DE3717742A1 - Induktiv erhitzte vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine induktiv erhitzte Vorrichtung zur Erwär­ mung eines Stoffes, insbesondere thermoplastisches Material, mit ei­ nem, eine Durchführöffnung für den zu erwärmenden Stoff aufweisenden massiven Gehäuse, welches mit mindestens einem lamellierten, eine Wicklung tragenden Eisenkern magnetisch gekoppelt ist.

Bei den bisher vorgeschlagenen Einrichtungen dieser Art sind die Spulen bzw. Wicklungen aus Kupfer- oder Aluminiumdraht gewickelt und es sind besondere Maßnahmen, wie z. B. thermische Isolierungen zwi­ schen den Spulen und den zu erhitzenden Gehäusen sowie als Be­ rührungsschutz dienende Abdeckungen erforderlich. Um eine Beschä­ digung der die Erhitzung des massiven Gehäuses bewirkenden Spule bzw. Wicklung zu vermeiden, ist es weiterhin in vielen Fällen erfor­ derlich, eine verhältnismäßig aufwendige Kühlvorrichtung am bzw. um das massive Gehäuse vorzusehen, um somit zu verhindern, daß die Hitzebeständigkeit z. B. des Isolierlackes der Wicklung überschritten wird. Dadurch wird die Vorrichtung im Aufbau verhältnismäßig auf­ wendig und teuer.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die im massiven Gehäuse gewünschten hohen Temperaturen, ohne die beim Stand der Technik erforderlichen besonderen Maßnahmen erzielbar sind. Insbe­ sondere soll bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auch eine Kühlung des massiven Gehäuses möglich sein, um die Temperatur des durch das Gehäuse zirkulierenden Stoffs in engen Grenzen zu halten. Weiterhin soll die erfindungsgemäße Vorrichtung in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise herstellbar sein und darüber hinaus einen ver­ besserten Wirkungsgrad aufweisen.

Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die auf dem mit dem massiven Gehäuse magnetisch gekoppelten lamellierten Eisenkern angeordnete Wicklung bzw. Spule aus einem hohlen Leiter besteht. Die Verwendung eines derartigen Hohlleiters ermöglicht es, in besonders einfacher Weise bei Bedarf das massive Gehäuse zu kühlen, indem nämlich durch den Hohlleiter ein Kühlmedium hindurchgeführt wird, so daß die vom massiven Gehäuse auf die Wicklung übertragene Wärme durch dieses Kühlmedium abgeführt werden kann. Um eine besonders wirkungsvolle Ableitung der überschüssigen Wärmemenge zu erzielen, kann es von Vorteil sein, wenn die Wicklung unmittelbar um den lamellierten Eisenkern, welcher mit dem massiven Gehäuse magnetisch gekoppelt ist, gewickelt ist. Durch letztere Maßnahme wird über den lamellierten Eisenkern eine optimale Übertragung der überschüssigen Wärmemenge von dem Gehäuse auf die Wicklung erzielt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann die auf dem lamellier­ ten Eisenkern vorgesehene Wicklung als Niederspannungswicklung ausgelegt werden, so daß der erforderliche Isolationsaufwand erheb­ lich verringert werden kann und gegebenenfalls keine als Berührungs­ schutz dienenden Abdeckungen erforderlich sind.

Die Erfindung läßt sich in besonders vorteilhafter Weise bei induktiv beheizten Kunststoffextrudergehäusen mit innen drehender Transport- oder Knetschnecke verwenden. Die Erfindung kann jedoch auch in vorteilhafter Weise bei Spritzdüsen, z. B. für Kunststoff verwendet werden.

Bei Verwendung einer Niederspannungswicklung für den mit dem mas­ siven Gehäuse unmittelbar magnetisch gekoppelten lamellierten Eisen­ kern kann es besonders zweckmäßig sein, wenn diese Wicklung mit einer Sekundärwicklung eines Transformators elektrisch gekoppelt ist. Diese Sekundärwicklung kann ebenfalls als Niederspannungswicklung ausgebildet sein.

Bei Verwendung einer Niederspannungswicklung für die Sekundärwick­ lung des Transformators und/oder für die Wicklung des lamellierten Eisenkerns, welcher mit dem massiven Gehäuse unmittelbar gekoppelt ist, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Spannung dieser Wicklungen geringer ist als 60 Volt, wobei diese vorzugsweise zwi­ schen 6 und 48 Volt liegen kann. In besonders vorteilhafter Weise kann der Transformator und die Wicklung des mit dem massiven Ge­ häuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns derart ausgelegt werden, daß die Sekundärspule des Transformators und/oder die auf dem lamellier­ ten Eisenkern, welcher mit dem massiven Gehäuse magnetisch gekoppelt ist, vorgesehene Wicklung mit einer Spannung arbeiten, die geringer als 24 Volt ist. Die letztbeschriebene Ausführungsvariante hat den Vorteil, daß keine besonderen Schutzvorrichtungen vorgesehen werden müssen, und es kann darüber hinaus zur Herstellung der entsprechen­ den Wicklungen auch unisoliertes Material verwendet werden.

Für die Funktion und den Aufbau der Vorrichtung kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Sekundärwicklung des Transformators aus einem Hohlleiter besteht, der mit dem Hohlleiter, welcher die Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten lamellierten Eisenkerns bildet, zumindest an einem Ende derart in Verbindung steht, daß die Hohlräume der beiden Leiter miteinander verbunden sind. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Vorrichtung kann das zur Kühlung des massiven Gehäuses dienende Medium sowohl durch die Sekundärwick­ lung des Transformators als auch durch die Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten lamellierten Eisenkerns zirkulieren.

Besonders vorteilhaft kann es dabei sein, wenn die beiden Hohlleiter derart miteinander gekoppelt sind, daß deren Hohlräume ein in sich geschlossenes Kanalsystem bilden. Die Primärwicklung des Transforma­ tors kann in vorteilhafter Weise durch eine Hochspannungsprimärwick­ lung gebildet sein, welche z. B. mit der vom Netz gelieferten üblichen Spannung von 220 Volt beaufschlagt werden kann. Die Spannung kann jedoch auch höher, z. B. 380 Volt, oder niedriger sein.

Zur Kühlung der Vorrichtung kann durch die Wicklungen, welche aus rohrförmigen Leitern mit z. B. rundem oder rechteckigem Querschnitt hergestellt werden können, ein zur Kühlung dienendes Medium wie z. B. Wasser oder Öl oder eine andere Flüssigkeit hindurchführbar sein.

Um ein rasche Ableitung der überschüssigen Wärmemenge vom mas­ siven Gehäuse zu erzielen, kann es besonders vorteilhaft sein, wenn das durch die hohlen Leiter zirkulierende Medium zwangsweise durch die Wicklungen gefördert wird. Hierfür kann in dem durch die Hohl­ leiter gebildeten Kanalsystem eine Förderpumpe vorgesehen werden, wobei diese Förderpumpe in vorteilhafter Weise zwischen der Sekundär­ spule des Transformators und der am Gehäuse vorgesehenen Spule angeordnet sein kann.

Insbesondere bei einem in sich geschlossenen Kühlsystem, bei dem praktisch stets das gleiche Kühlmedium verwendet wird, kann es zur Erhöhung der Kühlwirkung besonders vorteilhaft sein, wenn in den durch die Hohlleiter gebildeten System zusätzlich ein Wärmetauscher vorgesehen ist.

Besonders angebracht kann es dabei sein, wenn ein Flüssigkeits- Luftwärmetauscher verwendet wird, durch den das in den Hohlleitern zirkulierende Medium hindurchführbar ist.

Für manche Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn lediglich die auf dem mit dem massiven Gehäuse gekoppelten lamellierten Eisen­ kern vorgesehene Wicklung aus Hohlleitern ausgebildet ist und zur Kühlung des massiven Gehäuses dient. Diese Wicklung ist dann - wie bereits beschrieben - mit der Sekundärwicklung eines Transformators elektrisch gekoppelt, wobei diese Sekundärwicklung bzw. Spule aus einem Massivdraht gewickelt sein kann. Auch bei einer derartigen Ausbildung ist es zweckmäßig, wenn die beiden Enden der auf dem lamellierten Eisenkern vorgesehenen Wicklung unter Zwischenschaltung einer Pumpe und gegebenenfalls eines Wärmetauschers und gege­ benenfalls eines Vorratsbehälters für das Kühlmedium miteinander verbunden sind.

Anhand der Figur sei die Erfindung näher erläutert.

Die in der Figur gezeigte induktiv erhitzbare Vorrichtung 1 zur Er­ wärmung eines Stoffes besitzt ein massives Metallgehäuse 2 mit einer Durchführöffnung 3, durch welche der zu erwärmende bzw. zu erhit­ zende Stoff, wie thermoplastisches Material hindurchgeführt wird. Das Gehäuse 2 kann z. B. für Extruder verwendet werden, wobei dann in der Öffnung 3 eine entsprechend angepaßte Förderschnecke vorgesehen sein kann.

Das Gehäuse 2 weist zwei Flansche 4, 5 auf, zwischen denen ein Ge­ häusebereich 6 mit verringertem Querschnitt vorgesehen ist. Der Ge­ häusebereich 6 sowie die beiden Flansche 4, 5 weisen eine quaderför­ mige Gestalt auf, wobei die rechteckförmigen Frontflächen 7 des Ge­ häuses 2 bzw. der Flansche 4, 5 senkrecht zum axialen Verlauf der Öffnung 3 angeordnet sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Vorrichtung 1 weiterhin einen aus E-förmigen Blechen bestehenden lamellierten Eisen­ kern 8, auf dem eine Spule 9 vorgesehen ist. Die Außenschenkel 8 a, 8 b sowie der Mittelschenkel 8 c des lamellierten Eisenkerns 8 besitzen an ihrem freien Ende eine Stoßfläche, die durch die einzelnen Blech­ schichten gebildet sind und über die der Eisenkern 8 auf einer Sei­ tenfläche 10 des mittleren Gehäusebereiches 6 auflagert, wodurch der Eisenkern 8 mit dem massiven Metallgehäuse 2, welches z. B. aus Stahl hergestellt sein kann, magnetisch gekoppelt ist.

Die auf dem Mittelschenkel 8 c angeordnete Wicklung bzw. Spule 9 ist mit der Sekundärwicklung 11 eines Transformators 12 elektrisch gekop­ pelt. Der Transformator 12 weist weiterhin eine Primärspule bzw. Wicklung 13 auf, die z. B. über das Netz mit einer Spannung von 220 Volt beaufschlagt wird. Die beiden Wicklungen 9 und 11 sind in bezug auf die Primärwicklung 13 des Transformators 12 derart ausgelegt, daß sie Niederspannungswicklungen bilden, wobei die in den Wicklun­ gen 9 und 11 vorhandene Spannung zweckmäßigerweise geringer als 24 Volt ist.

Die auf dem lamellierten Kernteil 14 des Transformators 12 vorgesehene Sekundärspule 11 und die auf dem Mittelschenkel 8 c des lamellierten Eisenkerns 8 vorgesehene Erregerwicklung 9 sind aus einem Hohlleiter, der z. B. einen kreisringförmigen oder rechteckigen Querschnitt aufwei­ sen kann, gewickelt und derart miteinander verbunden, daß die Hohlräume der Wicklungen 9 und 11 ein geschlossenes Kanal- bzw. Kreislaufsystem bilden. In den Wicklungen 9 und 11 ist eine Kühlflüs­ sigkeit aufgenommen, die über eine Umwälzpumpe 15 durch die Wick­ lung 9 und 11 zwangsweise hindurchgeleitet wird. Das in den Hohl­ räumen der Wicklungen 9 und 11 vorgesehene Kühlmedium wird bei Bedarf zur Kühlung des nicht lamellierten Metallgehäuses 2 herange­ zogen. Dabei wird der lamellierte Eisenkern 8 als Wärmeleiter bzw. Wärmeübertrager zwischen dem Metallgehäuse 2 und der Wicklung 9 benutzt. Zur Erhöhung der Kühlwirkung kann weiterhin ein Wärme­ tauscher 16 vorgesehen werden, der im Bereich zwischen der Erreger­ spule 9 und der Sekundärspule 1 angeordnet sein kann. Dieser Wär­ metauscher kann ein Flüssigkeits-Luft-Wärmetauscher sein. Weiterhin kann im Bereich zwischen den beiden aus einem Hohlleiter gebildeten Wicklungen 9 und 11 ein Vorratsbehälter für Kühlflüssigkeit vorge­ sehen werden, wobei dieser Vorratsbehäler in den Wärmetauscher 16 integriert sein kann.

Gemäß einer anderen möglichen Ausgestaltungsform der Erfindung kann die Sekundärwicklung 11 aus einem vollen Leiter hergestellt sein, so daß dann lediglich die Erregerwicklung 9 aus Hohlleitern gefertigt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung sind dann die Endbereiche der Erregerwicklung 9 über eine nicht-elektrisch leitende Verbindung miteinander verbunden, so daß wiederum ein in sich geschlossener Kreislauf für das Kühlmedium vorhanden ist. Eine der­ artige Verbindung ist in der Figur strichliert dargestellt und mit 17 gekennzeichnet. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Erregerwick­ lung 9 mit der Sekundärwicklung 11 elektrisch gekoppelt. Weiterhin sollte bei einer derartigen Ausführungsform ein Kühlmedium verwendet werden, das nicht elektrisch leitend ist.

Claims (13)

1. Induktiv erhitzte Vorrichtung zur Erwärmung eines Stoffes, insbesondere thermoplastisches Material, mit einem, eine Durch­ führöffnung für den zu erwärmenden Stoff aufweisenden massiven Gehäuse, welches mit mindestens einem lamellierten, eine Wick­ lung tragenden Eisenkern magnetisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung aus einem hohlen Leiter be­ steht.

2. Induktiv erhitzte Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung eine Niederspannungs­ wicklung ist.

3. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des mit dem Gehäuse magne­ tisch gekoppelten Eisenkerns mit einer Sekundärwicklung eines Transformators elektrisch gekoppelt ist.

4. Induktiv erhitzte Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär­ wicklung eine Niederspannungswicklung bildet.

5. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns und/oder der Sekundärwicklung des Transformators geringer als 60 Volt ist, vorzugsweise zwischen 6 und 48 Volt liegt.

6. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns und/oder der Sekundärwicklung des Transformators geringer als 24 Volt ist.

7. Induktiv erhitzte Vorrichtung insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär­ wicklung des Transformators aus einem Hohlleiter besteht, der mit dem Hohlleiter, welcher die Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns bildet, zumindest an einem Ende derart in Verbindung steht, daß die Hohlräume der beiden Drähte miteinander verbunden sind.

8. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des mit dem Gehäuse magnetisch gekoppelten Eisenkerns und die Sekundärwicklung des Transformators derart miteinander gekoppelt sind, daß deren Hohlräume ein in sich geschlossenes Kanalsystem bilden.

9. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Hohlleiter ein zur Küh­ lung dienendes Medium, wie z. B. Wasser oder Öl hindurchführbar ist.

10. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Hohlleiter gebil­ deten Kanalsystem eine Förderpumpe vorgesehen ist für das durch die Wicklungen hindurchführbare Medium.

11. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Pumpe zwischen Erreger- und Sekundär­ wicklung vorgesehen ist.

12. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß in dem durch die Hohlleiter gebildeten System ein Wärmetauscher vorgesehen ist.

13. Induktiv erhitzte Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Wärmetauscher ein Flüssigkeits-Luft- Wärmetauscher ist, durch den das im System zirkulierende Me­ dium hindurchführbar ist.