DE2701644A1

DE2701644A1 - Induktionsheizgeraet

Info

Publication number: DE2701644A1
Application number: DE19772701644
Authority: DE
Inventors: Tukasa Takeda
Original assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Nitto Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1976-01-24
Filing date: 1977-01-17
Publication date: 1977-08-04
Also published as: US4145591A; FR2339315B1; FR2339315A1; GB1518251A

Description

Henkel,Kern,Feiler£rHänzel _On_nic, .

L /U I OhA

Möhlstraße 37

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^ittc Chemical Industry Co., Ltd.

Tn\rin τχπν-η Tel: 089/982085-87

iOKIO, oapan Telex. 0529802 hnkld

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Indukti onshe i zge rät

Die Erfindung betrifft ein Induktionsheizgerät mit einem einen Kohlraum zur Aufnahme des zu erwärmenden Guts aufweisenden Heizelement, das seinerseits durch die elektromagnetische Induktion beheizt oder erwärmt wird, die bei Anwendung einer Ketzfrequenz-3tromversorgung erzeugt wird.

Als typisches Eeispiel für bisher verwendete Geräte dieser Art ist in den Fig. 1a und 1b eine Vorrichtung gemäß dem JA-Gbm 1 018 3Qk dargestellt. Die Erläuterung der Induktionsheizgeräte nach dem Stand der Technik erfolgt daher zunächst unter Bezugnahme auf dieses Beispiel.

Beim Gerät gemäß Fig. 1a und 1b ist an der Außenseite eines zylindrischen, aus einem metallischen Werkstoff mit einem höheren elektrischen Widerstand als dem von Kupfer bestehenden Heizelements 1 ein Ring 2 zur Erzeugung eines Magnetflusses in Form eines Ringkerns 3 aus Siliziumstahlblech und einer mit einem Isoliermaterial überzogenen elektrischen Leitung 4 angeordnet, wobei die Leitung spulenartig um den Ringkern herumgewickelt ist. Die beiden Enden eines vorgesehenen WMrmeerzeugungsabschnitts des Heizelements 1 sind mittels bandför-

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miger, außerhalb des den Magnetfluß erzeugenden Rings 2 angeordneter elektrischer Leiter 5 aus Kupfer elektrisch miteinander verbunden.

Wenn bei dem Gerät mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau der von einer Netzfrequenz-Stromquelle gelieferte elektrische Strom i<. an die mit der Stromquelle verbundene elektrische Leitung 4 angelegt wird, wird längs des den Magnetfluß erzeugenden Rings 2 ein schleifenförmiger Magnetfluß cp erzeugt, und sooft sich dieser Magnetfluß f ändert, entsteht im Heizelement 1, dessen beide Enden durch die elektrischen Leiter ? kurzgeschlossen sind, ein in Axialrichtung verlaufender elektrischer Strom ip, wobei die ohmschen Verluste (Widerstandsverluste) infolge dieses im Heizelement 1 fließenden Stroms 1 in Wärme umgewandelt werden und mithin das Heizelement 1 selbst erwärmt wird. Wenn in den Hohlraum des Heizelements 1 ein zu erwärmendes Gut eingesetzt ist, kann dieses somit durch die 7/ärme des Heizelements erwärmt werden.

Das Beheizungs- oder Erwärmungsprinzip bei dieser Vorrichtung unterscheidet sich mithin vom Erwärmungsprinzip bei den bisherigen Geräten der in Fig. 2a und 2b dargestellten Art. Genauer gesagt, ist bei dem oben beschriebenen Gerät der bei der zuletzt genannten Konstruktion erforderliche Frequenzwandler 33 zur Anlegung eines Hochfrequenzstroms i,. an die um die zylindrische Wand 31 aus einem leitfähigen Material herumgewickelte Spule 32 nicht erforderlich. Beim Gerät gemäß Fig. 2a und 2b befindet sich der Magnetpfad praktisch in der Luft, so daß ein Srregungsstrom eines ziemlich großen Werts benötigt wird, während der Magnetpfad beim Gerät gemäß Fig. 1a und Ib durch einen Kern hoher Durchlässigkeit geschlossen ist, so daß nur ein Srregungsstrom einas vergleichsweise kleinen «erts benötigt wird und der Leistungsfaktor daher größer ist als beim zweitgenannten Gerät. Außerdem kann bei letzterem nur der mit der Spule 32 bewickelte Teil der zylindrischen Wand 31 erwärmt

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werden, während beir. erstgenannten Gerät eine gleic'uaä.3ige Erwärmung Über einen gewünschten Bereich des Heizelements 1 erzielt werden kann, indem einfach - unabhängig von der Position der Spule - die Anschlußpositior. des elektrischen Leiters 5 am Heizelement ι eingestellt wird. Das Gerät gemä.C dex genannten Ja-Gcm besitzt daher im Vergleich zu den bisherigen Geräten zahlreiche Vorteile.

Cennoch haften diesem Gerät die im folgenden geschilderten Mängel an.

Das Induktionsheizgerät gemäß Fig. la und 1b kann als eine Art Transformator mit einer Primärwicklung und einer eine einzige bindung aufweisenden Sekundärwicklung angesehen werden, bei dem die elektrische Leitung 4 die Friaärspule bildet und der durch das Heizelement 1 und den elektrischen Leiter 5 hergestellte geschlossene Kreis die Sekundärspule darstellt. Bei diesem Gerät tritt ebenfalls ein itreustrom auf, der einer Verbesserung des Leistungsfaktors der Vorrichtung an sich entgegensteht und InduktionsStörungeη bei in der Nähe befindlichen Geräten, verursacht. 3in solcher 5treuflu3 ist bekanntlich ein Magnetfluß, der allein mit der Primärwicklung, nicht jedoch mit der Sekundärwicklung, in Verkettung (interlinkage) gelangt, sowie ein Magnetfluß, der lediglich mit der Sekundärwicklung, nicht jedoch mit der Primärwicklung in Verkettung gelangt. Ss wird vorausgesetzt, da3 der erste dieser beiden Magnetflüsse beim erwähnten Gerät aufgrund seiner Konstruktion praktisch nicht vorhanden ist, so da3 bei diesem Gerät als Streufluß gemäß ?ig. 1a wahrscheinlich ein Magnetfluß ^1, welcher im Zwischenraum zwischen dem Heizelement 1 und dem elektrischen Leiter 5 um den Umfang des Heizelements 1 herumfließt, und ein Magnetfluß φ2, der um den Umfang der Leiter 5 herumfließt, entsteht. Diese Streuflüsse 4>Λ und 02 können daher als die Ursache für den oben erwähnten ungünstigen Einfluß angesehen werden.

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Zur Verminderung des Auftretens dieser Streuflüsse φΛ und φ2 wäre es denkbar, den elektrischen Leiter 5 möglichst dicht am Heizelement 1 anzuordnen und dadurch den Zwischenraum zwischen letzterem und dem Leiter 5, d.h. die Größe des zwischen beiden Teilen gebildeten "Fensters" weitgehend zu verkleinern. Tatsächlich haben Untersuchungen gezeigt, da3 diese Möglichkeit brauchbar ist. Wenn diese Maßnahme jedoch auf ein Heizelement 1 in Form eines großen Gefäßes mit großer Ausgangsleistung angewandt wird, ist die Größe des elektrischen Widerstands des Heizelement-Gefäßes jedoch sehr klein, so daß such der \.ert der Viderstandskomponente an der Einwindungoekundärwicklung sehr klein wird; hierbei wird es unumgänglich, auch den Wert der Reaktanzkomponente an der Seite der Einwindung-Sekundärwicklung entsprechend der geringen Größe dieser '/,iderstandskomponente sehr klein auszulegen. Diese Reaktanzkomponente unterliegt dem unmittelbaren Einfluß der otreuflüsse φΛ und φ2, doch kann ihr ttert auch dann nicht in einem gewünschten Maß verkleinert werden, wenn die Streuflüsse φΛ und φ2 auf die erwähnte Weise erheblich verkleinert werden. Bei einen Gerät mit der beschriebenen Konstruktion stellt die Anwendung der genannten Maßnahme bezüglich der otreuflüsse φΛ und φ2 also keine geeignete Gegenmaßnahme dar·

Da der rtagnetpfad des Streuflusses φΛ größer ist als derjenige des Streuflusses φ2 und die Querschnittsfläche des Magnetpfads aufgrund der Begrenzung durch die genannte "Fenstergröße" kleiner ist, ist auch der magnetische Widerstand grosser, während im Fall des Streuflusses φ2, dessen Magnetpfad kürzer und bei dem die iuerschnittsfläche des größten Teils, mit Ausnahme des "Fenster"-Abschnitts sehr groß ist, der magnetische Widerstand kleiner ist. Es ist somit offensichtlich, daß der 3treufluß φ2 eine größere Auswirkung bezüglich des ungünstigen otrsufluß-Sinflusses hat als der Streufluß φΛ_%

Darüber hinaus tritt bei diesem Gerät ein, wenn auch unbedeu-

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tender, Potentialunterschied zwischen den beiden Enden eines gewünschten Värmeerzeugungsabschnitts des Heizelements 1 auf, doch besitzt dieser Fotentialunterschied eine große Stromkapazität. Wenn dieses Gerät daher mit einer äußeren Konstruktion verbunden ist, fließt ein Streustrom zu dieser angeschlossenen äußeren Konstruktion. Es ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß dann, wenn dieses Gerät z.B. als Reaktor in einer chemischen Fabrik, in der brennbare Stoffe verarbeitet werden, angewandt wird, dieser Streustrom, der über Rohrleitungen o.dgl. zu der an das Heizelement 1 angeschlossenen äußeren Konstruktion fließt, vom Standpunkt der Sicherheit und der Unfallverhütung äußerst gefährlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Induktionsheizgeräts, mit dem die geschilderten Mängel und Nachteile der bisher üblichen Geräte und des Geräts gemäß dem eingangs genannten JA-Gbm ausgeschaltet werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Induktionsheizgerät der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Heizelement mit einem Hohlraum zur Aufnahme eines zu erwärmenden Guts, durch einen das Heizelement umgebenden Ring zur Erzeugung eines Magnetflusses, bestehend aus einem Ringkern und einem spulenartig um diesen herumgewickelten und gegenüber dem Ringkern elektrisch isolierten, elektrisch leitenden Draht, und durch einen außerhalb des Heizelements und des Rings angeordneten elektrischen Leiter zur Erzeugung eines Magnetflusses, dessen beide Enden mit den betreffenden Enden eines vorgesehenen Wärmeerzeugungs- bzw. Heizabschnitts des Heizelements verbunden sind, wobei der elektrische Leiter so ausgelegt ist, daß er den Umfang des Heizelements sowie den einen Magnetfluß erzeugenden Ring praktisch abdeckt oder umschließt. Aufgrund dieser Ausbildung wird es möglich, den Leistungsfaktor des Geräts selbst auf

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einen praktisch maximalen Wert zu erhöhen und außerdem Induktionsstörungen durch das Gerät bei um dieses herum angeordneten Vorrichtungen zu vermeiden.

Dieses Induktionsheizgerät ist dabei so ausgebildet, daß bei der Ausbildung des elektrischen Leiters auf vorstehend beschriebene Weise ein aus einem ferromagnetisehen Werkstoff bestehendes zylindrisches Element unter Abdeckung des Heizelements, des den Magnetfluß erzeugenden Rings und des elektrischen Leiters an der Außenseite des elektrischen Leiters angeordnet wird, wobei beide Enden des zylindrischen Elements elektrisch mit den beiden Enden eines gewünschten Wärmeerzeugungsabschnitts des Heizelements oder mit beiden Enden des elektrischen Leiters verbunden werden. Hierdurch wird einerseits das Auftreten des otreuflusses verhindert, so daß das Gerät auch bei der Behandlung von brennbaren Stoffen in ihm keinen Anlaß zu Gefahrenzuständen gibt, und andererseits das Auftreten eines zu anderen, äußeren Konstruktionen oder Geräten fließenden Streustroms verhindert wird, so daß das Gerät kein Hindernis für eine Verbesserung seines Leistungsfaktors darstellt oder Induktionsschwierigkeiten aufwirft.

In weiterer Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Induktionsheizgerät so ausgebildet, daß der elektrische Leiter aus einem den Umfang des Heizelements sowie des Rings zur Erzeugung des Nagnetflusses praktisch abdeckenden Innenleiter und einem Außenleiter besteht, der außerhalb des Innenleiters angeordnet ist, und ein zwischen Außen- und Innenleiter angeordneter Ringkern vorgesehen ist, so daß die Dicke des aus ferromagnetischem Werkstoff bestehenden zylindrischen Elements verringert werden kann, während der Wirkungsgrad des Geräts bezüglich der Verhinderung eines Auftretens des Streustroms erhalten bleibt. Hierdurch wird das Gewicht der gesamten Vorrichtung veringert und ihr Einbau erleichtert.

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Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a eine schematische Darstellung eines Beispiels für ein bisheriges Induktionsheizgerät,

Fig. 1b eine schematische Darstellung des Heiz- oder Erwärmungsprinzips beim Gerät gemäß Fig. 1a,

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines anderen Induktionsheizgeräts gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2b eine schematische Darstellung des Srwärmungsprinzips beim Gerät gemäß Fig. 2a,

Fig. 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Induktionsheizgeräts gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3,

Fig. 5 einen Teillängsschnitt durch ein auf dem Prinzip gemäß Fig. 3 beruhendes, bereits gebautes Gerät,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch ein anderes, auf dem Prinzip gemäß Fig. 3 beruhendes, bereits gebautes Gerät,

Fig. 7 eine schematische perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsheizgeräts ,

Fig. 8 eine graphische Darstellung der Ergebnisse von mit dem Gerät gemäß Fig. 7 durchgeführten Versuchen und

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Fig. 9 eine Fig. 7 ähnelnde Darstellung einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Bei der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsheizgeräts sind die in funktloneller Hinsicht den Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1a entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet, so daß die Erläuterung vereinfacht werden kann und im folgenden hauptsächlich die Unterschiede behandelt werden können.

Der augenfälligste Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Gerät nach Fig. 3 und 4 und dem bisherigen Gerät gemäß Fig. 1a liegt darin, daß der elektrische Leiter 15 bei ersterem nicht bandförmig, sondern so ausgebildet ist, daß er praktisch den gesamten Umfang des Heizelements 1 und des den Magnetfluß erzeugenden Rings 2 umschließt.

Diese Ausführungsform ist aus den noch zu erläuternden Gründen völlig frei von den einen ungünstigen Einfluß ausübenden Streuflüssen φΛ und φ2, so daß praktisch kein Magnetfluß nach außen austritt. Unter der Voraussetzung, daß ein Magnetfluß 2 vorhanden ist, der von einem Punkt A des elektrischen Leiters 15 (Fig. 4) nach außen dringt und am Punkt B wieder in das Innere eintritt, müßte, da die Darstellung von Fig. 4 symmetrisch um einen Mittelpunkt herum zentriert ist, ein dem Fluß φ2 sowohl bezüglich Größe als auch bezüglich Richtung entsprechender Fluß φ2\ wie dargestellt, vorhanden sein. Die Magnetflüsse φ2 und φ2^χ sind jedoch am Punkt A einander größenmäßig gleich und richtungsmäßig entgegengesetzt, so daß das gleichzeitige Auftreten beider Magnetflüsse unmöglich ist. Infolgedessen ist auch das Vorhandensein des Magnetflusses φ2 unmöglich. Obgleich der Leiter 15 nicht die Eigenschaften einer isolierenden Abschirmung gegen Magnetfluß besitzt, fängt er dennoch einen auftretenden Streufluß ab, so daß er den

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Austritt des Streuflusses nach außen praktisch verhindert.

Selbstverständlich ist hierbei noch ein Magnetfluß fii vorhanden, der innerhalb des Leiters 15 um den Umfang des Heizelements 1 herumläuft, doch ist sein ungunstiger Einfluß so gering, daß er praktisch vernachlässigbar ist. Da sich dieser Iiagnetflu/? 4>Λ zudem ohne weiteres mit hoher Genauigkeit berechnen läßt, falls der Konstrukteur ihn nicht ignorieren, sondern im Entwurf des Induktionsheizgeräts berücksichtigen möchte, werden hierdurch keine Schwierigkeiten bei der Konstruktion eingeführt.

Das Gerät gemäß Fig. 3 und 4 bietet somit den Vorteil, daß sein Leistungsfaktor in einem sehr hohen Grad verbessert werden kann, während das Gerät selbst keine Induktionsstörungen aufgrund des Streuflusses bei in der Nähe befindlichen Vorrichtungen einführt.

Da der Potentialunterschied, von den äußeren Konstruktionen oder Geräten her betrachtet, je nach dem Abfallgrad, des Potentials im Leiter 15 zwischen den beiden Enden des vorgesehenen Heizabschnitts des Elements 1 nur sehr klein ist, bietet dieses Gerät weiterhin den Vorteil, daß bei ihm keine Unfallgefahr, etwa aufgrund eines elektrischen Schocks gegen einen menschlichen Körper, besteht.

Der elektrische Leiter 15 besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie Kupfer o.dgl.. Vorzugsweise besitzt er eine zylindrische Form, so daß er das Heizelement 1 und den Ring 2 in seinem Inneren aufzunehmen vermag. Dieser Leiter kann mit einem schlitzförmigen Fensterteil zur Verbindung von Innen- und Außenseite zwecks Vereinfachung der Fertigung und des Einbaus versehen sein.

Das Heizelement 1 braucht nicht unbedingt eine zylindrische

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Form zu besitzen, vielmehr kann es aus einer Vielzahl von Heizröhren 11 bestehen, die jeweils für den Durchlauf des zu erwärmenden Guts ausgelegt sind (vgl. Fig. 5). Ebenso kann das Heizelement gemäß Fig. 6 als Kessel oder Gefäß 21 mit einem Boden 21' ausgebildet sein. Hierbei kann der den Magnetfluß erzeugende Ring 2 gemäß Fig. 6 in der Nähe des Umfangs des Bodens 21· des Gefäßes angeordnet sein, doch kann er selbstverständlich auch um den Mittelteil des Gefäßes 21 herum angeordnet sein.

Das Heizelement 1 kann aus mindestens einem metallischen Werkstoff, wie Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl, warmfester Stahl und dgl., bestehen, dessen elektrischer Widerstand größer ist als derjenige von Kupfer.

Der Ringkern 3 kann durch Zusammenrollen eines durchgehenden Kohlenstoffstahlstreifens zu einer Ringform, durch Zusammensetzen von rechteckigen Kohlenstoffstahlplatten zu einem Kernring oder durch Stapeln von ringförmigen Kohlenstoffstahlplatten bzw. -blechen gebildet sein. Als Werkstoff für den Ringkern 3 kann anstelle von Kohlenstoffstahlblech auch •.ieichstahlblech verwendet werden.

Im folgenden sind anhand der Fig. 7 bis 9 zwei weitere Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Da die Beschreibung der ersten Ausführungsform grundsätzlich auch auf diese beiden Ausführungsformen zutrifft, sind zur Vereinfachung der Beschreibung die den Teilen von Fig. 3 bis 6 funktionell entsprechenden Teile mit denselben Bezugsziffern wie dort bezeichnet, so daß im folgenden im wesentlichen nur die Unterschiede erläutert zu werden brauchen.

Das in Fig. 7 dargestellte Induktionsheizgerät gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzt eine Konstruktion, bei der ein etwa zylindrisches Element 6 aus ferromagnetische!»

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ϊ/erkstoff um die Außenseite des Geräts herum angeordnet ist und dessen Umfang umschließt, während die beiden Enden dieses Elements 6 elektrisch mit den beiden Enden sines vorgesehenen Heizabschnitts des Heizelements 6 und mit den beiden Enden des elektrischen Leiters 15 verbunden sind.

Bei diesem Gerät tritt aus den noch zu erläuternden Gründen praktisch kein Streustromfluß zu äußeren, mit diesem Gerät verbundenen Geräten ο.dgl. auf. Venn an die elektrische Leitung h dieses Geräts eine Wechselspannung angelegt wird, tritt, wie im Fall der zuerst beschriebenen Ausführungsform, ein sehr kleiner Potentialunterschied zwischen der Außenseite des elektrischen Leiters 15 und dem Inneren des Elements 6 zwischen den beiden Enden des vorgesehenen V^ärmeerzeugungs- bzw. Keizabschnitts des Heizelements 1 auf. Dieser Potentialunterschied kann als eine zwischen die beiden Enden des Z3^rlindrischen Elements 6 selbst von dessen Innerem her angelegte •■echselstromquelle betrachtet werden. Ss ist eine allgemein bekannte Erscheinung, daß bei einem Hochfrequenzstromfluß zu einem elektrischen Leiter dieser Hochfrequenzstrom aufgrund des Skineffekts bestrebt ist, unter Zentrierung auf der Oberfläche und nahe der Stromquellenseite relativ zum elektrischen Leiter zu fließen. Ebenso ist bekannt, daß im Fall eines elektrischen Leiters aus einem ferromagnetischen Werkstoff ein beträchtlicher Skin- bzw. Oberflächeneffekt nicht nur mit elektrischem Strom hoher Frequenz, sondern auch mit elektrischem Strom mit Netzfrequenz erzielt werden kann. Aus diesem Grund zentriert sich der vom Potentialunterschied herrührende Fluß des Wechselstroms im zylindrischen Element 6 am Inneren dieses Elements 6 und in deren Nähe, so daß er kaum an der Außenseite des Elements 6 und in deren Nähe fließt. Infolgedessen ist die Größe des Potentialunterschieds, von der Außenseite des zylindrischen Elements 6 her betrachtet, um ein Vielfaches kleiner als der genannte kleine Potentialunterschied, d.h. er beträgt nahezu Null. '.Venn daher dieses Gerät im

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3etrieb über Rohrleitungen ο.dgl. oder unmittelbar mit äußeren bzw. in der Nähe befindlichen Geräten o.dgl. mit sehr niedrigem elektrischem V/iderstand verbunden ist, tritt praktisch kein Streustromfluß zu diesen äußeren Geräten auf.

unter Anlegung verschiedener Verte der Wechselspannung Si von 50 Hz an das Innere eines als zylindrisches Element 6 verwendeten Rohrs aus Stahl 10B mit einer Dicke von 5 mm und einer Länge von 1000 mm wurde die an der Außenseite des Stahlrohrs auftretende Spannung S₀ gemessen, und die Beziehung zwischen der angelegten Spannung 2^ und dem Verhältnis der Restspannung EcV-H wurde untersucht. Das Ergebnis ist in Fig. 8 dargestellt, '.vie aus Fig. 8 hervorgeht, beträgt die an der Außenseite des Stahlrohrs erscheinende Spannung nur 0,2# der angelegten Spannung Ei.

V/enn dieses Gerät daher z.B. bei einem Reaktor in einem chemischen Werk angewandt wird, in dem brennbare Stoffe verarbeitet werden, entsteht daher keine Gefahr vom Sicherheitsund Unfallverhütungsstandpunkt, v/eil von diesem Gerät kein Streustrom zu äußeren Konstruktionen oder Geräten fließt.

Das Induktionsheizgerät nach der dritten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 9 ist eine Abwandlung des Geräts von Fig. 7, das sich dadurch kennzeichnet, daß der elektrische Leiter 15 durch einen Leiter aus einem Innenleiter 15*» welcher den Innenumfang des Heizelements 1 und den den Magnetfluß erzeugenden Rinr 2 praktisch umschließt, und einem Außenleiter 25 ersetzt ist, der außerhalb des Innenleiters 15' angeordnet und mit einem zwischen Innenleiter 15* und Außenleiter 25 angeordneten Ringkern 25 versehen ist.

Da bei diesem Gerät, ebenso wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform ein sehr kleiner Potentialunterschied zwischen der Außenseite des Innenleiters 15' und der Innenseite

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des Ringkerns 13 auftritt und ein im Vergleich dazu noch kleinerer Potentialunterschied zwischen der Außenfläche des Außenleiters 25 und der Innenfläche des zylindrischen Elements 6 erscheint, wird der dem Element 6 selbst zwischen dessen Enden von innen her aufgeprägte Wechselstrom im Vergleich zur vorher beschriebenen Ausführungsform äußerst klein« Aus diesem Grund kann die Dicke des zylindrischen Elements 6 im Vergleich zu Fig. 7 verringert werden, unabhängig davon, daß der die Verbesserung des Restspannungsverhältnisses (So/Ei) ermöglichende Skin- oder Oberflächeneffekt um so deutlicher ist, je dicker das zylindrische Element ist. Das Gerät gemäß Fig. 9 besitzt somit den Vorteil, daß es im Vergleich zum Gerät gemäß Fig. 7 leicht sein kann, dabei aber denselben Wirkungsgrad bzw. die gleiche Wirksamkeit bietet wie letzteres. Dieses Gerät ist daher wirtschaftlich und bequem zu installieren.

Das zylindrische Element 6 kann aus einem ferromagnetischen Werkstoff, wie ochiniedeeisen, elektromagnetischem Schweißstahl, Kohlenstoffstahl, Gußstahl, Siliziumstahl, Chromnickelstahl, Nickel/Eisen-Legierung und dgl., bestehen.

Obgleich vorstehend spezielle Ausführungsformeη der Erfindung offenbart sind, sind dem Fachmann selbstverständlich verschiedene Änderungen und Abwandlungen möglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Patentansprüche

1./Induktionsheizgerät, gekennzeichnet durch ein aus einem metallischen Werkstoff bestehendes Heizelement (1) mit einem Hohlraum zur Aufnahme eines zu erwärmenden Guts, durch einen das Heizelement umgebenden Ring (2) zur Erzeugung eines Magnetflusses, bestehend aus einem Ringkern (3) und einem spulenartig um diesen herumgewickelten und gegenüber dem Ringkern elektrisch isolierten, elektrisch leitenden Draht (4), und durch einen außerhalb des Heizelements und des Rings angeordneten elektrischen Leiter (5, 15) zur Erzeugung eines Magnetflusses, dessen beide Bndennit den betreffenden Enden eines vorgesehenen '.Värmeerzeugungs- bzw. Heizabschnitts des Heizelements verbunden sind, wobei der elektrische Leiter so ausgelegt ist, daß er den Umfang des Heizelements sowie den einen Magnetfluß erzeugenden Ring praktisch abdeckt oder umschließt.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter zylindrisch ausgebildet ist, so daß er das Heizelement und den einen Magnetfluß erzeugenden Ring aufzunehmen vermag.

3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter auf halber Länge zwischen seinen beiden Snden mit einem schlitzartigen Fenster zur Verbindung seiner Innenfläche mit seiner Außenfläche versehen ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem Bündel mehrerer rohrförmiger Heizelemente gebildet ist.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement die Form eines Gefäßes mit einem Boden besitzt und daß der den Magnetfluß erzeugende Ring in der Nähe des Umfangs des Gefäßbodens angeordnet ist.

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6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus mindestens einem metallischen Werkstoff, wie Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl und warmfester Stahl, besteht, dessen elektrischer Widerstand größer ist als derjenige von Kupfer.

7. Gerät nach einem der -nsprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern aus Siliziumstahl- oder '.veichstahlblech hergestellt ist.

8. Induktionsheizgerät, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein aus einem metallischen 'Merkstoff bestehendes Heizelement mit einem Hohlraum zur Aufnahme des zu erwärmenden Guts, durch einen um das Heizelement herum angeordneten Fang zur Erzeugung eines Magnetflusses, bestehend aus einem Ringkern und einem spulenartig um letzteren herumgewickelten und von ihm elektrisch isolierten, elektrisch leitenden Draht, und durch einen außerhalb des Heizelements sowie des genannten Rings angeordneten elektrischen Leiter, dessen beide Enden elektrisch mit den betreffenden Enden eines vorgesehenen Heizabschnitts des Heizelements verbunden sind, sowie dadurch, daß der elektrische Leiter den Umfang des Heizelements sowie den einen Magnetfluß erzeugenden Ring praktisch abdeckt bzw. umschließt und daß zusätzlich ein zylindrisches Element aus einem ferromagnetischen '.verkstoff vorgesehen ist, das außerhalb des Heizelements, des genannten Rings und des elektrischen Leiters angeordnet ist und diese abdeckt bzw. umschließt und dessen beide Enden elektrisch mit den betreffenden Enden des vorgesehenen Heizabschnitts des Heizelements bzw. beiden Enden des elektrischen Leiters verbunden sind.

9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter zylindrisch ausgebildet ist, so daß er das Heizelement und den einen Magnetfluß erzeugenden Ring aufzunehmen vermag.

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10. Gerät nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter auf halber Länge zwischen seinen beiden Enden mit einem schlitzartigen Fenster zur Verbindung seiner Innenfläche mit seiner Außenfläche versehen ist,

11. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter aus einem den Umfang des Heizelements sowie den genannten Ring praktisch umschließenden Innenleiter und einem Außenleiter besteht, der außerhalb des Innenleiters angeordnet und mit einem Ringkern versehen ist, welcher zwischen Innen-und Außenleiter eingefügt ist.

12. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus einem Bündel mehrerer rohrförmiger Heizelemente gebildet ist.

13. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement die Form eines Gefäßes mit einem Boden besitzt und daß der den Magnetfluß erzeugende Ring in der Nähe des Urafangs des Gefäßbodens angeordnet ist.

14. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement aus mindestens einem metallischen Werkstoff, wie Eisen, Kohlenstoffstahl, rostfreier Stahl und warmfester Stahl,besteht, dessen elektrischer Widerstand größer ist als derjenige von Kupfer.

15. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkern aus Siliziumstahl- oder Weichstahlblech hergestellt ist.

16. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß das zylindrische Element aus einem ferromagnetischen Y/erkstoff, wie Schmiedeeisen, elektromagnetischem Schweißstahl, Kohlenstoffstahl, Gußstahl, Siliziumstahl, Chromnickelstahl und Nickel/Eisen-Legierung,besteht.

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