DE69113821T2 - Elektromagnetisches Induktionsheizgerät. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät zum Erwärmen eines kontinuierlichen Dünnblechs durch elektromagnetische Induktion.
• Ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät der beschriebenen Art kann durch Verwendung elektromagnetischer Induktion ein Dünnblech, wie beispielsweise ein Band, das im Vergleich zu seiner Breite sehr dünn ist, erwärmen. Dieses elektromagnetische Induktionsheizgerät ist gewöhnlich mit Elektromagneten ausgestattet, die mit einem Zwischenraum angeordnet sind, so daß Wirbelströme auf dem Band induziert werden, das zwischen dem Spalt in eine vorgegebene Richtung transportiert wird. Um Wirbelströme auf dem Band zu induzieren, werden die Elektromagnete mit einem Wechselstrom erregt.
• Bei dem elektromagnetischen Induktionsheizgerät ist es wünschenswert, daß das Band gleichförmig erwärmt wird, während das Band innerhalb des zwischen den Elektromagneten gelegenen Zwischenraums transportiert wird. Ferner ist es auch vorzuziehen, daß ein gleichförmiges Erwärmen des Bands erreicht werden kann, selbst wenn die Breite des Bands variiert.
• Um das oben beschriebene gleichförmige Erwärmen auszuführen, ist ein solches herkömmliches Heizgerät in der US-A-4 678 883 offenbart. Bei dem oben erwähnten herkömmlichen Heizgerät besteht jeder Elektromagnet aus mehreren Magnetpolsegmenten, die in einer Richtung transversal zur vorgegebenen Richtung angeordnet sind, und gemeinsamen Spulen, die um die Magnetpolsegmente gewickelt sind. Ein solches Heizgerät kann als elektromagnetisches Induktionsheizgerät des Typs mit transersalem Magnetfluß bezeichnet werden. Die Magnetpolsegmente können einzeln zum Band hin verschoben werden. Ferner ist eine Abschirmplatte aus einem nichtmagnetischen Material an jedem Endabschnitt jedes Magnetpolsegments, der in der Nähe des Bands liegt, angeordnet. Eine solche Abschirmplatte dient dazu, ein Magnetfeld abrupt abzuschwächen, das an den beiden breitseitigen Enden des Bandes erzeugt wird und das als Randfeld bezeichnet werden kann.
• Hierin wird angenommen, das Band aus ferromagnetischem Material werde unter Verwendung des herkömmlichen Heizgeräts erwärmt. In diesem Fall wird das Band wahrscheinlich unerwünscht oder ungleichmäßig zu beiden gegenüberliegenden Magnetpolsegmenten angezogen. Überdies sollte die Tatsache in Erwägung gezogen werden, daß das Band aus ferromagnetischem Material einen Curie-Punkt hat und seine Eigenschaften am Curie-Punkt drastisch ändert. Deshalb muß ein solches Band aus ferromagnetischem Material vielmehr als das andere Band gleichförmig und genau erwärmt werden.
• Auf jeden Fall ist das herkömmliche Heizgerät nicht zum Erwärmen eines Bands aus ferromagnetischem Material geeignet, da das Band von dem herkömmlichen Heizgerät ungleichmäßig erwärmt wird. Dieses ungleichmäßige Erwärmen führt zum Auftreten von Verziehungen und Welligkeiten auf dem Band. Wenn außerdem das Band mit den Magnetpolsegmenten in Kontakt gebracht wird, bricht das Band unerwünschterweise ab, was eine Verringerung der Bandausbeute zur Folge hat.
• Um ein Abbrechen des Bands zu verhindern, dürften wohl Versuche unternommen worden sein, um einen räumlichen Abstand der Magnetpolsegmente zu vergrößern. Jedoch sind diese Versuche dadurch nachteilhaft, daß die Heizleistung verschlechtert wird, da viele Magnetpolsegmente über einen Bereich, der breiter als die Breite des Bands ist, angeordnet werden müßten.
• Die US-A-3 008 026 offenbart ein Induktionsheizgerät zum Erwärmen von Metallbändern mit Führungswalzen, die als Pole dienen, d.h. die Magnetpole berühren das Metallband.
• Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät bereitzustellen, bei dem es möglich ist, ungeachtet des Bandmaterials das Auftreten von Verziehungen und Welligkeiten an der Oberfläche eines Bandes zu vermeiden.
• Es ist eine andere Aufgabe dieser Erfindung, ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät bereitzustellen, das zum Erwärmen eines Bandes aus ferromagnetischem Material geeignet ist.
• Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
• Ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät, auf das diese Erfindung anzuwenden ist, ist zum Erwärmen eines Bandes, das in eine vorgegebene Richtung transportiert wird. Gemäß dieser Erfindung weist das elektromagnetische Induktionsheizgerät im wesentlichen ein Paar Magnetpolelemente, die mit einander zugekehrten Stirnflächen mit einem Zwischenraum zwischen dem Paar Magnetpolelemente angeordnet sind, um während des Bandtransports das Band durch elektromagnetische Induktion zu erwärmen, und mindestens eine Führungswalze auf, die in einem Zwischenraum zwischem dem Paar Magnetpolelementen angeordnet ist, um das in die vorgegebene Richtung transportierte Band zu führen.
• Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht eines elektromagnetischen Induktionsheizgerätes gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung;
• Fig. 2 ist eine Querschnittansicht des in Fig. 1 dargestellten elektromagnetischen Induktionsheizgerätes;
• Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer in Fig. 1 und Fig. 2 verwendeten Führungswalze; und
• Fig. 4 ist eine Querschnittansicht eines elektromagnetischen Induktionsheizgerätes gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung.
• Nach Fig. 1 und 2 wird ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät des Typs mit transversalem Magnetfluß gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zum elektromagnetischen Erwärmen eines Bandes 1 verwendet, das eine große Länge, eine Breite und eine kleine Dicke hat und das in Längsrichtung transportiert wird. Folglich bewegt sich das dargestellte Band in eine vorgegebene Richtung, die in Fig. 2 nach unten führt. Das elektromagnetische Induktionsheizgerät weist ein Paar Magnetpolrahmen 21 und 31 auf, die sich gegenüberliegen und mit einem Zwischenraum angeordnet sind. Somit sind die Magnetpolrahmen 21 und 31 mit einander zugekehrten Stirnflächen angeordnet. Jeder Magnetpolrahmen 21 und 31 besteht aus einem Stapel aus mehreren Magnetpolsegmenten 21m und 31m, wie in Fig. 1 gezeigt ist, wobei m eine natürliche Zahl ist. Die Magnetpolsegmente 21m und 31m sind an der Breitseite des Bandes 1 angeordnet. In den dargestellten Magnetpolsegmenten 21m und 31m sind spezielle bei 21p und 31p gezeichnete Polsegmente enthalten, um Randfelder an den breitseitigen Enden des Bands 1 einzustellen, und sind zum Band 1 hin relativ zu den übrigen Magnetpolsegmenten vorragend. In Fig. 2 ist jeder Magnetpolrahmen 21 und 31 in mehrere Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d unterteilbar, die entlang der vorgegebenen Richtung durch tieferliegende Abschnitte abgeteilt sind.
• Jeder Teilmagnetpol 21a bis 21d ist zum Zwischenraum hin gerichtet und hat seine Stirnfläche jeweils der Stirnfläche jedes Teilmagnetpols 31a bis 31d zugekehrt. Jeder Spulenteil 22a bis 22d ist jeweils um jeden Teilmagnetpol 21a bis 21d gewickelt.
• In dem dargestellten Beispiel sind die erste bis vierte Führungswalze 4a bis 4d innerhalb des Zwischenraums zwischen den Teilmagnetpolen, wie 21a und 31a, 21b und 31b, 21c und 31c, und 21d und 31d angeordnet und haben den gleichen Durchmesser d. In Fig. 2 befindet sich die Führungswalze 4a in dem Zwischenraum mit einem vom Magnetpolrahmen 21 beabstandeten ersten Spalt L1 und einem vom Magnetpolrahmen 31 beabstandeten zweiten Spalt L2. Andererseits ist die Führungswalze 4b durch den zweiten Spalt L2 vom Magnetpolrahmen 21 und durch den ersten Spalt L1 vom Magnetpolrahmen 31 beabstandet. Somit wechseln sich erster Spalt L1 und zweiter Spalt L2 bei jeder Führungswalze miteinander ab, wie ohne weiteres aus Fig. 2 zu entnehmen ist. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, liegt das Band 1 an der linken Seite der Führungswalze 4a an und liegt danach an der rechten Seite der Führungswalze 4b an. Danach liegt das Band 1 abwechselnd und aufeinanderfolgend an einer linken Seite und einer rechten Seite der Führungswalzen 4c und 4d an. Auf jeden Fall wird das Band 1 in versetzter Anordnung mit den jeweiligen Führungswalzen in Kontakt gebracht und wird in Fig. 2 nach unten bewegt.
• Mit diesem Aufbau ist es möglich, beide Oberflächen des Bands 1 auf später zu beschreibende Weise gleichförmig zu erwärmen.
• Nach Fig. 3 weisen die jeweiligen Führungswalzen 4a bis 4d ein aus mehreren ferromagnetischen Schichten wie beispielsweise Siliziumstahl bestehendes Walzenelement 41, eine Hohlachse 42, die durch einen Mittelabschnitt des Walzenelements 41 verläuft und die aus einem nichtmagnetischen Material wie beispielsweise rostfreiem Stahl besteht, und eine hitzebeständige Überzugsschicht 43 auf, die aus einem Material wie beispielsweise Teflon besteht und die um das Walzenelement 41 herum aufgetragen ist. Die Breite des Walzenelements 41 ist größer als die des Bandes 1. Die Hohlachse 42 umgrenzt einen Durchlaß, der bei Bedarf zum Durchfluß eines Kühlmittels dient. Die Führungswalzen 4a bis 4d können als Leerlaufwalzen betrieben werden. Alternativ dazu können die Führungswalzen 4a bis 4d einen Walzenmechanismus (nicht gezeigt) aufweisen, der mit einer an die Transportgeschwindigkeit des Bands 1 angepaßten Rotationsgeschwindigkeit gedreht wird.
• Nun wird eine Funktionsweise dieser Ausführungsform detailliert beschrieben.
• Das Band 1 wird durch die Führungswalzen 4a bis 4d geführt, wobei es, wie vorstehend erwähnt, an abwechselnden Seiten der jeweiligen Führungswalzen 4a bis 4d anliegt. Somit werden an den jeweiligen Führungswalzen 4a bis 4d Anliegeabschnitte gebildet. Jeder Anliegeabschnitt der Führungswalzen 4a bis 4d verhindert wirkungsvoll, daß das Band 1 in Breiterichtung des Bands 1 gewellt wird, da jeder Anliegeabschnitt an wechselnden Seiten der Führungswalzen 4a bis 4d vorhanden ist.
• Das Band wird kontinuierlich in eine bei den Pfeilen A gezeichnete Richtung, d.b. in Längsrichtung des Bands 1, vorgeschoben oder transportiert. Während des Transports des Bandes 1 wird das Band 1 durch die Wirbelströme erwärmt, die durch die elektromagnetische Induktion in dem Band 1 induziert werden.
• Nach Fig. 1 bis 3 ist ein Abstand zwischen den Teilmagnetpolen wie 21a und 31a; 21b und 31b bei D gezeichnet. Jede Führungswalze 4a bis 4d enthält das Walzenelement 41 aus ferromagnetischem Material, wie vorher erwähnt. Dementsprechend bildet sich zwischen jeder Führungswalze 4a bis 4d und jedem Magnetpolrahmen 21 und 31 ein magnetischer Kreis und die Führungswalzen 4a bis 4d können als Joche betrachtet werden. In diesem Fall kann der Abstand D zwischen den Teilmagnetpolen wie 21a und 31a; 21b und 31b magnetisch äquivalent durch (L1+L2) dargestellt werden. Hierin wird der erste Spalt L1 durch einen Abstand jeweils zwischen jedem Anliegeabschnitt der Führungswalzen 4a bis 4d und jedem Teilmagnetpol 21a, 31b, 22c und 32d festgelegt, während der zweite Spalt L2 durch einen Abstand jeweils zwischen jeder Führungswalze 4a bis 4d und dem Teilmagnetpol 31a, 21b, 32c und 21d festgelegt wird.
• Dementsprechend ist es möglich, den ersten und zweiten Spalt L1 und L2 klein zu machen, da die Führungswalzen 4a bis 4d niemals in Kontakt mit den Teilmagnetpolen 21a bis 21d; 31a bis 31d gebracht werden. Dies zeigt, daß der erste und der zweite Spalt L1 und L2 in Vergleich zu D verkleinert werden können. Folglich kann eine im Vergleich zum herkömmlichen Heizgerät hohe Heizleistung erzielt werden. Somit wird während des Transports des Bands 1 das Band kontinuierlich und gleichförmig erwärmt, ungeachtet des Materials des Bands 1. Außerdem kann das Band 1 gleichförmig erwärmt werden, selbst wenn die Temperatur des Bands 1 über dem Curie-Punkt liegt.
• Nach Fig. 4 wird eine Beschreibung über ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung vorgenommen. Das dargestellte elektromagnetische Induktionsheizgerät ist nach Aufbau und Funktionsweise dem in Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellten ähnlich, mit Ausnahme, daß die Endflächen der Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d zum Band 1 hin gerichtet sind.
• Insbesondere hat jeder dargestellte Teilmagnetpol 21a bis 21d oder 31a bis 31d eine Endfläche, die konkav ist und eine größere vorgegebene Krümmung als die der Führungswalzen 4a bis 4d hat. Jedoch kann jeder Teilmagnetpol 21a bis 21d oder 31a bis 31d eine Krümmung haben, die im wesentlichen gleich der der Führungswalzen ist. Somit vergrößern die Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d wirkungsvoll das effektive Feld, indem sie ein Randfeld der Kanten des Bands 1, nämlich eines Umfangs des Bands 1, beeinflußen.
• Um das effektive Feld weiter zu vergrößern, weist jeder Teilmagnetpol 21a bis 21d; 31a bis 31d vorragende Abschnitte 21p und 31p (Fig. 1) auf, die wirkungsvoll das Magnetfeld des Umfangs des Bands 1 verstärken.
• Folglich wird das Band 1 an jeder Stelle der Teilmagnetpole 21a bis 21d oder 31a bis 31d über die gesamte Breite des Bands wirkungsvoll erwärmt. Außerdem ist es möglich, das Band 1 zu erwärmen, selbst wenn das Band 1 aus einem ferromagnetischen Material besteht. Dies ist so, weil das Band 1, ungeachtet des Materials, nie die Teilmagnetpole berührt. Überdies ist es möglich, das Band 1, ungeachtet des Curie-Punkts, vorteilhaft gleichförmig zu erhitzen.
• Während diese Erfindung soweit in Verbindung mit deren bevorzugter Ausführungsform beschrieben worden ist, ist es für Fachleute ohne weiteres möglich, diese Erfindung auf verschiedene andere Arten in die Praxis umzusetzen. Da sich beispielsweise die Führungswalzen 4a bis 4d und die Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d nie miteinander berühren, können alle oder ein Teil der Führungswalzen 4a bis 4d und die Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d durch eine Antriebsvorrichtung verschiebbar sein, um ihre Positionen in Breitenrichtung des Bands einzustellen.
• Überdies brauchen die Führungswalzen 4a bis 4d nicht immer versetzt, wie in Fig. 1 und 4 dargestellt, angeordnet sein, sondern können auf unterschiedliche Arten angeordnet sein. Dies zeigt, daß die Erfindung nicht auf die versetzte Anordnung beschränkt ist.
• Außerdem braucht diese Erfindung nicht auf die oben erwähnten Magnetpolrahmen 21 und 31 beschränkt sein, die durch Stapeln vieler Magnetpolsegmente gebildet werden. Insbesondere kann jeder der Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d individuell von dem anderen räumlich getrennt sein. Mehrere Teilmagnetpole 21a bis 21d; 31a bis 31d können in einem Gehäuse untergebracht sein und von einer einzigen Antriebsquelle angetrieben werden.
• Wie in Fig. 1, 2 und 4 dargestellt, ist die vorliegende Erfindung sehr wirkungsvoll, um das Abbrechen eines Bands aus ferromagnetischem Material zu verhindern, wenn sie auf ein elektromagnetisches Induktionsheizgerät des Typs mit transversalem Magnetfluß angewendet wird.

Claims (13)

1. Elektromagnetisches Induktionsheizgerät zum Erwärmen eines Bands (1), das in eine vorgegebene Richtung transportiert wird, wobei das elektromagnetische Induktionsheizgerät folgendes aufweist:

ein Paar Magnetpolelemente (21,31), die mit einander zugekehrten Stirnflächen mit einem Zwischenraum zwischen dem Paar Magnetpolelementen angeordnet sind, um während des Transports des Bands durch dieses Paar hindurch das Band durch elektromagnetische Induktion zu erwärmen, wobei das Band (1) in vorgegebener Richtung transversal zu dem Paar in den Zwischenraum eintritt und das Band den Zwischenraum in vorgegebener Richtung transversal zu dem Paar verläßt, wobei das Band transportiert wird, ohne ein Element des Paares zu berühren,

gekennzeichnet, durch mindestens eine Führungswalze (4a bis 4d), die sich innerhalb des Zwischenraums befindet, zum Führen des Bands (1), das in vorgegebener Richtung durch das Paar hindurch transportiert wird.

2. Heizgerät nach Anspruch 1, bei dem jede Führungswalze (4a bis 4d) aus einem ferromagnetischen Material besteht.

3. Heizgerät nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer Einrichtung zum Verschieben mindestens eines der Magnetpolelemente des Paares und mindestens einer der Führungswalzen, um einen Zwischenraum (L1,L2) zwischen mindestens einem Magnetpolelementpaar (21,31) und mindestens einer der Fuhrungswalzen (4a bis 4d) voneinander zu verändern.

4. Heizgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem jedes Magnetpolelement eine Endfläche hat, die im Querschnitt im wesentlichen identisch ist zur Walzenfläche einer Fuhrungswalze.

5. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eines der Magnetpolelemente eine Endfläche hat, die mindestens einer Walzenfläche der Führungswalze gegenüberliegt und die mit einer vorgegebenen Krümmung konkav ist, die im wesentlichen größer als eine vorgegebene Krümmung der Walzenfläche ist.

6. Heizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mindestens eines der Magnetpolelemente eine Endfläche hat, die mindestens einer Walzenfläche der Führungswalze gegenüberliegt und die mit einer vorgegebenen Krümmung konkav ist, die im wesentlichen gleich der vorgegebenen Krümmung einer Walzenfläche der Führungswalze ist.

7. Elektromagnetisches Induktionsheizgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit:

einem ersten und zweiten Polrahmen (21,31), die mit einem Zwischenraum entlang der vorgegebenen Richtung angeordnet sind und die entlang der vorgegebenen Richtung in mehrere Magnetpolelementsätze unterteilt sind, wobei jeder Satz das Paar Magnetpolelemente aufweist, bei dem mehrere Führungswalzen (4a bis 4d) in der vorgegebenen Richtung angeordnet sind, so daß sie zwischen den Magnetpolsätzen innerhalb des Zwischenraums mit einem ersten Spalt und einem zweiten Spalt zwischen dem ersten und zweiten Polrahmen aufgestellt sind, wobei das Band von mehreren Führungswalzen geführt wird, so daß das Band in wechselnden versetzten Kontakt mit den Führungswalzen gebracht wird.

8. Heizgerät nach Anspruch 7 zum Erwärmen eines ferromagnetischen Bands, bei dem jede Führungswalze ein aus einem ferromagnetischem Material bestehendes Walzenelement aufweist.

9. Heizgerät nach Anspruch 7 oder 8, bei dem durch Verschieben des ersten und zweiten Polrahmens relativ zu den Führungswalzen der erste Spalt und der zweite Spalt einstellbar sind.

10. Heizgerät nach Anspruch 7, 8 oder 9, ferner mit einer Einrichtung zum Verschieben mindestens eines Magnetpolelements des Paares und mindestens einer Führungswalze, bei dem durch Verschieben des ersten und zweiten Polrahmens relativ zu den Fuhrungswalzen mittels der Verschiebe-Einrichtung der erste Spalt und der zweite Spalt einstellbar sind.

11. Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 10, bei dem jedes Magnetpolelement eine Endfläche hat, die im Querschnitt im wesentlichen identisch ist zu der Walzenfläche der Führungswalzen.

12. Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem mindestens eines der Magnetpolelemente eine Endfläche hat, die mindestens einer Walzenfläche der Führungswalze gegenüberliegt und die mit einer vorgegebenen Krümmung konkav ist, die im wesentlichen größer als eine vorgegebene Krümmung einer Walzenfläche der Führungswalzen ist.

13. Heizgerät nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei dem mindestens eines der Magnetpolelemente eine Endfläche hat, die mindestens einer Walzenfläche der Führungswalze gegenüberliegt und die mit einer vorgegebenen Krümmung konkav ist, die im wesentlichen gleich einer vorgegebenen Krümmung einer Walzenfläche der Führungswalzen ist.