DE3244340C2 - Induktionsheizkabel - Google Patents

Abstract

Der biegsame Elektroerhitzer für Gegenstände hat ein flexibles Kabel (1), durch welches ein Heizstrom fließt, elektrisch isolierende Keramikbuchsen (2), die das flexible Kabel (1) umfassen, und ballige Metallfassungen (3), von denen jede das flexible Kabel (1) umgibt und die zwischen jeweils zwei benachbarten elektrisch isolierenden Keramikbuchsen (2) befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Induktionsheizkabel mit einem flexiblen Kabel, durch welches ein Heizstrom fließt. Es kann zur Wärmebehandlung von Schweißverbindungen von Rohren und Trommeln von Kesselaggregaten verwendet werden.

Bekannt ist ein aus einem Induktor bestehendes biegsames Elektroheizkabel, das in Form eines vieladrigen Kupferkabels ausgeführt ist, welches mit einer Umflechtung aus Asbestschnur oder Asbestgewebe überzogen ist (F. A. Khromchenko, »Termicheskaya obrabotka svarnykh soedineny trüb elektrostantsy«, Moskau, 1972, S. 88).

Da das Elektroheizkabel aus Kupfer besteht, oxydiert es selbst bei niedrigen Temperaturen, so daß seine Einsatzzeit nur kurz ist. Der Induktor wird auf ein zu erhitzendes Rohr nur über eine Wärmedämmschicht gelegt, was den Erwärmungswirkungsgrad herabsetzt. Außerdem ermöglicht ein so gebautes Heizkabel nur eine Induktionsheizung, bei welcher die in ihm entwickelte Wirkleistung an die Umgebung abgegeben wird, was den Erwärmungsgrad zusätzlich vermindert Bekannt ist weiterhin ein von der Firma Brown Boverie Cie. (BBC) hergestelltes wassergekühltes Induktions-Glühkabel, das ein flexibles Kupferkabel aufweist, welches mit Asbestumflechtung überzogen rnd zur Durchführung seiner Wasserkühlung hohl ausgeführt ίο ist Dieses biegsame Elektroheizkabel weist dieselben Nachteile wie das vorstehend beschriebene auf und ist aufgrund des Wasserkühlsystems bedeutend komplizierter.

Ein anderes bekanntes, aus einem Induktor bestehendes biegsames Elektroheizkabel besteht aus einem vieladrigen Kabel aus hitzebeständigem Stahl, beispielsweise aus Nichrom, und ist mit einer Elektroisolationshulle in Form eines Satzes von gleichmäßig über die Länge verteilten Keramikbuchsen überzogen. Dieses Heizkabei kann unmittelbar auf den Körper einer zu erwärmenden Kammer aufgelegt werden. Die in ihm freigesetzte Energie, also sowohl die magnetische ais auch die durch den elektrischen Widerstand bedingte, kann für die Erwärmung eines Gegenstandes genutzt werden, was einen hohen Erwärmungswirkungsgrad gewährleistet

Jedoch ist die aus einem Satz von Keramikbuchsen bestehende Elektroisolationshulle mechanisch nicht fest. Ungeschützte Buchsen fallen oft beim Auflegen auf einen zu erwärmenden Gegenstand aus. Überdies bilden die über die gesamte Länge des Kabels verteilten Buchsen eine kontinuierliche Wärmeisolationsschicht, was die Wärmeabgabe des vieladrigen Kabels erschwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein biegsames induktionsheizkabel zu schaffen, das verbesserte Wärmeabgabebedingungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Biegsamkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem iegsanien Induktionsheizkabel, mit einem flexiblen Kabel, durch welches ein Heizstrom fließt, und elektrisch isolierende Keramikbuchsen, die das flexible Kabel umfassen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeweils zwischen zwei benachbarten elektrisch isolierenden Keramikbuchsen ballige Metallfassungen befestigt sind, von denen jede das flexible Kabel umgibt. Zweckmäßigerweise ist jede ballige Metallfassung biegsam in Form einer Spirale ausgeführt und bildet einen hohlen Rotationskörper.

Auf der Mantelfläche jeder elektrisch isolierenden Keramikbuchse kann eine Metallbuchse befestigt sein, die zweckmäßigerweise zusammengesetzt ausgeführt ist. Jede Metallfassung wird vorteilhafterweise an den benachbarten Metallbuchsen angelenkt.

Es ist ferner günstig, wenn die Innenfläche des hohlen Rotationskörpers teilweise spiegelblank ausgeführt ist und auf einem Teil der Mantelfläche des hohlen Rotationskörpers Nuten vorgesehen sind.

Vorteilhaft besitzt das flexible Kabel rechteckigen Querschnitt, wobei dann zweckmäßigerweise innerhalb jeder elektrisch isolierenden Keramikbuchse eine Metallbüchse angeordnet ist, die in ihr durch eine keilförmige Verbindung befestigt ist, und auf der Innenfläche Vorsprünge verschiedener Höhe aufweist, von denen mindestens ein Teil die Oberfläche des flexiblen Kabels berührt.

Das erfindungsgemäß ausgebildete Induktionsheizkabel zeichnet sich durch eine hohe Effektivität bei der Erwärmung von Gegenständen und folglich einen ho-

hen Erwärmungswirkungsgrad aus.

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Fig.! eine Gesamtansicht eines erfindungsgemäßen Induklionsheizkabels,

Fig.2 ein Induktionsheizkabel mit Metailfassungen in Form einer Spirale,

Fig.3 ein Induktionsheizkabel mit Metallfassungen in Form eines Rotationskörpers,

F i g. 4 den Schnitt IV-IV von F i g. 1, _]0

F i g. 5 den Schnitt V-V von F i g. 1,

F i g. 6 den Schnitt VI-VI von F i g. 5 und

F i g. 7 die Anbringung des Induktionsheizkabels auf der Oberfläche eines zu erwärmenden Gegenstandes.

Das Induktionsheizkabel besteht im wesentlichen aus einem blanken vieladrigen flexiblen Kabel 1 (Fig. 1), dessen Adern aus hitzebeständigem Stahl, beispielsweise aus Nichrom, ausgeführt sind. Das Kabel 1 befindet sich in über seiner Länge gleichmäßig verteilten elektrisch isolierenden Keramikbuchsen 2. Zwischen zwei benachbarten Buchsen 2 sind auf der gesainten Länge des Kabels 1 ballige Metallfassungen 3 angeordnet, von denen jede das Kabel 1 umgibt. Die ballige Form der Fassungen 3 erhöht die Steifigkeit des Induktionsheizkabcls und erleichtert das Auflegen auf einen zu erwärmenden Gegenstand.

Die Fassungen 3 bestehen aus einer Metalldrahtspira-Ie 4 (F i g. 2), die eine ballige Form hat und konzentrisch zum Kabel 1 angeordnet ist. Die Enden der Spirale 4 sind in den Vertiefungen 5 der Buchsen 2 befestigt. Die Spirale 4 besteht aus hitzebeständigem magnetische!, oder unmagnetischen Stahl.

Um eine unerwünschte EMK, die in den hintereinander verbundenen Spiralen 4 beim Durchfluß des Arbeitsstroms durch das Kabel 1 induziert wird, zu beseitigen, sind die Spiralen 4 abwechselnd links und rechts gewickelt Dadurch heben sich die in den einzelnen Spiralen 4 induzierten elektromotorischen Kräfte gegenseitig auf.

Die Enden des vieladrigen Kabels 1 sind mit Klemmen 6 (Fig. 1) für den Anschluß an eine nicht gezeigte Stromquelle versehen.

Die Metallfassung 3 kann ein hohler Rotationskörper 7 (F ig. 3) sein.

Auf der Mantelläche jeder Keramikbuchse 2 (F i g. 2) ist eine Metallbuchse 8 befestigt. Die Buchse 2 selbst isi aus zwei Teilen 9, 10 (Fig.3) zusammengesetzt. Die Metallbuchse 8 ist auf ihrer Mantelfläche ebenfalls geteilt, hat zwei Teile 11, ?2 und ist mit den Teilen 9,10 der Buchse 2 durch eine keilförmige Verbindung verbunden, welche zwei Dichtungse.'emente 13 aus hitzebeständigem Material in Form eines regelmäßigen Kegels aufweist. Die Innenräume der Teile 11,12 der Buchse 8, die eine entsprechende Konizität haben, werden bei der Montage durch Schraubenbolzen 14 und Muttern 15 zusammengezogen und ermöglichen so eine zuverläss'-ge Befestigung der Buchse 2 am Kabel 1.

Die Fassung 3 wird zwischen den benachbarten Buchsen 2 gelenkig befestigt, wozu die Buchsen 11 Flansche 16 mit an ihnen befestigten Fingern 17 aufweisen, weiehe in Langlöcher 18 der Fassungen 3 frei hineinragen.

Die Achsen der Finger 17 liegen in einer Ebene, die durch die Mittellinie des Kabels 1 senkrecht zur Ebene seiner Hauptarbeitsbiegung verläuft. Außer der Hauptbiegting muß das lnduktionsheizkabel eine dazu verhältnismäßig kleine Krümmung in einer Ebene, die zur Ebene der Hauptbiegung senkrecht ist, d. h. in der Ebene der Achsen der Finger 17 liegt, ausführen können.

Die Krümmung wird durch einen zwischen der Buchse 2 und der Fassung 3 vorgesehenen Spalt sowie dadurch gewährleistet, daß die Löcher 18 als Langlöcher ausgebildet sind.

Bei der in Fig.3 dargestellten Ausführungsvariante ist das flexible Kabel 1 als Band mit rechteckigem Quer schnitt ausgebildet. Eine solche Ausführung des Kabels ermöglicht es, einerseits das Biegemoment zu verringern, d. h. die Biegsamkeit des Elektroerhitzers beim Auflegen auf eine krummlinige Oberfläche, beispielsweise auf die Oberfläche eines Sammlers, zu erhöhen, andererseits nimmt die Nutzfläche der Strahlung im Vergleich mit einem Kabel 1 mit kreisrundem Querschnitt zu.

Die hohle Metallfassung 3. die in der Ebene der Hauptbiegung, d.h. in der Ebene der maximal möglichen Krümmung des Elektroerhitzers, ballig ausgebildet ist, gibt eine hinreichende mechanische Festigkeit, weil die Stoßbelastungen nicht von den Keramikbuchsen 2, sondern von den mit ihren Lr.den an den Fingern 17 frei hängenden Fassungen 3 aufgeiiommen werden. In der Ebene der Achsen der Finger 17 kann man die Wände der Fassung 3 flach (F i g. 4) ausbilden, v.as einen minimalen Spalt zwischen den benachbarten Windungen dos Erhitzers beim Auflegen auf einen zu erwärmenden Gegenstand, z. B. eine Solenoidspule, und somit auch eine hohe Dichte von Amperewindungen je Einheit der Sammlerlänge ergibt.

Die Innenfläche 19 eines Teils der Fassung 3 ist im Querschnitt auf der Außenseite der Hauptbiegung des Kabels 1 lückenlos spiegelblank ausgebildet, während der übrige Teil der Fassung durchgehende Nuten 20 aufweist, die Längsnuten, wie gezeigt, oder Quernuten sind.

Wenn das biegsame Kabel 1 einen rechteckigen Querschnitt aufweist und beispielsweise vieladrig aus miteinander verflochteten Bändern besteht, bei denen die Breite beträchtlich größer ist als die Dicke, so ist innerhalb der Buchse 2 eine Metallbuchse 21 (F i g. 5, 6) untergebracht, die das Kabel 1 umfaßt und in der Buchse 2 durch eine keilförmige Verbindung 22 befestigt ist. Die Buchse 21 besteht aus einem hitzebeständigen Material und weist auf der Innenfläche Vorsprünge 23 verschiedener Höhe auf, welche über die Innenfläche der Buchse gleichmäßig verteilt sind.

Die Buchse 2 ist von Metallfassungen 24 umgeben, die durch Schweißverbindungen 25" miteinander verbunden sind. Somit bilden die durch die Buchsen 2 miteinander verbundenen Metallfa?sungen 3 eine ununterbrochene Elektroisolierhülle, in deren Mitte sich das vieladrige Kabel 1 des Induktionsheizkabels befindet.

Das lnduktionsheizkabel arbeitet folgendermaßen: Das lnduktionsheizkabel wird auf den zu erwärmenden Abschnitt eines Gegenstandes 26 (Fig. 7) In mehreren Windungen aufgelegt, deren Zahl rechnerisch vorbestirnmt wird. Die Windungen werden unmittelbar auf die Außenfläche des Gegenstandes 26 gelegt, wobei die Metalifassungen Γ über die metallische Oberfläche des Gegenstandes gleiten. Da die Metallfassungen 3 ballig ausgebildet sind, berühren die Buchsen 2 den Gegenstand 26 nicht, was deren Ausfall ausschüe3t.

Außerdem gewährleistet die Konstruktion der Fassung 3 selbst eine zusätzliche Dämpfung der Flansche 8. All das führt zur hohen mechanischen Festigkeit der Elektroisolierhiille des Induktionsheizkabels. Nach dem Verlegen bedeckt man die Windungen des Induktionsheizkabels mit einer Wärmedämmschicht 27 und schließt an die Klemmen 6 eine Strommiellp an Hiprht>i

erzeugt der durch die Windungen des vieladrigen Kabels 1 fließende Wechselstrom ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches den Gegenstand 26 durch Wirbelströme erwärmt. Gleichzeitig wird wegen des hohen elektrischen Widerstands des aus Nichrom bestehenden vieladrigen Kabels eine große Wirkleistung entwickelt, die es auf eine hohe Temperatur erwärmt. Hierbei wird die Wärmeenergie des Kabels 1 durch Strahlung und Konvektion verhältnismäßig frei auf den Gegenstand 26 übertragen, weil die Elektroäsolierhülle fast auf der ganzen Länge des Kabels 1 die Wärmeübertragung vom Kabel 1 zum Gegenstand 26 nicht behindert. Es kommt zu einer recht effektiven Erwärmung des Erzeugnisses, wobei die gesamte im vieladrigen Kabel 1 entwickelte Energie für die Erwärmung gebraucht wird.

Wenn die Fassungen 3 Nuten 20 (F i g. 4) besitzen, so geht die Strahlung der zum Sammler gekehrten Oberfläche des Kabels 1 frei durch die durchgehenden Nuten 20. Wenn iViaη noch uefücksicimgi. daß da:. Kabel ί als. Band ausgebildet ist, welches mit dem breiten Teil dem Erzeugnis zugewandt ist, so ist die Strahlungsfähigkeit des Kabels 1 recht hoch. Außerdem trifft die Strahlung der von dem Gegenstand 26 abgewandten Oberfläche des Kabels 1 auf den spiegelblanken Hohlraum 19 der Fassung 3, wird dort reflektiert und gelangt über die durchgehenden Nuten 20 auf die Oberfläche des Gegenstandes 26, wobei sie diesen zusätzlich erwärmt. Somit wird praktisch die ganze Strahlungsenergie des Kabels I für die Erwärmung des Gegenstandes 26 genutzt. Nur ein geringer Teil dieser Energie wird über die Fassungen 3 zur Wärmeschutzschicht 27 übertragen, was eine Überhitzung der Berührungszone der Fassung 3 und der Schicht 27 verhindert. Gleichzeitig mit der Strahlungserwärmung findet zusätzlich auch die Induktionserwärmung des Sammlerkörpers statt, was eine recht effektive Erwärmung mit hohem Wirkungsgrad und geringen Verlusten gewährleistet,

Im folgenden wird der Zusammenbau eines Bauteils mit einer Keramikbuchse 2 gemäß Fig. 5 und 6 erläutert. Zunächst werden an beiden Seiten des Bandpakets, das das Kabel 1 bildet, die Buchsen 21 angebracht und zwangsweise an das Kabel 1 so angedrückt, daß ihre Vorsprünge 23 in die Körper der äußeren Bänder eindringen. Da die Vorsprünge 23 verhältnismäßig kurz ausgeführt sind, werden die inneren Bänder des Pakets von diesen Vorsprüngen 23 nicht berührt. Nach der Fixierung der Buchsen 21 am Kabel 1 werden auf diese die Keramikbuchsen 2 aufgebracht und von den Fassungen 24 umgeben, welche durch die Schweißverbindungen 25 miteinander verbunden werden. Wenn beim Auflegen auf die Oberfläche eines zu erwärmenden Gegenstandes 26 das Induktionsheizkabel gebogen wird, erfolgt eine gegenseitige Verschiebung der Bänder im Querschnitt nicht nur in den freien Abschnitten des Kabels 1, sondern auch in den Abschnitten der Befestigung der Buchsen 2. und zwar weil die Vorsprünge 23 nur in die äußeren Bänder des Pakets eingedrungen sind, während die übrigen Bänder frei bleiben. Deshalb wird die Biegsamkeit des Kabels I nicht nur aufgrund «einer Paketform, sondern auch durch die Konstruktion der die Buchsen 2 aufweisenden Bauteile sichergestellt.

Eine solche Bauweise des Induktionsheizkabels gestattet es. abgesehen von der erhöhten Biegefähigkeit, einige Bauteile und -einheiten zu vereinheitlichen, da man bei Änderung der Anzahl der Bänder in einem Paket nur die Buchse 1 abändert, ohne die Bauweise der übrigen Bauteile und -einheiten zu verändern, so daß man auf diese Weise ein für andere Zwecke angepaßtes Induktionsheizkabel erhält.

Übedies ist die Reparatur eines so gebauten biegsamen Induktionsheizkabels einfach, da sich die Baueinheit leicht auseinandernehmen läßt.

Das Vorhandensein der Buchsen 21 mit den Vorsprüngen 23 erlaubt es, die ganze Baugruppe am Kübel 1 zuverlässig zu fixieren. Falls auf die Baueinheit der Buchse 2 wirkende Längskräfte auftreten, geschieht ein Selbstverklemmen der Buchse 2 auf dem Kabel 1 aufgrund der keilförmigen Verbindung 22, was eine hohe Zuverlässigkeit der Befestigung und Fixierung der Buchsen 2 auf dem Kabel 1 gewährleistet.

Somit hat die erfindungsgemäße Bauart des Induktionsheizkabels eine hohe mechanische Festigkeit und eine hohe Betriebssicherheit. Ein derartiges Heizkabel ist gegen Stoßbelastungen. Vibrationen und andere mechanische Einwirkungen wenig empfindlich.

Obendrein wird eine hohe Effektivität des Wärmeübergangs durch Strahlung üi'id KCinvckuün VüiVi vieladrigen Kabel auf den Körper der Kammer sichergestellt, was einen hohen Erwärmungswirkungsgrad gewährleistet.

Es kann auch ein Satz von Induktionsheizkabeln verschiedener Abmessungen wegen der in der Bauweise vorgesehenen Möglichkeiten der Vereinheitlichung verwendet werden, was eine ausreichend wirtschaftliche und hocheffektive elektrische Erwärmung von Gegenständen ermöglicht.

Die erhöhte Biegsamkeit des Induktionsheizkabels erweitert den Bereich von Gegenständen, die sowohl einer örtlichen als auch einer allseitigen Wärmebehandlung ausgesetzt werden können.

Das erfindungsgemäße Induktionsheizkabel kann zur Wärmebehandlung der Schweißringnuten von Trommeln sowie zur Wärmebehandlung der Kammern in Blöcken von Kesselaggregaten und ihren Sammlern verwendet werden. Hierbei wird die Wärmehehandlung technologisch vereinfacht und der Reparaturaufwund verringert. Die Verwendung des biegsamen Induktors der erfindungsgemäßen Bauart gewährleistet auch eine Elektroenergieeinsparung.

Das Induktionsheizkabel der erfindungsgemäßen Bauweise kann bei Montage- und Reparaturarbeiten in Wärmekraftwerken breite Anwendung finden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Induktionsheizkabel mit einem flexiblen Kabel (1), durch welches ein Heizstrom fließt, und elektrisch isolierenden Keramikbuchsen (2), die das flexible Kabel (1) umfassen, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei benachbarten elektrisch isolierenden Keramikbuchsen (2) ballige Metallfassungen (3) befestigt sind, von denen jede das flexible Kabel (1) umgibt

2. Induktionsheizkabel riach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede ballige Metallfassung (3) biegsam in Form einer Spirale (4) ausgeführt ist

3. Induktionsheizkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede ballige Metallfassung (3) einen hohlen Rotationskörper (7) bildet

4. Induktionsheizkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Mantelfläche jeder elektrisch isolierenden Keramikbuchse (2) eine Metallbuchse (8) befestigt ist.

5. Induktionsheizkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) zusammengesetzt ausgeführt ist

6. Induktionsheizkabel nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Metallfassung (3) an den benachbarten Metallbuchsen (8) angelenkt ist.

7. Induktionsheizkabel nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenfläche (19) des hohlen Rotationskörpers (7) teilweise spiegelblank ausgeführt ist.

8. Induktionsheizkabel nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet :5aß auf einem Teil der Mantelfläche des hohlen Rotationskörpers (7) Nuten (20) vorgesehen sind.

9. Induktionsheizkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Kabel (1) rechteckigen Querschnitt besitzt

10. Induktionsheizkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb jeder elektrisch isolierenden Keramikbuchse (2) eine rechteckige Metallbuchse (21) angeordnet ist. die in ihr durch eine keilförmige Verbindung (22) befestigt ist und auf der Innenfläche Vorsprünge (23) mit verschiedener Höhe aufweist, von denen mindestens ein Teil die Oberfläche des flexiblen Kabels (1) berührt.