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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft elektrothermische Analagen und bezieht sich
insbesondere auf Anlagen zur Induktionsheizung von Erzeugnissen.
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Die Erfindung kann zur Induktionsheizung beispielsweise Schweißnuten
aufweisender großdimensionierter Erzeugnisse von mehreren regelbaren Speisequellen
angewendet werden.
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Es ist eine Regeleinrichtung für eine Induktionsheizung beim Oberflachenhärten
von Erzeugnissen(s.
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8U-Urheberschein 16317, E1. C21 D 142) bekannt. Die Einriontung besteht
aus einem im Erregerkreis eines Generators liegenden programmgesteuerten automatischen
Temperaturregler und weist eine Temperaturrückführung für die Erzeugnisse auf. .
Die Einrichtung wird bei der Einstellung der Härtungsart benutzt. Die Hauptelemente
der Einrichtung sind ein an eine hochfrequente regelbare Speise queLle angeschlossener
Induktor, ein Thermomeßgeber für einen der Punkte eines zu erwärmenden Erzeugnisses
und ein Einsteller, die an eine Vergleichseinheit des Reglers angeschlossen sind,
während der Ausgang der Vergleichseinheit mit Hilfe eines Verstärkers und eines
Stellorgans an die hochfrequente regelbare Speisequelle (Generator) gelegt ist.
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Es ist eine Regeleinrichtung für die Betriebsart einer Induktionsheizung
(s. SU- Urheberschein 541155, Kl.
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G 05 D 23/2?) bekannt. Die Einrichtung enthält einen Temperaturgeber,
der an den ersten Eingang eines automatischen Reglera angeschlossen ist, dessen
Ausgang an den Erreger eines als hochfrequente Speisequelle dienenden Masohinengenerators
gelegt ist. Der Ausgang der Quelle ist mit einem Schwingkreis "Induktor - Erzeugnis
- Ausgleichskapa zität" verbunden. An die Stromkreise des Induktors ist ein Leistungsgeber
angeschlossen, dessen Ausgang mittels einee Wandlers mit dem zweiten Eingang des
automatisohen Reglers gekoppelt ist, wobei der Wandler sich aus zwei aperiodisohen
und einem Integrierglied zusammensetzt, die miteinander parallel und deren Auginge
an einen Summator ge-
sohaltet sind.
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Bei der Bearbeitung von großdimensionierten Erzeugnis sen aber, bei
der zur Erhitzung zwei und mehr Einrichtungen benötigt werden, deren Induktoren
nahe beieinander liegen (beispielsweise zur Erwärmung mehrerer Zonen dimensionierter
Erzeugnisse ), entsteht bei den bekannten Einrichtungen eine gegenseitige Felder
dieser Induktoren, wobei sich bei Änderung der Betriebsart in der einen Heizzone
die Betriebsart in der anstoßenden Zone ändert und umgekehrt. Darüber hinaus entstehen
Dauerschwingungen in den Kraftstromkreisen der Einrichtungen, was den Spannungsschutz
auslösen kanne Es ist auch eine Induktionsheizanlage für ein Ausglühen von Schweißnähten
(s. z. B. die Reklamenschrift der belgischen Firma "Elphiac") bekannt, die als Prototyp
genommen ist.
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Die Anlage enthält einen Temperaturmeßgeber, der mit einem Temperaturregler
gekoppelt ist, dessen Ausgang mit Thyristorerregern von Wechselstromgeneratoren
in Verb in dung steht, die mittels gemeinsamer Schienen mit Anpassungstransformatoren
verbunden sind. An die Ausgänge der Transformatoren sind zwei Induktoren mit Ausgleichskapazität
angeschlossen, deren Wert vor der Erregung voreinger stellt wird.
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Die Anlage weist einen Temperaturregler für jeden In-Induktor auf.
An die Eingänge jedes Reglers sind je ein Temperaturgeber und ein Geber für den
elektrischen Betrieb angeschlosseii, der zur Überwachung einer von dem Induktor
aufgenommenen Leistung benutzt wird. Jeder Temperaturreg ler enthält einen Einsteller
f:r eine durch den Regler aufrechtzuerhaltende Temperatur. Nachteilig bei der Anlage
ist der Umstand, daß sie keine gleichmäßige Erwärmung der gesamten Ileizzone des
Erzeugnisses, besonders bei einer Zonen--Wärmebehandlung großdimensionierter unsymmetrischer
Erzeugnisse sichert. Dies ist darauf zurückzuführen, das die Anlage es nicht gestattet,
eine erforderliche Konfiguration des Wärmefeldes im Wirkungsbereich jedes Induktors
wegen gegenseitiger Beeinflussung der auf einem
Erzeugnis in unmittelbarer
Nähe angeordneten Induktoren zu erhalten, Diese gegenseitige Beeinflussung wird
dadurch verstärkt, dass die Störwirkung auf jede Induktor Selbstschwin;gungen im
Steuersystem für die Temperaturführung auslöst Ungleiche Kenndaten von in den Speisequellen
zur Anwendung kommenden Antriebsmotoren der Anlage bewirken eine Senkung des Wirkungsgrades
der gesamten auch als störende Einflüsse auf, die zur Entstehunj' von Selbstschwingungen
im Steuersystem führen Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage zur
Induktionsheizung von Erzeugnissen zu schaffen, in der zonalen eine gleichmässige
Erwärmung der gesamte einer / Wärmebehandlung unterzogenen Zone unter gleichmässiger
Steigerung der Güte der '.Yarmebehandlung durch Anderung des Strukturschaltbildes
des Steuersystems für die Temperaturführung der Anlage gewährleistet ist.
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Diese Aufgabe wird dudurctl gelöst, dass die Anlage zur Induktionsheizung
von Erzeugnissen, die mindestens zwei Induktoren mit Je einer Ausgleichskapazität
enthält, die je an eine eigene Speisequelle angeschlossen sind, deren jede einen
Geber für den elektrischen Betrieb aufweist, der an einen Eingang eines Temperaturreglers
angeschlossen ist , dessen anderer Eingang mit einem zugeordneten Temperaturgeber
verbunden ist, gemäss der Erfindung einen Leistungsgeber für jede Speisequelle und
ein Korrekturglied für deren Leistungsverhältnis enthält, an dessen eine Eingangs
über einen entsprechenden Signalumformer die Leistungsgeber der Speisequellen und
an dessen andere Eingänge die Ausgänge des für alle Induktoren der Anlage gemeinsamen
und eine Einrichtung zur Vorgabe einer in der Heizzone des Erzeugnisses zu führenden
Temperatur aufweisenden Ternperaturgebers angeschlossen und dessen Ausgänge mit
den entsprechenden Speisequellen der Induktoren gegenseitig verbunden sind.
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Es ist zweckmässig, wenn das Korrekturglied für ein Leistungsverhältnis
eine Schaltung zur Vorgabe des Leistungsverhältnisses und Vergleichsglieder enthält,
deren jedes mit einem der Eingänge an den entsprechenden
Leistungsgeber
und mit dem anderen an den entsprechenden Aus-Bang des Temperaturreglers gekoppelt
ist, wobei sämtliche Vergleichsglieder miteinander durch die Schaltung zur Vorgabe
des Leistungsverhältnisses gegenseitig verbunden sind, die aus einem variablen Widerstand
mit einem gemeinsamen Regelanschluß aufgebaut ist.
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Die Erfindung wird duroh die nachfolgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen
anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt FIR. . 1 ein
elektrisches Strukturschaltbild der erfindungsgemäßen Anlage zur Induktionsheizung
von Erzeugnissen; Fig. 2 ein elektrisches Strukturschaltbild der erfindungsgemäßen
Anlage mit zwei Induktoren, Fig. 3 ein Diagramm für die Änderung der Erwärmung temperatur
nach der Länge des Erzeugnisses.
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Die Anlage zur lnduktionsheizung von Erzeugnissen enthält mindestens
zwei Induktoren und ist zu einer Zonen--Wärmebehandlung großdimensionierter unsymmetrischer
Erzeugnisse 1 (Fig.1), beispielsweise mit einer Schweißnut 2, vorgesehen, In Abhängigkeit
vom Durchmesser1 der Wanddicke und der Konfiguration des zu erhitzenden Erzeugnisses
1 kann die Anlage drei Induktoren 3,4,5 (Fig.l) oder zwei Induktoren 3,4 (Fig.2)
enthalten.
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Die Anlage enthält Speisequellen 6,,8 (Fig.l) für jeden Induktor
3 bis 5 mit Ausgleichskapazitäten 9,10,11 und einem Umschalter 12 sowie Temperaturgeber
13,14,15 und Geber 16, 17, 18 für den elektrischen Betrieb, beispielsweise an die
Eingänge 19 und 20 eines Temperaturreglers 21 angeschlossene Stromgeber.
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Die erfindungsgemäße Anlage weist auch Leistungsgeber 22, 23, 24
für jede speiseQuelle 6,7,8 und ein Korrekturglied 25 für deren Leistungsverhältnis
auf, an dessen Eingänge 26 über einen entsprechenden Signalumformer 27 diese Geber
22 bis 24 gelegt sind. An die Eingänge 28 des Korrekturgliedes 25 sind die Ausgänge
des Temperaturreglers 21 geführt, der für sämtliche Induktoren 3 bis 5 der Anlage
gemeinsam ist. Die Ausgänge 25 des Korrektur-
gliedes 25 stehen
mit den Speisequellen 6 bis 8 der Induktoren 3 bis 5 in Wechselwirkung. Der Temperaturregler
kann in einer beliebigen bekarmten Weise ausgeführt werden, weist aber nur eine
Einrichtung 29 zur Vorgabe einer in der Heizzone des Erzeugnisses 1 zu führenden
Temperatur auf.
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Fig. 2 zeigt eine detailierte Ausführungsvariante einer Anlage mit
zwei Induktoren 3 und 4, in der das Korrekturglied 25 für ein Leistungsverhältnis
Vergleichs glieder 30 und 31 enthält, deren Eingänge mit je einem der Leistungsgeber
22, 23 und mit dem Ausgang des Temperaturreglers 21 verbunden sind. Die Ausgang
der Vergleichsglieder 30, 31 sind mit @en Speisequellen 6s7, verbunden, wobei die
Vergleichsglieder 30,31 durch eine Schaltung zur Vorgabe des Leistungsverhältnisses
miteinander gegenseitig verbunden sind, die aus einem gemeinsamen variablen Widerstand
32 mit einem Regelanschluß 33 aufgebaut ist und einen Anzeiger 34 besitzt.
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Die Anlage arbeitet wie folgt, Der Operateur stellt mit Hilfe der
Einrichtung 29 eine vorgegeben9 Temperaturführung für das Erzeugnis 1 ein, und bringt
den Regelanschluß 33 des Widerstandes 32 in die Lage, bei der das erforderliche
Leistungsverhältnis für jeden Induktor 3 und 4 eingehalten wird, wobei im Laufe
der vorgegebenen Haltezeit die Verteilung der Temperatur T in Achsrichtung nach
der Länge L des Erzeugnisses derart sein muß, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist
Naoh Betätigung der Anlage steuert der Temperaturregler 21 über das Korrekturg'lied
25 die regelbaren Speisequellen 6,7 der Induktoren 3 und 4. Hierbei beginnt das
Erzeugnis 1 nach der vorgegebenen Temperaturführung erhitzt zu werden.
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Eine beliebige Temperaturabweichung in der Heizzone wird durch die
Temperaturgeber 13, 14 gemessen, deren Signale auf die zwei Eingänge 19 des Temperaturreglers
21 auftreffen. Der Temperaturregler 21 vergleicht den Zeitwert der Temperatur mit
der Vorgabe von der Einrichtung 29. Überschreitet die Vorgabe den Zeitwert der Temperatur
des zu
erwärmenden Erzeugnisses 1 oder schreitet sie diesen, unter
entstehen Steuerspannungen für die entsprechenden Speisequellen 6,7 an den Ausgängen
des Temperaturreglers 21, wobei diese Steuerspannungen auf die Speisequellen 6,?
über das Korrekturglied 25 einwirken Im Korrekturglied 25 erfolgt eine Umverteilung
von Ausgangssteuerspannungen des Temperaturreglers 21 über Elemente wie Vergleichsglieder
30 und 31 sowie den Widerstand 32 in Äbhängigkeft von dem durch den Anschluß 33
vorgegebenen Leistungsverhältnis.
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Auf solche Weise wird der Vorgabewert der Temperatur T (Fig. 3) in
jeder Heizzone aufrechterhalten sEine derartige Steuerung gestattet es, die den
bekannten Anlagen zur Induktionsheizung anhaftenden Mängel zu überwinden, speziell
ein gleichmäßiges Wärmefeld in der ganzen Heizzone des Erzeugnisses zu erhalten.
Darüber hinaus kann man, indem man verschiedene Leistungsverhältnisse für jeden
Induktor 3 und 4 mit Hilfe des Regelanschlusses 33 des Widerstandes 32 vorgibt,
auch eine kompliziertere Konfiguration des Wärmefeldes erhalten.
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Die Meßgeber 16, 17 der Induktoren 3,4 erteilen Befehle, die an die
Eingänge 20 des Temperaturreglers 21-gelangen und den Stromwert der Induktoren 3
bis 4 signalisieren, wobei bei Überschreiten des Grenzwertes dieses Stromzweig Befehl
zum Abschalten der Induktoren 3 und 4 von den Speisequellen 6,? erzeugt wird.
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Bei Aut'treten verschiedener Störwirkungen, die beispielsweise den
Induktor 9 beeinflussen, erfaßt der Leistungsgeber 22 diese Störgrößen und liefert
über den Umformer 27 einen Befehl an das Korrekturglied 25. Dieser Befehl gelangt
über den Eingang 26 auf das Vergleichsglied 30 und wirkt über den Widerstand 32
proportional auf das zweite Vergleichsglied 31 ein. Infolgedessen treten an den
Ausgängen des Korrekturgliedes 25 Steuerspannutzen auf, die auf die Speiseauellen
6 und 7 einwirken, wodurch die entstandene Störwirkung aufgehoben wird. Hierbei
wird diese Störwirkung gleichzeitig sowohl beim In-Induktor 3 als auch beim Induktor
4 beseitigt, nur daß beim Induktor 4 dies in Abhängigkeit von der Stellung des Re-
gelensohlusses
33 des Widerstandes 32 Ein geschieht. derartiges Verfahren zur Beseitigung der entstehenden
Störgrößen gestattet osO die Selbstschwingungen bei der Steuerung der erwärmung
des Erzeugnisses 1 zu eliminieren.
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Die Erfindung gestattet es, die Betriebsarten der Induktionsheizung
bei der Speisung von Frequenzwandlern mit verschiedenen Charakteristiken automa-.
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tisch zu regeln, wodurch die technologischen Möglichkeiten der Heizanlagen
erweitert und deren Wirkungsgrad erhöht wird, sorgt für eine gleichmäßigere Erwärmung
der Heizzone des der Wärmebehandlung unterzogenen Erzeugnisses, wodurch die Güte
der Wärmebehandlung gesteigert wird, und erhöht die Güte der automatischen Regelung
des Erwärmungsvorganges durch Beseitigung von durch verschiedene Störwirkungen bedingten
Selbstschwingungen.