DE2728296C3

DE2728296C3 - Induktionsheizeinrichtung

Info

Publication number: DE2728296C3
Application number: DE2728296A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Nara Kamimoto
Original assignee: Toyo Aluminum KK
Current assignee: Toyo Aluminum KK
Priority date: 1976-06-26
Filing date: 1977-06-23
Publication date: 1982-04-22
Also published as: JPS5536250B2; IT1081114B; AU2650477A; JPS531614A; GB1552289A; ES460079A1; AU503177B2; DE2728296A1; DE2728296B2; CA1089936A; US4185183A; NZ184461A; CH616291A5

Description

«viibei

(() . 4 i I ,1)

und /der Abstand zwischen der Mitte des Joches des ersten und der Mitte des Joches des zweiten Konzentrators und a die quer zur Längsrichtung der Metallbahn gemessene Breite des zweiten Konzentrator ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seit;n der Metallbahn (3) jeweils eine Spule sowie ein Konzentrator vorgesehen sind, deren Verstellantriebe miteinander gekuppelt sind.

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinfichtüng gemäß Oberbegriff des Hauptanspru'shes,

Bei einer lnduklionsheizeinrichtuhg mit quer zu der Metallbahn gerichtetem Magnetfluß treten zwei haupl» sächliche Mängel auf, wenn solch eine Einrichtung zur gleichförmigen Beheizung einer Metallbahn über deren gesamter Breite eingesetzt werden soll. Die gleichmäßige Beheizung ist dabei an sich schon schwierig, sie wird jedoch noch schwieriger, wenn Bahnmaterial mit verschiedenen Dicken- und Breitenabmessungen unter Verwendung von ein und derselben Induktionsheizeinrichtung beheizt werden soll.

Eine Induktionsheizeinrichtung zum Erwärmen einer durch die^e mit kontinuierlichem Vorschub bewegten

ίο Metallbahn ist seit langem aus der GBPS '6 00 673 bekannt. Diese Induktionsheizeinrichtung weist zwei Magneteinheiten auf, die voneinander beabstandet sind und dazwischen einen Arbeitsspalt bilden. Jede Magneteinheit besteht aus mehreren Eisenkernen und zugeordneten Magnetisierungsspulen. Die Magneteinheiten können so eingestellt werden, daß die Abmessungen des Arbeitsspaltes und die Winkelstellungen gegenüberliegender Pole abhängig von den Anforderungen der zu bearbeitenden Metallbahn veränderbar sind. Eine gleichmäßige Erwärmung, insbesondere auch der Randbereiche von Metallbahnen mit verschiedenen Breiten oder Dicken ist mit dieser bekannten Induktionsheizeinrichtung aber nicht möglich.

Eine Induktionsheizeinrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruches genannten Art ist aus der DE-AS 11 58 194 bekannt. Bei dieser Induktionsheizeinrichtung ist der Leiter dur Induktionsspule um ortsfeste Ferritkerne herumgeführt, die als Konzentratoren wirken, gleichmäßig über der Breite der Metallbahn verteilt sind und teilweise über die Seitenränder der Metallbahn hinausstehen. Bei dieser bekannten Einrichtung ist nachteilig, daß die gleichmäßige Aufheizung der Metallbahn auch an ihren Rändern nur dann möglich ist, wenn die Bahn eine vorgegebene Breite hat, da sowohl die Spulen als auch die Konzentratoren ortsfest angeordnet sind. Auch für Metallbahnen verschiedener Dicke ist diese bekannte Einrichtung nicht geeignet, da auch der Abstand der oberhalb und unterhalb der Metallbahn vorgesehenen Spulen L'id Konzentratoren festliegt. Die bekannte Indukticnsheizeinrichtung ist daher für den praktischen Einsatz zu wenig flexibel.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsheizeinrichtung der genannten Gattung zu schaffen, durch die verschiedene Typen von Metallbahnen, insbesondere verschieden breite und verschieden dicke Metallbahnen, auf der gesamten Fläche einschließlich der Ränder gleichmäßig aufgeheizt werden können.

in Diese Aufgabe wird durch die in dem Hauptanspruch gekennzeichnete, erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung gelöst. Durch die mit den Konzentratoren zusammenwirkenden Stelleinrichtungen ist es möglich, die erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung optimal auf verschieden breite und verschieden dicke Metallbahnen einzustellen, so daß die gleichmäßige Beheizung der Metallbahn in den verschiedensten Anwendungsfällen möglich ist.

Aus der DE-AS 10 16 384 ist zwar eine Vorrichtung bekannt, bei der die Längskanten von Metallbahnen unterschiedlicher Dicke erwärmt werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch nur die Erwärmung der Kanten, nicht jedoch die Erwärmung der Metall* bahn auf der gesamten Breite möglich. Dazu werden bei der bekannten Vorrichtung nicht nur die Konzentratoren, sondern auch die Heizleiter zusammen mit den Konzentratoren bewegt, was einen erheblichen Bauaufwand mit sich bringt. Maßnahmen, um verschieden

dicke Metallbahnen durch Veränderung der Konzentratoranordnung an den Rändern aufzuheizen, sind in der bekannten Vorrichtung nicht vorgesehen. Daher ist eine Kombination der aus der DE-AS 10 16 384 bekannten Vorrichtung mit der Induktionsheizeinrichtung aus der DE-AS 1158194 nicht nahegelegt und auch nicht geeignet, die gestellte Aufgabe zu lösen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Die Ausführungsform nach Anspruch 2 hat den Vorteil, daß die U-förmigen Konzentratoren einerseits eine optimale Richtwirkung für den Magnetfluß aufweisen und andererseits unbehindert gegenüber den Spulenabschnitten verstellbar sind. Das Ausführungsbeispiel von Anspruch 3 gewährleistet eine optimale Einstellung der erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung auf verschieden breite und dicke Metallbahnen, während das Ausführungsbeispiel von Anspruch 4 den Vorteil aufweist, daß durch die symmetrische Anordnung der Konzentratoren und Verstellantriebe eine von beiden Seiten der Metallbahn her gleichmäßige Aufheizung erfolgt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung we^r ien nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. IA und IB eine Draufsicht bzw. einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung,

F i g. 2 in größerem Detail den Hauptteil einer Draufsicht auf die in Fig. IA gezeigte Induktionsheizeinrichtung,

Fig. 3 bis 5 schematische Darstellungen der Verteilung des Sekundärstromes,

Fig.6 und 7 experimentelle Ergebnisse bei Induktionsheizeinrichtungen ohne Verwendung von Zusatzkonzentratoren und

F i g. 8 bis 10 die experimentellen Ergebnisse bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung.

Fig. IA zeigt eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Induktionsheizeinrichtung und Fig. IB einen Schnitt durch die Einrichtung. Fi g. 2 zeigt in größerem Detail den I 'auptteil der Draufsicht der erfindungsgemäßen Induktionsheizeinrichtung, die in den Fig. IA und 1B gezeigt ist Zwei Spulenabschnitte 2a und 26 erstrecken sich in Querrichtung oder in der Breitenrichtung der Metallbahn 3 bei deren Vorderseite und Rückseite. Es sind im Schnitt U-förmige Hauptkonzentratoren 1 jnd Γ vorgesehen, die n^he bei dem einen Spulenabschnitt 2a liegen und diesen umgeben, sowie kurze, im Schnitt U-förmige Zusatzkonzentratoren 6 und 6', die an den beiden Enden des anderen Spulenabschnitts 2b so angeordnet sind, daß sie gegenüber der Metallbahn 3 schwimmend gelagert sind. Jede der Spulen 2 weist mehrere Windungen aus Kupferrohr auf. Jede der Spulen 2 ist mit einer Hochfrequenzstromquelle verbunden. Die Hauptkonzentratoren 1 und i' sind auf einem Rahmen 5 gelagert und die Länge der Hauptkonzentratoren 1 und Γ ist größer gewählt als die Breite der Metallbahn.

Anhand von F i g. 2 wird nun die Anordnung der Hauptkonzentratoren 1 und Γ zu den Zusatzkonzentratoren 6 und 6' im einzelnen beschrieben. Die Hauptkonzentratoren 1 und Γ sind symmetrisch zu der Metallbahn 3 angeordnet, welche zwischen ihnen liegt. Die beiden Hauptkonzentratoren 1 und 1' sind mit Leitspindeln 80 an ihren beiden Enden miteinander gekoppelt. Die Leitspindel 80 haben Gewinde, so daß die Leitspindel 80 durch ein Stellrad 8 zur Einstellung des Luftspaltes G\ (F i£. IB) des Hauptkonzentrators gedreht werden kann, wodurch der Abstand zwischen den Hauptkonzentratoren 1 und Γ einstellbar ist. Auf ähnliche Weise sind die Zusatzkonzentratoren 6 und 6' mit Leitspmdeln 70 an ihren beiden Enden miteinander

') gekoppelt, so daß der Abstand zwischen den Zusatzkonzentratoren 6 und 6' durch ein Stellrad 7 eingestellt werden kann, um den Luftspalt C2 (Fig. IB) der Zusatzkonzentratoren einzustellen. Ferner können sich die Zusatzkonzentratoren 6 und 6' frei in Längsrichtung

in der Hauptkonzentratoren 1 und Y bewegen, d. h. in der Breitenlichtung der Metallbahn 3. Zu diesem Zweck ist eine Leitspindel 90 und ein Stellrad 9 vorgesehen.

Durch die Zusatzkonzentratoren 6 und 6' wird folgender Vorteil erzielt. Es sei angenommen, daß die

π Metallbahn ohne Verwendung der Zusatzkonzentratoren aufgeheizt wird. Dann kann eine gleichförmige Aufheizung über der gesamten Breitenrichtung der Metallbahn nur dann erfolgen, wenn der Spalt G1 zwischen den Hauptkonzentratoren, die Dicke t der

2n Metallbahn und die Frequenz fder Wechselstromquelle richtig festgelegt sind. Wenn jedocH die Dicke f der Metallbahn unterschiedlich ist. wird eine gleichförmige Beheizung unter Verwendung derseluen Heizspule schwierig. Insbesondere bei einer dünnen Metallbahn

.'■> mit einer Dicke von weniger als 100 μΐη besteht die Gefahr, daß die beiden Ränder der Metallbahn weniger beheizt werden. Di·: Zusatzkonzentratoren 6 und 6' dienen dazu, die beiden Randabschnitte zusätzlich zu heizen, bei denen sonst die Gefahr einer geringeren

ίο Aufheizung besteht Dies wird im folgenden anhand von F i g. 3 näher erläutert

F i g. 3 zeigt den Verlauf des Sekundärstromes /2, der durch die Metallbahn 3 verläuft, wobei die Hauptkonzentratoren 1 und Γ und die Zusatzkonzentratoren 6

Jj und 6' und das Kupferrohr der Spule 2 in der gezeigten Lage vorhanden sind, so daß diese zu der Erzeugung des Sekundärstromes /2 beitragen. Damit das Material der Metallbahn in der gesamten Breitenrichtung gleichförmig aufgeheizt wird, muß der Weg des Sekundärstromes /2 an den Randabschnitten von dem Punkt X zu dem Punkt Y und dem Punkt Z halbkreisförmig ver'aufen (Fig. 3). In Fig. 3 bedeutet /der Abstand zwischen den Nuten der Hauptkonzentratoren 1,1' und der Zusatzkonzentratoren 6 und 6', d. h., der Abstand 3 zwischen den parallelen Kupferrohren der Spule 2; a bezeichnet die Länge der Zusatzkonzentratoren 6, 6'. Folglich kann der Abstand d, der in F i g. 3 gezeigt ist, wie folgt ausgedrückt werden:

Der Bereich von A muß die folgende Gleichung befriedeten:

0 <- A <

Der Bereich v< η A wird durch den Spalt G 2 der Zusatzkonzentratoren bestimmt, wobei 4 = 0 ist, wenn G 2 =z 0 ist. Wenn G 2 den Wert für den maximalen Spalt G2_max annimmt, der bei den Zusatikonzentratoren wirksam ist, d. h., wenn G 2 = G2_max gilt, dann ist

65A = '/23.

Wenn die ZusatzKonzeniratoren die in den obengenannten Gleichungen 1 und 2 beschriebene Beziehung nicht erfüllen, wird eine gleichförmige Beheizung

schwierig. Es sei angenommen, daß die d<^l-A ist.

Dann fließt der Sektindärslrom /2 an den Randbereichen nicht in einem kreisförmigen Bogen, sondern in ■ einer elliptischen Bahn, wie in Fig.4 gezeigt ist. Folglich fließt der Strom eher parallel zu der Transporlrichtung der Metallbahn 3, so daß eine Überhitzung an den Bereichen verursacht wird, wo der Strom parallel zu der Transportrichtung fließt. Dadurch in kann eine gleichförmige Beheizung der Metallbahn

nicht erzielt werden. Es sei angenommen,daß d> ·, l—A

ist. Dann fließt der Sekundärstrom /2 an den Randbereich auf einer Bahn, wie sie in Fig. 5 dargestellt l» ist, so daß die Stromdichte an den Randbereichen klein wird, wodurch diese Bereiche weniger beheizt werden. Auch durch diesen Effekt kann eine gleichförmige Beheizung nicht erreicht werden.

Wenn keine Zusatzkonzentratoren vorgesehen sind, si ist das Maß, um das die Randabschnitte weniger beheizt werden, unterschiedlich je nach der Dicke f der Metallbahn und dem Spalt G 1 der Hauptkonzentratoren. Die experimentellen Ergebnisse in diesem Zusammenhang sind in den Fig.6 und 7 gezeigt. Folglich i> werden der Spalt G 2 der Zusatzkonzentratoren und auch die Dicke t in Abhängigkeit davon festgelegt und bestimmt, um wieviel die Randabschnitte weniger beheizt sind. Im folgenden werden einige bevorzugte Beispiele gegeben.

Beispiel 1

Eine Induktionsheizeinrichtung, wie sie in den Fig. IA und IB gezeigt ist, wird dazu benutzt, eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 100 μπι und einer Breite von 500 mm und einer Transportgeschwindigkeit von 30 m/min kontinuierlich aufzuheizen. Unter folgenden Bedingungen wurde eine gleichförmige Beheizung der Folie über der gesamten Breite erreicht: Frequenz Z^- = 1,OkHz, Luftspalt G\ des Hauplkonzentrators = 10 mm, Luftspalt G 2 des Zusatzkonzentrators = 20 mm. Abstand c/der Zusatzkonzentratoren = 20 mm. Wenn die Zusatzkonzentratoren entfernt werden, während die anderen Bedingungen unverändert belassen werden, d. h- wenn G 2 = 00 gilt, werden die Randabschnitte weniger beheizt. Das Ergebnis dieses Vergieichsversuches ist in F i g. 8 gezeigt

Beispiel 2

Eine Induktionsheizeinrichtung, wie sie in den F i g. 1A und 1B gezeigt ist, wurde dazu verwendet, eine Aluminiumfolie mil einer Dicke von 60 μιη und einer Breite von 500 mm mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min kontinuierlich aufzuheizen. Eine gleichförmige Beheizung wurde über der gesamten Breite der Folie unter folgenden Bedingungen erreicht: Z^-=I₁OkHz, GI = 10 mm, G 2 = 12 mm und d = 25 mm. Wenn die Zusaizkonzentratoren entfernt werden, während die anderen Bedingungen beibehalten werden, werden die Randabschnitte weniger beheizt. Das Ergebnis dieses Vergleichsversuches ist in F i g. 9 dargestellt.

Beispiel 3

Eine Induktionsheizeinrichtung, wie sie in den Fig. IA und IB gezeigt ist, wurde dazu verwendet, eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 200 μηι und einer Breite von 5öö mm mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min kontinuierlich aufzuheizen. Eine gleichförmige Beheizung kann in der gesamten Breitenrichtung der Folie unter folgenden Bedingungen erreicht werden: Z^-=I₁OkHz, Cl= 22mm, G2 = 46mm und d = 30 mm. Wenn die Zusaizkonzentratoren entfernt werden, während die anderen Bedingungen beibehalten werden, werden die Randabschnitte weniger beheizt. Die Ergebnisse dieses Vergleichsversuches sind in Fig. IG tiargestellt.

Beispiel 4

Eine Aluminiumfolie mit einer Dicke von 100 μιτι und einer Breite von 400 mm wurde unter denselben Bedingungen wie bei dem Beispiel 1 kontinuierlich beheizt. Es konnte eine gleichförmige Aufheizung in der gesamten Breitenrichtung ebenso wie bei dem Beispiel 1 erreicht werden. Obwohl in diesem Fall die Breite der Aluminiumfolie nur 400 mm betrug, konnte eine gleichförmige Heizung in der gesamten Breitenrichtung unter Verwendung der gleichen Heizspule einfach dadurch erreicht werden, daß man die Zusatzkonzentratoren in Positionen bewegt hat, so daß d = 20 mm war.

Wie aus den obigen Beispielen hervorgeht, ist bei der Induktionsheizung lediglich die Wahl der Position t/der Zusatzkonzentratoren für Materialien verschiedener Breite und lediglich die Wahl der Position d und des Spaltes G2 der Zusatzkonzentratoren für Materialien verschiedener Dicke erforderlich.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Induktionsheizeinrichtung zum Erwärmen einer durch diese mit kontinuierlichem Vorschub bewegbaren Metallbahn, mit einer an eine Hochfrequenz-Stromquelle angeschlossenen Induktionsspule, deren wenigstens eine Wicklung aus zwei Spulenabschnitten besteht, von denen jeder sich entlang der Oberfläche der Metallbahn und über deren seitliche Ränder hinaus erstreckt, und mit einem ersten sich entlang dem einen Spulenabschnitt erstreckenden und Ober die Seitenränder der Metallbahn hinausstehenden ferromagnetischen Konzentrator, der in der Nähe des einen Spulenabschnitts angeordnet ist und den Magnetfluß des einen Spulenabschnitts senkrecht auf die Ebene der Metallbahn richtet, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter mit dem anderen Spulenabschnitt (2b) und den Seitenrändern der Metallbahn (3) magnetisch gekoppeltei Konzentrator (6) vorgesehen ist, der von einer ersten Stelleinrichtung (9) quer zur Längsrichtung der Metallbahn (3) verstellbar ist, und daß beide Konzentratoren, die sich im wesentlichen quer zur Längsrichtung der Metallbahn erstrecken, den Leiter der beiden Spulenabschnitte (2a, 2b) umgeben und mit Stirnflächen zur Metallbahn weisen und bezüglich deren Abstandes zur Ebene der Metallbahn durch zweite und dritte Stelleinrichtungen (7, 8) unabhängig voneinander verstellbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennleichnet, daß die Konzentratoren (6) einen U-förmigan Querschnitt aufweisen and die zugehörigen Spulenabschnitte(2a,2fc/aufdrei Seiten umgeben.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentratoren (6) derart angeordnet sind, daß der Abstand d von dem Rand des Konzentrator (6) bis zu dem Randabschnitt der Metallbahn (3) die folgende Gleichung erfüllt: