DE3928089A1 - Vorrichtung zum induktiven erwaermen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werkstückes aus elektrisch leitendem Material, bei der von einer Quelle Wechsel­ strom einer Spule zugeführt und so ein Wechselstromfeld erzeugt wird, das in einem sekundären, vorzugsweise kurz­ geschlossenen, Leiter einen starken Strom erzeugt, der die Erwärmung bewirkt.

Bei einer derartigen bekannten Vorrichtung wird von ei­ nem Generator ein starker Wechselstrom hoher Frequenz der Arbeitsspule zugeführt, und das Werkstück wird inner­ halb der Spule angeordnet. So können in einfacher Weise zylindrische Teile, auch Zahnräder, schnell und hoch er­ hitzt werden, wie es z.B. zur Oberflächenhärtung erfor­ derlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Vorrichtung so auszubilden, daß auch größere, vorzugs­ weise flache, Werkstücke, z.B. Bleche, erhitzt werden kön­ nen, die praktisch nicht von einer Spule umschlossen wer­ den können.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spule einen ferromagnetischen Kern enthält mit einem Luftspalt zwischen polschuhartigen Ansätzen, die in den Raum außerhalb der Spule hineinragen und derart geformt sind, daß in einem neben dem Luftspalt angeordnetes Werk­ stück von dem aus den Ansätzen im Bereich des Luftspaltes austretenden Magnetfeld ein erwärmender Induktionsstrom hervorgerufen wird.

Der, vorzugsweise aus Hochfrequenz-Ferrit, bestehende Kern kann U-förmig ausgebildet sein und die Spulen­ wicklung an seinem Joch tragen. Die Spulenwicklung kann auch an den Schenkeln angebracht werden.

Der Kern kann auch eine E-Form haben, wobei die Spulen­ wicklung zweckmäßig um den mittleren, z.B. zylindrisch runden Teil, auf einem Spulenkörper angebracht ist.

Die Schenkel können zum Luftspalt hin nach außen gerich­ tet verjüngt ausgebildet sein, so daß das Wechselfeld am Luftspalt weitgehend konzentriert ist.

Die Spule kann mehradrig, vorzugsweise aus HF-Litzen­ draht, hergestellt sein, um eine möglichst gleichmä­ ßige Verteilung des hochfrequenten Stromes zu errei­ chen, damit eine zusätzliche Kühlung vermieden werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert, die in

Fig. 1 eine Ausbildung mit einem etwa U-förmigen Kern zeigt, während in

Fig. 2 und Fig. 3 eine Ausbildung mit einem etwa E-förmigen Kern in Draufsicht und in Seitenansicht dargestellt ist.

Gemäß Fig. 1 wird von einem Generator 1 Wechselstrom­ energie mit einer Frequenz von 30 kHz und einer Aus­ gangsleistung von 1000 W erzeugt. Diese Energie wird über einen Kondensator 2 von etwa 300 nF zum Phasen­ ausgleich der Spule 3 einem etwa U-förmigen Ferrit- Kern 4 zugeführt. Die Spule 3 hat zwanzig Windungen und bei einem Ferrit-Kern der Type U 93/52 eine Induk­ tivität von 90 µH. In dem aus der Spule 3 und dem Kon­ densator 2 gebildeten Schwingungskreis fließt dann ein Blindstrom von etwa 60 A.

Die Schenkel des U-Kernes sind an ihren Enden 5 und 6 im in der Zeichnung angedeuteten Querschnitt 8, 9 zu den Endflächen 10, 11 hin etwas verjüngt, so daß das Wechselstromfeld stärker konzentriert wird.

In diesem Wechselstromfeld ist ein flaches Werkstück aus leitendem Material, z.B. eine Platte aus Eisenblech, angeordnet. Für das zwischen den Enden 5 und 6 des U-Kernes 4 austretende Wechselfeld wirkt das Werkstück 7 wie eine kurzgeschlossene Sekundärwicklung, in der durch das Wechselfeld ein starker Strom induziert wird. So wird dieses Werkstück erhitzt. Der Grad der Erhitzung kann z.B. durch Ein- und Aus-Schalten des Generators 1 geändert werden.

Es kann zweckmäßig sein, statt einer einzigen Spule 3 am Joch zwei Spulen 12 und 13 an den beiden Schenkeln anzubringen. Das kann die Anpassung an den Generator 1 erleichtern.

In den Fig. 2 und 3 ist eine Ausführungsform der Erfin­ dung dargestellt, bei der der Kern eine E-Form aufweist mit einem zylindrischen runden mittleren Teil 17 und mit etwa rechteckigen oder quadratischen Seitenteilen 18 und 19.

Fig. 2 zeigt die Anordnung in Draufsicht, Fig. 3 in Sei­ tenansicht.

Wie insbesondere Fig. 3 zu entnehmen ist, ist um den Mit­ telteil 17 ein runder Spulenkörper 20 angebracht, auf den die Spule 21 gewickelt ist, deren Spulenenden 22 und 23 über den Ausgleichskondensator 2 in Fig. 1 an den Gene­ rator 1 angeschlossen sind.

Dadurch, daß nach der Erfindung das Wechselstromfeld durch den ferromagnetischen Kern 4 mit dem Luftspalt zwischen seinen Enden 5 und 6 aus der Spule heraus verlegt ist und dort die Erhitzung des Werkstückes stattfindet, ist eine Erhitzung der Spule vom Werkstück her nicht zu befürchten, so daß auf eine besondere Kühlung dieser Spule, z.B. durch ein hindurchfließendes Kühlmittel, nicht erforderlich ist. Für den Kern mit der Spule kann eine Luftkühlung, z.B. mit einem Axial-Lüfter, ausreichend sein. Die verminderte Not­ wendigkeit einer Kühlung bewirkt insgesamt auch eine Ver­ besserung des Wirkungsgrades der gesamten Anlage, d.h. der Übertragung der Generatorleistung auf das Werkstück.

Bezugszeichenliste

 1 Generator
 2 Kondensator
 3 Spule am Joch
 4 U-Kern
 5, 6 Kern-Enden
 7 Werkstück
 8, 9 Querschnitt
10, 11 Endflächen
12, 13 Spulen an Schenkeln
16 E-Kern
17 Mittelteil
18, 19 Seitenteil
20 Spulenkörper
21 Spule
22, 23 Spulenenden

Claims (7)

1. Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines Werk­ stückes aus elektrisch leitendem Material, bei der von einer Quelle Wechselstrom einer Spule zugeführt und so ein Wechselstromfeld erzeugt wird, das in einem sekundären, vorzugsweise kurz­ geschlossenen, Leiter einen starken Strom erzeugt, der die Erwärmung bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (3) einen ferromagnetischen Kern (4) enthält mit einem Luftspalt zwischen polschuhar­ tigen Ansätzen (5, 6), die in den Raum außerhalb der Spule (3) hineinragen und derart geformt sind, daß in einem neben dem Luftspalt angeordnetes Werk­ stück (7) von dem aus den Ansätzen (5, 6) im Be­ reich des Luftspaltes austretenden Magnetfeld ein erwärmender Induktionsstrom hervorgerufen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern (4) aus einem Hoch­ frequenz-Ferrit besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) etwa U-förmig ausgebildet ist und die Spulenwicklung (3) am Jochteil des Ker­ nes (4) trägt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Kern (4) U-förmig aus­ gebildet ist und die Spulenwicklung, vorzugsweise in zwei Teilen, auf den Schenkeln (5, 6) trägt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (16) etwa E-förmig gestaltet ist und daß die Spulenwicklung (21) auf dem mittleren Schenkel (17) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt (8, 9) der Schenkel (5, 6) nach außen zu den vorderen Endflächen (10, 11) hin abnimmt.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwicklung (3; 21) aus einem mehradri­ gen Kabel, vorzugsweise einer Hochfrequenzlitze, besteht.