DE19843087A1

DE19843087A1 - Alternating magnetic field generating induction coil is hollow and fluid cooled having longitudinal slits or conductors in axial terminal post

Info

Publication number: DE19843087A1
Application number: DE1998143087
Authority: DE
Inventors: Jivan Kapoor; Daniel Grimm
Original assignee: Didier Werke AG
Current assignee: Didier Werke AG
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-03-23
Also published as: AU6083499A; WO2000018190A2; WO2000018190A3

Abstract

The induction heating unit has a hollow current carrying coil (5) with terminal connectors (3,4), in a mounting board (2), one of which (4) connects the lower end of the coil through a hollow central post (10) having an electrically conducting core (12) having one or more slits (13). An outer insulated sleeve (18) prevents loss of cooling fluid through the slits and seals (20) close the ends. The slits may be replaced by individual conductors. The inductor (1) is placed in a space (J) within a ceramic article (F) in order to generate heating.

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktor zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, insbesondere für die Beheizung eines feuerfesten keramischen Formteils, wobei der Induktor Windungen und einen im Wechselfeld der Windungen verlaufenden stromführenden Anschlußleiter aufweist, und die Windungen und der Anschlußleiter gekühlt sind.The invention relates to an inductor for generating an electromagnetic Alternating field, especially for heating a refractory ceramic Molding, with the inductor turns and an alternating field of turns extending current-carrying connecting conductor, and the windings and the Connection leads are cooled.

Ein derartiger Induktor ist in der EP 0 755 741 A1 beschrieben. Ein solcher Induktor dient dem Aufheizen eines feuerfesten Formteils, insbesondere Formteils der Metallurgie. Der Induktor ist in einen Innenraum des Formteils einbringbar und nach dem Aufheizen des Formteils aus dem Innenraum herausnehmbar. Der Induktor wird zu seinem Schutz mittels eines Kühlfluids gekühlt. Hierfür ist er in der Praxis hohl, wobei das Kühlfluid durch den Hohlraum strömt.Such an inductor is described in EP 0 755 741 A1. Such an inductor serves to heat a refractory molded part, in particular the molded part Metallurgy. The inductor can be inserted into an interior of the molded part and after the heating of the molded part can be removed from the interior. The inductor is cooled by a cooling fluid to protect it. For this he is in practice hollow, the cooling fluid flowing through the cavity.

Ein weiterer solcher Inneninduktor ist in der EP 0 755 740 A1 beschrieben. Der Induktor ist an seiner einen Seite am Anfang seiner Windungen und an seiner anderen Seite mittels des innerhalb der Windungen zurücklaufenden Anschlußleiter an einen elektrischen Generator und eine Kühlfluidquelle angeschlossen. Da der Anschlußleiter innerhalb der Windungen verläuft, liegt er zwangsläufig im elektromagnetischen Feld des Induktors. Dies hat zur Folge, daß in den Anschlußleiter Wirbelströme induziert werden, was den Wirkungsgrad des Induktors vermindert, weil der Leistungsanteil der Wirbelströme nicht für die Beheizung des Formteils zur Verfügung steht.Another such internal inductor is described in EP 0 755 740 A1. The The inductor is on one side at the beginning of its turns and on its the other side by means of the connecting conductor returning within the turns connected to an electrical generator and a source of cooling fluid. Since the Connection conductor runs within the turns, it is necessarily in the electromagnetic field of the inductor. This has the consequence that in the Lead eddy currents are induced, reducing the efficiency of the inductor reduced because the power share of the eddy currents is not for heating the Molding is available.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad des Induktors zu erhöhen.The object of the invention is to increase the efficiency of the inductor.

Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Induktor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Anschlußleiter mindestens einen Längsschlitz aufweist oder aus mindestens einem Einzelleiter (21) aufgebaut ist, dessen Außendurchmesser (d) kleiner oder vergleichbar der Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes ist.According to the invention, the above object is achieved in the case of an inductor of the type mentioned at the outset in that the connecting conductor has at least one longitudinal slot or is constructed from at least one individual conductor ( 21 ) whose outer diameter (d) is less than or comparable to the depth of penetration of the alternating electromagnetic field.

Dadurch ist die Ausbildung von Wirbelströmen in dem Anschlußleiter zumindest vermindert, wenn nicht unterbunden. Dies hat den Vorteil, daß der auf das induktive Aufheizen eines Formteils bezogene Wirkungsgrad vergrößert ist. Damit verbunden ist auch eine Verringerung des Stromverbrauchs beim induktiven Aufheizen eines Formteils mit einem solchen Induktor. Da der Anschlußleiter selbst wegen der Verminderung der Wirbelströme weniger aufgeheizt wird, beansprucht er auch weniger Kühlleistung aus dem Kühlfluid.As a result, the formation of eddy currents in the connecting conductor is at least diminished if not prevented. This has the advantage that the inductive heating of a molded part-related efficiency is increased. In order to associated is also a reduction in power consumption in inductive Heating a molded part with such an inductor. Since the connecting conductor itself because the eddy currents are reduced, it is heated up less also less cooling capacity from the cooling fluid.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:Further advantageous embodiments of the invention result from the Subclaims and the following description. The drawing shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Induktors, Fig. 1 a longitudinal section of an inducer,

Fig. 2 einen Querschnitt des Anschlußleiters des Induktors längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 2 shows a cross section of the lead of the inductor taken along the line II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Alternative zu Fig. 2, Fig. 3 shows an alternative to Fig. 2,

Fig. 4 eine Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechende Ansicht, wobei der Anschlußleiter aus mehreren Einzelleitern aufgebaut ist, Fig. 4 is a FIG. 2 or FIG. 3 showing, wherein the connecting conductor is constructed from several individual conductors,

Fig. 5 eine Fig. 2 bzw. Fig. 3 entsprechende Ansicht, wobei der Anschlußleiter aus einem Einzelleiter aufgebaut ist. FIG. 5 shows a view corresponding to FIG. 2 or FIG. 3, the connecting conductor being constructed from a single conductor.

Beim elektrischen Induktor 1 sind an einer Halteplatte 2 zwei Anschlußenden 3, 4 angeordnet. Die beiden Anschlußenden 3, 4 sind beispielsweise Schraubanschlüsse. Sie dienen dem Anschließen des Induktors an einen elektrischen Generator bzw. Frequenzumrichter und an eine Kühlfluidquelle. Das Kühlfluid kann beispielsweise Wasser oder Druckluft sein. Am Anschlußende 3 wird das Kühlfluid in Richtung des Pfeiles z zugeleitet. Am Anschlußende 4 wird das Kühlfluid in Richtung des Pfeiles a abgeleitet. Auch das Umgekehrte wäre möglich.In the electrical inductor 1 , two connection ends 3 , 4 are arranged on a holding plate 2 . The two connection ends 3 , 4 are, for example, screw connections. They are used to connect the inductor to an electrical generator or frequency converter and to a cooling fluid source. The cooling fluid can be, for example, water or compressed air. At the connection end 3 , the cooling fluid is supplied in the direction of arrow z. At the connection end 4 , the cooling fluid is drained in the direction of arrow a. The reverse would also be possible.

An das Anschlußende 3 schließen sich eine Spule bildende Windungen 5 des Induktors 1 an. Diese bilden einen Hohlraum 6 zur Führung des Kühlfluids. Ihre Wandung 7 ist metallisch.At the connection end 3 there are turns 5 of the inductor 1 forming a coil. These form a cavity 6 for guiding the cooling fluid. Your wall 7 is metallic.

Die in Fig. 1 unterste, von der Halteplatte 2 entfernteste Windung 5 geht in einer Umlenkung 8 in die Mittelachse A der Windungen über. Die Umlenkung 8 weist in der Mittelachse A ein Außengewinde 9 auf. Von der Umlenkung 8 erstreckt sich in der Mittelachse A, also innerhalb der Windungen, ein Anschlußleiter 10 zum Anschlußende 4, das unter der Halteplatte 2 ebenfalls ein Außengewinde 11 aufweist. Bei einer anderen Form des Induktors kann der Anschlußleiter außerhalb der Windungen verlaufen.The lowest turn 5 in FIG. 1, which is the most distant from the holding plate 2 , changes in a deflection 8 into the central axis A of the turns. The deflection 8 has an external thread 9 in the central axis A. A connecting conductor 10 extends from the deflection 8 in the central axis A, ie within the windings, to the connecting end 4 , which also has an external thread 11 under the holding plate 2 . In another form of the inductor, the connecting conductor can run outside the turns.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist der Anschlußleiter 10 von einer elektrisch gut leitenden metallischen Hülse 12 gebildet, die einen Längsschlitz 13 aufweist. An dem Anschlußleiter 10 bzw. der metallischen Hülse 12 sind unten und oben Bunde 14, 15 ausgebildet, bei denen jeweils eine Überwurfmutter 16, 17 als Kupplungsteil angeordnet ist, welche ein dem Außengewinde 9 bzw. dem Außengewinde 11 passendes Innengewinde hat.In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the connecting conductor 10 is formed by an electrically highly conductive metallic sleeve 12 which has a longitudinal slot 13 . Collars 14 , 15 are formed on the connecting conductor 10 or the metallic sleeve 12 , at the top and bottom, in each of which a coupling nut 16 , 17 is arranged as a coupling part, which has an internal thread matching the external thread 9 or the external thread 11 .

Der Anschlußleiter 10 ist von einer eine Kühlleitung bildenden Umhüllung 18 umschlossen, die verhindert, daß Kühlfluid durch den Längsschlitz 13 nach außen austreten kann. Die Umhüllung 18 ist beispielsweise von einem hitzebeständigen Schlauch gebildet, der mittels Spannelementen 19, beispielsweise Spannschnüren, im Bereich der Enden des Längsschlitzes 13 an den Anschlußleiter 10 bzw. die metallische Hülse 12 fluiddicht angedrückt ist. Beispielsweise kann die Umhüllung 18 auch auf die Hülse 12 aufgeschrumpft werden. Die Umhüllung 18 ist elektrisch nichtleitend. Die stromführende, geschlitzte metallische Hülse 12 kann auch ein beispielsweise keramisches Rohr fluiddicht umschließen oder von einem solchen umschlossen werden. Die stromführende, geschlitzte metallische Hülse 12 kann auch in eine weitestgehend fluiddichte Masse eingegossen werden. Innerhalb der Überwurfmuttern 16, 17 sind Dichtringe 20 angeordnet, die ein Austreten des Kühlfluids im Gewindebereich verhindern sollen.The connecting conductor 10 is enclosed by a sheath 18 which forms a cooling line and prevents cooling fluid from being able to escape to the outside through the longitudinal slot 13 . The sheath 18 is formed, for example, by a heat-resistant hose which is pressed against the connecting conductor 10 or the metallic sleeve 12 in a fluid-tight manner in the region of the ends of the longitudinal slot 13 by means of tensioning elements 19 , for example tensioning cords. For example, the cover 18 can also be shrunk onto the sleeve 12 . The casing 18 is electrically non-conductive. The current-carrying, slotted metallic sleeve 12 can also enclose a ceramic tube, for example in a fluid-tight manner, or can be enclosed by such a tube. The current-carrying, slotted metallic sleeve 12 can also be poured into a largely fluid-tight mass. Sealing rings 20 are arranged within the union nuts 16 , 17 and are intended to prevent the cooling fluid from escaping in the threaded area.

Der Induktor 1 ist in einen Innenraum 1 eines feuerfesten keramischen Formteils F einschiebbar, das an das vom Induktor 1 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld ankoppelbar und dadurch aufheizbar ist. Im Betrieb werden in den Anschlußleiter 10 kaum Wirbelströme induziert, weil er den die Wirbelstrombildung unterdrückenden Längsschlitz 13 aufweist. Im Betrieb besteht die elektrische Verbindung zwischen der Umlenkung 8 der untersten der Windungen 5 und dem Anschlußende 4 über die Überwurfmutter 16, den Anschlußleiter 10, 12 und die Überwurfmutter 17. Es wäre jedoch auch möglich, die Dichtringe 20 elektrisch leitend und die Überwurfmuttern 16, 17 elektrisch nichtleitend auszulegen. Dann besteht die elektrische Verbindung zwischen der Umlenkung 8 und dem Anschlußende 4 über den unteren Dichtring 20, den Anschlußleitern 10, 12 und dem oberen Dichtring 20. Da in diesem Fall die Überwurfmuttern 16, 17 nicht metallisch sind, werden in sie auch keine Wirbelströme induziert. Jedoch auch im anderen Fall - wenn die Überwurfmuttern 16, 17 metallisch sind - werden in sie Wirbelströme höchstens geringfügig induziert, weil sie weitgehend außerhalb der Windungen 5 liegen.The inductor 1 can be inserted into an interior 1 of a refractory ceramic molded part F, which can be coupled to the alternating electromagnetic field generated by the inductor 1 and can thus be heated. In operation, hardly any eddy currents are induced in the connecting conductor 10 because it has the longitudinal slot 13 which suppresses the eddy current formation. In operation, there is an electrical connection between the deflection 8 of the lowermost of the windings 5 and the connection end 4 via the union nut 16 , the connection conductor 10 , 12 and the union nut 17th However, it would also be possible to design the sealing rings 20 to be electrically conductive and the union nuts 16 , 17 to be electrically non-conductive. Then there is the electrical connection between the deflection 8 and the connection end 4 via the lower sealing ring 20 , the connecting conductors 10 , 12 and the upper sealing ring 20th In this case, since the union nuts 16 , 17 are not metallic, no eddy currents are induced in them. However, in the other case as well - if the union nuts 16 , 17 are metallic - eddy currents are induced at most only slightly because they are largely outside of the turns 5 .

Das Kühlfluid durchströmt im Betrieb die Windungen 5 sowie den Anschlußleiter 10 innenseitig, wobei die Umhüllung 18 einen wesentlichen Austritt des Kühlfluids durch den Längsschlitz 13 verhindert.During operation, the cooling fluid flows through the windings 5 and the connecting conductor 10 on the inside, the sheathing 18 preventing the cooling fluid from escaping substantially through the longitudinal slot 13 .

Der Anschlußleiter 10 ist am Induktor 1 leicht montierbar und leicht auswechselbar, indem die Überwurfmuttern 16, 17 montiert oder demontiert werden. Anstelle der beschriebenen Schraubkupplung (Überwurfmuttern 16, 17) kann auch eine andere Kupplung, beispielsweise eine bajonettartige Kupplung, vorgesehen sein. The connecting conductor 10 is easily mountable and easily exchangeable on the inductor 1 by mounting or dismounting the union nuts 16 , 17 . Instead of the screw coupling described (union nuts 16 , 17 ), another coupling, for example a bayonet-type coupling, can also be provided.

In Fig. 3 ist dargestellt, daß der Anschlußleiter 10, 12 auch mehr als einen Längsschlitz 13 aufweisen kann. Durch das Vorsehen mehrerer Längsschlitze 13 wird die Wirbelstrombildung im Anschlußleiter 10 weiter unterdrückt.In Fig. 3 is illustrated that the connecting conductors 10, 12 may have, as a longitudinal slot 13 even more. The provision of a plurality of longitudinal slots 13 further suppresses the eddy current formation in the connecting conductor 10 .

In Fig. 4 ist ein Anschlußleiter 10 gezeigt, der aus einer Mehrzahl von Einzelleitern 21 besteht. Diese sind dabei gegeneinander elektrisch isoliert und werden vom Kühlfluid gekühlt. Sie können auch miteinander verdrillt oder gebündelt sein. Dabei sind sie an ihren Enden an dem Leiter 12 befestigt.In FIG. 4, a connection conductor 10 is shown, which consists of a plurality of individual conductors 21. These are electrically insulated from each other and are cooled by the cooling fluid. They can also be twisted or bundled together. They are attached to the conductor 12 at their ends.

In Fig. 5 ist ein Anschlußleiter 10 gezeigt der nur aus einem einzigen mittig liegenden Einzelleiter 21 besteht. Dieser hat einen Außendurchmesser d von etwa 3 mm und wird vom Kühlfluid umströmt. Hierfür ist eine Kühlleitung an dem Anschlußleiter 10, 12 fluiddicht angebracht. Auch in diesem Fall ist im Anschlußleiter 10 die Wirbelstrombildung im elektromagnetischen Wechselfeld durch den geringen Außendurchmesser d ≦ der Eindringtiefe wesentlich unterdrückt.In Fig. 5, a connecting conductor 10 is shown which consists of only a single central conductor 21 . This has an outer diameter d of about 3 mm and the cooling fluid flows around it. For this purpose, a cooling line is attached to the connecting conductor 10 , 12 in a fluid-tight manner. Also in this case, the formation of eddy currents in an alternating electromagnetic field is substantially suppressed by the small outer diameter d ≦ the depth of penetration in the connection conductor 10 degrees.

Der beschriebene Induktor kann zum induktiven Aufheizen eines Formteils auch verwendet werden, wenn der Innenraum des Formteils schalen- oder kanalförmig ist.The inductor described can also be used for inductive heating of a molded part be used if the interior of the molded part is bowl-shaped or channel-shaped.

Claims

1. inductor for generating an alternating electromagnetic field, in particular for heating a refractory ceramic molded part, the inductor having turns and a current-carrying connecting conductor running in the alternating field of the turns, and the turns and the connecting conductor being cooled, characterized in that the connecting conductor ( 10 ) has at least one longitudinal slot ( 13 ), or is constructed from at least one individual conductor ( 21 ), the outer diameter (d) of which is smaller or comparable to the penetration depth of the alternating electromagnetic field.

2. Inductor according to claim 1, characterized in that the connecting conductor ( 10 ) is composed of mutually electrically insulated individual conductors ( 21 ).

3. Inductor according to claim 1 or 2, characterized in that the individual conductors ( 21 ) have an outer diameter (d) of max. 5 mm.

4. Inductor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the connecting conductor ( 10 ) is enclosed at least in a partial area by a cooling line ( 18 ) which is sealed for the cooling fluid and through which the cooling fluid can flow.

5. Inductor according to claim 4, characterized in that the one or more through the cooling line ( 18 ) leading individual conductors ( 21 ) flows directly around the cooling fluid and cooled.

6. Inductor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling line ( 18 ) is formed by an electrically insulating hose or tube which / which carries the cooling fluid.

7. Inductor according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting conductor ( 10 ) is connected to the windings ( 5 ) by means of a releasable coupling ( 16 ).

8. Inductor according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting conductor ( 10 ) with a releasable coupling ( 17 ) is connected to a connecting end ( 4 ) of the inductor ( 1 ).

9. Inductor according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling line ( 18 ) by means of clamping elements ( 19 ) on the connecting conductor ( 10 ) is fixed in a fluid-tight manner.

10. Inductor according to one of the preceding claims, characterized, that it is at least partially cast into a largely fluid-tight mass is.