DE1280446B - Vorrichtung zur Veraenderung der spezifischen Heizleistung eines Induktors - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Veränderung der spezifischen Heizleistung eines Induktors Bei der induktiven Erwärmung wird im allgemeinen eine ganz bestimmte, häufig eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in den Werkstücken angestrebt. Mit Hilfe bekannter Gesetzmäßigkeiten und einem Großteil von Empirik kann dies durch schrittweise, bauliche Änderung der Anordnung erreicht werden. Da eine solche Maßnahme jedoch mit erheblichem konstruktivem und zeitlichem Aufwand verbunden ist und schon geringe Änderungen der Maße und Eigenschaften der zu erwärmenden Werkstücke eine neue, zeitraubende und kostspielige Anpassung der Anordnung erfordern, erreicht man in der Praxis im allgemeinen nur eine Annäherung an die ideale Temperaturverteilung.
• Bekannte Mittel zur Erreichung einer bestimmten Temperaturverteilung über das zu erwärmende Werkstück sind einzeln regulierbare Induktoren, in verschiebbare Windungsgruppen unterteilte Induktionsspulen und die Veränderung der Wicklungsdichte innerhalb der Induktionsspule.
• Weiterhin ist schon vorgeschlagen worden, eine stetige, örtlich begrenzte Veränderung der spezifischen Heizleistung einer Induktionsspule durch Verschieben von kurzgeschlossenen, elektrisch gut leitenden Zusatzkörpern in Platten-, Ring- oder Spulenform in bezug auf die Induktionsspule zu erreichen. Die Anordnung ermöglicht eine Anpassung an die sich während des Aufheizens im Werkstück verändernden Verhältnisse durch Zu- oder Wegführen des Zusatzkörpers.
• Um bei Erwärmungsvorgängen mit Hochfrequenz die Energieverluste im Induktor und in den Zuleitungen zwischen Generator und Induktor auf ein Mindestmaß verringern zu können, ist bereits eine Hochfrequenz-Induktionserwärmungseinrichtung bekannt, bei der das Werkstück in den Einfiußbereich eines generatorlosen Werkzeugkreises gebracht und die benötigte Heizenergie vom Generator über eine Spule induktiv auf den Induktor übertragen wird. Dieser Werkzeugkreis besteht aus einem Induktor, dem eine Kapazität von solcher Größe parallel geschaltet ist, daß der so aus Induktor und Kondensator bestehende Parallelschwingkreis auf Resonanz abgestimmt wird.
• Mit dieser bekannten Anordnung dürfte zwar eine wirksame Verbesserung der Energiebilanz möglich sein, eine örtliche oder zeitliche Veränderung der spezifischen Heizleistung ist dagegen nicht beabsichtigt.
• Bei Vakuumöfen, insbesondere bei Sinteröfen, wird eine möglichst gleichmäßige Temperatur im gesamten Nutzraum gewünscht. Bedingt durch die lange Dauer einer Ofenreise ist bei solchen Öfen die Anpassung der Heizleistung auf die jeweilige Temperaturverteilung besonders . schwierig. Alterungserscheinungen des Tiegels und der Wärmeisolation wirken der angestrebten gleichmäßigen Temperaturverteilung im Ofen ständig entgegen und müssen beispielsweise durch besondere Aufteilung der Wicklungsdichte der Induktionsspule, Formgebung des Tiegels oder Aufteilung der Wärmeisolation fortwährend ausgeglichen werden.
• Dies sind jedoch alles bauliche Maßnahmen, die bei der Herstellung des Ofens getroffen werden können, dann aber nach Fertigstellung desselben nur mit erheblichem Aufwand und großen Schwierigkeiten verändert werden können. Während des Ofenbetriebs ist eine Änderung der Baulichkeiten nicht mehr möglich. Eine stetige Anpassung der Heizleistung an die gewünschte Temperaturverteilung während der Dauer des Betriebes, wie es Aufgabe der Erfindung ist, ist daher mit den bekannten Maßnahmen nicht zu erreichen. Auch die bereits erwähnte Anordnung von gegen die Induktionsspule mechanisch verschiebbaren Kurzschlußkörpern, die durch Aufnahme von Leistung örtlich das Induktionsfeld beeinflussen, ist wegen des hohen apparativen Aufwandes bzw. des Platzmangels, beispielsweise in Vakuum-Sinteröfen, für die Lösung der gestellten Aufgabe ungeeignet.
• Zweck der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, mit der die spezifische Heizleistung eines Induktors örtlich begrenzt, unter Vermeidung der Nachteile bekannter Anordnungen stetig verändert werden kann.
• Gemäß der Erfindung wird daher eine Vorrichtung vorgeschlagen, die aus wenigstens einer, im Abstand zu dem Induktor angeordneten ein- oder mehrwindigen Spule besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß in die ortsfesten Spulen jeweils veränderbare Impedanzen eingeschaltet sind.
• Gegenüber den bekannten Kurzschlußkörpern weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den erheblichen Vorteil auf, daß sie nicht mechanisch bewegt zu werden braucht, um eine stetige Veränderung der spezifischen Heizleistung des Induktors zu bewirken. Sie kann also aus einer oder mehreren im Ofen fest angeordneten ein- oder mehrwindigen Spulen bestehen, die an jedes beliebige Potential, also auch z. B. Erdpotential, gelegt werden können. Im letzteren Fall vereinfacht sich die Isolation, und sie brauchen nur einpolig isoliert zu werden und können daher thermisch hoch belastet werden. Im besonderen Fall der einwindigen Spule ergibt sich damit eine thermisch gute Belastbarkeit, so daß auf eine zusätzliche Kühlung verzichtet werden kann. Sie sind daher für den Einsatz in Vakuumöfen besonders geeignet.
• Bei der Bemessung der erfindungsgemäßen Anordnung von Induktor, zu erhitzendem Werkstück und einer oder mehreren Spulen wird so vorgegangen, daß die zusätzlichen Spulen in den Bereichen um den Induktor angeordnet werden, in denen während des Aufheizens Temperaturunterschiede im Werkstück, beispielsweise auf Grund von Feldverdrängung an den Werkstückenden, erwartet werden können. Außerdem wird in diesen Bereichen die Wicklungsdichte des Induktors vergrößert, so daß am Beginn des Aufheizvorganges die spezifische Heizleistung an diesen Stellen größer ist. Im Verlauf des weiteren Erhitzens wird die Blind- oder Wirkleistungsaufnahme der Spulen durch Verändern der Widerstände geregelt und damit eine Anpassung an die geänderten Temperaturverhältnisse im Werkstück ermöglicht.
• Als veränderliche Impedanzen kommen induktive, ohmsche wie auch kapazitive Widerstände in Frage. Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, zwei oder mehrere über die Länge des Induktors im Abstand voneinander angeordnete Spulen durch weitere veränderbare Impedanzen miteinander zu verbinden, um durch Leistungsschub eine Erhöhung der Heizleistung an einer Stelle auf Kosten der Heizleistung in einem anderen Bereich zu erzielen.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch dargestellt. Das aufzuheizende Werkstück 1 befindet sich in dem Induktor 2, der seinerseits von den Spulen 3 umgeben ist. Die Spulen 3 sind im Abstand zu dem Induktor 2 angeordnet und stehen mit diesem nicht in elektrisch leitender Verbindung. In die Windungen der Spulen 3, deren Enden 4 gegebenenfalls aus dem Ofen herausgeführt werden können, sind regelbare Impedanzen 5 eingeschaltet. Durch entsprechende Einstellung der Impedanzen 5 kann die Leistungsaufnahme der Spulen 3 beliebig stetig verändert werden.
• Die Spulen 3 werden im Ofen vorzugsweise fest angeordnet und die Widerstände zwecks einfacher Regelung außerhalb des Ofens vorgesehen.
• Die Erfindung wird nur in der Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 bzw. in der Vereinigung der Merkmale in den Ansprüchen 1 und 2 gesehen. Elementenschutz wird nicht begehrt.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zur stetigen, örtlich begrenzten Veränderung der spezifischen Heizleistung eines Induktors, bestehend aus wenigstens einer ini Abstand zu dem Induktor angeordneten ein- oder mehrwindigen Spule, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß in die ortsfesten Spulen jeweils veränderbare Impedanzen eingeschaltet sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere über die Länge des Induktors im Abstand voneinander angeordnete Spulen durch weitere veränderbare Impedanzen miteinander verbunden sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 908 895; deutsche Auslegeschrift Nr. 1076 846; USA.-Patentschrift Nr. 2 052 649.