenzen veränderlich ist, die zwischen der Hälfte und dem doppelten Betrag seines Wertes liegen, der die Abstimmung des Sekundärkreises auf eine Eigenfrequenz (F₂) bewirkt, die zwischen zwei Resonanzfrequenzen (F' und F") des primären Schwingkreises liegen.

6. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheinwiderstand (Z₂) der Anodenlast der Elektronenröhre (16) in Übereinstimmung mit dem Ausgangsscheinwiderstand (Z₁) des Generators durch die Einstellung des veränderlichen Blindwiderstands (7) des Primärkreises (6, 7) regelbar ist.

7. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärkreis (6, 7) einen gegenüber dem Belastungsscheinwiderstand des Generators geringen Kennwiderstand besitzt.

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8. Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die die Selbstschwingung herbeiführende Spannungsrückkopplung mittels eines Spannungswandlers (10) mit fester Kopplung erhalten ist.

9. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der eine gemeinsame Schaltpunkt (9 a) zwischen der Elektronenröhre (16) und dem Netzwerk (1 bis 7) sowie der Komplementblindwiderstand (5) des Sekundärkreises (1-5) etwa mit seinem Mittelpunkt (9 b) jeweils an Masse liegen.

10. Generator nach einem der vorhergehenden Ansprüche für Induktionsheizung metallischer Werkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenröhre (16 a) mit ihrer Anode (13 a) einerseits und das Netzwerk (la, 5a, 6a, 7a) andererseits jeweils an Masse liegen (Fig. 3).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 881981, 974295;
französische Patentschrift Nr. 980 494;
»Nachrichtentechnik«, I960, Heft 10, S. 446 bis 449.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen