DE1565580A1

DE1565580A1 - Induktions- und Heizungsvorrichtung fuer Bandmaterial

Info

Publication number: DE1565580A1
Application number: DE19661565580
Authority: DE
Inventors: Alfred Leatherman
Original assignee: HELLER JUN WILLIAM C
Current assignee: HELLER JUN WILLIAM C
Priority date: 1965-10-19
Filing date: 1966-10-18
Publication date: 1970-06-11
Also published as: DE1565580B2; US3395261A; GB1123266A

Description

DR.-fNG. DEPL.-ENG. G. RlEBLlNG PATENTANWALT

565580

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9. Juni 1969

William C. Heller* Jr., 3521 %rth Shepard Avenue, Milwaukee, Wisconsin / ÜSÄ

Induktions- Heizungsvorrichtung für Bandmaterial.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Induktions-Beheizttngsvorrichteng und auf ein Verfahren und besonders auf eine Vorrichtung und ein Verfahren mit verbesserter Leistungsfähigkeit* - welche die Ausübung von Druck auf den induktiv zu erwärmenden Werkstoff erlaubt.

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Induktionsheizung ist ein thermischer Prozess, bei welchem, in bekannter Art, elektrische Energie in Form eines hochfrequenten Magnetfeldes hoher Intensität an einen metallischen Körper gelegt wird. Das Feld induziert Wirbelströme oder Hysterese-Verluste, welche die Erwärmung des Körpers hervorrufen. Diese Methode ist seit einer Reihe von Jahren zum Schmelzen und zur Hitzebehandlung von Metallen üblich,

Induktions-Beheizung kann auch bei thermischer Behandlung nichtmetallischer Materialien, wie Kunststoffe» verwendet werden, indem induktiv beheizbare Körper, wie z. B. bestimmte Metall- oder Metalloxydteilchen an jene Stellen indas gesamte Material eingebracht werden, wo die Hitzeentwicklung erwünscht wird, um dann das Ganze in einem sich ändernden Magnetfeld unterzubringen» Wenn zwei Kunststoffplatten, beispielsweise aus Polyäthylen, miteinander verbunden werden sollen, werden feine Metall- oder MetalloxydtaLchen oder ein MetaHgitter zwischen die Platten gelegt, an den Stellen, wo die Verbindung gewünscht wird. Wird ein sich änderndes Magnetfeld an die Platten angelegt, erhitzen sich die Metallteile hen oder· das Gitter, erweichen den Kunststoff und verschmelzen die beiden Platten« Um eine feste Verbindung zwischen den Platten zu sichern, kann Druck auf

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dieselben ausgeübt werden. Die lfetallteilchen werden im allgemeinem ^M Aufnehmer " ( Suszeptor ) genannt.

Die obengenannte Methode der Wlrmebehandlung unterscheidet eich to η der dielektrischen Wärmebehandlung, In welcher die Nichtmetall-KOrper durch ein elektrisches Feld hoher Frequenz selbst erhitzt werden. Dielektrische Wlrmebehandlung schließt Überlegungen ein· die hier nicht sor Sache geboren.

Die Vorteile einer induktiven thermischen Behandlung schließen die sa ein, da8 Wim» nur an der Stelle erzeugt wird« so jAe gebraucht wird, wobei die Ideale Temperaturverteilong eine genaue und vorteilhafte Temperaturkontrolle erlaubt. Außerdem «ind wesentliche Erhöhungen Im Grad der Wärmebehandlung erreichbar· weil die Warme nicht von einer äußeren Qu lie durch die Werkstoffe sur gewünschten Stelle zu fließen bracht. Die genaue Temperaturkontrolle und de verkürzten Wirkseiten verhindern die Entstehung thermischer Beschädigung, solche wie Verkohlen« Verziehen oder Verdrehen während der Bearbeitung.

Um die oben genannten Vorteile in einem wirtschaftlich und technisch ausfuhrbaren Prozess zu erreichen, beispielsweise

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Wärmeversiegelung von Kunststoffen, ist es notwendig, eine Induktionsbeheizungsvorrichtung vorzusehen,·die in der Lage ist, eine magnetische Kraft oder ein magnetisches Feld der höchstmöglichen Intensität und der höchstmöglichen Frequenz zu schaffen, um durch Induktionsverfahren die größte Hitze zu erzeugen, Das zur Erzeugung eines solchen Feldes verwendete Gerät besteht im allgemeinen aus einer Vorrichtung zum Aufbau des Felde^s ( z. B. Arbeitswicklung } verbunden mit einer Hochfrequenz-Stromquelle. Die Erreichung der beiden oben genannten Kriterien beruht größtenteils auf der Reduzierung des induktiven Widerstandes der Vorrichtung auf den niedrigst möglichen Betrag.

Ein übermässig hoher induktiver Widerstand in der Vorrichtung begrenzt den Hochfrequenz-Strom, der durch die Vorrichtung fließt, und daher die Intensität des magnetischen Feldes, das hierbei erzeugt wird. Da eine größere Spannung angelegt werden müsste, um den Stromfluss zu erhöhen, kann dies in unwirksamer Arbeitsweise der Vorrichtung resultieren, die das Feld aufbaut. Die Größe oder Form der Vorrichtung, die das Feld aufbaut, könnte auch reduziert oder verändert werden, um den induktiven Widerstand herabzusetzen, aber oft geschieht das nur auf Kosten der Arbeitsgeschwindigkeit oder der Leistungsfähigkeit des Gerätes.

Ferner ist es im allgemeinen nötig, die Vorrichtung in

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Parallelresonanz mit der Stromquelle zu betreiben, da der Stromfluss bei einer solchen Frequenz am größten ist.

Ein niedriger induktiver Widerstand erlaubt der Resonanzfrequenz der Vorrichtung hoch genug zu sein, um Induktionsverluste der erforderlichen Größe zu erzeugen. Zum Beispiel mag eine Resonanzfrequenz von vier Megahertz zur thermischen Bearbeitung nichtmetallischer Materialien benötigt werden. Dies liegt bedeutend über den für metallurgische Zwecke benötigten Frequenzen, welche im allgemeinen zwischen drei und vxerhündertfünfzig Kiloherz schwanken.

Ebenso ist es wünschenwert eine Induktionsbeheizungsvor richtung vorzusehen, welche das magnetische Feld in den der thermischen Bearbeitung unterworfenen Körper konzentriert, da die nicht im Körper befindlichen Teile des magnetischen Feldes für die Erwärmung nicht ausgenützt werden können, sondern nur den induktiven Widerstand der Vorrichtung erhöhen.

Viele thermische Prozesse erfordern die Anwendung von Druck auf den thermisch zu bearbeitenden Körper. Da der

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Bedarf in der Bearbeitung von Blechen oder anderen Bandmaterialien, wie z. B. während Verbindungsvorgängen, offensichtlich ist, besteht er auch in vielen anderen Anwendungen der Induktionsheizung.

Nach dem Stand der Technik ist die Vorrichtung zur Ausübung von Druck auf die thermisch zu bearbeitenden Körper oft von der Induktions-Heizungsvorrichtung getrennt gewesen, weil der Zusatz der Druckvorrichtung den induktiven Widerstand eines solchen Apparates erhöht, so daß das Material zuerst erhitzt und dann gepresst wurde. Bei einer solchen Anordnung kann das Material Bich in dem Raum zwischen der Heizvorrichtung und der Druckvorrichtung ab/ikühlen. In vielen Anwendungsformen war dieser Temperaturverlust von beträchtlicher Größe, wobei die Qualität des fertigen Produktes beeinträchtigt wurde. Zusätzlich erhöhten die getrennten Heizungs- und Druckvorrichtungen die Kosten und den Aufwand der thermischen Bearbeitungsanlage.

Andere bekannte Anlagen yerwenden eine felderzeugende Vorrichtung, die mit fest auf ihren stromführenden Teilen angebrachten Druckrädern versehen waren, um den Druck auf die thermisch bearbeitende Substanz auszuüben. Aber das

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Aufmontieren der Druckräder auf die stromführenden Leiter der Vorrichtung veranlasste diese, soweit von einander gespreizt zu werden, daß der induktive Widerstand der Vorrichtung eine Höhe erreicht, bei der letzters nicht mit Erfolg zur thermischen Induktionsbearbeitung verwendet wem konnte.

Bisher bekannte Vorrichtungen, die nicht fest angebrachte Druckräder verwendeten, um das thermisch zu bearbeitende Material zu pressen, ließen das Material meistens durch die Induktions-Beheizungsvorrichtung gleiten und verwendeten die dabei entstehende Reibung oder Spannung um das Material zu pressen. Da aber das Material während der induktiven Erhitzung oft erweicht wurde, streckte es sich, blieb haften oder riß beim Gleiten durch die Induktions-Beheizungs vorrichtung ab.

Der Hauptinhalt der vorliegenden Erfindung ist es, eine Heizungsvorrichtung niedrigen induktiven Widerstandes vorzusehen, zur Erzeugung eines magnetischen Feldes hoher Intensität und hoher Frequenz mittels einer Hochfrequenz Stromquelle. Die Vorrichtung enthält Mittel zur Ausübung eines Druckes auf ein induktiv erhitztes Material, sowie ein Paar elektrisch verbundener dicht beieinander liegender

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Leiter, die an eine Stromquelle angeschlossen sind. Die Leiter enthalten aufrechtstehende Teile, auf denen Achsen mit Abstand zueinander angeordnet sind. Auf den Achsen sind paarweise Druckräder angebracht , die einen parallel zu den Leitern liegenden kleinen Zwischenraum zwischen den Rädern bilden, wobei die aufrecht stehend en Teile der Leiter dicht neben den Rädern liegend angeordnet sind. Die Druckräder üben Druck auf das Material aus, da£ sich durch den Zwischenraum der Rfider und durch die dicht nebeneinanderliegenden Leiter bewegt. Die Teile der Leiter und die Räder reduzieren den induktiven Widerstand der Vorrichtung, während sie ein konzentriertes, magnetisches Feld in dem Zwischenraum der Räder erzeugen.

Der Hauptinhalt der Erfindung ist ferner, ein verbessertes Verfahren zur induktiven Erhitzung eines nichtmetallischen Materials zu schaffen, während gleichzeitig Druck darauf ausgeübt wird, wobei die Anwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung des Anlegen eines Suszeptors f " Aufnehmer " } auf einen Teil des nichtmetallischen Werkstoffes einschließt. Das Verfahren sieht ein magnetischen Feld hoher Frequenz und hoher Intensität vor, erzeugt durch eine Induktions- Heizungsvorrichtung, die ein Paar elektrisch ver-

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a, dicht nebeneinanaerilegende Leiter ' Jeder Leiter enthält aufreehtstehende Teile, die eine mit Abstand angeordnete Achse tragen.,, ferner ein Drtickrad₄ das auf jeder" der Achsen angeordnet ist,, rowie einen kleiae?© Zwischenraum zum gegenüberliegenden Bad* wobei die aufrechtstehenden Teile des Leiters dicht neben dem Kad angeordnet sind« Der 'Werkstoff mit dem Suszepto-r f "' Aufnehmer ^rt } bewegt sich .durch, den kleinen Zwischenraum zwischen den Drucicr-ädern« um den Suszeptor ( ^rrAufnehmer ^if|- eirtem magnetischen Feld hoher Frequenz und hoher Intensität auszusetzen und seine Erhitzung zu veranlassen^ unz den Werkstoff durch Berührung zu erhitzen^ während die DruckrSder gleichzeitig Druck darauf ausüben«

Es ist ein Ziel dieser Erö.adung-_a eine Induktion©- Heizungsvorrichtung mit niedrigem induktiven Widerstand zu schaffen, welche die Eigenschaften des geringen^ induktiven. Widerstandes dazu benutzte ein Hochfrequenz-Magnetfeld hoher Intern-"s UM zur leistungsfähigen Induktions-ileizung zu erzeugen..

Ein anderes* wichtiges Ziel dieser Erfindung ist es, eine Induktion.s-Heiz:unigsvorrich.tung mit niedrigem induktiven Widerstand zu schaffen,, welche dazu verwendet werden

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Druck auf der. Werkstoff auszuüben, der induktiv wärmebehandelt wird.

Ein weiteres Ziel dieser Efindung ist es, eine Induktioas-Beheizungsvorrichtang niedrigen induktiven Widerstandes zu schaffen, welche das magnetische Feld hoher Frequenz und hoher Intensität in den Werkstoff konzentriert, der induktiv erhitzt wirdj, um die Vorrichtung zur leistung5f§Mgen thermischen Induktions-Bearbeitung verwenden zu köonea.

Ein wieteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Induktioes-Heizungsvorrichtung minimalen induktiven Widerstandes zu schaffen, um eine verbesserte elektrische Schaltang für die Stromversorgung der Vorrichtung zu ermöglichen.

Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Induktion©- Beheizungsvj rrichtung in Übereinstimmung mit den oben genannten Zielen zu schaffen, welche in ihrer Wamrendang eine wesentliche Erhöhung im Grad der thermischen Bearbeitung erlaubt, und welche eine Klebenbleiben oder Abreisen des thermisch bearbeiteten Werkstoffes verhindert«

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Einweiteres Ziel dieser Erfindung ist es, eine Induktions-Heizungsvorrichtung zu schaffen« welche einfach im Aufbau und in der Herstellung ist, sowie einen im wesentlichen fehlerfreie^ Betrieb Über einen beträchtlichen Zeitraum ermöglicht·

Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur induktiven Erhitzung nichtmetallischer Werkstoffe zu schaffen, .welches eine* Vorrichtung verwendet» die die oben beschriebenen Merkmale aufweist, eine genaue Temperaturkontrolle hei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, ohne das Risiko der thermischen Beschädigung des Werkstoffes zü'erhalten, während gleichzeitig Druck auf das induktiv erhitzte Material ausgeübt wird« ein solches Verfahren ist besonders zu m Verschließen oder Vereinigen nichtmetallischen Bandmaterials geeignet.

Die Erfindung sieht ein Paar dicht nebeneinanderliegender Leiter vor, die eine magnetisierende Schleife bilden. Im Mittelbereich sind die Leiter auseinandergespreizt und dienen als Achsen für Metall-Druckräder, die darauf angebracht sind. Diese Räder üben während der thermischen Bearbeitung Druck auf die zwischen sie gebrachten Werkstoffe

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aus. Niedriger induktiver Widerstand der Vorrichtung wird dadurch erhalten, daß die Leiter so dicht wie möglich nebeneinander gehalten werden, mit Ausnahme der Teile, die als Achse für die Druckräder dienen, und daß die Leiter \nd Räder so ausgebildet sind, um den Strom verdrängungs-Effekt des hindurchfließenden Stromes auszunutzen, und um sicherzustellen, daß der Strom durch die angrenzenden Bereiche der Druckräder fließt. Dies vermindert nicht nur den induktiven Widerstanddes von den effektiven Stromleitern umfassten Raumes, es konzentriert auch das magnetische Feld in dem Material, das sich zwischen den Druckrädern hindurchbewegt. In einer alternativen Ausführungsform ist ein Flanschpaar an den an die Druckräder angrenzenden Leiterbereichen befestigt. Die Flansche machen sich weiter den Annäherungseffekt der Leiter zunutze, um den induktiven Widerstand der Induktions-Heizungsvorrichtung herabzusetzen.

In dem thermischen Prozess der vorliegenden Erfindung, wie z. B. dem Verschließen einer Anzahl Kunststoffbänder, die einen Suszeptor ( " Aufnehmer ") zwischen sich haben, werden die Bänder zwischen den Druckrädern hindurchbewegt.

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Dies setzt den Suszeptor X " Aufnehmer " ) einem durch die Induktions-Heizungsvorrichtung erzeugten magnetischen -Feld aus, wobei der Suszeptor { " Aufnehmer " ) induktiv erhitzt wird und durch Berührung die Bänder erhitzt. Gleichzeitig üben die auf den Leitern angebrachten Druckräder einen Druck auf den Kunststoff aus, um einen höchstzufriedenstellenden Verschluß zwischen den Schichten sicherzustellen.

Die Erfindung zusammen mit ihren Merkmalen und ihrer Arbeitsweise wird durch die folgende Beschreibung, sowie die folgenden Zeichnungen, in welchen ein Teil davon dargestellt wird, erläutert, ohne dadurch die Erfindung einzuschränken.

Figur 1 isteine perspektivische Ansicht einer Ausfüiirungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 ist eine Seitenansicht derselben Ausführungsform, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.

Figur 3 ist ein Querschnitt durch eine Variante der Ausführungsform vorliegender Erfindung, die in Fig. 1 gezeigt wird.

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Figur 4 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 5 ist eine Ansicht einer weiteren Variante der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführ.ungsform der Induktionsheizungsvorrichtung 6 der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung enthält ein Paar dicht nebeneinanderliegender Leiter 8 und 10. Die Leiter, die aus Kupferrohr hergestellt sein sollen, sind in einer engen Schleife angeordnet, müssen ein gemeinsames Verbindungsstück 16 haben und sind mit Anfangsteilen 12 und 14 versehen. Die Leiter 8 und 10 sind mit ihren Anfangsteilen 12 und 14 mit einer Hochfrequenz-Stromquelle 18 verbunden, welche zum Beispiel die Leiter 8 und 10 mit Wechselstrom einer Frequenz von 4 Megahertz speist. Die Anfangsteile 12 und 14 sind auch mit einer Kühlmittelversorgung 20 verbunden, welche Kühlmittel, z. B. Wasser, durch die rohrförmigen Leiter 8 und 10 umlaufen lässt.

In ihrem mittleren Teil sind die Leiter 8 und 10 auseinandergespreizt, um als Achsen für Druckräder 22 und 24 zu dienen.

Der Leiter 8 enthält Teile 7 und 9 im rechten Winkel zu dem Anfangsteil 12 und dem Verbindungsteil 16 sowie eine Achse 11, die parallel zu den letztgenannten Teilen angeordnet ist. Gleichermasswn enthält der Leiter 10 Teile 13 und 15 und eine Achse 17. Die Teile 7, 9, 13 und 15 grenzen dicht an die einander gegenüberliegend, benachbarten Stirnflächen der Druckrollen 22 und 24.

Die Druckräder 22 und 24, welche ebenso aus Kupfer hergestellt sein sollen, sind mit zentralen Bohrungen 26 und 28 versehen, die die Räder einander gegenüberliegend auf den Achsen 11 und 17 befestigen. Zwischen den Druckrädern befindet sich ein kleiner Spalt 30.

Ein thermisch zu bearbeitender Werkstoff 31 bewegt sich unter Druck von den Rollen 22 und 24 durch den Spalt 30.

Zusätzlicher Druck kann durch Ergänzungsrollen 32 und 34 auf den Werkstoff aufgebracht werden. Diese aus Gummi oder anderen isolierenden Werkstoffen hergestellten Rollen drücken auf die Druckräder 22 und 24.

Die elektrischen Merkmale der o. g. Konstruktion zeichnen sich aus folgenden Granden durch niederen induktiven Widerstand aus. ' 009824/0228 . ₁₆ . BAD O,

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Der Raum zwischen den Leitern 8 und 10 ist auf ein Minimum beschränkt, genau so wie der Raum zwischen den Teilen 7, 9 und der Rolle 22 und der Raum zwischen den Teilen 13, 15 und der Rolle 24. Diese dicht nebeneinanderliegenden Leiter haben niedrigen induktiven Widerstand, da der Stromfluss in einem solchen Teil des Rades dazu neigt, in dem angrenzenden Teil oder der Rolle einen Stromfluss in entgegengesetzter Richtung hervorzurufen, wobei der primäre Stromfluss in der Schaltung unterstützt wird. Fener leistet ein kleinerer umschlossener Spulenraum einen höheren magnetischen Widerstand gegen die magnetischen Feldlinien, d.h., daß ein kleineres vollständiges magnetisches Feld und somit ein niedrigerer magnetischerwiderstand für die einen kleinereren Raum umschließende Spule vorhanden sein wird. Die dicht nebeneinanderliegenden Teile und Rollen der oben beschriebenen Konstruktion haben deshalb einen beträchtlich niedrigeren induktiven Widerstand als die Konstruktionen bekannter Art.

Zweitens können die Merkmale der vorliegenden Konstruktion auf den sogenannten " Stromverdrängungs-Effekt " zurückgeführt werden, wonach hochfrequenter Strom längs der Oberfläche des Leiters befördert wird. Dieser Effekt wird durch

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die größere gegenelektrromotorische Kraft verursacht, die in den zentralen Teilen des Leiters wegen des dort größeren Flusses herrrscht. Die inneren Teile eines Leiters haben deshalb eine höhere induktive Reaktanz als die äußeren Teile . Der Hochfrequenz-Strom neigtnatürlich dazu, den Weg der geringsten induktiven Reaktanz zu folgen und fließt deshalb längs der äußeren Oberfläche eines Leiters. Ferner ist der Weg, dem der Hochfrequenz-Strom folgen wird, der Weg des geringsten eingeschlossenen Raumes, weil dieser Raum aus Gründen, wie sie im vorhergehenden Abschnitt beschrieben sind, auch ein Weg der niedrigeren induktiven Reaktanz ist, als andere Wege in dem Stromkreis.

Die Pfeile in Fig. 2 zeigen den Weg des Hochfrequenz-Stromes von der Hochfrequenz-Strom quelle 18 durch die Induktions-Heizungsvorrichtung 6 für eine momentane Situation.

Besonders wird der Strom gezeigt., der in das Anfangsteil 14 des Leiters 10 eintritt und durch Teil 15 zur Druckrolle· 24 fließt. Wie oben beschrieben neigt der Hochfrequenz-Strom dazu, dem Weg des kleinsten eingeschlossenen Raumes zu folgend und fließt so an der Druckrolle 24 hinauf zum Spalt 30, längs der Druckrolle 24 und dann auf der anderen

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Seite zurück zum Teil 13. Der Weg des Stromes zum Spalt. 30 und davon weg verläuft parallel der Teile 15, und 13, aufgrund des Annäherungs-Effektes, der die fließenden Ströme zwingt, in parallelen Wegen zu fließen. Der Strom setzt dann seinen Weg durch das Verbindungsstück 16 zum Teil 7 fort, um von dort zur Druckrolle 22 zu fließen, wo sein Weg dem der Druckrolle 24 entspricht. Der St rom wird dann durch das Teil 9 und das Anfangsteil 12 des Leiters 8 zur Hochfrequenz-Stromquelle 18 zurückgeführt. Das Fließen des Stromes in den beiden Druckrollen längs des Spaltes konzentriert den Strom und damit das magnetische Feld in diesem Spalt, wodurch eine leistungsfähige Induktions-Heizungsvorrichtung geschaffen wird. Es ist anzunehmen, daß der Strom seinen Weg in einer horizontalen Richtung axial längs jeder Seite des Spaltes 30 vom Anfangsteil 14 durch den inneren Teil der Druckrolle 24, durch das Verbindungsstück 16, durch den inneren Teil der Druckrolle 23 zum Anfangsteil 12 fortsetzt. Die Umkehrung des Wechselstromes von der Hochfrequenz-Stromquelle 22 kehrt die Richtung des Stromflusses durch die Induktions- Heizungsvorrichtung 6 um.

Im Betrieb wird das Material, das induktiv wärmebehandelt, werden soll, in den Spalt 30 eingebracht.

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Wie oben erwähnt ist die Indukti ons-Heizungsvorrichtung 6 ideal geeignet zur Verwendung mit einem Bandmaterial und ζ u ähnlichen Zwecken. Ein Band aus Kunststoff, an welchem eine Überlappungsnaht angebracht werden soll, wird in der Zeichnung dargestellt. Das Band besteht aus zwei Teilen 36 und 38, die eine Schicht von Eisenoxydteilchen 40 zwischen einander einschließen. Die Platten oder Bänder werden mit der Schicht 40 zwischen die Bruckrollen 22 und 24 gebracht und die Induktions-Heizungsvorrichtung durch die Hochfrequenz-Strom quelle 18 unter Strom gesefet. Das magnetische Feld, das in der oben beschriebenen Weise durch die Induktions-Heizungsvorrichtung 6 in dem Spalt 30 erzeugt wird, erhitzt die Eisenoxydschicht 40 induktiv, wobei die benachbarten Flächen der Kunststoffteile 36 und 38 erweicht werden. Die Druckrollen 22 und 24 üben Druck auf die Teile 36 und 38 aus und sichern dabei eine zufriedenstellende Verbindung zwischen den überlappten Teilen des Bandes. Wenn zusätzlicher Druck erwünscht ist, können die Ergänaungsrollen 32 und 34 verwendet werden. Um das Band an den Druckrollen 22 und 24 vorbei zu bewegen, und um zusätzliche Teile des Bandes dem magnetischen Feld in dem Spalt 30 auszusetzen, drehen sich die Druckräder, wodurch ein reibungsloser Durchgang des Bandes zwischen

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den Rädern ermöglicht wird. Dies verhindert das Klebenbleiben oder Abreissen, wie es bei einigen Konstruktionen bekannter Art vorkam. Von de m thermisch zu bearbeitenden Material abhängig, kann es erwünscht sein, die Oberfläche der Druckrollen 22 und 24 mit einem Belag 25 zu versehen, der eine niedrige Reibung aufweist, wie z. B. Tetrafluoräthylen, um eine weitere Erleichterung des Materialdurchganges durch die Druckräder 22 und 24 zu erreichen, ( siehe Fig. 3). Dadurch werden auch Kurzschlüsse vermieden, wenn sich die Druckrollen 22 und 24 zufällig berühren sollten.

Wenn auch die Druckrollen 22 und 24 in Einklang mit dem Durchgang d es Bandes rotieren, fließt der Strom von der Stromquelle 18 weiter an den Stellen des Umfanges der Rollen, die dem Spalt 30 am nächsten liegen, weil dies der Weg des kleinsten eingeschlossenen Raumes ist.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung ähnlich der in Fig. 1 und 2, worin die Druckrollen 22 und 24 verlängert sind, um einem größeren Teil des Bandes die induktive Wärmebehandlung zu ermöglichen. Die elektrischen Gesetztnässigkeiten einer solchen Konstruktion sind identisch mit jenen, die in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschrieben wurden.

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Fig. 4 zeigt eine Ausführungsfarm der Erfindung f wie in Fig« 2 Js, bei welcher es nicht nötig ist, das Band zwischen den Änfangsteilen 12 und 14 der Leiter 8 und 10, sowie durch das Verbindungsstück 16 hindurchzuziehen. Besonders das Teil 16 enthält einen Abschnitt 42, welcher parallel zu dem Band Verläuft und einen Abschnitt 44 der quer über das Band verläuft. Entsprechende Teile 46 und 48 sind unter dem Band angebracht, so daö das Verbindungsstück 16 auf dessen einer Seite liegt. Die Teile 44 und 46 sollten in der Richtung des Bandweges etwas breiter sein, damit sich der Strom in diesen Leitern verteilt, wenn er über dem Band fließt. Diese Verteilung wird jegliche Neigung zur Wiedererhitzung des Bandes vermindern, die entsteht, wenn das Band sich nach rechts bewegt f Fig. 4 ). Umgekehrt werden die Teile 44 und 46 in der gezeigten Form eine Vorheizung

für

liefern, den Fall, daß sich das Band von rechts nach links bewegt.

Die Teile 44 und 46 können auch dazu verwendet werden, einen zweiten Satz Druckräder aufzunehmen, womit eine Erhitzung des Bandes in zwei Stufen erreicht wird und eine niedrigere Ausgangsleitung der Hochfrequenz-Stromquelle ermöglicht oder die Arbeitsgeschwindigkeit bei gleicher Ausgangsleistung erhöht wird.

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aOSft347&22ft SM original

Figur 5 zeigt eine andere Ausbildungsform der oben beschriebenen Erfindung. Die Ausführung entspricht jener in Fig. 1 und 2, jedoch mit dem Zusatz der Flansche 50 und 52, die angrenzend an die Druckrolle 22 auf den Teilen 7 und 9 des Leiters 8 befestigt sind, and der Flansche 54 und 56, die angrenzend an die Druckrolle 24 auf den Teilen 13 und 15 des Leiters 10 befestigt sind. ZusäztHch zur Anbringung der Druckräder 22 und 24 auf den Achsen 11 und ITliefern diese Flansche durch den AnnäherungseifektflieBender Ströme »ine weitere Reduzierung des induktiven Widerstandes der Inductions -Heizungsvorrichtung 6. Dieser Effekt schließt Leiter ein, die Hochfrequenzstrom in dichter Nähe zueinander führen, solche wie die Flansche 50, 52, 54 sad 56 und die Druckrollen 22 und Ohne die Flansche ist die Flüßdiclite in den beschränkten Räumen 53, 60, 62 und 64 höher als irgendwo in dem magnetischen Kreis, der durch den Strom von der Hochfrequenz-Stromquelle 18 erzeugt wird» Ohne die Flansche 50,52, 54 und 56 würde folglieh ein unangemessen hoher Betrag von Erhitzung in diesen Räumen erzeugt werden.

Die Flansche 50, 52, 54 und 56 können z, B. ungefähr denselben Durchmesser haben , wie die Druckräder 22 und

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und können 0,03 mm bis 1,3 mm ( .001 " to .05" ) von deren Stirnflächen entfernt sein.

Infolge der Eigenschaft des Annäherungseffektes neigt ein Stromweg dazu, ein Spiegelbild eines benachbarten Strom weges zu werden. So wird der Stromweg in den Druckrollen 22 und 24 ein kreisförmiges Spjeiegelbild der Flansche 50, 52, 54 und 56. Mit der erweiterten Fläche, die die Leiter 8 und 10 durch die Flansche 50, 52, 54 und 56->erhalten , neigt der Strom hoher Dichte in den Flanschen und in den Druckrollen 22 und 24 dazu, sich auszubreiten. Der größere Raum dieser Stromwege reduziert die Leistungsverluste,, die in diesen» Teilen des Stromkreises auftreten und erhöht somit die Gesamtleistung der Induktionsheizungsvorrichtung 6. ©hne die Flansche 50, 52,54 und 56 würde der Stromweg an den Stirnseiten der Druckräder 22 und 24 dazu neigen, sich in dem verengten Bild der senkrechten Teile 7, 9, 13, 15 der Leiter 8 und 10 zu konzentrieren. Dies verursacht einen konzentrierten Leistungsverlust, der eine beträchtliche Größe annehmen kann.

Zu erwähnen ist, daß die nebeneinanderliegenden Stromwege

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in den Flanschen 50, 52, 54 und 56 und in den Druckrollen 22 und 24 elektrisch parallelgeschaltet sind, wobei der induktive Widerstand dieser Wege weiter herabgesetzt wird. So, wie die Ströme in parallele Wege geteilt sind, ist auch die Konzentration des Stromes herstgesetzt, wobei die Leistungsverluste bedeutend gestreut werden und ein niedrigerer Gesamtverlust erzeugt wird als vorher, denn der Leistungsverlust ist porportional dem Quadrat des Stromes an jedem Punkt.

Die Verwendung der Ausbildungsform der Fig. 5 entspricht jener in Fig. 1 und 2. Außerdem sind die Varianten, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt werden, ebenso auf die in Fig. 5 gezeigte Ausbildungsform anwendbar.

Patentansprüche

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Claims

William C.Heller jr. - H 897 / Gu/Br

9.6.69

Patentansprüche

1. Induktions- Beheizungsvorrichtung mii niedrigem induktiven Widerstand zur Erzeugung einerHochfrequenz mit einem starken Magnetfeld aus einer hochfrequenten Leistungsquelle und einem Mittel zum Aufbringen von Druck auf ein induktiv beheiztes
Material, gekennzeichnet durch

a) ein Paar elektrisch miteinander verbündender, dicht neben einander angeordneter Leiter ( 8, 10) , die mit der Stromquelle { 18) verbunden sind, wobei jeder Leiter aufrecht
stehende Teile ( 7, 9, 13, 15) mit daran befestigten
Achsen (11, 17 ) enthalten,

b) elektrisch leitende Druckräder (22, 24)_a die an jeder der Achsen (11, 17) befestigt sind, und zwar mit geringem
Zwischenraum zwischen den Rädern, wobei diese Räder den aufrechtstehenden Teilen ( 7, 9, 13, 15)- eng benach bart angeordnet sind, und mit den Leitern verbunden sind

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und dabei indektrierte, stromführende Teile der Vorrichtung bilden

c) wobei die Druckräder auf das Material (31) einen Druck

ausüben, wenn es sich durch den Zwischenraum { 30) tewegt und wobei der geringe Abstand der Leiter und der Teile ( 7, 9, 13, 15) und der Räder ( 22, 24) die Induktivität der Heizvorrichtung reduziert, wobei in dem Zwischenraum ( 30) ein konzentriertes Magnetfeld erzeugt wird.

2. Inductions- Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die aufrecht stehend en Teile .( 7, 9, 13,15)- elektrisch gleitende Flansche { 50, 52, 54, 56> aufweisen, die an ihnen in der Nähe der Druckräder ( 22, 24) vorgesehen sind, wobei die Flansche die Induktivität der Induktions-Heizvorrichtung weiter reduzieren.

3. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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daß eine Druckrolle (32, 34} vorgesehen ist, die unterDruok an den Druckrädern ( 22, 24) anliegt und dadurch den auf das sich durch den Spalt (30) bewegenden Werkstoff ( 31) ausgeübten Druck weiter erhöht.

4. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckräder ( 22, 24)- an ihrer Zylindrischen Oberfläche mit einer isolierenden Schicht ( 25) versehen sind.

5. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende·Schicht ( 25) aus Tetrafluoräthylen besteht.

6. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dicht beieinanderliegenden Leiter ( 8, 10) auf eine Seite der Druckräder ( 22, 24) und aus der Fluchtlinie mit ihnen gebogen sind, sodaß der Werkstoff, der induktiv beheizt wird, in dem Spalt ( 30). zwischen den Druckrädern ( 22, 24) eingebracht werden kann, ohne daß er in die dicht beieinanderliegenden Leiter (8, IQi). eingefädelt werden muss.

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7. Induktions- Beheizungsvorriöhtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche { 50, 52, 54, 56) annähernd denselben Durchmesser aufweisen, wie die Druckräder ( 22, 24) .

8. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche ( 50, 52, 54, 56) 0,03 bis 1,3 mm von den Druckrädern ( 22, 24 ) entfernt angeordnet sind,

9. Verfahren zur induktiven Beheizung eines nichtmetallischen Werkstoffes unter gleichzeitiger Druckausübung, dadurch gekennzeichnet, daß

a) ein Aufnehmer ( 40) auf einen Teil des nichtmetallischen Werkstoffes ( 31) aufgelegt w:rd, der durch Erhitzung und Druck behandelt wird,

b) daß ein hochfrequentes Magnetfeld hoher Intensität vorgesehen ist, daß durch eine Induktions- Beheizungsvorrichtung (6) erzeugt wird, die ein Paar elektrisch miteinander verbundener, dicht beieinanderangeordneter Leiter (8, 10) enthält, wobei jeder Leiter aufrechtstehende Teile ( 7, 9, 13,15) aufweist, die je eine Achse { 11, 17) tragen, worauf je ein

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Druckrad ( 22, 24) befestigt ist, daß sich dicht neben den aufrechtstehenden Teilen befindet, 'und zwischen den Druckrädern. einen schmalen Spalt lässt, wobei die Druckräder den aufrechtstehenden Teilen nahe benachbart angeordnet sind, und mit den Leitern ( 8, 10) verbunden sind, und einen einheitlichen Stromkreis bilden, wobei sie Teile der Vorrichtung tragen, und

cy daß der Werkstoff mit den Aufnehmern ( 40) durch den

schmalen Spalt { 30) zwischen den Druckrädern ( 22, 2 4)-hindurchbewegt wird, um den Suszeptor dem magnetischen Feld hoher Frequenz und hoher Intensität auszusetzen und ihn so zu erhitzen, so daß der Werkstoff durch Leitung beheizt wird, während die Druckräder gleichzeitig einen Druck darauf ausüben.

0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß die Induktions-Beheizungsverrichtung ( 6) dicht neben den Druckrädern ( 22, 24) elektrisch leitende Flansche ( 50, 52, 54, 56)^ enthält, die an den aufrechtstehenden Teilen ( 7, 9, 13, 15) der Leiter befestigt sind, wobei die Flansche die Intensität des Magnetfeldes erhöhen.

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H. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch

gekennzeichnet, daß der Werkstoff ( 31)

aus einer Anzahl von Kunststoffbändern besteht, die zusammen verriegelt sind und daß der Aufnehmer ( 40) aus einer Schicht von Eisenoxydteilen zwischen den Bändern besteht.

12. Induktions-Beheizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

dicht nebeneinander angeordneten Leiter zu einer Seite der Druckräder (22, 24) gebogen sind und mit ihnen nicht fluchten und Leiter bilden, die parallel mit den Achsteilen (11, 17) vorgesehen sind, wobei die Leiter aufrechtstehende Teile ( 7,9,13,15) einschließen, die unter Abstand angeordnete zweite Achsteile mit elektrisch leitenden Druckrädern tragen, die darauf montiert sind und einen schmalen Spalt zwischen den Rädern bilden, wobei die Räder unter geringem Abstand von den aufrecht stehend en Teilen angeordnet sind, und mit den Leitern verbunden sind und damit einstückige elektrische Leitstöcke der Vorrichtung bilden, ycb ei der Werkstoff { 31), der induktiv geheizt wird, in den Spalt zwischen den Druckrädern eingeführt werden kann, ohne durch die unter geringem Abstand voneinander angeordneten Leiter geführt worden zu sein.

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13, , Induktions- Beheizungs vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die

aufrechtstehenden Teile ( 7, 9, 13, 15) elektrisch gleitende Flansche ( 50, 52, 54, 56) aufweisen, die auf ihnen in der £Bhe der Druckräder (22,24) montiert sind, wobei die Flansche zu sätzlich die Induktivität der Induktions- Beheizungsvorrichtung % 6) verringern.

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