DE69619155T2 - Induktionsheizsystem für Härtung über 360 Grad von Beschichtungen von Dosenkörpern - Google Patents

Description

• Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur 360º Induktionsbeheizung eines Dosenköpers zum Aushärten oder teilweisen Aushärten einer darauf aufgebrachten Schutzschicht.
• Der Dosenkörper kann induktiv beheizt werden, indem er in einem magnetischen Wechselfeld einer mittleren Frequenz platziert wird, welches durch eine mehrfach schraubenförmig um den Transportpfad des Dosenkörpers gewundene Induktionsspule erzeugt wird. Indem ein mittelfrequentes Feld verwendet wird und der Dosenkörper in Bezug auf die Induktionsspule zentriert wird, kann der Dosenkörper gleichförmig und gleichmäßig entlang 360º seines Umfanges erhitzt werden.
Beschreibung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung auf einem elektrisch leitfähigem zylindrischem Werkstück, insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur induktiven Aufheizung von Metalldosenkörpern zum Aushärten oder teilweisen Aushärten einer darauf befindlichen Beschichtung, und ein Befördern der Dosenkörper durch die Induktionsbeheizungsvorrichtung.
• Der Herstellungsprozess dreiteiliger Metalldosen zur Aufbewahrung von Lebensmitteln und verderblichen Gütern beinhaltet typischerweise das Formen eines zylindrischen Dosenkörpers aus einem vorbeschichteten Metallblech und danach das Befestigen von, zwei vorbeschichteten Deckeln auf den gegenüberliegenden Enden des Dosenkörpers. Die Vorbeschichtung schützt den Inhalt der Dose gegen Kontamination und verhindert die Korrosion der Metalldose durch den Doseninhalt. Nachdem der Dosenkörper in einem Zylinder geformt wurde, werden die Kanten des Bleches entlang der Nähte zusammen verschweißt. Der Schweißvorgang beschädigt die schützende Vorbeschichtung entlang der Naht und erfordert dadurch das Aufbringen eines Seitenstreifens einer Schutzschicht wenigstens im Bereich der Naht.
• Es ist bekannt, eine Schutzschicht entlang 360º des Umfanges des Dosenkörpers während des Dosenherstellungsprozesses aufzubringen, nachdem die Naht geschweißt wurde. Dies kann anstelle der Verwendung vorbeschichteten Dosenhalbzeugs erfolgen oder zusätzlich zu vorbeschichtetem Dosenhalbzeug, wenn eine zusätzliche Lage der Schutzschicht gewünscht ist. Das Aufbringen einer 360º Beschichtung nachdem die Naht geschweißt wurde, ermöglicht des Weiteren, dass der Schritt, einen schützenden Seitenstreifen auf die Schweißnaht aufzubringen, entfallen kann. Eine solche Schutzschicht kann auf den Dosenkörper in Form eines Pulverhalbzeugs oder als eine Lösungsmittel-basierte Flüssigkeit aufgebracht werden. Nachdem die Schutzschicht auf den Dosenkörper aufgebracht wurde, wird die Schicht auf dem Dosenkörper mittels eines Heizprozesses ausgehärtet, was grundsätzlich sowohl eine Funktion der Heizleistung als auch der Zeit ist.
• Da die auf den Umfang des Dosenkörpers aufgebrachte Schutzschicht sich ablösen kann bevor sie gehärtet ist, ist es wichtig, dass die Schicht so schnell wie möglich nach ihrer Aufbringung beheizt wird, um die Beschichtung auf dem Dösenkörper zu befestigen. Es ist des weiteren wichtig, dass ein Dosenkörper gleichmäßig beheizt wird, um sicherzustellen, dass alle Teile der Beschichtung vollständig aushärten, ohne dass Bereiche überhitzt werden. Wird der Dosenkörper zu wenig beheizt, kann ein unvollständiges Aushärten der Beschichtung darauf die Folge hiervon sein, eine zu hohe Erhitzung des Dosenkörpers kann Blasen in der Schicht erzeugen und möglicherweise ein Schmelzen des Metalls, aus dem die Dose geformt ist. Blasenbildung in der Schicht erzeugt eine ungleichmäßige und unansehnliche Schutzschicht.
• In bekannten Dosenherstellungsmontagelinien wird ein Dosenkörper typischerweise vom Beschichtungsprozess zu einem Heizofen transportiert, um die Beschichtungen mittels Konvektionsluftstrom auszuhärten. Solche Systeme sind häufig groß und voluminös und erfordern einen großen Platzbedarf innerhalb des Herstellungsbereichs. Des Weiteren wird ein großer Teil der von solchen Öfen erzeugten Hitze in den Wänden und der Luft innerhalb der Heizkammer absorbiert und nur ein kleiner Teil der erzeugten Hitze, in den meisten Fällen etwa 20%, heizt tatsächlich die Dosenkörper. Daher sind solche Systeme ineffizient und teuer im Betrieb.
• Dosenkörper verlassen den Beschichtungsprozess typischerweise einzeln. Um den Durchsatz des Herstellungsprozesses zu erhöhen, werden die Dosenkörper aus ihrer Einzelförderung genommen und grundsätzlich zu 10 bis 20 Dosen aufgereiht zum Eintritt in den Härteofen. Nach dem Heizvorgang werden die Dosenkörper wieder in Einzelförderung zurückgesetzt. Eine solche Vorgehensweise ist doppelt nachteilig. Erstens sind Vorrichtungen und zusätzliche Prozessschritte erforderlich, um die Dosenkörper vor und nach dem Heizprozess aufzureihen und zurückzusetzen. Dies erhöht die Zeit und die Kosten des Herstellungsvorgangs. Zweitens müssen die Dosenkörper vor dem Aushärten der Schutzschicht behandelt werden, um sie in Reihen auszurichten, diese Behandlung kann einen Verlust oder eine Beschädigung der Schutzschicht zur Folge haben.
• Ein weiteres, mit der zum Aushärten verwendeten Konvektionsheizung assoziiertes Problem, insbesondere bei Flüssigbeschichtungen, ist, dass solche konventionellen Heizmechanismen von der Aussenseite der Beschichtung nach innenwärts heizen. Somit neigt die äußere Oberfläche der Beschichtung dazu, eine Haut zu bilden und die Flüssigkeit darunter wird eingeschlossen und wirft Blasen, wenn sie versucht durch die äußere Haut zu brechen.
• Ein anderes Problem tritt in konventionellen Konvektionsöfen auf, wenn die Dosenkörper innerhalb der Heizkammer für eine längere Zeit als beabsichtigt verweilen, wie z. B. wenn das Fördersystem für die Dosenkörper unterbrochen wird. In dieser Situation werden die Dosenkörper durch die Hitze innerhalb des Ofens weiterhin beheizt, selbst wenn der Konvektionsofen ausgeschaltet wird und die Dosenkörper können überhitzt und möglicherweise zerstört werden.
• Induktionsheizer zur elektrischen Aufheizung leitender Werkstücke sind bekannt. Induktionsbeheizung beinhaltet grundsätzlich das Fließen eines Wechselstromes durch eine Induktionsspule um ein magnetisches Wechselfeld zu erzeugen, in welchem das elektrisch leitende Werkstück platziert ist. Die Hitze wird im Werkstück durch Wirbelstromverluste, welche aus den durch das Feld erzeugten, im Werkstück kreisenden Strömen resultieren. Es ist kennzeichnend, dass die Menge der innerhalb des Werkstücks erzeugten Hitze direkt mit dem Abstand zwischen dem Werkstück und der Induktionsspule in Beziehung steht. Wenn andere Systemparameter konstant gehalten werden, wird die innerhalb des Dosenkörpers erzeugte Hitze umso größer sein, je kleiner die Distanz zwischen dem Werkstück und der Induktionsspule ist.
• Bekannte Induktionsheizsysteme haben typischerweise bei hohen Frequenzen im Bereich von 100 kHz bis 250 kHz gearbeitet. Hohe Frequenzen verringern die Tiefe, in welcher Ströme unterhalb der Oberfläche eines Werkstücks erzeugt werden (der "Skin-Effekt"). Folglicherweise ist die innerhalb eines Werkstücks erzeugte Hitze bei hohen Stromfrequenzen nahe der Oberfläche des Werkstücks konzentriert.
• Der Betrieb bei hohen Frequenzen hat verschiedene Nachteile in Bezug auf das Aufheizen von Dosenkörpern. Der erste Nachteil bezieht sich auf die Heizgleichmäßigkeit innerhalb des Dosenkörpers. Einflüsse wie Verformungen in einem Werkstück und unbeabsichtigte Bewegungen des Werkstücks in Bezug auf den Förderpfad verursachen eine Veränderung des Abstands zwischen dem Werkstück und der Induktionsspule, was die Menge der innerhalb des Werkstücks erzeugten Hitze verändert, wie oben ausgeführt. Ein Problem mit Hochfrequenzströmen ist, dass solche Ströme diese Heizungleichmäßigkeit verstärken aufgrund der hohen Hitzekonzentration nahe der Oberfläche des Werkstücks. Solchermaßen können verschiedene Teile des Werkstücks in äußerst unterschiedlichem Ausmaß beheizt werden, abhängig von der Nähe der Spule und anderen Faktoren. Folglicherweise kann globale Überhitzung einfach und häufig auftreten, sogar bevor andere Teile des Werkstücks auf die gewünschte Temperatur erhitzt sind.
• Des Weiteren bleiben hohe Frequenzströme auch nahe der Oberfläche des elektrischen Leiters, welcher den Strom zur und in der Induktionsspule leitet, was eine starke Aufheizung des elektrischen Leiters verursacht. Folglich waren Wasserkühlungssysteme erforderlich, um die Leiter entsprechend zu kühlen. Typischerweise wurden diese Leiter in Form von Kupferrohren, welcher von Wasser durchströmt wurden, hergestellt.
• Induktionsheizverfahren und -vorrichtungen sind im allgemeinen, obwohl nicht notwendigerweise die speziellen Probleme von Dosenkörpern betreffend, in den folgenden US-Patenten gezeigt:
• US 4,339,645 von Miller, US 4,481, 397 von Maurice, US 4,296,294 von Bekert, US 4,849,598 von Nozaki, US 4,160,891 von Scheffler, US 3,449,539 von Scheffler, US 4,307,276 von Kurata, US 4,582,972 von Curtin, US 4,673,781 von Nuns, US 4,531,037 von Camus, US 4,775,772 von Chaboseau, US 4,810,843 von Wicker und US 3,727,982 von Itoh.
• GB-A-2118051 beschreibt ein Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung auf einem elektrisch leitfähigem zylindrischem Werkstück mittels Induktionsheizung, umfassend die Schritte des Erzeugens eines magnetischen Schwingfeldes; Transportieren des Werkstücks durch das Feld zum Aushärten der Beschichtung auf der inneren Oberfläche des Werkstücks. Die Druckschrift beschreibt des Weiteren eine Vorrichtung zum Ausführen des Aushärteverfahrens.
• Konventionelle Induktionsheizverfahren sind bekannt zum Schweißen einer Dosenkörpernaht, wie z. B. jenes, welches in US-Patent Nr. 4,783,233 von Yasumuro beschrieben ist. Beim Induktionsschweißen treten viele der Probleme, welche beim Induktionstrocknen und -härten auftreten, nicht auf und verschiedene wichtige Unterschiede bestehen zwischen den zwei Verfahren. Zum Beispiel muss beim Schweißverfahren nicht auf eine zu schnelle Aufheizung des Werkstücks geachtet werden. Solange eine ausreichende Menge von Hitze innerhalb des Werkstücks über eine bestimmte Zeitspanne erzeugt wird, wird die Schweißnaht gut ausgebildet. Dagegen kann, in einem Aushärteverfahren, Blasenbildung der flüssigen Beschichtung auftreten, wenn das Werkstück zu schnell erhitzt wird (wie oben beschrieben) und ein Pulver kann aushärten, bevor es gleichmäßig um die Oberfläche des Dosenkörpers fließen kann.
• Ein anderer wichtiger Unterschied zwischen Schweißen und Aushärten entlang 360º eines Dosenkörpers ist, dass Induktionsschweißen ein eindimensionales Positionierungsproblem darstellt. D. h., zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Schweißprozesses heizt ein Induktionsheizer den Bereich eines einzelnen Punktes entlang der Naht, welche unter ihm durchläuft, auf, wie gezeigt in der Schnittdarstellung der Fig. 1 und durch Pfeil A auf dem Werkstück gekennzeichnet. Wie oben beschrieben, steht die Menge der innerhalb des Werkstücks erzeugten Hitze direkt in Bezug mit dem Abstand zwischen dem Werkstück und dem Induktionsheizelement. Daher ist es, um die Menge der an einem Punkt der Schweiznaht erzeugten Hitze zu steuern, nur erforderlich die Position des Induktionsheizers in Bezug auf diesen einen Punkt zu steuern.
• Im Gegensatz hierzu stellt das Induktionsaushärten entlang 360º eines zylindrischen Werkstücks, wie eines Dosenkörpers, ein zweidimensionales Positionierungsproblem dar. D. h., zu einem bestimmten Zeitpunkt während des Aushärtevorgangs muss der Induktionsheizer alle Punkte entlang des Umfangs des Werkstücks beheizen, wie gezeigt in der Schnittdarstellung der Fig. 2 und durch die Pfeile B&sub1; und B&sub2; ... Bi gekennzeichnet. Folglich ist es erforderlich, die Position des Induktionsheizers in Bezug auf einen jeden solchen Punkt zu steuern, um die an jedem Punkt entlang des Umfangs erzeugte Hitze zu steuern. Den Anmeldern sind keine konventionellen Verfahren zur Ausführung einer Aushärtung entlang 360º eines Dosenkörpers bekannt.
• Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein(e) 360º Dosenkörperheizverfahren und -vorrichtung bereitzustellen, welche(s) einige oder alle der oben beschriebenen Nachteile vermeidet.
• Die Erfindung betrifft im Allgemeinen die 360º Induktionsbeheizung eines Dosenkörpers, um eine darauf aufgebrachte Schutzschicht zu heizen, trocknen, auszuhärten und/oder teilweise auszuhärten. Die Dosenkörper werden induktiv beheizt, indem sie in einem mittelfrequenten magnetischen Wechselfeld (500 Hz bis 50 kHz) platziert werden, welches durch eine Induktionsspule mit mehreren Windungen, welche schraubenförmig um den Beförderungspfad des Dosenkörpers gewunden sind, erzeugt wird. Indem ein mittelfrequentes Feld benutzt wird und die Dosenkörper in Bezug auf die Induktionsspule zentriert werden, können die Dosenkörper gleichförmig und gleichmäßig entlang 360º ihres Umfangs beheizt werden.
• Dosenkörper werden in Längsrichtung und Ende zu Ende ausgerichtet durch die Induktionsheizvorrichtung auf einem Förderer gefördert, welcher die Dosenkörper aus dem Schutzbeschichtungsvorgang aufnimmt. Die Dosenkörper und der Beförderer laufen durch die Induktionsheizvorrichtung innerhalb eines nicht leitenden Isolationsrohres. Das Isolationsrohr isoliert die Dosenkörper von der Induktionsheizvorrichtung, so dass innerhalb der Vorrichtung zirkulierende Luft nicht die Beschichtung innerhalb der Dosenkörper wegbläst und jegliche Beschichtung, welche sich von den Dosenkörpern ablöst innerhalb des Rohres aufgenommen wird und nicht auf die Induktionsspule, elektrische Komponenten oder das Vorrichtungsinnere fällt.
• Die Induktionsspule ist schraubenförmig entlang der gesamten Länge des Isolationsrohrs gewickelt, so dass ein Magnetfeld innerhalb des Isolationsrohrs aufgebaut wird, um die Dosenkörper zu heizen. Der Durchmesser des Isolationsrohrs ist nur wenig größer als der Durchmesser einer Dose, so dass die Dosenkörper durch die Heizung in einer relativ fixierten und zentrierten Position in Bezug auf das Isolationsrohr und die Induktionsspule wandern. Auf diese Weise werden die Dosenkörper gleichmäßig entlang ihres gesamten Umfangs beheizt.
• Wie zuvor gezeigt, kann ein Luftzirkulationssystem innerhalb der Heizvorrichtung vorgesehen werden, um die Induktionsspule zu kühlen. Da mittelfrequente Ströme benutzt werden, wandert der Strom tiefer in den Leitern, welche zur und innerhalb der Induktionsspule führen und auf diese Weise werden die elektrischen Leiter nicht übermäßig heiß. Daher können die elektrischen Komponenten und die Induktionsspule mittels eines verhältnismäßig einfachen und kostengünstigen konvektiven Luftflussverfahrens gekühlt werden.
• Ein weiteres Ergebnis der Verwendung mittelfrequenter Ströme ist, dass das konventionell von innen wassergekühlte Rohr durch einen Draht mit kleinerem Durchmesser innerhalb der Spule ersetzt werden kann. Eine solche Spule weist Vorteile in Bezug auf konventionelle Kupferrohre auf, indem sie billiger zu verwenden ist und auch eine größere Anzahl von Windungen oder Schleifen um eine vorgegebene Länge des Isolationsrohrs gewickelt werden kann, wenn gewünscht, wodurch die Stromflussanforderungen weiter reduziert werden.
• Innerhalb des Isolationsrohrs können Temperatursensoren vorgesehen werden zum Beobachten der Temperatur des dieses durchlaufenden Dosenkörpers, um ein Abschalten der Energieversorgung zu ermöglichen, wenn die Temperatur einen vorbestimmten Wert übersteigt.
• Nach dem Verlassen der Vorrichtung transportiert das Beförderungssystem die ausgehärteten oder teilweise ausgehärteten Dosenkörper zu einer benachbarten Behandlungsstation oder einem anderen Beförderungssystem.
• Die Erfindung wird mit Bezug zu besonderen Ausführungsformen von ihr beschrieben und Bezug wird zu den Zeichnungen genommen, bei denen:
• Fig. 1 die eindimensionalen Positionierungsanforderungen bei der Induktionsbeheizung einer Lötnaht darstellt
• Fig. 2 die zweidimensionalen Positionierungsanforderungen bei der Induktionsbeheizung eines zylindrischen Körpers darstellt;
• Fig. 3 eine perspektivische, geschnittene Ansicht der Induktionsheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 4 eine vergrößerte Seitenansicht eines Abschnitts eines Isolationsrohres und einer Induktionsspule nach der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 5 eine quergeschnittene Ansicht eines Abschnitts des Isolationsrohrs und der Induktionsspule entlang der Linie 5-5 der Fig. 3 ist;
• Fig. 6 einen Streckensteuerungssensor zum Erfassen des Vorhandenseins oder Nicht-Vorhandenseins eines Dosenkörpers entlang des Dosendurchführungspfades darstellt;
• Fig. 7 eine Seitenansicht eines Induktionsheizers und eines Fördersystems nach der vorliegenden Erfindung ist;
• Fig. 8 eine quergeschnittene Ansicht eines Abschnitts des Fördersystems entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 ist;
• Fig. 9 eine Seitenansicht eines Abschnitts des Fördersystems nach der vorliegenden Erfindung ist und
• Fig. 10 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist.
• Die Erfindung wird nun mit Bezug zu den Fig. 1-9 beschrieben, welche allgemein einen Induktionsheizer und ein Fördersystem zum Aushärten oder teilweisen Aushärten von Schutzschichten auf Dosenkörpern während des Dosenherstellungsvorgangs betreffen. Während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung einer Dose für Nahrungsmittel oder andere verderbliche Gegenstände beschrieben wird, ist dies so zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung in einer breiten Vielzahl von Anwendungen verwendet werden kann, wo es wünschenswert ist, entlang 360º eines zylindrischen Werkstückes auszuhärten oder in anderer Weise gleichmäßig zu heizen. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass, obwohl die Erfindung in Bezug auf Dosenkörper aus ferromagnetischem Stahl beschrieben wird, die vorliegende Erfindung zum Beheizen anderer elektrisch leitfähiger Werkstücke, wie Aluminiumdosenkörper, verwendet werden kann.
• Wie zuvor gezeigt, ist es wünschenswert, 360º eines zylindrischen Dosenkörpers mit einer Beschichtung zu beschichten, welche typischerweise aus einem trockenen Harzpulver oder einer Lösungsmittel-basierten Flüssigkeit besteht. Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen einer solchen Schutzschicht ist in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 08/393,150 unter dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Pulverbeschichtung geschweisster Dosen" offenbart, diese Anmeldung wird durch den Inhaber der vorliegenden Erfindung besessen.
• Wie in jener Anmeldung beschrieben, wird ein Schutzpulver elektrostatisch aufgeladen während des Beschichtungsvorgangs um die Pulverbeschichtungspartikel an das Innere des Dosenkörpers anzuziehen und daran festzuhalten, wobei der Dosenkörper elektrisch geerdet ist. Die Schutzschicht muss hiernach auf dem Dosenkörper ausgehärtet werden. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Induktionsheizsystem zur Beheizung der Dosenkörper verwendet, um die Schutzschicht darauf zu trocknen, zu verschmelzen, auszuhärten und/oder teilweise auszuhärten auf den Dosenkörpern.
• Die Schutzschicht kann vollständig innerhalb der Induktionsheizvorrichtung der vorliegenden Erfindung ausgehärtet werden, wodurch das Erfordernis eines konventionellen Konvektionsofen vermieden wird. Dabei ist zu beachten, dass die Induktionsheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu einem konventionellen Konvektionsofen verwendet werden kann, wobei die Induktionsheizvorrichtung die Schutzschicht in einem Vorgang, welcher entweder vor ("Vorhärtung") oder nach ("Nachhärtung") der Heizung der Dosenkörper innerhalb des Konvektionsofens teilweise ausgehärtet wird. Da die Streckengeschwindigkeiten angestiegen sind und die Beschichtungen über die Jahre gewechselt haben, können existierende Ofen nur eine geringe Aushärtung bereitstellen. Daher kann die Aushärtungsqualität verbessert werden durch einen Vorhärtungs- oder Nachhärtungsvorgang, d. h. ein Aushärteverfahren nach der vorliegenden Erfindung. Des Weiteren brauchen, indem die Schutzschicht unmittelbar nachdem die Beschichtung aufgebracht wurde, teilweise ausgehärtet oder vorgeheizt wird, die Dosenkörper nicht mit solcher Vorsicht behandelt zu werden und die Streckengeschwindigkeit kann zwischen der Beschichtungsauftragstation und dem konventionellen Konvektionsofen erhöht werden.
• Bezug nehmend zu Fig. 3 ist dort eine Induktionsheizvorrichtung 100 zum Beheizen einer Vielzahl von Dosenkörpern 102 gezeigt. Die Dosenkörper erreichen die Heizvorrichtung an einem vorderen Ende 105 und verlassen diese durch ein hinteres Ende 107. Eine Kette 118 ist vorgesehen zum Transportieren der Dosenkörper 102 durch die Heizvorrichtung in Längsausrichtung, d. h. die Mittelachse eines Dosenkörperzylinders ist im Wesentlichen parallel zu der Richtung der Bewegung des Dosenkörpers und die Dosenkörper können Ende an Ende aneinander stoßen oder nahezu aneinander stoßen. Die Vorrichtung 100 beinhaltet ein Gehäuse 104, von dem in Fig. 3 ein Abschnitt weggeschnitten ist, um ein Isolationsrohr 106 und eine Induktionsspule 108 darzustellen, welche durch eine innere Kammer 109, die durch das Gehäuse 104 definiert wird, hindurchläuft. (Der Abstand zwischen den Wicklungen der Induktionsspule 108, wie gezeigt in Fig. 3, ist zum Zwecke einer klaren Darstellung vorgesehen und der gezeigte Abstand wird die vorliegende Erfindung nicht begrenzend verstanden). Die Vorrichtung 100 beinhaltet weiterhin eine Energieversorgung 110, einen Steuerschaltkreis 112 und ein Gebläse 114 zur Zirkulation von Luft durch die Kammer 109. Die Energieversorgung 110, der Steuerschaltkreis 112 und das Gebläse 114 sind symbolisch in Fig. 3 dargestellt.
• Das Gehäuse 104 umgibt vorzugsweise die Induktionsspule 108 an allen sechs Seiten der Heizvorrichtung 100 und umfasst vorzugsweise ein leitendes metallisches Material, so dass die Energieversorgung und der Steuerschaltkreis abgeschirmt und dem Bediener Schutz bereitgestellt wird gegen die mittelfrequenten Wechselströme in der Spule 108. Wie genauer im Detail weiter unten beschrieben wird, ist das Wechselmagnetfeld, welches durch die Induktionsspule 108 aufgebaut wird, im Rohr 106 konzentriert. Auf diese Weise tritt nur eine minimale Beheizung des Gehäuses 104 auf.
• Belüftungen (nicht dargestellt) können oben und/oder in den Seiten des Gehäuses 104 vorgesehen werden, um zirkulierender Luft, welche durch die Induktionsspule 108 beheizt wurde, zu erlauben, das Gehäuse zu verlassen. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Heizvorrichtung 100 eine Länge, parallel zu der Richtung des Dosentransportes, von etwa 13-20 Fuß (1 Fuß = 0,305 m), eine Höhe von etwa 3 Fuß und eine Breite von etwa 2 Fuß. Wie durch den Fachmann berücksichtigt wird, können diese Abmessungen in alternativen Ausführungsformen der Erfindung variieren. Wie weiter im Detail im Folgenden beschrieben wird, kann die Länge der Vorrichtung 100 in Abhängigkeit des Ausmaßes, in dem die losen Körper 102 geheizt werden müssen und/oder der Geschwindigkeit, mit welcher die Dosenkörper 102 durch die Vorrichtung 100 transportiert werden, variiert werden, d. h., wenn die Geschwindigkeit unverändert bleibt, wird um so mehr Hitze innerhalb der Dosenkörper 102, welche dadurch laufen, erzeugt, je länger die Vorrichtung 100 ist.
• Die Dosenkörper 102 werden durch die Heizvorrichtung 100 innerhalb eines Isolationsrohrs 106 transportiert. Das Rohr 106 läuft entlang der gesamten Länge der Kammer 109 und kann gegen die Wand des Gehäuses 104 mittels Einsenkungen auf beiden Enden des Rohres abgedichtet werden. Auf diese Weise sind die Dosenkörper, welche durch das Rohr 106 laufen, physikalisch von der Kammer 109 isoliert, so dass kühle Luft, welche innerhalb der Vorrichtung zirkuliert, die Beschichtung innerhalb der Dosenkörper nicht wegblasen kann und jegliche Beschichtung, welche von den Dosenkörpern abfällt, innerhalb des Rohrs 106 verbleibt und nicht auf die Heizspule 108 oder das Kammerinnere 109 fällt.
• Es ist bei der Beheizung von zylindrischen Werkstücken, wie Dosenkörper 102, wichtig, dass die Werkstücke im Wesentlichen konzentrisch mit der Induktionsspule während des gesamten Heizvorgangs sind, um eine gleichmäßige Beheizung entlang des Umfangs des Werkstücks sicherzustellen. Daher wird das Isolationsrohr 106 vorzugsweise mit einem Durchmesser vorgesehen, welcher nur geringfügig größer als der Durchmesser des Dosenkörpers 102 ist. Z. B. können, wenn die Dosenkörper 102 einen Durchmesser von 4-1/4 Zoll (1 Zoll = 2,54 cm) haben, der innere Durchmesser des Rohres 106 ungefähr 4-3/4 Zoll sein. Folglich ist der größte Betrag, den ein Dosenkörper 102 innerhalb des Rohrs 106 aus der Mitte läuft, etwa 1/4.Zoll. Es ist zu beachten, dass das Spiel zwischen den Dosenkörpern 102 und dem Rohr 106 kleiner oder größer in alternativen Ausführungsformen sein kann. Es ist vorteilhaft, etwa 1/4 Zoll Spiel zwischen dem Rohr 106 und den Dosenkörpern 102 zu lassen für Anwendungen, wo eine flüssige Beschichtung ausgehärtet wird, so dass Luft durch das Rohr 106 zirkuliert werden kann entweder in der Richtung des Dosentransportes oder entgegen der Richtung des Dosentransportes. In einer solchen Ausführungsform kann die innerhalb des Rohres 106 zirkulierende Luft die beheizte Luft von einer Kammer 109 sein, um die Beheizung sogar zu verstärken als Folge der Luftkonvektion, und auch um Lösungsmittel, welches aus der Schutzschicht ausgast, abzutransportieren.
• Das Isolationsrohr 106 ist elektrisch nicht leitend, so dass es durch die Induktionsspule 108 nicht beheizt wird. Des Weiteren ist das Rohr 106 magnetisch nicht leitend, so dass es das Magnetfeld, welches durch die Induktionsspule 108 ausgebildet wird, nicht stört. Irgendeines von verschiedenen Materialen kann als Isolationsrohr 106 verwendet werden, aber ein bevorzugtes. Material ist Pyrex, aufgrund seiner hohen Hitzebeständigkeit, Transparenz, so dass eine Beobachtung der Dosen ermöglicht wird und der geringen Kosten. Obwohl für die vorliegende Erfindung nicht kritisch, kann das Rohr 106 eine Wandstärke von etwa 0,2-0,4 Zoll haben. Ein solches Rohr ist erhältlich von F.J. Gray Company, Jamaica, New York, 11435.
• Wie am besten in der Seitenansicht der Fig. 4 und der Querschnittsansicht in Fig. 5 ersichtlich, wird der Dosenkörper 102 innerhalb des Rohres 106 auf einer Kette 118 gestützt, welche wiederum innerhalb einer Rinne 120, welche auf dem Boden des Rohrs 106 ruht, gestützt wird. Die Rinne 120 ist vorgesehen, damit die Kette 118 nicht den Boden des Isolationsrohrs 106 abreibt oder verschleißt.
• Die Kette 118 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl ausgebildet. Obwohl rostfreier Stahl elektrisch leitend ist, überhitzt die Kette 118 nicht, da die Kette nur über einen Abschnitt ihrer gesamten Laufstrecke (wie gezeigt in Fig. 7) innerhalb der Heizvorrichtung ist. Des Weiteren ist die Kette 118 vorzugsweise mit einem Querschnittsdurchmesser im Bereich von etwa 0,125-0.25 Zoll vorgesehen, was im Vergleich zu der Querschnittsfläche der Induktionsspule klein ist. Wie vom Fachmann erkannt werden wird, wird, wenn die Querschnittsfläche eines elektrischen Leiters klein ist im Vergleich zur Querschnittsfläche einer Induktionsspule, sehr wenig Hitze in den elektrischen Leiter eingekoppelt. Daher überhitzt die Kette 118 nicht. Es ist zu beachten, dass die Kette 118 aus anderen Materialen in alternativen Ausführungsformen der Erfindung bestehen kann. Die Rinne 120 ist vorzugsweise aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material ausgebildet, so wie z. B. einer Keramik oder einem hochmolekular dichtem Kunststoff.
• Vorzugsweise ist die Breite der Rinne 120 etwa 0,7 Zoll und die kombinierte Höhe der Kette 118 und der Rinne 120 zusammen etwa 0,35 Zoll. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass diese Abmessungen in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung variieren können. Wie gezeigt in Fig. 7, erstreckt sich die Rinne 120 entlang der gesamten oberen Oberfläche des Fördersystems 124.
• Wie zuvor ausgeführt, ist es wichtig, dass die Dosenkörper ein verhältnismäßig kleines Spiel innerhalb des Rohres 106 haben. Da die Dosenherstellung oft Dosen von verschiedenen Größen beinhaltet, kann das Rohr 106 entfernbar sein, so dass verschiedene Rohrdurchmesser verwendet werden können. In Betrieb wird das Rohr 106 ersetzt, indem zuerst die Kette 118 getrennt und aus dem Rohr entfernt wird. Hiernach wird die Rinne 120 getrennt und die Induktionsspule 108 wird von der Energiequelle abgetrennt. Als nächstes werden die Einsenkungen, welche das Rohr 106 innerhalb des Gehäuses 104 stützen, entfernt und das Rohr 106 wird aus der Spule 108 und der Vorrichtung 100 ausgeschoben. In einer Ausführungsform der Erfindung wird zu diesem Zeitpunkt auch die Spule 108 entfernt. Als nächstes wird der neue Spulendurchmesser und das Rohr eingesetzt. Nachdem die neue Spule und das Rohr ausgerichtet sind, werden die Einsenkungen, Spulen, Rinne und Kette wieder verbunden und die Vorrichtung 100 ist wieder für den Betrieb bereit. Das Rohr 106 kann so ausgewählt werden, dass immer ein Spiel von etwa 1/4 Zoll in Bezug auf einen Dosenkörper 102 bereitgestellt wird.
• Wie zuvor ausgeführt, kann die Spule 108 ersetzt werden, wenn das Rohr 106 ersetzt wird, so dass die Spule dicht um und im Wesentlichen konzentrisch zu jedem verwendeten Rohrdurchmesser ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird ein einzelnes Rohr und eine Spule für Dosenkörper verschiedener Durchmesser verwendet und die gesamte obere Oberfläche des Fördersystems 124 mitsamt der Rinne 120 kann angehoben oder abgesenkt werden, so dass Konzentrizität zwischen der Spule 108 und den Dosenkörpern 102 erreicht wird.
• Die Induktionsspule 108 ist vorgesehen zur gleichmäßigen Beheizung der Dosenkörper 102. Die Energiequelle 110 ist elektrisch mittels Drähten 152 (Fig. 10) mit der Induktionsspule 108 gekoppelt und versorgt die Induktionsspule 108 mit Wechselstrom, welcher bei einer mittleren Frequenz von etwa 500 Hz bis 50 kHz schwingt und optimal etwa 6 kHz bis 18 kHz bei einer gegebenen Dosenkörperwandstärke von etwa 10-15 mils (1 mil = 0,00254 cm), beträgt. Dieser Wechselstrom erzeugt Wirbelströme, welche bei der gleichen Frequenz oszillieren, um den Umfang des Dosenkörpers 102, so dass die Dosenkörper beheizt werden, wenn sie sich durch das Rohr 106 bewegen.
• Wie zuvor beschrieben, neigen hochfrequente Ströme dazu, die erzeugte Wärme innerhalb des Werkstücks nahe der Oberfläche des Werkstücks zu konzentrieren, so dass sie eine große Temperaturvariation über einen verhältnismäßig kleinen Abstandsstreckenwechsel zwischen dem Werkstück und der Induktionsspule erzeugen. Erfindungsgemäß wird jedoch ein mittelfrequenter Strom verwendet, welcher dazu neigt, Ströme tiefer innerhalb des Dosenkörpers 102 zu erzeugen. Die tieferen Ströme ermöglichen eine Verteilung der erzeugten Hitze über eine größere Querschnittsfläche der Dosenkörper 102. Daher wird, wo die Abstandsstrecke zwischen der Spule 108 und dem Dosenkörper 102 variiert, die Änderung der erzeugten Hitze über eine größere Querschnittsfläche des Dosenkörpers verteilt. Die Verteilung der Änderung der Wärmeerzeugung über eine große Querschnittsfläche reduziert den gesamten Temperaturwechsel an jedem Punkt innerhalb der Querschnittsfläche des Dosenkörpers. Auf diese Weise minimiert die vorliegende Erfindung Temperaturänderungen, welche aus ungewünschten Variationen in der Abstandsstrecke zwischen der Spule 108 und dem Dosenkörper 102 begründet sind.
• Zusätzlich wird der mittelfrequente Strom, welcher durch die zu der Spule und in der Spule 108 leitenden Kabel transportiert wird, gleichmäßiger über das Kabel verteilt. Als Folge wird verhältnismäßig wenig Wärme innerhalb der Spule 108 erzeugt und die Spule 108 kann mit kostengünstigem Standard 8 Gauge Magnetdraht hergestellt werden. Es ist jedoch zu beachten, dass andere Materialien für die Induktionsspule verwendet werden können, wenn gewünscht, so wie z. B. mehrdrahtiger Litzendraht.
• Die Spule 108 erstreckt sich etwa über die gesamte Länge der Heizvorrichtung 100 und jede Wicklung der Spule kann etwa 0,125 bis 0,25 Zoll von der nächsten, benachbarten Spule beabstandet sein, wodurch etwa 4-8 Wicklungen pro Zoll erreicht werden. Es ist jedoch zu beachten, dass der Abstand zwischen den Wicklungen der Spule 108 auch größer oder kleiner als der zuvor beschriebene Bereich in alternativen Ausführungsformen der Erfindung sein kann. Z. B. ist denkbar, dass kein Abstand zwischen benachbarten Wicklungen vorhanden ist, so dass die Wicklungen einander berühren. Der Fachmann wird erkennen, dass bei Verwendung eines Wechselstroms die Spule 108 von Spulenwicklungen mit kleinerem Durchmesser bestehen kann, so wie derjenige, welcher durch 8 Gauge Magnetdraht oder kleiner bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann, wenn kein Abstand zwischen benachbarten Wicklungen vorhanden ist, eine große Anzahl von Wicklungen pro Längeneinheit auf dem Rohr 106 bereitgestellt werden, wodurch der zur Erwärmung der Dosenkörper 102 erforderliche Strom reduziert wird.
• Bei 8,5 kHz stellt die Energiequelle 100 vorzugsweise etwa 3,5 kW der Spule 108 bereit, was einen Schwingstrom von etwa 150-200 Ampere effektivem Mittelwert bewirkt. In einer Ausführungsform der Erfindung wirken der zuvor beschriebene Strom, die Frequenz, die Wicklungen pro Zoll, der Abstand zwischen der Spule 108 und dem Dosenkörper 102, die Dosenkörperstärke und die Heizpfadlänge so zusammen, dass ein Dosenkörper 102 von Umgebungstemperatur bei Eintritt in die Vorrichtung 100 auf etwa 220ºC bei Austritt aus der Vorrichtung 100 in etwa 4 Sekunden erhitzt wird.
• Es ist ersichtlich, dass die offenbarten Werte für Leistung, Strom, Frequenz, Abstand und Temperatur lediglich Beispiele sind und jeder in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung variieren kann. Des Weiteren härten verschiedene Schutzschichten bei verschiedenen Temperaturen aus. Z. B. kann die innerhalb des Dosenkörpers 102 erzeugte Temperatur durch Änderung der Länge einer Induktionsheizvorrichtung 100 variiert werden. Alternativ können mehr als eine Induktionsheizvorrichtung 100 entsprechend der vorliegenden Erfindung längsweise benachbart zueinander angeordnet werden, um die Pfadlänge der Dosenkörper 102 durch den Induktionsheizvorgang zu erhöhen. Wie durch den Fachmann erkannt würde, können andere Systemparameter so wie der Abstand zwischen benachbarten Wicklungen der Spule 108, der Ausgang der Energieversorgung 110 und/oder die Durchtrittsgeschwindigkeit der Dosenkörper variiert werden, um auch die Hitzeerzeugung innerhalb der Dosenkörper 102 zu variieren.
• Es kann auch in einigen Heizanwendungen wünschenswert sein, mehr Wärme am Beginn eines Heizzyklus anzuwenden als im Vergleich zum Ende des Heizzyklus. Daher können in einer alternativen Ausführungsform der Erfindung die Wicklungen der Induktionsspule am vorderen Ende des Rohres 106 näher zueinander angeordnet werden als am hinteren Ende des Rohres 106. Des Weiteren wird der Fachmann erkennen, dass die Wicklungen der Spule 108 pro Längeneinheit erhöht oder verringert werden können an jedem Abschnitt entlang der Länge der Spule 108, um hierdurch entsprechend größere oder geringere Erwärmung in diesem Abschnitt der Spule bereitzustellen.
• Durch die verhältnismäßig kleinen Leistungsanforderungen zum Aushärten der Beschichtungen auf den Dosenkörpern 102 kann ein verhältnismäßig einfaches Luftfluss-Kühlungssystem verwendet werden, um zu vermeiden, dass die Induktionsspule 108 überhitzt. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann ein Gebläse 114 an der Oberseite des Steuerungsschaltkreise 112 vorgesehen werden, um kühle Luft auf und um die Spule 108 zu zirkulieren. Da eine große Querschnittsfläche der Induktionsspule verwendet wird, um den Wechselstrom zu transportieren, ist ein Gebläse mit einer Kapazität von etwa 300-500 cfm (1 cfm = 0,028 Kubikmeter pro Minute) und Zirkulationsluft bei Raumtemperatur ausreichend, um die gesamte Länge der Induktionsspule zu kühlen. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass mehr als ein Gebläse 114 entlang der Länge der Spule 108 enthalten sein kann und der Luftfluss vor der Zirkulation in der Kammer 109 gekühlt werden kann. Des Weiteren ist zu beachten, dass das Gebläse 114 an verschiedenen Stellen innerhalb der Kammer 109 vorgesehen werden kann, um die Induktionsspule 108 zu kühlen.
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können weiterhin einen geschlossenen Temperaturregelkreis beinhalten zum Überwachen der Temperatur der Dosenkörper 102, wenn sie das Rohr 106 durchlaufen. Wie in Fig. 3 gezeigt, kann ein oder mehrere Temperatursensoren 119 innerhalb des Rohres 106 vorgesehen sein, um die Temperatur der Dosenkörper 102 zu erfassen. Die Sensoren 119 können konventionelle Temperatursensoren, so wie Infrarot (IR) Sensoren sein, erhältlich von Watlow Electric Manufacturing Co., St. Louis, MO, 63146. Sollte die Temperatur der Dosenkörper 102 höher als eine vorbestimmte Temperatur sein, erfasst der Sensor 119 schnell diesen Zustand und dem Regelkreis 112 wird ein Signal gesendet, die AC Stromquelle abzuschalten. Dies beendet den gesamten Stromfluss durch die Dosenkörper 102, wodurch fast unmittelbar verhindert wird, dass die Dosenkörper 102 heißer werden. Sobald der Temperatursensor 119 ermittelt, dass die Temperatur der Dosenkörper 102 zu einem vorbestimmten Wert zurückgekehrt ist, kann der Sensor 119 ein anderes Signal zum Regelkreis 112 senden, um die AC Stromquelle wieder anzuschalten.
• Jedoch kann, aufgrund der Verwendung von mittelfrequenten Strömen, wie zuvor beschrieben, der Temperatursensor 119 in alternativen Ausführungsformen der Erfindung weggelassen werden.
• Obwohl in Fig. 3 aus Klarheitsgründen weggelassen, kann das vordere Ende 105 oder das hintere Ende 107 der Heizvorrichtung 100 ein Streckenbewegungs- Erfassungssystem beinhalten, welches aus einem Emitter 121 und einem Sensor 122 besteht, wie gezeigt in Fig. 6. Der Emitter 121 kann z. B. eine konventionelle Lichtquelle zur Aussendung eines Lichtstrahls 125 sein, in diesem Fall kann der Sensor 122 ein konventioneller optischer Sensor sein. Wenn Dosenkörper in die Heizvorrichtung 100 eintreten (wenn das Sensorsystem an der Vorderseite angeordnet ist) oder wenn Dosenkörper die Heizvorrichtung 100 verlassen (wenn das Sensorsystem an dem hinteren Ende angeordnet ist, werden die Dosenkörper periodisch die Übertragung des Strahls 125 zu dem Sensor 122 blockieren. Wenn mehr als eine vorbestimmte Zeitspanne verstreicht, während kein Signal im Sensor 122 empfangen wird oder ein konstantes Signal im Sensor 122 empfangen wird, ist dies ein Anzeichen dafür, dass Dosenkörper 102 nicht mit der vorbestimmten Durchtrittsgeschwindigkeit voranschreiten und eine Verstopfung innerhalb der Vorrichtung 100 sich entwickelt hat. In diesem Fall sendet der Sensor 122 ein Signal zu dem Steuerkreis 112, die Energieversorgung zur Induktionsspule 108 abzuschalten, wodurch eine Überhitzung der Dosenkörper innerhalb der Heizvorrichtung 100 vermieden wird. Wie zuvor ausgeführt, verhindert das Abschalten der Energieversorgung fast unverzüglich, dass die Dosenkörper 102 heißer werden. Folglich können Temperatursensor(en) 119 und das Streckenbewegungs-Erfassungssystem beide verwendet werden, um eine Überhitzung der Dosenkörper innerhalb der Heizvorrichtung 100 zu verhindern. Zusätzlich kann das Streckenbewegungs-Erfassungssystem verwendet werden, um zu erfassen, wenn das Fördersystem abgeschaltet hat, um daraufhin den Strom zur Induktionsspule 108 abzuschalten.
• Die Energieversorgung 110 ist eine Wechselstromenergieversorgung mit Stromausgängen, welcher mit gegenüberliegenden Enden der Spule 108 über Drähte 152 verbunden sind (Fig. 10). Die Frequenz des Wechselstroms ist im Wesentlichen die gleiche wie die Resonanzfrequenz der Spule in Kombination mit Speicherkondensatoren (nicht gezeigt) innerhalb der Stromversorgung 110, welche in der Größenordnung von 8 kHz sind. Andere Frequenzen können auch verwendet werden, wenn entsprechende Speicherkondensatoren verwendet werden. Vorzugsweise bestimmt die Energieversorgung 110, wenn sie zum ersten Mal angeschaltet wird, automatisch aber konventionell die Frequenz, welche die Energieübertragung in das Werkstück bei gegebener Speicherkapazität und Induktivität optimiert.
• Der Stromausgang der Energieversorgung 110 sollte verhältnismäßig gleichmäßig mit geringem harmonischen Anteil sein. Geringe harmonische Anteile reduzieren den Skineffekt der Leitungskabel 152 zu den Speicherkondensatoren und der Spule, wodurch die Verwendung von kleineren Leitungskabeln erlaubt wird. Weiterhin sollten die Speicherkondensatoren so nah wie möglich an der Spule 108 sein.
• Es ist wünschenswert, dass der Ausgang der Energieversorgung 110 kontinuierlich einstellbar ist während der Aktivierung und Deaktivierung, statt über ein niederfrequentes Schaltverhältnis einstellbar zu sein. Dies ist darin begründet, dass Pulse des Schaltverhältnis die Dosenkörper veranlassen können zu vibrieren und dadurch ungewünscht einen Teil der Schutzschicht losschütteln. Die Aktivierung und Deaktivierung der Energieversorgung 110 kann z. B. durch graduelles Erhöhen und entsprechend Erniedrigen der DC Spannung zu der Energieversorgung 110 erfolgen. Allgemeine Betrachtungen bezüglich der Energieversorgung sind z. B. in Lowdon, "Practical Transformer Design Handbook", 2nd ed. (TAB Books, 1989), veröffentlicht, was hierdurch mittels Referenz beinhaltet wird.
• Wie in Fig. 10 gezeigt, umfasst der Steuerkreislauf 112 vorzugsweise eine konventionelle zentrale Prozesseinheit (CPU) 150 zur Beobachtung des Betriebs der Energieversorgung 110 und zur Beobachtung von Temperatur und Dosenbewegung durch die Vorrichtung 100 über die Rückmeldesignale von dem Temperatursensor 119 und dem Streckenbewegungssensor 122, entsprechend, wie zuvor beschrieben. Der Steuerkreislauf kann weiterhin mit einer konventionellen Eingangs/Ausgangsvorrichtung (nicht gezeigt) verbunden sein, um eine Schirmdarstellung von Systemparametern wie Leistungsausgang, Stromfrequenz und Dosenkörpertemperatur zu ermöglich und um eine dynamische Regelung und Änderung von solchen Systemparametern zu ermöglichen.
• Bezug nehmend nun zu den Fig. 7-9, ist ein Fördersystem 124 vorgesehen zum Transport der Dosenkörper 102 durch den Schutzbeschichtungsvorgang, durch die Heizvorrichtung 100 und zu der nächsten Prozessstation. Das Fördersystem 124 beinhaltet die Endloskette 118, Dosenführungen 126a und 126b, Antriebsräder 128-134 und ein Spannungsrad 136. Die Kette 118 ist vorzugsweise eine konventionelle, rostfreie, 0,125 bis 0,25 Zoll Stahlkette mit einem im Allgemeinen flachen oberen Oberflächenprofil. Jedoch ist zu beachten, dass die Dosenkörper 102 auf verschiedenen Fördersystemen ruhen und transportiert werden können, so wie einem Linearmotor, einem Riemenantrieb, Drückvorrichtungen, Zugvorrichtungen, Schwerkraftgleiten etc. mit der Limitation, dass der Förderkreislauf dazu in der Lage sein muss, unterbrochen und verbunden zu werden, um zu ermöglichen, dass das Isolationsrohr 106, durch welches der Förderer läuft, gewechselt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Länge der gesamten Schleife der Kette 118 etwa 50 Fuß.
• In geeigneter Weise ist der Eintritt zu der Induktionsheizvorrichtung 100 etwa 3 Zoll bis 3 Fuß entfernt von der Sprühbeschichtungsvorrichtung, und optimal etwa 1,5 Fuß. In Betrieb werden die Dosenkörper von den Sprühbeschichtungsvorgang in einzelner Weise zu einem Abschnitt 138 des Fördersystems 124 übertragen und hiernach durch die Kette 118 durch die Heizvorrichtung befördert. Nachdem sie die Heizvorrichtung 100 verlassen, werden die Dosenkörper 102 entlang eines Abschnitts 140 zu der nächsten Prozessstation befördert. Ein konventioneller Magnetheber kann verwendet werden, um Dosenkörper 102 von der Kette 118 zu transferieren am Ende des Induktionsheizvorgangs. Wenn die Dosenkörper 102 nicht magnetisch leitend sind, kann ein Mechanismus so wie ein mechanischer Förderarm verwendet werden, um die Dosenkörper zu transferieren.
• Wie in Fig. 9 gezeigt, beinhaltet die Kette 118 eine Vielzahl von Haken 142, welche voneinander etwas mehr beabstandet sind als eine Länge eines Dosenkörpers 102. Die Dosenkörper werden auf der Kette 118 von der Sprühbeschichtungs-Prozessstation platziert und werden in einem vorbestimmten Abstand voneinander auf der Kette 118 mittels der Haken 142 gehalten. In einer alternativen Ausführungsform können die Haken 142 weggelassen werden und die Dosenkörper 102 werden aufgrund des Kontaktes mit der Kette 118 in Position gehalten. Wie gezeigt in den Fig. 7 bis 9 werden die Dosenkörper davor bewahrt, in einer Richtung senkrecht zu der Richtung des Durchlaufs zu rollen durch ein Paar von Dosenführungen 126a und 126b, welche auf jeder Seite der oberen Oberfläche des Fördersystems 124 befestigt sind. Die Dosenführungen 126a und 126b laufen vorzugsweise entlang der gesamten oberen Oberfläche des Fördersystems 124 außer innerhalb der Heizvorrichtung 100.
• Wie durch den Fachmann erkannt wird, können Reibräder 128, 130, 132 und 134 vorgesehen werden zum Antreiben der Kette 118 als Folge der Reibung oder eines ineinander greifenden Zusammenwirkens zwischen der Kette 118 und den Reibrädern. Eines oder mehrere der Reibräder können durch einen Antriebsmotor (nicht gezeigt) gedreht werden, um hierdurch die Kette 118 voranzutreiben. Wie weiterhin durch den Fachmann erkannt wird, kann das Fördersystem 124 weiterhin ein Zugrad 136 beinhalten, welches translational befestigt ist und in einer Richtung weg von den Reibrädern 130 und 132 gespannt wird, um eine Spannung innerhalb der Kette 118 aufrecht zu erhalten.
• Wie zuvor beschrieben, können in einer Ausführungsform, welche ein einzelnes Rohr 106 und Spule 108 beinhaltet, die Kette 118 und die Rinne 120 angehoben oder abgesenkt werden, um verschiedene Dosendurchmesser in einem konzentrischen Verhältnis mit der Spule 108 aufzunehmen. Dafür können die Räder 128 und 130 vertikal einstellbar sein, um die Höhe der Kette 118 in Bezug zu der Heizvorrichtung 100 anzuheben oder abzusenken. In gleicher Weise wird die Rinne 120 einstellbar befestigt, so dass sie mit der Kette 118 angehoben oder abgesenkt wird. Jeglicher Durchhang in der Kette 118 kann durch eine Translation des Rades 136, wie zuvor beschrieben, aufgenommen werden.
• Das Fördersystem 124 ist vorzugsweise geeignet, Dosenkörper 102 bei einer Rate von bis zu etwa 1350 Dosen pro Minute und optimal etwa 600 Dosen pro Minute zu befördern.
• Ein Induktionsheizsystem, wie zuvor beschrieben, kann verwendet werden, um Beschichtungen entlang 360º eines Dosenkörpers zu trocknen, vorauszuhärten, nachauszuhärten oder auszuhärten. Verschiedene Beschichtungen und Streckengeschwindigkeiten können aufgenommen werden, indem der Betrag der Wärmeerzeugung innerhalb der Dosenkörper 102, wie zuvor beschrieben, eingestellt wird. Das Heizungs- und Fördersystem nach der vorliegenden Erfindung bietet verschiedene Vorteile gegenüber konventionellen Konvektionsheizungssystemen zum Aushärten entlang 360º eines Dosenkörpers. Zum Beispiel ist das beschriebene Induktionsheizsystem geeignet, Dosenkörper mit einer Effizienz von 80 bis 90% zu heizen, im Vergleich zu etwa 20% mit konventionellen Konvektionsöfen. Weiterhin erfordert eine Induktionsheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung keine Mengenmanipulatoren oder Einzelförderer zum Ausrichten der Dosen in Reihen und Rückausrichten der Dosen in Einzelbeförderung entsprechend. Weiterhin ist die Induktionsheizvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung äußerst kompakt und belegt nur einen Bruchteil des Raumes von konventionellen Konvektionsbeheizungsöfen und ist in Betrieb kostengünstiger als konventionelle Konvektionsöfen.
• Die vorangegangene Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke von Illustration und Beschreibung vorgenommen. Sie ist nicht gedacht, abschließend zu sein oder die Erfindung auf die präzisen, beschriebenen Formen zu begrenzen. Offensichtlich werden viele Modifikationen und Variationen dem Fachmann ersichtlich. Zum Beispiel sind Frequenzen, welche innerhalb des erlaubten Bereiches variieren, möglich. Die Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung bestmöglich zu erklären, wodurch andere Fachleute in die Lage versetzt werden, die Erfindung für verschiedene Ausführungsformen und mit verschiedenen Modifikationen, wie für spezielle, angestrebte Verwendungen geeignet, zu verstehen.

Claims (9)

1. Verfahren zum wenigstens teilweisen Aushärten einer Beschichtung auf einem elektrisch leitfähigem zylindrischem Werkstück (102) mittels induktiver Erwärmung, umfassend die Schritte:

(a) Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes einer Frequenz von etwa 500 Hz bis 50 kHz entlang eines Heizpfades;

(b) Transportieren des Werkstücks (102) durch das in Schritt (a) erzeugte magnetische Feld entlang des Heizpfades; und

(c) zumindest teilweises Aushärten der Beschichtung auf dem Werkstück (102) entlang eines 360º Umfanges das Werkstück (102) während des Schrittes (b).

2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend den Schritt, den Umfang des Werkstück (102) in Bezug auf das magnetische Feld während Schritt (b) zu zentrieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin der Schritt, das Werkstück in Bezug auf das magnetische Feld zu zentrieren den Schritt umfasst, die Bewegung des Werkstück (102) an allen Seiten des Umfangs des Werkstücks (102) während des Schrittes (b) physikalisch zu begrenzen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt (a) des Erzeugens eines magnetischen Wechselfeldes die Schritte umfasst:

(a) Bereitstellen einer schraubenförmig entlang und um den Heizpfad herum angeordneten Induktionsspule (108); und

(b) Erzeugen eines Wechselstroms innerhalb der Induktionsspule (108) mit einer Frequenz von etwa 500 Hz bis 50 kHz oszilliert.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Schritt (c) des Zentrierens des Umfangs des Werkstücks (102) in Bezug auf das magnetische Feld den Schritt umfasst, das Werkstück (102) so zu stützen, dass es im wesentlichen konzentrisch mit der Induktionsspule (108) ist.

6. Vorrichtung (100) zum Aushärten einer Beschichtung auf einem elektrisch leitfähigem zylindrischem Werkstück (102) entlang eines 360 Grad Umfangs des Werkstücks durch Induktionserwärmung, umfassend

ein innerhalb der Vorrichtung (100) befindliches zylindrisches Rohr (106), welches einen größeren Durchmesser hat als ein Durchmesser des Werkstück (102),

eine schraubenförmig um das Rohr (106) gewundene Induktionsspule (108), Mittel (110) zum Erzeugen eines mit einer Frequenz von etwa 50 Hz bis 50 kHz oszillierenden Stroms innerhalb der Induktionsspule (108), sodass ein magnetisches Wechselfeld innerhalb des Rohres (106) erzeugt wird,

Fördermittel (124) zum Fördern des Werkstück (102) durch das Rohr (106), die mit dem Rohr (106) beim Unterstützen des Werkstücks (102) innerhalb des Rohres (106) zusammenwirken, sodass das Werkstück im Wesentlichen konzentrisch mit der Induktionsspule (108) ist und Steuermittel (112) zur Steuerung der Stromerzeugungsmittel (110).

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin in die Steuermittel (112) so arbeiten, dass die Stromerzeugungsmittel (110) abgeschaltet werden, wenn eine Temperatur des Werkstücks (102) einen vorbestimmten Wert übersteigt, während sich das Werkstück (102) innerhalb des Rohres (106) befindet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, weiter umfassend Umwälzmittel (114) zum Umwälzen von Luft um die Induktionsspule (108) herum, um die Induktionsspule (108) vor Überhitzung zu schützen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6, 7 oder 8, worin der Innendurchmesser des Rohres (106) etwa 12,7 mm (0.5 Zoll) größer ist als der Durchmesser des Werkstück (102).