DE4103890C3 - Induktionserwärmungsvorrichtung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Induktionserwärmungsvorrichtung gemäß
dem Oberbegriff von Anspruch 1. Unter den Begriff Induktionserwärmungsvorrichtung
fallen Hochfrequenz- bzw. Wirbelstromerwärmungsvorrichtungen.
Diese Erfindung ist für eine Induktionserwärmungs
strecke für Bänder anwendbar, die mit einer Vielzahl von Induk
tionsspulen versehen ist, wobei zwei oder mehr Hochfrequenzkon
verter als Stromquellen für die Spulen eingesetzt werden und
worin die Stromquellen nicht synchron zueinander laufen können.
Es ist dem Fachmann jedoch klar, daß diese Erfindung für andere
Zwecke und Bereiche angewendet werden kann, zum Beispiel wenn
die Energiekopplung zwischen den Stromquellen benachbarter Spu
len unterdrückt werden soll.
Induktionserwärmungsvorrichtungen für Bänder mit einer Vielzahl von
hintereinander angeordneten Induktionsspulen, durch die das er
wärmte Band läuft, sind in der Technik allgemein bekannt. Häufig
sind zwei oder mehr Hochfrequenzkonverter als Stromquellen nö
tig. So ist aus der DE 37 10 085 A1 eine Vorrichtung bekannt,
in der mindestens zwei Induktionsspulen eine unabhängige
Stromquelle aufweisen. Die Ausgangsfrequenz der Konverter hängt von der Reso
nanzfrequenz des Resonanzkreises ab, der typischerweise aus
einem Kondensatorblock besteht, der mit der Induktionsspule und
deren Bandladung parallel verbunden ist. Die Aktivierung der
Gleichrichtereinrichtungen (SCR) im Inverterabschnitt dieser
Konverter wird von der Rückkopplungsspannung aus dem Resonanz
kreis zeitlich festgelegt, so daß die Inverteraktivierung her
vorgerufen wird, um die Eigenspannung des Resonanzkreises zu
verstärken. Bei der erforderlichen physikalischen Anordnung der
Induktionsspulen bewirken die Ströme in einer Spule eine Span
nung in den benachbarten Spulen. Da die Inverter jedes Konver
ters in Übereinstimmung mit der Spannung ihres eigenen Resonanz
kreises aktiviert werden, können die benachbarten Konverter
nicht synchron miteinander laufen. Wenn im zweiten Resonanzkreis
eine vom anderen Konverterkreis induzierte Spannung auftritt,
beeinträchtigt sie die Wellenform, die zur Aktivierungsregelung
zurückgeführt wird, und kann bewirken, daß die Inverter zum
falschen Zeitpunkt aktivieren, wodurch ein instabiler Zustand
hervorgerufen wird, der den Betrieb der Strecke verhindert. Wenn
die Stromquellen bei einer im wesentlichen gleichen Betriebsfre
quenz arbeiten, neigen sie dazu, den synchronen Betrieb zu
blockieren, und verhindern die unabhängige Regelung der Strom
quellen. Das Problem der unabhängigen und exakten Regelung des
Stroms für die Spule ist das Problem, das primär durch den Ge
genstand dieser Erfindung korrigiert werden soll.
Es wurden deshalb verschiedene Formen und Typen von Vorrichtun
gen und Aufbauformen vorgeschlagen, um die Energiekopplung der
Stromquelle zwischen benachbarten Spulen zu reduzieren. Ein er
stes Schema umfaßt die Frequenzwanderung der Resonanzkreise, so
daß jeder Konverter mit unterschiedlicher Frequenz läuft. Beim
Erwärmen dünner Bänder bildet dies nicht immer eine kommerziell
brauchbare Lösung, da es hierbei beabsichtigt ist, die Fre
quenz so hoch wie möglich zu halten, um einen Verlust des Wir
kungsgrades der Erwärmung zu vermeiden. Ein anderer Vorschlag
umfaßt eine Anordnung benachbarter Spulen mit viel größeren Ab
ständen. Dies ist praktisch nicht vorteilhaft, da zwischen den
Spulen ein beträchtlicher Platz gelassen werden muß, um das
Kopplungsproblem zu vermeiden, und dieses Verfahren würde da
durch den erforderlichen Raum für die Installation zur
Induktionserwärmung nachteilig vergrößern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und verbesserte
Vorrichtung, die die oben genannten Probleme überwin
det, so daß eine neue Vorrichtung zur Induktionserwärmung ge
schaffen wird, deren Aufbau einfach ist, deren Herstellung öko
nomisch ist, die leicht einer Vielzahl von vorgegebenen Abmes
sungen angepaßt werden kann, die robust und beim Betrieb zuver
lässig ist und die eine verbesserte Flexibilität und einen ver
besserten Betrieb der Induktionserwärmungsstrecke für Bän
der ermöglicht.
Die Induktionserwärmungsvorrichtung gemäß der Erfindung
zeichnet sich durch eine im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1
angegebenen Merkmale aus.
Zumindest zwei Stromquellen für die Spulen, die vorzugs
weise Hochfrequenzkonverter umfassen, erzeugen in diesen Spulen
den ersten und zweiten Primärstrom. Ein geschlossener Kreis aus
einem elektrisch leitfähigen Material ist im Verhältnis zu den
Induktionsspulen koaxial zwischengeschaltet. Dieser Kreis ist
angeordnet, um einen Strom im geschlossenen Stromkreis zu indu
zieren, der entgegengesetzt zu den Primärströmen ist. Das Ma
gnetfeld dieses Stromes im geschlossenen Stromkreis steht dem
Magnetfeld des Primärstroms gegenüber, so daß eine Reduzierung
der Magnetfeldstärke auf der Seite des Kreises hervorgerufen
wird, die zum Primärstrom entgegengesetzt ist, um die Kopplung
zwischen den Spulen zu verhindern. Dieser geschlossene Kreis
wird als "Entkopplungsring" bezeichnet und wird vorzugsweise
zwischen benachbarten Spulen angeord
net. Die Verwendung von mindestens zwei Entkopplungsringen gestat
tet den unabhängigen Betrieb benachbar
ter Konverter, die benachbarte Spulen mit Energie versorgen, wo
bei der benötigte Abstand zwischen den Spulen geringer ist, als er ohne
Anwendung der Entkopplungsringe wäre.
Die Entkopplungsringe können aus jedem sehr leitfähigen Metall,
zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, bestehen. Die Auswahl ver
schiedener Innenabmessungen, Außenabmessungen, der Dicke und der
Formen beeinflußt die Wirksamkeit dieses Ringes.
Ein bei der Verwendung der vorliegenden Erfindung erreichter
Vorteil ist also die Verhinderung der
Magnetkopplung zwischen den Spulen bei reduziertem Gesamtraumbe
darf.
Eine Vielzahl von Entkopplungsringen hintereinan
der erhöht die Wirksamkeit der Ver
hinderung der Magnetkopplung zwischen den Spulen. Dies ist eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung.
Nach der Erfindung ist der Ring in
einem seiner Leitungszweige mit einem Schalter ausgestattet, so
daß der Leitungszweig geöffnet werden kann, damit der Ring vom
Werkstück, zum Beispiel ein fortlaufendes Band, abgezogen werden
kann, ohne das Band zu zerstören oder zu zerschneiden.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist
die variable Anwendung einer Viel
zahl von Entkopplungsringen, die selektiv eingesetzt oder abge
nommen werden können, ohne das durch die Erwärmungsstrecke lau
fende Werkstück zu zerstören.
Weitere Vorteile der neuen Induktionserwärmungsvorrichtung wer
den dem Fachmann anhand der Beschreibung deutlich.
Die bevorzugten Ausführungsformen werden im fol
genden detailliert erläutert und in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Draufsicht des Systems der erfindungs
gemäßen Erwärmungsstrecke, die besonders die Vielzahl
der Entkopplungsringe zeigt, die zwischen hintereinander
angeordneten Heizspulen zwischengeschaltet sind, und
Fig. 2 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Entkopplungs
ringes.
Nachfolgend wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, die bevor
zugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen. Die Figuren zeigen
eine Induktionserwärmungsvorrichtung für Bänder, worin die erste
und zweite Induktionsheizspule 10, 12 koaxial hintereinander an
geordnet sind, um das hindurchlaufende Stahlband 14 zu erwärmen.
Die erste und zweite Stromquelle 16, 18, die vorzugsweise Hoch
frequenzkonverter sind, liefern die für die Spulen 10, 12 geeig
nete Energie. Die Ausgangsfrequenz der Konverter 16, 18 hängt
von der Resonanzfrequenz des damit verbundenen Resonanzkreises
(nicht gezeigt) ab, der aus einem Kondensatorblock besteht, der
mit den Induktionsspulen 10, 12 verbunden ist. Die Aktivierung
der SCR-Einrichtungen in den Frequenzkonvertern 16, 18 wird
durch die Rückkopplungsspannung aus den Resonanzkreisen zeitlich
festgelegt, so daß der gelieferte Strom die Eigenfrequenz der
Resonanzkreise verstärkt. Die Spulen 10, 12 sind normalerweise
räumlich voneinander getrennt, so daß die Ströme in einer Spule
in der benachbarten Spule eine Spannung induzieren. Somit sind
die Spulen gekoppelt und der Kopplungsgrad bestimmt, wie wirksam
die Spulen unabhängig voneinander betrieben werden können.
Um die Magnetkopplung zwischen den Spulen zu überwinden, sind
zwischen den Spulen 10, 12 einen oder mehrere Entkopplungsringe
20, 22 zwischengeschaltet. Dieser Entkopplungsring ist
ein geschlossener Kreis aus
einem elektrisch leitfähigen Material, üblicherweise Kupfer oder
Aluminium, der zwischen den Induktionsspulen 10, 12 angeordnet
ist und mit den Achsen der Spulen koaxial verläuft. Die Auswahl
der verschiedenen Innenabmessungen, Außenabmessungen, der Dicke
und der Form beeinflußt die Effektivität der Verhinderung der
Magnetkopplung zwischen den Spulen durch diesen Ring 20. Die
Verwendung einer Vielzahl von Entkopplungsringen 20, 22 hinter
einander reduziert die Wechselwirkung der Spulen weiter. Angren
zende Primärspulenströme in den Spulen 10, 12 induzieren in den
Entkopplungsringen 20, 22 Spannungen, die darin Ströme im
geschlossenen Stromkreis entstehen lassen, die im wesentlichen
zur Richtung des Primärstroms entgegengesetzt sind. Dieser indu
zierte Strom im geschlossenen Stromkreis läßt somit ein Magnet
feld entstehen, das zum Primärmagnetfeld des Primärstroms entge
gengesetzt ist, so daß eine Reduzierung der sich ergebenden Ma
gnetfeldstärke auf der Seite des Ringes hervorgerufen wird, die
zum Primärstrom entgegengesetzt ist, und dadurch die Magnetkopp
lung zwischen den Spulen verhindert wird.
Insbesondere bewirkt der Primärstrom in der Spule 10 einen Strom
in den Ringen 20, 22 im geschlossenen Stromkreis, der die Ma
gnetfeldstärke von der Spule 10 auf die zweite Spule 12 redu
ziert. Die Reduzierung der Magnetfeldstärke führt ebenfalls zur
Reduzierung jeder Spannung, die in die Spule 12 induziert wird,
dies ermöglicht einen vorteilhaften Betrieb der benachbarten
Konverter 16, 18, die die benachbarten Spulen 10, 12 mit Strom
versorgen, wobei zwischen den Spulen weniger Raum benötigt wird,
als wenn die Ringe 20, 22 nicht verwendet würden.
Nachfolgend wird besonders auf die Fig. 2 Bezug genommen, worin
der Entkopplungsring 20 einen Schalter 24 in einem der kürzeren
Leitungszweige 25 des Ringes umfaßt, damit der Ring geöffnet
werden kann, so daß der Ring vom fortlaufenden Band 14 abgezogen
wird, ohne das Band zu zerstören oder zu zerschneiden. Dieser
Schalter wird vom Kolben 30 und dem Gelenk 32 selektiv geöffnet
(wie es durch die unterbrochene Linie gezeigt ist) und geschlos
sen, wobei die elektrische Leitfähigkeit in dem Ring über
Messerschalterkontakte 34, 36 erreicht wird, wenn der Lei
tungszweig 25 des Ringes geschlossen ist. Die Ringe 20, 22 sind
durch eine konventionelle Rahmenvorrichtung 26 (durch die unter
brochene Linie gezeigt) koaxial ausgerichtet angeordnet, die
Stützteile 28 und damit verbundene Isolatoren 29 umfaßt (Fig. 1).
Bei Anwendungszwecken mit sehr hoher Energie kann ein Kühl
rohr (nicht gezeigt) mit dem Ring verbunden sein.
Claims (1)
- Induktionserwärmungsvorrichtung mit einer Mehrzahl hin tereinander angeordneter Induktionsspulen zur Erwärmung eines hindurchlaufenden Bandes, wobei mindestens zwei Induktionsspulen (10, 12) eine unabhängige Stromquelle (16, 18) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver minderung der Energiekopplung zwischen den Stromquellen (16, 18) zwischen den Spulen (10, 12) mindestens zwei Entkopplungsringe vorgesehen sind, die in geringem Ab stand voneinander parallel angeordnet sind, durch eine Rahmenvorrichtung (26) koaxial ausgerichtet sind, sich bezüglich der Ebene des hindurchlaufenden Bandes senk recht erstrecken, im Betrieb je einen geschlossenen Kreis aus leitfähigem Material darstellten und mit je ei nem Schalter (24) ausgestattet sind, wobei die Schalter (24) zwischen je zwei Entkopplungsringen über einen Öff nungsmechanismus (30, 32) mit der Rahmenvorrichtung ver bunden sind un dieser das gleichzeitige Öffen der min destens zwei Entkopplungsringe erlaubt, wobei die Spulen (10, 12) auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und die Achse des Kreises zu dieser Achse koaxial ist.
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