-
Differenzierte Beheizung von Bodenscheiben auf Stahlge-
-
schirr mittels flacher Induktoren mit entsprechendem Wärmeschutzstoff
Aktenzeichen: Nr. 41644 A/83
"Differenzierte Beheizung von Bodenscheiben
auf Stahlgeschirr mittels flacher Induktoren mit entsprechendem Wärmeschutzstoff".
-
Bekanntlich wird die Induktionsbeheizung von Bodenscheischeiben, insbesondere
aus Aluminium, auf Kasserollen aus nichtrostendem Stahl für das anschließende Gasschmelzschweißen
mittels eines Druckimpulses durch Anwendung von flachen Induktoren erzielt. Im allgemeinen
werden die Induktoren von Strom mittlerer Frequenz gemäß dem Schema und der Sequenz
der verschiedenen Phasen nach Fig. 1 und gespeist. Es bedeuten: 110 = Kasserolle,
im allgemeinen aus rostfreiem Stahl 111 = Bodenscheibe aus Aluminium 112 = Deckscheibe
aus rostfreiem Stahl 113 = Behälter des Induktors 114 = Induktor in einem wassergekühltem
Kupferrohr 115 = Isolierungsmasse, im allgemeinen aus Guß 116 = hitzefester Wärmeschutzstoff
117 = etwaiges Blech aus magnetischem Stahl, mit dem Isolierstoff 116 verbunden
118 = beweglicher Zentrier- und Schubhalter 119 = hitzefester Wärmeschutzstoff Phase
A Die Bodenscheibe aus Aluminium 111 und die Bodenscheibe aus rostfreiem Stahl 112
werden auf den Boden der Kasserolle 110 gelegt.
-
Phase B Die Kasserolle und die entsprechenden Bodenscheiben werden
mit dem Induktor 114 und dem Halter 118 ausgerichtet.
-
Phase C Der Halter 118 wird zusammen mit der entsprechenden Kasserolle
und den Bodenscheiben gegen den Wärmeschutzstoff 116 geschoben und es wird dabei
ein geeigneter Druck ausgeübt. Gleichzeitig wird der Strom, am besten mittlerer
Frequenz, dem Induktor 114 zugeführt. So wird die Beheizung der Bodenscheiben 111
und 112 mit Hilfe der darin induzierten Ströme durchgeführt.
-
Nachdem die vorgesehene Heizungtemperatur erreicht wurde, wird die
Stromzufuhr zum Induktor 114 unterbrochen.
-
Phase D Wiederherstellung der Bedingungen laut Phase B.
-
Phase E Der Satz 110, 111 und 112 befindet sich nun in der Transportstellung,
um zu der Presse gebracht zu werden, wo das Gasschmelzschweißen stattfinden wird.
-
Der Arbeitskreislauf in Fig. 2 zeigt den Nachteil, daß keine hohen
Stundenleistungen erzielt werden können, weil es nicht möglich ist, sehr kurze iieizungsperioden
der Bodenscheiben aus Aluminium mit cjroßer Dicke zu
erreichen.
In der Tat wird die Bodenscheibe der Kasserolle durch Wärmeübertragung und nicht
durch Induktion beheizt.
-
Dieser Nachteil kann beseitigt werden, indem zwei Induktoren verwendet
werden, der erste außerhalb und der zweite innerhalb der Kasserolle, wie es in Fig.
3 dargestellt wird. Darin sind die Bestandteile 310 - 311 -312 - 313 - 314 - 315
- 316 - 317 und 318 ersichtlich, die in Bild 1 den Bestandteilen 110 - 111 - 112
-113 -114 - 115 - 116 - 117 und 118 entsprechen.
-
319 = zusätzlicher Induktor 320 = Behälter des zusätzlichen Induktors
321 = hitzefester Wärmeschutzstoff 322 = etwaiges Blech aus magnetischem Stahl 323
= Koaxialkabel für die Speisung des Induktors 319 mit Zu- und Abfuhrleitungen des
Kühlwassers Beibehaltung der Phasensequenz, wie sie in Bild 2 dargestellt wurde,
gestattet die Benutzung des zweiten Induktors, der die Beheizung durch Induktionsströme
auch des Bodens der Kasserolle und außerdem seiner Verbindung mit dem zylindrischen
Teil erwirkt, die Heizungsdauer bis zu allerkürzesten Zeiten, etwa bis zu einigen
Sekunden, herabzusetzen.
-
Dieser Vorteil wird jedoch in Hinblick auf die Erzielung einer hohen
Stundenleistung von der Zeit begrenzt, die für den Transport bis zur Schweißpresse
und für die Ausrichtung und die Zentrierung in der Presse der Kasserolle mit beheiztem
Boden und Bodenscheiben notwendig ist (die Operation beginnt mit der Phase E in
Bild 2).
-
Trotz der rationellen Überprüfungen der Beschleunigung und Verzögerung
der Transportvorrichtungen ist diese
Dauer immer wegen der Notwendigkeit
verhältnismäßig lang, jede gegenseitige Verlagerung zwischen Bodenscheiben und Kasserolle
zu vermeiden.
-
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit und gestattet
den erwähnten Transport und die Ausrichtung in sehr kurzen Zeiten auch ohne Kontrolle
der Beschleunigungen und Verzögerungen der beweglichen Teile.
-
Die Erfindung besteht, sowohl im Falle von Fig. 1 als auch im Falle
von Fig. 3, in der Herstellung von Induktoren mit dem entsprechenden Wärmeschutzstoff,
der sie bedeckt. Sie erzeugen wenigstens in einem Punkt der Oberfläche der Bodenscheiben,
insbesondere in ihrer Mitte, eine Aufheizung auf eine Temperatur in der Nähe der
Schmelztemperatur des Aluminiums. Infolge des Drukkes, der darauf ausgeübt wird,
wird eine gegenseitige Kraft erzeugt, die jede entsprechende Verschiebung auch bei
hohen Beschleunigungen verhindert.
-
Die vorliegende Erfindung kann vielseitige Ausführungen erfahren,
sowohl in bezug auf die Stellung und Größe des beheizten Gebietes oder Gebiete als
auch in bezug auf die Art, wie dieses Ergebnis erzielt wird. Es kann durch eine
Maßnahme, sie sowohl auf den Induktor als auch auf den Wärmeschutzstoff ausgeübt
wird, erreicht werden.
-
Fig. 4 erläutert nur als Beispiel und infolgedessen, ohne den allgemeinen
Charakter dieser Erfindung zu begrenzen, eine Ausführung, bei der die Beheizung
in der Mitte der Bodenscheibe stattfindet. In dieser Figur, die zur Vereinfachung
nur den über der Kasserolle liegenden Induktor darstellt, weil der innere Induktor
die Erfindung nach demselben Prinzip durchführt, werden die Elemente 410 - 411 -
412 - 413 - 414 - 415 - 416 und 417 dargestellt, die den Elementen 110 - 111 - 112
- 113 - 114 - 115 - 116 und 117 in Fig. 1 entsprechen.
-
418 = kleine magnetische Bleche oder aus einem anderen magnetischen
Werkstoff Typ Ferrit, die an der Zentralwindung mit radialer Verteilung angebracht
werden und die das magnetische Feld im Gebiet unmittelbar neben der Induktormitte
verstärken. Auf diese Weise erzeugen sie eine stärkere Beheizung in der Mitte der
Bodenscheiben und des Kasserollenbodens.
-
419 = Diagramm der radialen Verteilung der Strom stärke, die durch
die ferromagnetischen Teile 418 in den Bodenscheiben und im Kasserollenboden induziert
werden.
-
420 = Diagramm der Stromstärke im Kabel ohne die ferromagnetischen
Teile 418 oder ohne ihre Abmessungen, um eine gleichmäßige Teinperaturverteilung
zu erreichen.
-
421 = Diagramm der radialen Temperaturverteilung in den Bodenscheiben
und im Kasserollenboden infolge des Einbaues der ferromagnetischen Teile 418.
-
422 = Ubertemperatur, gewöhnlich von nur 10 bis 20 OC, die es erlaubt,
das entsprechende Gebiet des Aluminiumbodens bis zu einer Temperatur zu bringen,
die auch bei verhältnismäßig niedrigen Drücken die Verbindung zwichen dem Boden
410 und den Bodenscheiben 411 und 412 herstellt.
-
Fig. 5 zeigt immer nur als Beispiel ein anderes Verfahren, das gestattet,
die Erfindung auch ohne die Berutzung der ferromagnetischen Teile 418 gemäß Fig.
4 auszuführen. So wird das magnetische Feld in der Mitte
verstärkt.
Die Zahlen im Bild bedeuten: 510 bis einschließlich 517 = Bestandteile, die den
Teilen 410 bis 417 in Fig. 4 entsprechen, 518 = Nische, im allgemeinen mit rundem
Querschnitt, im hitzefesten Wärmeschutzstoff 519 = Luftschicht In Anbetracht der
Wärmeleitfähigkeit des hitzefesten Wärmeschutzstoffes 516 immer wegen der praktischen
Notwendigkeit, sehr kompakte Werkstoffe zu verwenden, die eine lange, verhältnismäßig
hohe Dauer gewähren, begrenzt die Luftschicht in der Nische 518 sehr stark die Wärmestreuung
zum Induktor. Infolgedessen wird eine Überhitzung im entsprechenden Gebiet der Bodenscheiben
und des Kasserollenbodens erzeugt.
-
Die sich daraus ergebende Ubertemperatur ist im allgemeinen kleiner
als der Wert, der im System laut Fig. 4 erzielt wird, und darum wird die Temperatur
der anderen Teile der Bodenscheibe bis zu einem kritischen Wert gelangen.
-
Dieses Verfahren bringt jedoch den Vorteil, auf mehreren Punkten der
interessierten Fläche der Bodenscheiben, besonders auf ihrem Umfang, angewandt werden
zu können.
-
Fig. 6 zeigt ein anderes Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
die ebenfalls von der Erzeugung eines überhitzten Gebietes oder mehrerer Gebiete
auf der Oberfläche der Bodenscheiben und des Kasserollenbodens gekennzeichnet wird.
-
Die Zahlen 610 bis 617 betreffen wieder die Bestandteile, die mit
410 bis 417 in Fig. 4 gekennzeichnet
werden.
-
Die Zahl 618 bezeichnet Stahlscheiben. Sie sind im allgemeinen dünn
und aus magnetischem Stahl und werden in das Innere des Wärmeschutzstoffes 616 eingeführt.
Die Anzahl dieser Scheiben kann auch bis auf eins herabgesetzt werden, vorzugsweise
in der Induktormitte.
-
Infolge der größeren Nähe zwischen dem Induktor und den erwähnten
Scheiben und hauptsächlich falls sie aus magnetischem Stahl wären, wird in ihnen
und demzufolge in den Bodenscheiben und im Kasserollenboden die Überhitzung erzeugt,
die die Verbindung der Teile hervorbringt.
-
In bezug auf Fig. 4 bestimmt die Theorie der flachen Induktoren bei
der Induktionsbeheizung, daß die Diagramme 419 und 421 betreffend die radiale Verteilung
der Stärke der induzierten Ströme und die Verteilung der Temperatur auch ohne Anwendung
von ferromagnetischen Teilen erreicht werden können. Sie beeinflussen auf geeignete
Weise die Bemessung der Spiralen in der Induktormitte, so daß dort ein magnetisches
Feld mit einer größeren Intensität erzeugt werden kann als das Feld bei einer gleichmäßigen
Verteilung der induzierten Ströme.
-
Es wird außerdem erreicht, immer durch die Bemessung und Verteilung
der einzelnen Spiralen und immer in Abwesenheit von ferromagnetischen Teilen, daß
auch an anderen Punkten der Bodenscheiben ein verstärktes magnetisches Feld erzeugt
werden kann. Es verursacht Überhitzungen in den Teilen der Bodenscheiben, die dagegen
gerichtet sind.
-
Die Systeme dieser Art, genau wie andererseits die Systeme laut Fig.
5 und Fig. 6, auch wenn dabei die vorliegende Erfindung gebraucht würde, ergeben
sich in der
Praxis infolge der Bemessung oder Kühlung als weniger
geeignet und grundsätzlich als weniger rationell als die Verfahren, die sich auf
den Grundsatz gemäß Fig. 4 beziehen.
-
Die Beschreibung und die Beispiele, die in der jetzigen Erfindung
angeführt werden, beziehen sich infolge der Vereinfachung des behandelten Themas
auf flache runde Induktoren mit konzentrischen Spiralen.
-
Der Grundsatz, worauf die Erfindung Bezug nimmt, das heißt Herstellung
von Punkten oder Zonen mit einer Temperatur höher als der Wert, der für die Schweißung
durch Druckimpulse benötigt wird, kann offensichtlich ebenfalls im Falle von Induktoren
für Bodenscheiben und für Geschirre irgendwelcher Form und besonders oval, quadratisch
oder rechteckig Anwendung finden.
-
- Leerseite