DE4343578A1 - Vorrichtung zum induktiven Erwärmen elektrisch leitfähiger Werkstücke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen elektrisch leitfähiger Werkstücke, mit einem Generator und ei­ nem dem Generator nachgeschalteten, schwingkreisbeaufschlagten Transformator, wobei der Transformator einen Kern mit Primär­ spule aufweist.

Vorrichtungen der in Rede stehenden Art sowie entsprechende Verfahren sind aus der Praxis bekannt. So wird das induktive Erwärmen elektrisch leitfähiger Werkstücke bspw. auch bereits zum Entfernen von Beschichtungen auf Metalloberflächen einge­ setzt. Hierzu wird lediglich beispielhaft auf die DE 39 27 432 A1 verwiesen. Wesentlich ist hierbei, daß die Metalloberflächen mittels eines elektromagnetischen Wechselfeldes erwärmt werden, wobei es sich hier konkret um ein Hochfrequenzwechselfeld han­ delt. Dieses Hochfrequenzwechselfeld wird von einer herkömmli­ chen Induktionsspule erzeugt. Zum Entlacken wird die Indukti­ onsspule über die beschichtete Metalloberfläche bewegt, wobei der Induktionsspule in üblicher Weise ein Transformator und diesem wiederum ein Generator vorgeschaltet ist.

Der Einsatz herkömmlicher Induktionsspulen ist jedoch insbeson­ dere bei Bedarf einer mobilen Einrichtung problematisch, da ein erheblicher apparativer Aufwand erforderlich ist. Im übrigen treten ganz erhebliche Verluste auf, die auf die Transformation und Einspeisung in den eigentlichen Induktor und die dort aber­ mals stattfindende Transformation bzw. Übertragung zurückzufüh­ ren sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum induktiven Erwärmen elektrisch leitfähiger Werkstücke anzugeben, wonach eine einfache Erwärmung elektrisch leitfähi­ ger Werkstücke bei geringstmöglichen Verlusten und einfacher Konstruktion möglich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum induktiven Erwärmen elek­ trisch leitfähiger Werkstücke löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist der Kern offen ausgebildet und durch das Werkstück im Sinne eines Jochs schließbar.

Erfindungsgemäß wird demnach vom herkömmlichen Induktorprinzip abgegangen. Vielmehr wird der in üblicher Weise dem Induktor vorgeschaltete Transformator als quasi Instrument zum Erwärmen verwendet, ist nämlich der herkömmliche Induktor überhaupt nicht mehr erforderlich. Der Kern ist in erfindungsgemäßer Weise offen ausgebildet, d. h. er weist zwei freie Enden auf. Das zu erwärmende Werkstück wird nun entweder mit Abstand oder direkt über die freien Enden gelegt, so daß das Magnetfeld direkt in das zu erwärmende Werkstück eindringen kann. Folg­ lich wirkt das als Joch dienende Werkstück im Sinne einer Se­ kundärwicklung hinsichtlich der dort auftretenden Wirbelströme. Man könnte hier von einer Art Mantelwicklung sprechen. An die­ ser Stelle sei angemerkt, daß der Wirkungsgrad bei nicht-ferri­ tischen Materialien erheblich steigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich zu einem her­ kömmlichen Induktor ganz erheblich vereinfacht, weist nämlich keinen herkömmlichen Induktor mit vorgeschaltetem Transformator auf. Vielmehr ist hier der Transformator aufgebrochen bzw. ge­ öffnet und wird erst durch das Werkstück selbst "vervollständigt", wobei das Werkstück einerseits das Joch und andererseits die Sekundärwicklung des Transformators darstellt. Das Werkstück könnte einerseits von den freien Enden des Kerns beabstandet sein oder andererseits diese direkt kontaktieren.

Hinsichtlich der Erwärmung langer Werkstücke, bspw. langer Bän­ der, Rohre oder sonstiger Profilteile, könnten mehrere Kerne zu einer Baugruppe zusammengeschaltet sein. Somit könnte das Werk­ stück auf einer nahezu beliebigen Länge hinweg gleichzeitig er­ wärmt werden. Die Kerne bzw. Primärspulen können dabei parallel oder in Reihe zu dem Generator geschaltet sein. Im Falle einer Reihenschaltung würden sämtliche Kerne mit dem gleichen Primär­ strom beaufschlagt werden.

Hinsichtlich einer konkreten Ausgestaltung des Kerns ist es von Vorteil, diesen U-förmig auszubilden. Die Primärwicklung könnte dann an beiden freien Schenkeln des Kerns vorgesehen sein, wo­ bei sich diese jeweils bis zum freien Ende der Schenkel er­ strecken könnte. Ebenso wäre es denkbar, die Primärwicklung an dem die beiden freien Schenkel miteinander verbindenden Quer­ steg des U-förmigen Kerns vorzusehen, wobei eine besondere Ab­ schirmung der Primärspule selbst dann nicht mehr erforderlich wäre, zumal von dort aus keine Beeinflussung des am freien Ende der Schenkel auftretenden Magnetfeldes stattfinden kann.

Die freien Enden des Kerns könnten vorzugsweise in einer Ebene liegende Fläche aufweisen, so daß das das Joch bildende Werk­ zeug über diese Flächen hinwegbewegt bzw. darübergezogen werden kann. Eine sukzessive Erwärmung eines sich in Längsrichtung er­ streckenden Werkstückes wäre unter Beachtung einer erforderli­ chen Vorschubgeschwindigkeit möglich.

Im Rahmen einer alternativen Ausgestaltung ist es denkbar, daß der Kern an seinen beiden freien Enden der Form des zu erwär­ menden Werkstücks zumindest weitgehend angepaßt ist. Handelt es sich bspw. um ein zu erwärmendes Rundprofil, so könnten die freien Enden entsprechend ausgeformt sein, so daß sie das Rund­ profil zumindest teilweise umgreifen. Damit nun mit ein und derselben Vorrichtung auch unterschiedliche Werkstücke erwärmt werden können, ist es von ganz besonderem Vorteil, wenn der Kern an seinen beiden freien Enden als Werkzeug dienende beson­ dere Aufnahmen aufweist, die dann in dem als Joch dienenden Werkstück Wirbelströme produzieren bzw. hervorrufen. Diese Auf­ nahmen könnten mittels Schnellspannplatten austauschbar sein, d. h. mit dem eigentlichen Kern verbindbar bzw. von dem Kern lösbar ausgeführt sein. Mit einfachen Mitteln und auf schnell­ ste Weise ließen sich die Werkzeuge - d. h. die Aufnahmen - aus­ tauschen und an das zu behandelnde bzw. zu erwärmende Werkstück der Form nach anpassen.

Des weiteren ist es von Vorteil, wenn die Schnellspannplatten aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hergestellt sind. Hierzu kommt bspw. Kunststoff in Frage. Jedenfalls ist bei den Schnellspannplatten darauf zu achten, daß sie in materialmäßi­ ger Hinsicht außerhalb des Magnetflusses liegen.

Nun lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowohl dünne Drähte als auch dicke Profile erwärmen oder gar glühen. Dazu ist es jedoch erforderlich, daß die dem Werkstück einpräg­ bare Leistung über die am Werkstück bzw. an der Oberfläche auf­ tretende Temperatur regelbar ist. Des weiteren ist es von Vor­ teil, wenn die Frequenz, mit der die Primärspule beaufschlagt wird, ebenfalls in gewissen Bereichen vorgegeben werden kann, insbesondere um den sog. Skin-Effekt positiv zu nutzen. Bei entsprechend hohen Frequenzen läßt sich so bspw. eine bewußte Erwärmung an der Oberfläche erzielen, wobei die die Erwärmung hervorrufenden Wirbelströme eine nur geringe Eindringtiefe auf­ weisen. In diesem Zusammenhang sei noch angemerkt, daß der Ge­ nerator - gerade zur Ausnutzung des sog. Skin-Effekts - als Hochfrequenzgenerator ausgeführt sein kann, um nämlich den Transformator bzw. dessen Primärspule mit hochfrequenten Strö­ men zu beaufschlagen.

Hinsichtlich der Wirkverbindung zwischen Generator und Trans­ formator könnte der Transformator über ein Stromkabel oder eine Stromschiene mit dem Generator verbunden sein. Ebenso wäre es jedoch denkbar, den Generator und den Transformator als eine bauliche Einheit zu bilden, wobei zu dem Generator dann bspw. ein Drehstromkabel führen könnte. Gerade im Schiffbau wäre eine solche Ausgestaltung von Vorteil, wo nämlich die gesamte zur Bearbeitung erforderliche Einheit zum Schiffsrumpf - und dort zum Entlacken - verbracht werden könnte.

Auch bei sonstigen Handhabungen ist es grundsätzlich denkbar, den Transformator mit den als Werkzeug dienenden Aufnahmen als Handgerät auszuführen, welches bspw. im Sinne eines Bügeleisens bewegt werden könnte. Ebenso könnte es sich hier um eine sta­ tionäre Einrichtung handeln, wobei dann das zu erwärmende Werk­ stück an den Aufnahmen vorbeigeführt werden müßte. Ein mög­ lichst gleichmäßiger Vorschub müßte hier jedoch apparativ be­ werkstelligt werden.

Schließlich sei nochmals ganz besonders darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entfernen von Beschichtun­ gen, insbesondere zum Entlacken von Metalloberflächen, verwen­ det werden kann. Hierin ist eine ganz besonders vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu sehen.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Er­ läuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen.

In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 in einer schematischen Ansicht, teilweise, ein zwei­ tes Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 den Gegenstand aus Fig. 2 in einer Seitenansicht und

Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung in einer Ansicht wie in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung - blockschalt­ mäßig - ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum induktiven Erwärmen elektrisch leitfähiger Werk­ stücke. Zu der Vorrichtung gehören ein Generator 1 und ein dem Generator 1 nachgeschalteter, schwingkreisbeaufschlagter Trans­ formator 2, wobei der Transformator 2 einen Kern 3 mit einer Primärspule 4 aufweist.

Erfindungsgemäß ist der Kern 3 offen ausgebildet und durch das Werkstück 5 im Sinne eines Jochs schließbar.

Die Fig. 2, 3 und 4 beziehen sich ausschließlich auf die Anord­ nung des Kerns 3 mit Primärspule 4 und Werkstück 5.

Fig. 1 zeigt besonders deutlich, daß der Kern 3 U-förmig ausge­ bildet ist und daß die Primärspule 4 bzw. die Primärwicklung an den beiden freien Schenkeln 6 des Kerns 3 vorgesehen ist, sich im konkreten jeweils bis zum freien Ende der Schenkel 6 er­ streckt.

Bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kern 3 ebenfalls U-förmig ausgebildet. Die Primärwicklung 4 ist jedoch an den die beiden freien Schenkel 6 miteinander ver­ bindenden Quersteg 7 vorgesehen.

Während bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel die freien Enden 8 des Kerns 3 in einer Ebene liegende Flächen auf­ weisen, sind bei den in den Fig. 2 bis 4 gezeigten Ausführungs­ beispielen an den beiden freien Enden 8 der Kerne 3 Aufnahmen 9 vorgesehen, die mittels in den Fig. nicht gezeigter Schnell­ spannplatten austauschbar sind. Die Aufnahmen sind zumindest weitgehend der Form des zu erwärmenden Werkstücks angepaßt, so daß eine optimale Kopplung stattfinden kann.

Hinsichtlich weiterer Einzelheiten wird zur Vermeidung von Wie­ derholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwie­ sen. Abschließend sei nochmals besonders hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere auch zum Entfernen von Beschichtungen, insbesondere zum Entlacken von Metallober­ flächen, verwendet werden kann. Durch den sog. Skin-Effekt an der Oberfläche des zu behandelnden Werkstücks erreichbare Tem­ peraturen ermöglichen eine im wesentlichen auf die Oberfläche bezogene Temperaturbehandlung mit geringstmöglichem Energiebe­ darf.

Claims (20)

1. Vorrichtung zum induktiven Erwärmen elektrisch leitfähiger Werkstücke, mit einem Generator (1) und einem dem Generator (1) nachgeschalteten, schwingkreisbeaufschlagten Transformator (2), wobei der Transformator (2) einen Kern (3) mit Primärspule (4) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) offen ausgebildet und durch das Werkstück (5) im Sinne eines Jochs schließbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Kerne (3) eine Baugruppe bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3) bzw. Primärspulen (4) parallel zu dem Generator (1) geschaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne (3) bzw. Primärspulen (4) in Reihe zu dem Generator (1) geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern (3) U-förmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (4) an beiden freien Schenkeln (6) des Kerns (3) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (4) sich jeweils bis zum freien Ende der Schenkel (6) erstreckt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kern (3) U-förmig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (4) an dem die beiden freien Schenkel (6) miteinander verbindenden Quersteg (7) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die freien Enden (8) des Kerns (3) vorzugs­ weise in einer Ebene liegende Flächen aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kern (3) an seinen beiden freien Enden (8) der Form des Werkstücks (5) zumindest weitgehend angepaßt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (3) an seinen beiden freien Enden (8) als Werkzeug dienende besondere Aufnahmen (9) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (9) austauschbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (9) mittels Schnellspannplatten mit dem eigentli­ chen Kern (3) verbindbar bzw. von dem Kern (3) lösbar sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellspannplatten aus einem nichtmagnetischen Werkstoff, insbesondere aus Kunststoff, hergestellt sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die dem Werkstück (5) einprägbare Leistung über die am Werkstück (5), insbesondere an dessen Oberfläche sich einstellende Temperatur regelbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Frequenz, mit der die Primärspule (4) be­ aufschlagt wird, vorgebbar ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Generator (1) als Hochfrequenzgenerator ausgeführt ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Transformator (2) über ein Stromkabel oder eine Stromschiene mit dem Generator (1) verbunden ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Generator (1) und Transformator (2) eine bau­ liche Einheit bilden.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zumindest der Transformator (2) mit den Auf­ nahmen (9) als Handgerät ausgeführt ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sie zum Entfernen von Beschichtungen, insbe­ sondere zum Entlacken von Metalloberflächen, dient.