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Einrichtung zum induktiven Erwärmen von metallischem
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Stranggut Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum induktiven Erwärmen
von metallischem Stranggut durch eine dieses rechteckig umgebende, auf einem Tragkörper
befestigte einlagige elektrische Induktionsspule.
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Einrichtungen dieser Art dienen dazu, Werkstück-Rohlinge vor ihrer
Bearbeitung (Walzen, Schmieden) in möglichst kurzer Zeit auf die für den folgenden
Bearbeitungsgang norwendige Temperatur zu erwärmen. Eine besonders vorteilhafte
Methode für die Erwärmung, insbesondere von Strangmaterial (Knüppel, Brammen, Stangen)
ist deren induktive Aufheizung im magnetischen Wechselfeld. Dies geschieht in einer
den erforderlichen Materialabmessungen angepaßten, meist mehrere Rohlinge aufnehmenden
Ofenkammer, die von einer einlagigen Induktionsspule umgeben ist. Ein solcher Ofen
arbeitet üblicherweise im kontinuierlichen Betrieb, d.h. das erkaltete Material
wird von der einen Seite zugeführt, verbleibt während der notwendigen Erwärmungszeit
im Ofen und wird dann entnommen und der Bearbeitungseinrichtung zugeleitet. Die
Einrichtungen sind dabei so ausgebildet, daß sie eine solche Anzahl von Rohlingen
aufnehmen können, daß ein kontinuierlicher Durchlaufbetrieb möglich ist.
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Für den Wirkungsgrad eines solchen Induktionsofens ist es wichtig,
daß die Induktionsspule die zu erwärmenden Werkstücke möglichst eng umgibt. Wenn
diese Werkstücke
mit einheitlichen Abmessungen in großer Stückzahl
produziert werden können, ist diese Voraussetzung ohne wesentlichen Aufwand zu erreichen.
Wenn jedoch, wie es gerade in modernen Produktionsanlagen häufig gefordert wird,
mittlere bis kleine Stückzahlen möglichst rationell gefertigt werden sollen, entsteht
der Wunsch, die Spulenabmessungen den jeweils zu erwärmenden Werkstücken rasch und
problemlos anpassen zu können.
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Um dies zu erreiche, ist es aus DE-PS 23 10 064 bekannt, eine Vielzahl
von Induktoren mit unterschiedlichen, auf die jeweiligen Werkstückmaße zugeschnittenen
Abmessungen vorzusehen, die auf möglichst einfache Weise gegeneinander ausgetauscht
werden können. Dazu sind die Anschlußlaschen der Spulen zugleich Teil einer Schaltvorrichtung
mit entsprechenden Kontakten. Auf diese Weise können die einzelnen Induktoren zumal
dann, wenn sie auf einem Transportgerät angeordnet sind, in welches die für die
Kühlung der Spule erforderlichen Kühlmittelanschlüsse integriert sind, einfach und
schnell ausgewechselt werden. Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht vor allem
darin, daß sie sich nur bei relativ kleinen Induktorabmessungen wirtschaftlich verwirklichen
läßt. Im Falle der bei stationären Anlagen verwendeten größeren Induktorabmessungen
kommt eine solche Anordnung aus wirtschaftlichen Gründen nicht mehr in Betracht.
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Für diesen Fall ist in Elektro-Welt 1963, Heft 23, 24, Seiten 480
bis 482 eine Strangerwärmungsanlage beschrieben, bei der zwei Induktoren auf einem
gemeinsamen Grundrahmen angeordnet und so gelagert sind, daß jeweils ein Induktor
an die Stelle des anderen Induktors verschoben werden kann, wenn auf eine andere
Materialabmessung umgestellt werden soll. Dabei ist es erforderlich, zunächst die
Schraubverbindungen der Anschlüsse zu lösen, den ersten Spulensatz auszuschieben
und den zweiten
Spulensatz an dessen Stelle zu montieren. Der Nachteil
einer solchen Anordnung besteht vor allem darin, daß man mehrere komplette Spulensätze
benötigt und daß darüberhinaus eine beachtliche Umrüstzeit erforderlich ist.
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Auch läßt sich das Umruesten schlecht automatisieren, sondern muß
durch entsprechendes Fachpersonal von Hand vorgenommen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einenIndukttionsofen auch
für größere Materialabmessungen so zu gestalten, daß die Umrüstzeiten zur Anpassung
der Spulenabmessungen an sich ändernde Materialabmessungen einen möglichst geringen
Zeitaufwand erfordert und sich darüberhinaus auch auf einfache Weise automatisieren
läßt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art
durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren 1 bis
4 im folgenden näher erläutert. Darin zeigen: Fig. 1 den Längsschnitt eines kontinuierlich
arbeitenden Induktionsofens für Stangenmaterial, Fig. 2 eine schnittbildliche Seitenansicht
dieses Ofens; Fig. 3 einen Ausschnitt der Induktionsspule in Draufsicht mit einer
Kontaktiervorrichtung und Fig. 4 einen seitlichen Querschnitt der Hubeinrichtung
zum Verstellen einer Spulenseite.
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Bei einem in Fig. 1 dargestellten Induktionsofen ist die einlagige
Induktionsspule 1 von einem hitzebeständigen Mantel 2 umgeben. In dem von der Wicklung
1 umschlossenen Raum befindet sich das zu erwärmende Stangen-
material
mit einem die Ofenhöhe ausfüllenden Stapel übereinander angeordneter Stangen 3 mit
rechteckigem Querschnitt. Dabei ist die zweite Stange von unten mittels noch zu
beschreibender Klemmvorrichtungen am Ofengerüst fixiert. Die untere Stange ist frei
beweglich auf Rollen 4 gelagert. Zwischen diesen Rollen befinden sich von einer
gemeinsamen Antriebsvorrichtung 5 betätigte Hubvorrichtungen 5', welche in der Lage
sind, das gesamte Stangenpaket um die Höhe jeweils einer Stange nach oben zu verschieben,
so daß die Stangen von der untersten Position bis zur obersten durch das von der
Wicklung 1 erzeugte Induktionsfeld wandern. Die in der jeweils obersten Position
(Ausstoßposition) befindliche Stange wird von einer sogenannten Stoßmaschine mit
einem vom Antriebsmotor 6 betätigten Schneckengetriebe 7, einem Hebel 8, der auf
einer Gleitstange 9 horizontal verschiebbar gelagert ist und einer mit diesem fest
verbundenen Schubstange 10, in der Weise ausgestoßen, daß die Schubstange 10 durch
eine entsprechende Bohrung des Ofenmantels so in den Ofen hineinwirkt, daß sie bei
entsprechender Betätigung der Stoßmaschine die oberste Stange durch eine Entladeöffnung,
die mit Hilfe einer hydraulisch oder pneumatisch betätigten Klappe 11 verschließbar
ist, in Richtung auf die Treibrollen 13 soweit nach außen bewegt, daß diese mit
den Treibrollen in Eingriff kommt und dabei vollständig aus dem Ofen herausgezogen
wird. In Fig. 2 ist zu erkennen, daß die bereits erwähnten, mehrfach vorhandenen
und über die Ofenlänge verteilt angeordneten lösbaren Klemmvorrichtungen 14 die
zweite Stange von unten derart gegen eine am Ofengerüst angeordnete Halterung 15
drücken, daß diese den gesamten darüberliegenden Stapel hält. Zum Nachladen des
Ofens wird die Klemmvorrichtung durch nicht dargestellte Mittel gelöst. Gleichzeitig
drücken die Hubvorrichtungen 5' die auf den Rollen 4 liegende unterste Stange nach
oben, so daß der gesamte Stapel um
eine Stangenhöhe nach oben versetzt
wird. Anschließend wird die Klemmvorrichtung 14 wieder betätigt, so daß die bisher
unterste Stange in die vorletzte Position gelangt, dort fixiert wird und eine weitere
in der Vorbereitungsposition auf den Rollen 16 liegende Stange auf die Rollen 4
geschoben werden kann. Dieser zuletzt beschriebene Vorgang wiederholt sich kontinuierlich.
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Ein solcher Ofen ist bei größeren Serien von Stangen gleicher Abmessungen
rationell einsetzbar. Bei häufig wechselnden Stangenprofilen müssen entweder mehrere
entsprechend angepaßte Öfen vorhanden sein oder die Umrüstzeiten nehmen einen erheblichen
Umfang an. Dies geht in beiden Fällen auf Kosten der Wirtschaftlichkeit. Zur Verbesserung
dieser Situation wird nun gemäß der Erfindung vorgeschlagen, die einzelnen Windungen
der Induktionsspule nicht starr auszuführen, sondern in wenigstens zwei Kanten einer
Spulenseite jede einzelne Windung und den sie tragenden Spulenkörper zu unterbrechen
und die Windungsenden entweder mittels flexibler Kabel zu verbinden oder nach Art
von Schaltkontakten lösbar miteinander zu verklemmen. Gleichzeitig soll die den
betreffenden Wicklungsteil tragende Wand des Tragkörpers der Spule gegenüber deren
restlichem Teil und der diesentragendt Wände des Tragkörpers horizontal verschiebbar
gestaltet sein. Das Ausführungsbeispiel in den Figuren 3 und 4 zeigt, wie dieser
Vorschlag konstruktiv gelöst werden kann. In Fig. 3 ist die linke Hälfte einer einzelnen
Windung als Beispiel für alle übrigen Windungen der auf einem Tragkörper angeordneten
Spulenwicklung 1 dargestellt. Erkennbar ist die linke untere Kante sowohl dieser
Spulenwindung wie des Tragkörpers unterbrochen. Das gleiche gilt für die nicht dargestellte
rechte untere Kante von Spul e und Tragkörper. Dadurch entsteht ein vom übrigen
Tragkörper
mechanisch getrennter wandförmiger Teil und dem darauf
befestigten Spulenteil. Dabei ist das verlängerte Ende des dargestellten Windungsteils
17 um den wandförmigen Tragkörperteil 18' herum um 900 nach außen gekröpft.
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Der übrige Tragkörperteil 18 sowie der zugeordnete überstehende Teil
der Windung 17 sind an den getrennten Ecken nach außen überstehend und parallel
zu dem abgekröpften Ende des Windunsteils 171 um den Betrag k + h nach außen weitergeführt,
so daß der Windungsteil 17 durch eine noch zu beschreibende Klemmvorrichtung mit
dem abgekröpften Ende des Windungsteiles 17' elektrisch leitend verklemmbar ist.
Darin bedeuten k = Länge der elektrischen Kontaktfläche und h = gewünschter Hub
des frei beweglichen Windungsteiles 17' und seines Tragkörpers 18' gegenüber den
restlichen Teilen 17, 18. Die Klemmvorrichtung 19 besteht aus zwei im oberen Drittel
nach außen abgekröpften Klemmhebeln 20, 21, die etwa im Bereich der Kröpfung mit
zwei nach innen ragenden Laschen 23, 24 versehen sind, die in einem gemeinsamen
Drehpunkt 25 drehbar gelagert sind. Am Ende der kürzeren, parallel geführten Arme
der Klemmhebel sind Klemmbacken 26, 27 angeordnet, deren Innenseiten mit Isoliermaterial
beschichtet sind. Dabei ist eine dieser Klemmbacken, beispielsweise 26, drehbar
und die andere fest mit dem zugeordneten Klemmhebel und dieser wiederum mit dem
verschiebbaren Tragkörper 18' verbunden. Die längeren, nach außen abgekröpften Arme
der Hebel 20, 21 sind an ihren Enden mit je einem Spreizhebel 28, 29 drehbar verbunden.
Die einander zugewandten Enden dieser Spreizhebel sind ihrerseits drehbar miteinander
und mit der Druckstange 30 eines nicht dargestellten Kolbens einer pneumatischen
hydraulischen oder elektromechanischen Druckvorrichtung verbunden, deren Zylinder
oder Spindel 31 im Drehpunkt 25 der Klemmhebel 20, 21 gelagert ist. Der Spreizhebel
29 ist zur Erreichung eines konstan-
ten Klemmdruckes als Federteleskop
32 ausgebildet, wirkt also unter dem Druck einer gespannten Feder auf den Klemmhebel
21.
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In der vereinfachten Seitenansicht der Induktionsspule nach Fig. 4
ist der Verschiebeantrieb für die bewegliche Induktor-Längsseite mit ihrem Tragkörper
18' und dem Spulenteil 17' dargestellt. Diese Längsseite ruht auf einem horizontal
auf der Grundplatte 33 verschiebbaren Wagen 34. Der Tragkörper 18' der verfahrbaren
Induktor-Längsseite ist über thermische Isolatoren 35 mit einem Tragrahmen 36 verbunden.
Am Gerüst des Induktionsofens ist ein mit dem Rahmen 36 korrespondierendes Halterungselement
37 angeordnet. Der Rahmen 36 ist durch nur schematisch dargestellte Scherenarme
38, die im Schnittpunkt 39 untereinander und an ihren Enden mit dem Tragrahmen 36
und dem Halterungselement 37 drehbar verbunden sind, am Halterungselement 37 geführt.
Die horizontale Hubbewegung der Induktor-Längsseite 17', 18' wird durch motorisch
angetriebene Spindeln bewirkt, deren Antriebsteile 40 mit dem Halterungselement
37 und deren Spindeln 41 mit dem Tragrahmen 36 fest verbunden sind.
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Bei einer Änderung der Stangenbreite des zu erhitzenden Materials
wird nun die verfahrbare Induktor-Längsseite aus der in Fig. 4 gestrichelt dargestellten
Position um den gewünschten Hub h auf folgende Weise verfahren: Zunächst werden
nach Unterbrechung des Spulenstromkreises entweder von Hand oder automatisch die
pneumatischen Zylinder 31 betätigt, so daß die jeder einzelnen Windung der Induktionsspule
an beiden getrennten Kanten zugeordneten Klemmvorrichtungen 19 ihre Klemmbacken
26, 27 öffnen und damit die Spulenanschlüsse mechanisch freigeben. Dann werden die
Antriebe 40 der Spindeln in der gewünschten Drehrichtung solange betätigt, bis die
verfahrbare Induktor-Längsseite zusammen mit den KlemmT
vorrichtungen
19 den gewünschten Weg h zurückgelegt hat.
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Dann werden die Spindelantriebe ausgeschaltet und die pneumatischen
Zylinder 31 der Klemmvorrichtung 19 in der anderen Richtung betätigt, so daß die
Spreizhebel 28, 29 die Klemmhebel 20, 21 wieder auseinanderdrücken und damit die
Klemmbacken 26, 27 in der erreichten Position die geöffneten Windungsenden erneut
zusammendrükken und die elektrische Verbindung wieder herstellen.
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Es ist natürlich je nach den elektrischen Gegebenheiten auch möglich,
auf die Klemmvorrichtungen zu verzichten und stattdessen die geöffneten Windungsenden
der Induktionsspule beispielsweise über flexible Kabelschlaufen, Schleifkontakte
oder ähnliche Konstruktionselemente miteinander zu verbinden.
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4 Patentansprüche 4 Figuren
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