DE2362769A1

DE2362769A1 - Verfahren und vorrichtung zum induktiven erwaermen von strangfoermigem gut im vorschubverfahren

Info

Publication number: DE2362769A1
Application number: DE2362769A
Authority: DE
Inventors: Franz J Overkott
Original assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Current assignee: Firma Paul Ferd Peddinghaus
Priority date: 1973-12-17
Filing date: 1973-12-17
Publication date: 1975-06-26
Also published as: DE2362769B2

Description

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Dipl.-ing. H. Sauerland - Dr.-Ing. R. König ■ Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4odd Düsseldorf 30 · Cecilienallee 7B · Telefon 43573s

14. Dezember 1973 28 957 B

Firma Paul Ferd. Peddinghaus, 5820 Gevelsberg i.Westf«

"Verfahren und Vorrichtung; zum induktiven Erwärmen von strangförmigem Gut im Vorschubverfahren"

Beim induktiven Erwärmen von strangförmigem Gut im Vorschubverfahren wird das Gut, beispielsweise Stabstahl oder hintereinanderliegende Werkstücke, relativ zu einem HF- oder MF-Induktor bewegt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Erwärmungsgutes wird dabei üblicherweise derart eingeregelt, daß bei einer bestimmten Induktorlänge, d_oh. bei einer entsprechenden Anzahl von Spulenwindungen des Induktors, die Erwärmungstemperatur im wesentlichen konstant gehalten wird« Es ist dabei erforderlich, die Vorschubgeschwindigkeit des Gutes in Abhängigkeit von der am Ende der Induktorspule durch ein trägheitslos und berührungsfrei arbeitendes Temperaturmeßgerät ermittelten Erwärmungstemperatür stufenlos zu regeln.

Um jeden Querschnitt des Induktors baut sich ein axial magnetisches Feld auf, das in Abhängigkeit vom Abstand der Windungen des Induktors untereinander und vom Abstand der Windungen von der zu erwärmenden Oberfläche des Gutes im Gut selbst ein induziertes magnetisches Wechselfeld erzeugt, wodurch das Gut schnell auf die gewünschte Temperatur erhitzt wird.

Es ist bereits bekannt, die Energieabgabe eines Induk- . tors an bestimmten Stellen mittels sogenannter Konzentratoren zu verstärken, die an den gewünschten Stellen

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zu

am Induktor befestigt und oft der Gestalt der zu erwärmenden Oberfläche des Erwärmungsgutes angepaßt werden₀ Die Konzentratoren können dabei aus lamellaren Eisenblechen oder Formstücken aus gebundenem Eisenpulver oder Paketen aus gebündelten Eisendrähten bestehen. Gleichwohl ist eine Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit des Gutes an die gewünschte Endtemperatur erforderlich.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein zum induktiven Erwärmen von strangförmigem Gut im Vorschubverfahren mittels eines HF- oder MF-Induktors und diesem zugeordneten Konzentratoren geeignetes Verfahren vorzuschlagen, bei dem unter Vermeidung von komplizierten Formen für den Induktor und die Konzentratoren die erforderliche Induktorleistung exakt auf die gewünschte Erwärmungstemperatur des Gutes abgestimmt werden kann, ohne die Vorschubgeschwindigkeit des Gutes ändern zu müssen© Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentratoren zur Beeinflussung der Leistungsabgabe des Induktors gegenüber diesem verstellt werden. Durch diese Verstellung der Konzentratoren relativ zum Induktor hat man es auf überraschend einfache Weise in der Hand, die Leistungsabgabe des Induktors in dem Sinne zu variieren, daß die gewünschte Erwär— mungstemperatur des Erwärmungsgutes ohne Änderung der Vorschubgeschwindigkeit erreicht wird.

Eine einfache Beeinflussung der Leistungsabgabe des Induktors läßt sich beispielsweise dann erreichen, wenn die Konzentratoren gegenüber dem Induktor axial verschoben werden.

Qiesem erfinderischen Lösungsvorschlag kommt vor allem dann große Bedeutung zu, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Relativlage der Konzentratoren

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zum Induktor in Abhängigkeit von der in bezug auf die •Vorschubrichtung des Erwärmungsgutes am Ende des Induktors gemessenen Indtemperatur kontinuierlich geregelt wird. Diese in Abhängigkeit von der am Ende der Induktionsspule gemessenen Erwärmungstemperatur erfolgende Verstellung der Konzentratoren ermöglicht eine entsprechend kontinuierliche Magnetfeldänderung, wodurch die'Leistungsübertragung des Induktors sehr feinfühlig regelbar wird«, Dies ist dann von Bedeutung, wenn der erste Teil der Induktorwindungen dem Vorwärmen des Erwärmungsgutes dienen und mit der letzten Windung der Induktionsspule die vorgegebene Endtemperatur erreicht werden soll. Damit lassen sich durch die Konstruktion und die Abmessungen des Induktors sowie des Gutes bedingte Einflüsse feinfühlig ausgleichen«,

Der erfindungsgemäße Vorschlag kann vor allen Dingen dann optimal genutzt werden, wenn die Erwärmungsendtemperatur berührungsfrei und trägheitslos gemessen und die Vorschubgeschwindigkeit des Erwärmungsgutes im wesentlichen konstant gehalten wird. Eine solche im wesentlichen konstante Arbeitsgeschwindigkeit bzw, Vorschubgeschwindigkeit des Erwärmungsgutes macht es möglich, der Induktionsspule eine eine kontinuierliche Geschwindigkeit erfordernde Bearbeitungsmaschine vorzuschälten, so daß ohne weiteres ein automatischer und zeitsparender Arbeitsablauf möglich ist.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind gegenüber dem feststehenden Induktor und dem kontinuierlich bewegten Erwärmungsgut axial verschiebbare oder radial verstellbare, den Induktor zumindest teilweise überdeckende Konzentratoren vorgesehen. Dabei erfolgt die Verstellung der Konzentratoren vorzugsweise, selbsttätig in Abhängigkeit von der gemessenen Erwärmungsendtemperatur des Gutes.

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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher ■beschrieben. Es zeigen in jeweils schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine herkömmliche Vorrichtung zum induktiven Härten von strangförmigem Gut, in schematischer Darstellung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum induktiven Härten in schematischer Darstellung;

Fig. 3 verschiedene Ausführungen von erfindungsgemäß ausgebildeten Konzentratoren;

Fig^ 4 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung ;

Fig_t 5 verschiedene Querschnitte von mittels der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung zu erwärmendem strangförmigem Gut; und

Fiff. 6 eine abgewandelte Induktionsvorrichtung mit einem als Halbschaleninduktor ausgebildeten Induktor.

Die in Fig«, 1 dargestellte Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von strangförmigem Gut 6 ist in üblicher Weise mit einem HF- oder MF-Induktor 7 in Gestalt einer Induktionsspule 8 versehen. Das Erwärmungsgut 6, das beispielsweise aus mehreren hintereinanderliegenden Werkstücken bestehen kann, wird in der angegebenen Pfeilriohtung 9 durch die Induktionsspule 8 bewegt. Die Induktionsspule 8 ist in nicht dargestellter Weise mit einem HF- oder MF-Generator verbunden. Die mit Wechselstrom gespeiste Induktionsspule 8 induziert im Erwärmungsgut 6 Wechselströme hoher Amperezahl, wodurch das Erwärmungsgut schnell auf erhöhte Temperatur gebracht

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wird. Die Erwärmungstemperatur■wird am Ende der Spule 8 an der Stelle 11 auf der Oberfläche des Erwärmungsgutes

6 durch ein trägheitslos anzeigendes und berührungsfrei arbeitendes Temperaturmeßgerät 12 gemessen. Je nach dem festgestellten Temperaturmeßwert wird über ein im Temperaturmeßgerät 12 eingebautes Plus-/Minus-Relais und die mit 13 angedeutete Steuereinrichtung die Vorschubgesohwindigkeit ν des Erwärmungsgutes 6 stufenlos geregelt. Um eine Leistungserhöhung erzielen zu können, sind am Induktor

7 Konzentratoren 14 befestigt, die beispielsweise auf den Windungen der Induktionsspule 8 aufgeklebt sein können. Diese Verfahrensweise und die erläuterte Vorrichtung gehören zum Stand der Technik.

Die erfindungsgemäße Induktionsvorrichtung gemäß Fig. 2 besitzt ebenfalls eine Induktionsspule 8 sowie ein Temperaturmeßgerät 12, mit dem die Erwärmungstemperatur an der Stellen auf der Oberfläche des Erwärmungsgutes 6 ebenfalls trägheitslos und berührungsfrei gemessen werden kann. Im vorliegenden Fall wird das Gut 6 jedoch mit einer im wesentlichen konstanten Vorschubgeschwindigkeit durch die Induktionsspule 8 bewegt. Die konstante Vorschubgeschwindigkeit kann beispielsweise dreimal größer als die Vorschubgeschwindigkeit bei der bekannten Induktionsvorrichtung gemäß Figo 1 sein und bedingt eine sehr hohe Leistungsabgabe des Generators und damit zwangsläufig auch eine entsprechend größere Leistungsübertragung durch das Magnetfeld der Induktionsspule 8 auf das Gut 6, d_oh. es muß eine wesentlich größere Energieübertragungsfläche vorhanden sein. Diese wird im dargestellten Ausführungsbeispiel durch die größere Anzahl der Windungen der Induktorspule 8 gebildet. Wie weiterhin der Fig. 2 zu entnehmen ist, sind der Induktorspule 8 konzentrisch sie umgebende Konzentratoren 14 zugeordnet, die eine gleichmäßige Leistungsabgabe über den Querschnitt bewirken_e

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Um nun die Induktor spule 8 bei konstanter Vorschubgesohwindigkeit des Gutes 6 nicht jeweils der Endtemperatur anpassen zu müssen, können die erfindungsgemäß um die Induktorspule 8 angeordneten Konzentratoren 14 axial gegenüber der Spule 8 verschoben werden« Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können die Konzaitratoren 14 in den durch die Doppelpfeile 15 angegebenen Richtungen beispielsweise zwischen den gestrichelt bzw_o durchgezogen dargestellten Sndstellungen verschoben werden. Durch diese axiale Verschiebung der Konzentratoren 14 ist es ohne komplizierte Gestaltung der Konzentratoren und der Induktorspule 8 möglich, die Leistungsabgabe der Induktorspule 8 zu regeln, und zwar in Abhängigkeit von der durch das Temperaturmeßgerät 12 gemessenen Endtemperatur des Gutes 6. Wird beispielsweise die gemessene Temperatur zu hoch, so werden die Konzentratoren 14 automatisch über die Induktorspule 8 hinweg nach außen verschoben. Der dabei über die Induktorspule 8 hinausragende Teil der Konzentratoren 14 bleibt wirkungslos und die durch die Einwirkung des Restes der Konzentratoren 14 erfolgende Vorwärmung des Gutes 6 nimmt ab, so daß die Temperatur im Endbereich der Induktorspule 8 absinkt* Auf diese Weise läßt sich bei einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit des Gutes 6 sehr einfach die jeweils gewünschte Endtemperatur des Gutes 6 erzielen«,

Die Parallelverschiebung der Konzentratoren 14 kann mechanisch, hydraulisch oder elektrisch geschehen. Die um die Induktorspule 8 angeordneten Konzentratoren 14 können eine beliebige Gestalt aufweisen und in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Sie können aus lamellaren Blechpaketen, aus gebundenem Eisenpulver oder aus Drahtpaketen bestehen. Beispiele für im Rahmen der Erfindung verwendbare Konzentratoren sind in Fig„ 3 dargestellt; ihre mögliche Anordnung um die Induktorspule 8 ergibt sich aus Fig. 4. Die Zahl der Konzentra-

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toren ist an sich beliebig, es kann sogar ein völlig ■die Spule umschließender Mantel aus Konzentratorwerkstoff vorgesehen sein.

Auch die Ausbildung des Werkstücks ist für die Erfindung nicht kritische Wie aus Fig.' 5 hervorgeht, kann der Querschnitt des strangförmigen Gutes 6 völlig frei gewählt werden;, so kann er kreisförmig, mehreckig, rechteckig und auch quadratisch sein oder auch eine andere ähnliche Gestalt aufweisen.

In Fig. 6 ist eine abgewandelte Ausführung der erfindungsgemäßen Induktionsvorrichtung dargestellt. Hierbei ist der Induktor 7 als Halbschaleninduktor ausgebildet, der also nur den halben Umfang des Gutes 6 bedeckt^ Die dem Induktor 7 zugeordneten Konzentratoren 14 sind ebenfalls halbschalenförmig ausgebildet. Die Konzentratoren 14 lassen sich gegenüber dem Induktor 7 konzentrisch verdrehen» Dadurch ist es möglich, die Konzentratoren gegenüber dem Induktor so zu verstellen, daß nur ein Teil der Konzentratoren den Induktor überdeckt, so daß eine stufenlose Regelung der Leistungsabgabe möglich ist. In Fig.· 6 ist mit ausgezogenen Linien die Grundstellung der Konzentratoren 14 dargestellt, in der letztere den Halbschaleninduktor vollständig überdecken, während mit strichpunktierten Linien Stellungen angedeutet sind, in denen die Konzentratoren 14 den Induktor nur teilweise überdecken.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, können die Konzentratoren 14 im Rahmen der Erfindung verschiedenartig ausgebildet sein; dabei ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein rechteckiger Querschnitt des Induktors 8 angenommen. Gemäß Fig«, 3a liegt um den Induktor in Längsrichtung als Konzentrator 14 ein U-förmiges Paket aus nebeneinander-

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liegenden Blechen, so daß ein sogenannter laminarer Konzentrator entsteht, während die Fig. 3b einen aus einem Preßstück, dem sogenannten ferritischen Eisenkern bestehenden Konzentrator zeigt. Dieser Eisenkern wird aus oxydiertem Eisenpulver und einem Kunststoffkleber gebildet, die unter Druck zusammengefügt sind. Beim Beispiel gemäß Fig. 3c besteht das U-förmige Paket schließlich aus einzelnen gegeneinander isolierten Eisendrähten, die auch durch U-förmig um den Induktorast gelegte Eisendrahtpakete ersetzt werden können.

Die besonderen Vorzüge der Erfindung sind vor allen Dingen darin zu sehen, daß beim induktiven Erwärmen von strangförmigem Gut mittels eines Induktors und diesem zugeordneten Konzentratoren durch lediglich eine Relativverschiebung der Konzentratoren die Leistungsabgabe des Induktors zu regeln ist, ohne daß komplizierte Formen und Ausbildungen des Induktors und der Konzentratoren erforderlich sind. Dabei ist es gleichzeitig möglich, die Vorschubgeschwindigkeit des Gutes in für den Verfahrensablauf vorteilhafter Weise konstant zu halten.

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Claims

Firma Paul Ferd_e Peddinghaus, 5820 Gevelsberg i_o¥estf.

. Patentansprüche;

Verfahren zum induktiven Erwärmen von strangförmigem Gut im Vorschubverfahren mittels eines HF- oder MF-Induktors und diesem zugeordneten Konzentratoren, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentratoren zur Beeinflussung der Leistungsabgabe des Induktors gegenüber diesem verstellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentratoren kur Beeinflussung der Leistungsabgabe des Induktors gegenüber diesem axial verschoben werden.
3ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Relativlage der Konzentratoren zum Induktor in Abhängigkeit von der in bezug auf die Vorschubrichtung des Erwärmungsgutes am Ende des Induktors gemessenen Endtemperatur kontinuierlich geregelt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Endtemperatur berührungsfrei und trägheitslos gemessen wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Erwärmungsgutes im wesentlichen konstant gehalten wird.

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6, Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentratoren zur Beeinflussung der Leistungsabgabe eines vorzugsweise als Halbschaleninduktor ausgebildeten Induktors gegenüber diesem konzentrisch verdreht werdenβ

7» Torrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5$ gekennzeichnet durch gegenüber einem feststehenden Induktor (8) und kontinuierlich bewegtem Erwärmungsgut (6) verstellbare, den Induktor zumindest teilweise umgebende Konzentratoren (14).

8, Vorrichtung nach Anspruch 7$ dadurch gekennzeichnet j daß die Verstellung der Konzentratoren (14) durch deren Verschiebung in axialer Richtung erfolgt,

β Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet , daß'die Verschiebung der Konzentratoren (14) selbsttätig in Abhängigkeit von der gemessenen Erwärmungsendtemperatur des Erwärmungsgutes (6) erfolgte

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis

9, gekennzeichnet durch ein berührungsfrei und trägheitslos arbeitendes Temperaturmeßgerät (12).

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis

10, dadurch gekennzeichnet , daß die Konzentratoren (14) konzentrisch um den als Spule (8) ausgebildeten Induktor angeordnet sind.

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12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der.Ansprüche

. bis 11, dadurch gekennzeichnet _ä

daß der Induktor (8) und die Konzentratoren (14) im wesentlichen halbschalenförmig ausgebildet, und daß die Konzentratoren (14) gegenüber dem Halbschaleninduktor konzentrisch verdrehbar sind/

13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstellung der Konzentratoren (14) mechanisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgt.

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