DE1565884C2 - Vorrichtung zur Widerstandsbeheizung von kontinuierlich durchlaufendem, langgestrecktem Material - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Widerstandsbeheizung von kontinuierlich durchlaufendem, langgestrecktem, elektrisch leitfähigem Material, bei der ein Paar von längs des Materials im Abstand voneinander angeordneten Kontakten an die einseitig geerdete Ausgangsspannung eines Wechselspannungs-Speisetransformators anschließbar ist, um für die Widerstandsbeheizung des Materiales einen Strom durch dieses zwischen den Kontakten zu erzeugen, und das außerhalb des Kontaktpaares liegende, gegen Erde Spannung führende langgestreckte Material als einwindige Sekundärwicklung derart durch den Eisenkern eines Transformators geführt ist, daß in ihm eine Spannung induziert wird, die der in dem Material durch die Heizspannung erzeugten Spannung entgegengesetzt gleich ist und dadurch eine Erdung auch dieses Materialabschnitts zuläßt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 008 835) wird im Behandlungsgut im Anschluß an eine nicht geerdete hintere Kontaktrolle durch ein fremd erregtes Magnetfeld eine Spannung induziert, welche der zwischen einer vorderen und der hinteren Kontaktrolle anliegenden Spannung gleich und entgegengerichtet ist. Hierdurch wird eine das langgestreckte Material aufnehmende Haspel auf Erdpotential gebracht, so daß eine Erdung dieser Teile möglich ist. An die beiden Kontaktrollen wird die Heizspannung angelegt. Die Rollen liegen an der Sekundärwicklung eines ersten Transformators, dessen Primärwicklung von einer Wechselstromquelle gespeist wird. Das eine Ende der Sekundärwicklung und die vordere Kontaktrolle sind geerdet. Im Anschluß an die hintere Kontaktrolle ist ein das langgestreckte Material umschließender Eisenkern vorgesehen, in dem als Primärwicklung eines zweiten Transformators ein weiterer Leiter angeordnet ist, an dessen Enden die gleiche Spannung liegt wie an den beiden Kontaktrollen. Die Sekundärwicklung des zweiten Transformators bildet das in dem Eisenkern befindliche langgestreckte Material.

Um bei der bekannten Vorrichtung eine noch bessere Gleichheit der beiden Spannungen zu erreichen, kann ein dritter Regeltransformator verwendet werden.

Durch die Verwendung von zwei etwa gleich großen Transformatoren ist bei dieser bekannten Vorrichtung der Aufbau recht kompliziert und kostspie-Hg.

Ferner ist ein Verfahren zum Drahtpatentieren bekannt (Stahl und Eisen, 58. Jahrgang 1938, Seite 604), bei dem der Draht durch den elektrischen Strom erhitzt und dann in einer bestimmten Temperaturfolge abgekühlt wird. Der zu behandelnde Draht wird von den Ablaufkronen abgezogen und läuft durch Spannrollen und einzeln überwachte Kontaktglieder, die ihren Strom von einem Wechselstromgenerator erhalten. Es ist somit auch bekannt, Bäder als Kontakte an Stelle der oben genannten Rollen zu benutzen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Schaffung einer Vorrichtung zur Widerstandsbeheizung der eingangs genannten Art, deren Aufbau einfacher ist und die Berührungsspannungen mit Sicherheit vermeidet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der die Gegenspannung im langgestreckten Material induzierende Transformator der die Heizspannung liefernde Wechselspannungs-Speisetransformator ist. In vorteilhafter Weise wird also ein einziger Transformator sowohl für die direkt an das langgestreckte elektrisch leitfähige Material angelegte Heizspannung als auch für das magnetische Feld zur Induzierung einer entgegenwirkenden Spannung verwendet. Das Gewicht der Gesamtvorrichtung kann durch die erfinderischen Maßnahmen um einige Tausend kg reduziert werden, wodurch sich erhebliche Kostenersparnisse ergeben. Der Transformator gemaß der Erfindung wird vorteilhaft luftgekühlt betrieben. Die Luftkühlung kann in der üblichen Weise erfolgen, so daß hierfür handelsübliche Einrichtungen verwendet werden können. Im übrigen können, abgesehen von Abweichungen infolge des vergrößerten Fensters im Transformatorkern, handelsübliche Transformatorteile verwendet werden. Vorteilhaft ist auch die automatische Kompensation von Veränderungen in der Spannung der Leistungsquelle, da der-

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selbe Magnetfluß, der von den Primärwicklungen er- Pfeiles gegen die leitfähige Rolle 2. Nachdem das

zeugt wird, sowohl mit den Sekundärwicklungen zur Material die Rolle 8 verlassen hat, wird es auf einer

Erzeugung der Heizspannung als auch mit dem lang- ebenfalls nicht dargestellten Aufwickelwalze aufge-

gestreckten Material zur Erzeugung der Kompensa- wickelt. Erhöht angeordnete Rollen 3 und 6 und ver-

tionsspannung verkettet ist. Die erfindungsgemäße 5 senkte Rollen 4 und 5 führen das Material 1 in das

Anlage wird hierdurch in ihrer Betriebssicherheit er- erste Kontaktbad 9 hinein und aus diesem heraus,

heblich verbessert. Das Kontaktbad 9 besteht aus einem elektrisch leitfä-

Bei einer Weiterbildung der Erfindung weist der higen Behälter mit einer elektrisch leitfähigen Flüs-

Transformator mehrere getrennte Kernabschnitte sigkeit, z. B. erwärmtem Blei, Bleisalzen u. dgl. Ver-

auf, auf welchen jeweils eine Primär- und eine Se- io senkte Rollen 7 und 8 übernehmen die weitere Füh-

kundärwicklung angeordnet sind, und die zwischen rung des Materials 1 zu einem zweiten Kontaktbad

den Kontakten angelegte Spannung wird einem für 10, das dem ersten Bad ähnlich ist, jedoch gleichzei-

alle Sekundärwicklungen gemeinsamen Ausgang ent- tig als ein Abschreckungsbad für das erwärmte lang-

nommen. Durch die Aufteilung des einzigen Trans- gestreckte Material 1 dient. Die Strecke zwischen den

formators in kleinere Einheiten ergeben sich Vorteile 15 zwei Bändern ist vorzugsweise durch ein Gehäuse 11

bei dem Einbau und dem Aufstellen sowie beim eingeschlossen. Beide Kontaktbäder 9 und 10 werden

Transport der Anlage. Es ergeben sich auch bei der in der Regel auf erhöhten Temperaturen gehalten,

Wartung Vorteile, da bei dieser Ausführungsform um das in diesen befindliche leitfähige Medium zu

nur eine einzige, kleinere und preiswertere Einheit verflüssigen. Dies trifft auch für das Bad 10 zu, um

ersetzt oder repariert zu werden braucht, als wenn 20 die richtige Abschreckungstemperatur zu erzeugen,

der Gesamttransformator auseinandergenommen Die Temperaturen dieser Bäder liegen jedoch bezüg-

werden müßte. Ferner ist durch die Aufteilung die Hch der Temperatur des beheizten Abschnittes 12

Kühlung vereinfacht, und es ergibt sich — falls er- des langgestreckten Materials 1 zwischen den Bädern

forderlich — eine größere Variation der Verbin- niedrig.

dungsmöglichkeiten. Somit können die verschieden- 25 Eine Spannungsquelle wird mittels Leiter 13 und

sten Anschlüsse und Verbindungen zwischen den 14 mit dem ersten und zweiten Kontaktbad verbun-

Primär- und/oder Sekundärwicklungen der Transfor- den und bewirkt einen Stromfluß in dem Abschnitt

matoren geschaffen werden, um unterschiedliche Be- 12 des langgestreckten Materials 1 zwischen dem er-

triebspotentiale und Ströme zu erreichen. sten und zweiten Bad. Ein von der Stromquelle 16

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfin- 30 erregter, allgemein mit 15 bezeichneter Transforma-

dung ist, in Bewegungsrichtung des Materials gese- tor transformiert die Spannung auf einen geeigten

hen, vor dem Transformator eine Induktionsspule Wert zum Anlegen an den Leitern 13 und 14.

angeordnet, durch welche das langgestreckte Mate- Die Spannungsquelle 16 ist ein Wechselstromgene-

rial hindurchläuft. Hierdurch können Verluste in der rator, der über einen Bereich von etwa 0 bis 550

Sammelschiene oder im Sekundärspulenkabel oder 35 Volt variabel ist und so eingestellt werden kann, daß

Verluste in der Sekundärwicklung ausgeglichen wer- die erforderliche Spannung, die für unterschiedliche,

den. zu beheizende Materialarten oder Mengen benötigt

Die Induktionsspule kann über einen Anzapftrans- wird, an die Leiter 13 und 14 angelegt werden kann, formator von derselben Spannungsquelle wie der Bei der hier dargestellten Ausführungsform weist Haupttransformator gespeist werden. Durch diese 40 der allgemein mit 15 bezeichnete Transformator Maßnahme wird die Selbstregelung noch weiter ver- mehrere Kernabschnitte oder Transformatoren 17 bessert, da sowohl der magnetische Fluß, der die In- auf, deren Primärwicklungen 18 parallel geschaltet duzierung der entgegenwirkenden Spannung in dem mit der Stromquelle 16 verbunden sind. Die Spanlanggestreckten Material bewirkt, als auch derjenige nungen der Sekundärwicklungen 19 sind zusammen-Fluß, der den Ausgleich kleiner Spannungsdifferen- 45 geschaltet und liefern die Spannung für die zwei zen durch »Trimmen« gewährleistet, von der auch Kontaktbäder. Aus Fig.2 ist zu ersehen, daß jeder die Spannung in der Sekundärspule des Haupttrans- einzelne Transformator 17 Primär- und Sekundärformators hervorrufenden Spannung der Wechsel- wicklungen auf einem Kern enthält, in dem ein Fenstromquelle erregt werden. ster 20 vorgesehen ist. Die Transformatoren 17 sind

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungs- 50 so ausgerichtet, daß das langgestreckte Material 1

möglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben durch diese Fenster hindurchtreten kann und dem

sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammen- Magnetfeld ausgesetzt wird. Der hierdurch erreichte

hang mit den Zeichnungen. Es zeigt Zweck wird weiter unten beschrieben. Die Sekundär-

F i g. 1 schematisch die Seitenansicht einer Wider- wicklungen können in Reihe, parallel oder in Reihen-

standsheizvorrichtung mit dem Gerät zur Spannungs- 55 Parallelschaltung zusammengeschaltet sein, um die

unterdrückung und richtige Betriebsspannung an den Leitern 13 und 14

F i g. 2 schematisch die Vorderansicht eines Trans- zu erzeugen. Die zwischen dem ersten und zweiten

formators mit durch dessen Kernfenster hindurchlau- Kontaktbad angelegte Spannung bewirkt daher einen

fenden Stahlbändern. Stromfluß durch den Abschnitt 12 des langgestreck-

In F i g. 1 ist schematisch eine Vorrichtung der 60 ten Materials 1 zwischen diesen Punkten und infolge

eingangs genannten Art dargestellt. Stahlbänder 1, des elektrischen Widerstandes des Materials 1 eine

die auch aus einer Gruppe von Drähten, mehreren sofortige Aufheizung desselben,

langgestreckten Bändern od. dgl., bestehen können Bei der üblichen Betriebsweise befindet sich das

und die elektrisch leitend sind, sind als eine durchge- zweite Kontaktbad 10 auf Erdpotential und das erste

hende, von links nach rechts verlaufende Linie ge- 65 Kontaktbad 9 auf dem Potential der Sekundärwick-

zeigt. Sie werden durch Rollen 2 bis 8 geführt. Das lungen 19 der Transformatoren 17, dessen Wert in

langgestreckte Material 1 stammt von einer nicht der Regel bis zu 150 Volt beträgt,

dargestellten Vorratsrolle und läuft in Richtung des Es ist hieraus ersichtlich, daß der Abschnitt des

langgestreckten Materials 1 vor dem ersten Kontaktbad 9 sich in etwa auf dem gleichen Potential befindet und für einen Bediener die Gefahr von elektrischen Schlägen mit sich bringt oder zumindest eine Wechselstromquelle bildet. Durch den Einfluß des Transformators 15 wird nun in diesem Abschnitt des Materials 1 eine Spannung induziert, die der zum Heizen verwendeten Spannung in dem Abschnitt entgegengesetzt ist. Wenn der Transformator 15 zwischen den Rollen 2 und 3 so nahe wie möglich an dem ersten Kontaktbad 9 angeordnet wird, dann ist die an dem langgestreckten Material 1 vor dieser Zone und am Punkt der Rolle 2 auftretende Spannung gleich null. Die für die Bedienungsperson gefährliche Spannung ist unterdrückt, und die leitfähige Rolle 2 kann durch den Leiter 21 an Erdpotential angeschlossen sein. Die Sekundärwicklungen 19 können auch wahlweise zusammengeschaltet werden, so daß die zwischen den Kontaktbädern 9 und 10 auftretende Spannung gleich derjenigen Spannung, die in dem langgestreckten Material 1 vor dem ersten Kontaktbad 9 induziert wird, ist, wodurch die resultierende Spannung an der Rolle 2 gleich null ist.

Da jedoch in der Praxis die Sekundärwicklungen der Transformatoren bestimmte Spannungen erzeugen, ist es häufig unmöglich, die Wicklungen so zusammenzuschalten, daß eine vollständige Unterdrückung erzielt wird. Aus diesem Grund ist eine getrennte Trimm-Induktionsspule 22 in der Nähe und vor dem Transformator 15 vorgesehen, die ein Fenster aufweist, durch welches das langgestreckte Material hindurchtritt. Die Induktionsspule 22 besitzt nur eine einzige Wicklung und wird über einen Anzapftransformator 23 oder eine andere geeignete Vorrichtung zur Spannungsveränderung erregt. Der Anzapftransformator 23 ist ebenfalls mit der Spannungsquelle 16 verbunden, so daß er den gleichen Schwankungen wie der Transformator 15 unterliegt. Da jedoch die von der Induktionsspule 22 verbrauchte Spannung ziemlich klein ist, kann der Anzapftransformator 23 auch an eine unabhängige Spannungsquelle angeschlossen werden, ohne daß der Effekt der Induktionsspule merklich verändert wird. Wichtig ist, daß die Spannung in dem langgestreckten Material 1 an der Rolle 2 so nahe wie möglich am WertO liegt, um einen Stromfluß über die Rolle 2 zur Erde und das daraus resultierende Anfressen und unvollkommene Oberflächenhärten des Drahtes zu vermeiden.

Bei einer bevorzugten Betriebsanordnung kann die Spannungsquelle 16 so eingeregelt werden, daß sie

ίο an jeder Sekundärwicklung 19 des Transformators eine Spannung von 150 Volt erzeugt. Wenn die Sekundärwicklungen, wie in den Zeichnungen dargestellt ist, parallel geschaltet sind, wird dadurch an den Zuleitungsdrähten 13 und 14 eine Spannung von 150 Volt angelegt. Auf Grund der starken Belastung durch den niedrigen Widerstand des langgestreckten Materials 1 zwischen den Kontaktbädern 9 und 10 ist die sich tatsächlich ergebende Spannung wegen der dabei auftretenden Spannungsabfälle beträchtlich

ao niedriger als die vorgenannte Spannung von 150 Volt. Diese niedrigere Spannung muß in dem anfänglichen Abschnitt des langgestreckten Materials 1 unterdrückt werden, damit die Rolle 2 geerdet werden kann. Die Induktionsspule 22 vermag bis zu etwa 15

as Volt zu unterdrücken, sofern erforderlich.

Das durch den Transformator 15 hindurchtretende langgestreckte Material 1 wird dem Magnetfeld des Transformators ausgesetzt, und es wird in diesem eine Spannung induziert, die bei richtigem Anschluß in entgegengesetzter Phase zu derjenigen liegt, die an den Kontaktbädern angelegt ist.

Der Haupttransformator 15 kann aus einem einzigen Transformatorkern mit einer einzigen Primär- und Sekundärwicklung bestehen oder in mehrere Einheiten 17 aufgeteilt sein, wobei Vorkehrungen zu treffen sind, daß das langgestreckte Material, z.B. Draht oder Bänder, durch das Magnetfeld dieses Transformators hindurchtreten können.

In jedem Falle ist es lediglich erforderlich, ausreichende Flußverkettung zwischen dem Transformator und dem Material zu schaffen, damit die benötigte Unterdrückungsspannung erzeugt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Widerstandsbeheizung von kontinuierlich durchlaufendem, langgestrecktem, elektrisch leitfähigem Material, bei der ein Paar von längs des Materials im Abstand voneinander angeordneten Kontakten an die einseitig geerdete Ausgangsspannung eines Wechselspannungs-Speisetransformators anschließbar ist, um für die Widerstandsbeheizung des Materials einen Strom durch dieses zwischen den Kontakten zu erzeugen, und das außerhalb des Kontaktpaares liegende, gegen Erde Spannung führende langgestreckte Material als einwindige Sekundärwicklung derart durch den Eisenkern eines Transformators geführt ist, daß in ihm eine Spannung induziert wird, die der in dem Material durch die Heizspannung erzeugten Spannung entgegengesetzt gleich ist und dadurch eine Erdung auch dieses Materialabschnitts zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der die Gegenspannung im langgestreckten Material (1) induzierende Transformator (15, 17) der die Heizspannung liefernde Wechselspannungs-Speisetransformator ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (15) mehrere getrennte Kernabschnitte (17) aufweist, auf welchen jeweils eine Primär- (18) und eine Sekundärwicklung (19) angeordnet sind, und daß die zwischen den Kontakten (Kontaktbädern 9, 10) angelegte Spannung einem für alle Sekundärwicklungen gemeinsamen Ausgang entnommen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine in Bewegungsrichtung des Materials (1) gesehen, vor dem Transformator (15) angeordnete Induktionsspule (22), durch welche das langgestreckte Material hindurchläuft.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (22) über einen Anzapftransformator (23) von derselben Spannungsquelle (16) wie der Transformator (15) gespeist wird.