DE4325868C2 - Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von flachem Metallgut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von flachem Metallgut, wie z. B. Bändern, Platten oder dergleichen aus Nichteisenmetall, Stahl oder einem ferromagnetischen Werkstoff, mit mindestens zwei mit Wechselstrom, insbesondere mittelfrequentem Wechselstrom, gespeisten Induktoren, die jeweils mit Leitern versehen sind, deren wirksame Abschnitte je ein magnetisches Wechselfeld erzeugen.

Aus der US-Patentschrift 2 448 011 ist bereits eine Vorrichtung zur Längsfelderwärmung von Stahlbändern bekannt, bei der das zu erwärmende Stahlband durch den Innenraum einer zylindrischen Induktionsspule ("Induktor") geführt wird, welche in dem Metallgut ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, dessen Kraftlinien parallel zur Ebene des Metallguts verlaufen ("Längsfeld-Prinzip").

Der Hauptvorteil der bekannten Vorrichtung liegt in der hohen Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die gesamte Metallgutbreite, wobei sich auch bei unterschiedlichen Breiten des Metallgutes eine gleichmäßige Temperaturverteilung erreichen läßt.

Demgegenüber weist diese Vorrichtung aber auch einige Nachteile auf. Zum einen können keine befriedigenden Wirkungsgrade bei der Erwärmung erzielt werden, wenn Metallgut mit unterschiedlichen Breiten und Dicken erwärmt werden soll. Beim Wechsel auf Metallgut anderer Breite und/oder Dicke sind bei der bekannten Vorrichtung Austauschinduktoren erforderlich, um auch bei unterschiedlichen Abmessungen des Metallgutes einen guten elektrischen Wirkungsgrad zu erzielen. Dies ist aber ein sehr umständliches und unwirtschaftliches Verfahren, da hierbei die gesamte Anlage stillgesetzt werden muß und beispielsweise die für den kontinuierlichen Betrieb üblicherweise aneinandergehefteten Metallbänder getrennt und nach dem Einbau des Austauschinduktors wieder verbunden werden müssen. Es entstehen somit erhebliche Produktionsausfälle. Ferner treten bei der bekannten Vorrichtung an der Induktionsspule Streufelder auf, die den elektrischen Wirkungsgrad dieser Erwärmungsvorrichtung weiter herabsetzen.

Es ist daneben aus der WO 88/07804 bereits ein Induktionsofen zur Verzinkung von Stahlband bekannt, bei dem das flache Metallgut vollständig von Spulenkörpern (=Induktoren) umgeben ist. Allerdings besteht bei dieser Vorrichtung die Möglichkeit, die an einem Rahmen befestigten Induktoren mittels eines Schienensystems von dem kontinuierlichen Metallgut zu entfernen. Damit sind die Induktoren beispielsweise zu Wartungszwecken leicht zugänglich, ohne daß dabei das Metallgut durchtrennt werden muß. Bei dieser Vorrichtung ist allerdings noch keine Anpassung an unterschiedliche Metallgutbreiten vorgesehen.

Des weiteren ist aus der US-Patentschrift 37 25 629 eine Induktionsvorrichtung zur Längsfelderwärmung von metallischem Gut bekannt, bei der einzelne, parallel geschaltete Leiterschleifen das zu erwärmende Gut umgeben. Der durch diese Leiterschleifen gebildete Induktor ist an einer Seite offen, so daß das zu erwärmende Gut seitlich durch diese Öffnung in den Induktor eingeführt werden kann. Hier ist allerdings ebenfalls keine Anpassung an unterschiedliche Metallgutbreiten vorgesehen.

Schließlich ist aus der DE 39 28 629 A1 eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von flachem metallischen Gut bekannt, die mindestens zwei Induktoren aufweist, welche sich an gegenüberliegenden Seiten des Metallgutes jeweils paarweise gegenüberliegen. Diese Vorrichtung erlaubt durch getrennte Schaltung einzelner Leiterschleifen eine Anpassung an unterschiedliche Breiten des metallischen Gutes. Mit dieser Vorrichtung wird jedoch eine Querfelderwärmung durchgeführt, die gegenüber der Längsfelderwärmung eine geringere Gleichmäßigkeit der Erwärmung über die gesamte Metallgutbreite bewirkt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß sie an die jeweilige Metallgutbreite anpaßbar ist und für Reinigungs- und Wartungsarbeiten von außen her gut zugänglich ist, um Produktionsausfälle weitgehend zu vermeiden. Ferner soll erreicht werden, daß sich die Vorrichtung aufgrund ihrer Bauart kostengünstig herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wirksamen Abschnitte der Leiter jedes Induktors parallel zueinander verlaufen und parallel zueinander geschaltet sind, daß jeweils zwei Induktoren paarweise einander zugeordnet sind derart, daß sie einander gegenüberliegen und auf verschiedenen Seiten des flachen Metallgutes angeordnet sind und daß die wirksamen Abschnitte der Leiter der beiden Induktoren eines Paares in entgegengesetzten Richtungen von Strom durchflossen sind.

Eine derartige Anordnung der Induktoren erlaubt einerseits eine Anpassung an die jeweilige Metallgutbreite, da in dieser Richtung gesehen keine räumliche Begrenzung der Induktoranordnung besteht. Aufgrund der getrennten Anordnung ist diese Vorrichtung andererseits beispielsweise für Wartungsarbeiten gut zugänglich. Durch die Verwendung eines Eisenkerns wird letztlich eine Leistungssteigerung des Induktors für die Erwärmung erzielt und ebenso aufgrund der hierdurch erreichbaren Bündelung der Kraftlinien gleichzeitig eine sehr kompakte Bauweise möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter so ausgebildet sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiter in Nuten der Induktorkerne angeordnet sind. Hierdurch wird zum einen eine noch kompaktere Bauweise des Induktors ermöglicht, zum anderen die Ankopplung der magnetischen Kraftlinien an den Eisenkern verbessert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Induktoren und das flache Metallgut relativ zueinander bewegbar sind. Dabei können die Induktoren relativ zu Platten oder dergleichen bewegt werden. Es ist gleichermaßen möglich, die Induktoren statisch anzuordnen und das flache Metallgut in Form eines Bandes oder dergleichen zu bewegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiter der Induktoren in Bewegungsrichtung längs, quer oder geneigt dazu verlaufen. Somit können die einzelnen Induktorpaare jeweils in die für das betreffende Gut und dessen Abmessungen optimale Position gebracht werden; um die gewünschte Gleichmäßigkeit der Erwärmung im Metallgut herbeizuführen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß mehrere Induktorpaare nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Induktorkerne miteinander verklemmt oder miteinander einstückig ausgebildet sind. Somit kann der Einwirkungsbereich einer Induktoreinheit den jeweiligen Erfordernissen ange­ paßt werden. Eine solche Einheit besteht dann aus mehreren Induktorpaaren, wobei die Stromrichtung in den wirksamen Abschnitten der Leiter benachbarter Induktoren gleich oder entgegengesetzt sein kann. Durch eine solche Art der Anordnung mehrerer nebeneinander plazierter Induktoren kann der elektrische Wirkungsgrad erhöht werden. Bei unterschiedlicher elektrischer Polarität benachbarter Induktoren bilden sich entsprechend der Anzahl der Induktoren mehrere Bereiche im Metallgut aus, in denen geschlossene Wirbelströme fließen. Dies führt gegenüber einer einzigen geschlossenen Wirbelstrombahn zu einer erhöhten elektrischen Leistungsdichte in dem Metallgut. Durch Verwendung mehrerer Induktoren nebeneinander ist schließlich auch eine gute Abstimmung auf jeweiligen Metallgutbreiten möglich.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß mehrere Induktorkerne in Bewegungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Dabei können die wirksamen Abschnitte der Leiter der in Bewegungsrichtung aufeinander folgenden Induktoren gleiche oder voneinander abweichende Neigungen zur Transportrichtung haben, um auf diese Weise zur Vergleichmäßigung der Erwärmung weiter beizutragen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß den Zwischenbereichen zweier benachbarter Induktoren Trimmkerne zugeordnet sind. Auf diese Weise wird ein Ausgleich von etwaigen Temperaturschatten im Bereich zwischen Induktoren bewirkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die wirksamen Abschnitte der Leiter eines Induktorpaares in einem gemeinsamen Stromkreis liegen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Leiter zur Rückführung seitlich am jeweiligen Induktorkern geführt sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, daß die Leiter wirksame Abschnitte in zwei benachbarten Induktoren bilden.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet sein, daß Leiter mindestens eines Induktors getrennt schaltbar sind. Somit kann die Vorrichtung an die Breite des zu erwärmenden Gutes angepaßt werden, ohne dafür irgendwelche Umbauten zu erfordern.

Im folgenden Teil der Beschreibung sind einige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei Induktoren auf jeder Seite des zu erwärmenden Gutes,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform mit zusätzlichem Trimmkern,

Fig. 3 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit jeweils einem Induktor auf jeder Seite des zu erwärmenden Gutes,

Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Leiter seitlich eines Induktorkerns zurückgeführt sind,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zwei übereinander angeordneten Induktoren, wobei die wirksamen Abschnitte der Leiter parallel zueinander geschaltet sind, und

Fig. 6 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der zwei Induktoren in Bewegungsrichtung des Gutes hintereinander angeordnet sind.

Fig. 3 zeigt zwei paarweise übereinander angeordnete Induktoren 1, 2, zwischen denen ein flaches Metallgut 3 zum Zwecke der Erwärmung hindurchgeführt werden kann. Die Induktoren 1, 2 sind untereinander gleich ausgebildet und haben je einen Eisenkern 4, 5. An den einander zugewandten Seiten der Eisenkerne 4, 5 ist je eine Aufnahme 6 vorgesehen, in der die wirksamen Abschnitte 7 von hier nicht weiter dargestellten Leitern parallel zueinander verlaufend angeordnet sind. Alle wirksamen Abschnitte 7 der Leiter des oberen Induktors 1 sind in gleicher Richtung stromdurchflossen. Dies gilt auch für alle wirksamen Abschnitte 7 des unteren Induktors 2 mit der Ausnahme, daß die Stromrichtung hier umgekehrt ist.

Die wirksamen Abschnitte 7 der Leiter können in den Aufnahmen 6 in geeignetes Material eingebettet sein oder in hier nicht dargestellten Nuten verlaufen.

Sie können dabei geradlinig, wellen- oder zickzackförmig verlaufen.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann als ein Nebeneinander von zwei Induktorpaaren gemäß Fig. 3 verstanden werden. Die Eisenkerne 4, 5 sind dabei einstückig für die Induktoren 1, 1′ bzw. 2, 2′. Gemäß Fig. 1 sind alle wirksamen Abschnitte 7 der Leiter in Nuten 9 der Eisenkerne 4, 5 angeordnet, wobei die Stromrichtung in den wirksamen Abschnitten 7 der Induktoren 1, 2′ gleich ist. Untereinander gleiche Stromrichtung haben auch die wirksamen Abschnitte 7 in den Induktoren 2, 1′ mit der Ausnahme, daß hier der Strom in entgegengesetzter Richtung fließt wie in den Induktoren 1, 2′.

Die wirksamen Abschnitte 7 in den Induktoren 1′, 2′ haben entgegengesetzte Polarität im Vergleich zu Induktoren 1, 2. Es ist aber auch möglich, die Polarität der Induktoren 1′, 2′ gleich derjenigen der Induktoren 1, 2 zu wählen und damit jeweils oberhalb und unterhalb des Metallgutes 3 in benachbarten Induktoren gleiche Polarität herbeizuführen.

Der Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 kann im Bereich des Übergangs zwischen den Induktoren 1, 1′ bzw. 2, 2′ ein Trimmkern 10 nachgeschaltet sein, um hier eventuell auftretende Temperaturschatten auszugleichen. Dies ist in Fig. 2 veranschaulicht, in der der Pfeil 11 ebenso wie in Fig. 1 die Bewegungsrichtung des Metallgutes 3 anzeigt.

Fig. 4 ist als Ergänzung zu Fig. 1 zu verstehen, indem sie nicht nur die wirksamen Abschnitte 7 der Leiter, sondern auch deren Rückführung kenntlich macht. Diese geschieht an den Seiten der Eisenkerne 4, 5 in dort vorgesehenen Ausnehmungen 19.

Die Ausführungsform nach Fig. 5 zeigt einen oberen Induktor 1 mit einem Eisenkern 4 und einen unteren Induktor 2 mit einem Eisenkern 5. In den Eisenkernen 4, 5 sind Nuten 9 vorgesehen, in denen sich wirksame Abschnitte 7 von Leitern befinden. Dabei sind alle wirksamen Abschnitte 7 des oberen Induktors 1 parallel zueinander in einem Stromkreis geschaltet, in dem auch alle wirksamen Abschnitte 7 parallel zueinander, aber mit entgegengesetzter Polarität geschaltet sind.

Fig. 6 schließlich zeigt schematisch zwei in Bewegungsrichtung (Pfeil 11) des Metallgutes 3 hintereinander angeordnete Induktoren 1, bei denen die wirksamen Abschnitte der Leiter um 90° gegeneinander versetzt sind.

Alle Induktoren sind an eine mittelfrequente Wechselstromquelle angeschlossen.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum induktiven Längsfelderwärmen von flachem Metallgut (3), wie z. B. Bändern, Platten oder dergleichen aus Nichteisenmetall, Stahl oder einem ferromagnetischen Werkstoff, mit mindestens zwei mit Wechselstrom, insbesondere mittelfrequentem Wechselstrom, gespeisten Induktoren (1, 2, 1′, 2′), die jeweils mit Leitern versehen sind, deren wirksame Abschnitte (7) je ein magnetisches Wechselfeld erzeugen, dadurch gekennzeichnet,
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiter jedes Induktors (1, 2, 1′, 2′) parallel zueinander laufen und parallel zueinander geschaltet sind,
daß jeweils zwei Induktoren (1, 2, 1′, 2′) paarweise einander zugeordnet sind, derart, daß sie einander gegenüberliegen und auf verschiedenen Seiten des flachen Metallgutes (3) angeordnet sind und
daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiter der beiden Induktoren (1, 2, 1′, 2′) eines Paares in entgegengesetzten Richtungen von Strom durchflossen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiter in Nuten (9; 13) der Induktorkerne (4, 5, 12) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren (1, 2, 1′, 2′) und das flache Metallgut (3) relativ zueinander bewegbar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiter der Induktoren (1, 2, 1′, 2′) in Bewegungsrichtung (11) längs, quer oder geneigt dazu verlaufen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Induktorpaare nebeneinander angeordnet sind, wobei ihre Induktorkerne (4, 5, 12) miteinander verklemmt oder miteinander einstückig ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Induktorkerne (4, 5, 12) in Bewegungsrichtung (11) hintereinander angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Zwischenbereichen zweier benachbarter Induktoren (1, 2, 1′, 2′) Trimmkerne (10) zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksamen Abschnitte (7) der Leiter eines Induktorpaares in einem gemeinsamen Stromkreis liegen.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter zur Rückführung seitlich am jeweiligen Induktorkern (4, 5, 12) geführt sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter wirksame Abschnitte (7) in zwei benachbarten Induktoren (1, 2, 1′, 2′) bilden.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Leiter mindestens eines Induktors (1, 2, 1′, 2′) getrennt schaltbar sind.