DE608476C - Flachspule zur Wirbelstromheizung - Google Patents

Description

In der neueren Zeit sind verschiedentlich für Schmelzzwecke Flachspulen zur Wirbelstrombeheizung an Stelle der bisher dazu benutzten Zylinderspulen vorgeschlagen worden, weil eine Flachspule in einer Metallschmelze ein weit homogeneres magnetisches Wechselfeld erzeugt. Die Abb. 1 bis 3 zeigen die Verteilung eines solchen Feldes in einer über einer Flachspule angeordneten Schmelze eines nichtmagnetischen Metalles, wie Kupfer, und zwar die Abb. 1 bei Speisung der Spule mit Gleichstrom, Abb. 2 bei Speisung mit nieder- oder mittelperiodigem Wechselstrom und Abb. 3 für den Betrieb mit Hochfrequenz.

Ein Vergleich der drei Abbildungen lehrt, daß sich das bei Speisung mit Gleichstrom oder nieder- bis mittelperiodigem Wechselstrom über der Spulenmitte ausbildende Maximum der Feldstärke mit Zunahme der

ao Frequenz infolge des magnetischen Haupteffektes immer weiter nach außen verschiebt, so daß bei Hochfrequenz die Schmelze über der Mitte der Spule schließlich fast frei von Kraftlinien ist.

Die Feldgestaltung gemäß Abb. 3 ergibt sich nicht nur bei Speisung der Spule mit hochfrequentem Strom, sondern kann auch beim Betriebe mit Mittel- und selbst Niederfrequenz eintreten, .wenn nämlich das Schmelzgut infolge hoher Permeabilität einen starken magnetischen Hauteffekt veranlaßt.

Gegenstand der Erfindung ist nun eine solche Ausgestaltung der Flachspulen, daß unter Berücksichtigung der physikalischen und räumlichen Eigenschaften des beheizten Gutes und gleichzeitig der Stromfrequenz doch jede gewünschte Feldgestaltung im Gut erzielt werden kann. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch eine ungleiche Verteilung der Wicklungs- oder Windungs dichte über den Querschnitt der Spule. Soll z. B. die Spule mit Hochfrequenz gespeist werden oder ein Gut hoher Permeabilität beheizt werden, so würde sich mit einer Flachspule gleicher Wicklungsdichte, d. h. gleichem Windungsabstand, die Feldverteilung nach Abb. 3 im Gut ausbilden. Da es nun im allgemeinen erwünscht ist, die Schmelze möglichst gleichmäßig durch ein wesentlich homogenes Feld zu erhitzen und die Tiegelwandung vor übermäßiger Erhitzung durch ein starkes Randfeld zu schützen, so wird gemäß der Erfindung die Spule nach ihrer Mitte zu enger gewickelt, so daß die Windungsdichte der Spule von außen nach innen zunimmt. Eine solche Spule veranschaulicht die Abb. 4. Würde man umgekehrt die Wicklungs diente von der Mitte der Spule nach außen hin zunehmen lassen, so könnte eine derartige Spule bei Speisung mit hochfrequentem Strom nur dort Verwendung finden, wo es wesentlich auf eine. Erhitzung der Randpartien der Schmelze ankommt und ein Magnetfeld im Mittelteil der Schmelze unerwünscht ist. Hingegen kann eine solche Spule mit nach außen erhöhter Wicklungsdichte, die z. B. auch durch eine

abgestufte Mehrlagenwicklung erzielt werden kann, bei -Betrieb mit niederfrequentem oder mittelperiodigem Strom im Heizgut sehr wohl eine gleichmäßige Feldverteilung erzeugen, wenn z. B. Permeabilität und Leitfähigkeit des Gutes verhältnismäßig niedrig sind.

Durch Kombination einer oder mehrerer Flachspulen gemäß der Erfindung mit Zylinderspulen kann die Anpassungsmöglichkeit an ίο die verschiedensten Eigenschaften des Gutes, an die Stromfrequenz und den beabsichtigten Zweck noch weitergetrieben werden. Vor allem ist eine derartige Kombination dann zweckmäßig, wenn zum Betrieb nur soperiodiger Wechselstrom zur Verfugung steht, weil im allgemeinen die Induktivität von Flachspulen allein für niederfrequenten Betrieb zu klein ist. Da eine Zylinderspule praktisch nur in der Nähe der Tiegelwandungen ao ein starkes Feld erzeugt und auch normale Flachspulen bei Speisung mit Hochfrequenz ein starkes Randfeld hervorrufen (Abb. 3), so kann eine Kombination aus Zylinderspulen und Flachspulen mit konstanter Wicklungsdichte erst recht kein homogenes Feld in einer Schmelze erzeugen. Im Gegenteil muß zu diesem Zweck die mit der Zylinderspule kombinierte Flachspule in der Mitte eine größere Windungsdichte als am Rande besitzen.

Zylinderspulen mit ungleichmäßiger Wicklungsdichte sind bereits bekannt. Sie haben in erster Linie den Zweck, in einem Bade den Ausfall an magnetischen Kraftlinien durch erhöhte Streuung am oberen und unteren Ende durch eine dichtere Wicklung an diesen Stellen auszugleichen. Diese ungleichartige Wicklung gibt aber nicht die Möglichkeit, ein beliebiges Magnetfeld im Inneren der Schmelze zu erzeugen. Wie bei jeder Zylinderspule wird auch bei dieser Sonderspule ein starkes Randfeld auf Kosten des Innenfeldes ausgebildet, nur eben mit dem Unterschiede, daß dieses starke Randfeld an den Enden der Spule ebenso groß ist wie in der Mitte der Tiegelwandung. Zur Erzeugung eines über den Horizontalquerschnitt des Tiegels konstanten Feldes kann eine solche Spule nicht dienen.

Besondere Bedeutung gewinnt die Flachspule gemäß der Erfindung bei ihrer Anwendung zum Glühen bzw. Vergüten z. B. von Metallteilen. Vor allem ermöglicht sie eine gleichmäßige Wärmebehandlung flacher Gegenstände, wie Blechbahnen in Walzwerken, Scheiben, Flachringen, niedrigen Näpfen, Sägen, Fräsern u. dgl. Selbst ungleichmäßig geformte Gegenstände können mit einer Spule entsprechenden Querschnitts vergütet werden. Ist bei einem derartigen Gegenstand eine stärkere Beheizung einer bestimmten Seite wünschenswert, z. B. einer Randstelle, die infolge der Vorbehandlung starke Spannungen enthält, die durch starkes Glühen beseitigt werden müssen, so wird die Flachspule an dieser Stelle besonders dicht bewickelt. Umgekehrt kann man durch entsprechend lockere Wicklung der Flachspule auf einer Seite und zunehmende Windungs dichte nach der entgegengesetzten Seite einen entsprechenden Temperaturanstieg über den Querschnitt des Glühgutes erreichen. Im Fabrikationsprozeß erfolgt die Einbringung des zu glühenden oder zu vergütenden Gutes in das Magnetfeld einer oder zweier parallel liegender Flachspulen gemäß der Erfindung am einfachsten am laufenden Bande. Der Antrieb des Fördermittels geschieht dabei zweckmäßig ruckweise nach Art der Filmbewegung mittels Malteserkreuzes, derart, daß auf ein längeres Verweilen des Glühgutes im Magnetfeld ein schnelles Herausbefördern aus ihm folgt. Mit der ruckartigen Entfernung des Gutes aus dem Magnetfeld kann unmittelbar ein Abschrecken in einem Härtebade verbunden werden.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung liegt in der Einschaltung der Flachspulenheizung in den Walzprozeß der Bleche selbst. Heute ist es erforderlich, den Walz-Vorgang mit hoher Geschwindigkeit ablaufen zu lassen, damit die Bleche vor dem Eintritt in eine Walze nicht erst Zeit zur Abkühlung haben. Dies bedingt, wenn man nicht eine Zwischenerwärmung in einem besonderen Ofen einfügen will> eine Überhitzung der Walzblöcke und damit erhebliche Zunderverluste während des ersten Teils' der Wanderung auf der Walzenstraße. Andererseits ist das Blech vor Eintritt in die letzten Walzen schon erheblich abgekühlt, was zu einer Überbeanspruchung der Walzen und zur Rißbildung in den Blechen Anlaß geben kann. Durch Einbau von Flachspulen nach der Erfindung zwischen verschiedenen Walzen ist die Möglichkeit gegeben, die Bleche ohne besonderen Aufenthalt wieder auf die günstigste Verformungstemperatur zu bringen, während hinter der letzten Walze sofort der Vergütungsprozeß nach der Erfindung erfolgen kann. Die Flachspulen werden zu diesem Zweck am besten aus Windungsrechtecken hergestellt in einer Breite, die etwas über die Blechbreite hinausgeht, wenn das Blech sehr dicht an der oder den Flachspulen vorbeigeführt wird, oder die etwas hinter der Blechbreite zurücksteht, wenn die Seitenstreuung infolge größeren Abstandes der Blechbahn von der Spule erstere völlig umfaßt.

Zum Schluß sei noch auf ein anderes Gebiet verwiesen, auf dem die Einschaltung einer Zwischenglühung mittels Flachspulen

nach der Erfindung von Nutzen ist. Beim Ziehen und Drücken flacher Gefäße, Schalen, Flachringe, Kappen u. dgl. ist häufig zwischen zwei Arbeitsgängen eine Glühung erforderlich, um die Ziehfähigkeit des Werkstückes wiederherzustellen. Auch hier ist ein Glühprozeß unter Anwendung von Flachspulen nach der Erfindung gleichbedeutend mit Zeit- und Arbeitsersparnis infolge einheitlicher, leicht zu überwachender Arbeitsweise.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flachspule zur Wirbelstromheizung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsdichte über den .Querschnitt der Spule verschieden ist.

2. Flachspule nach Anspruch i, gekennzeichnet durch eine von innen nach außen zunehmende oder abnehmende Wicklungsdichte.

3. Anordnung zur Wirbelstromheizung unter Verwendung von Flachspulen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über bzw. unter dem zu beheizenden Gut eine oder zwei parallele Spulen angeordnet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß außer Flachspulen eine oder mehrere das Heizgut umgebende Zylinderspulen vorgesehen sind.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch ihre Anwendung zum Glühen oder Vergüten von Blechbahnen oder von Werkstücken in Serie, die gleichmäßig oder ruckweise durch das Spulenfeld hindurchgezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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