-
Gebiet der
Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft das allgemeine Gebiet der induktiven
Erwärmung
von Metallen und ist von besonderem Nutzen auf dem Gebiet des Galvannealing
von strangförmigen
Bandmaterialien mittels Induktionsheizung.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
In
der metallurgischen Industrie ist es seit langem Praxis gewesen,
Induktionsheizeinrichtungen zum Galvannealing von strangförmigen Bandmetallen,
wie Bandstahl, mit anderen, als Flüssigkeiten aufgebrachten Metallbeschichtungen
(wie Zink oder Zinklegierung) zu verwenden. Die induktive Erwärmung bewirkt
eine verbesserte Bindung in Legierungsphasen zwischen dem Bandmaterial
und der flüssigen
Metallbeschichtung. Durch Galvannealing behandelte Metalle weisen
bekannte Vorteile gegenüber
galvanisierten Metallen auf, wie bessere Schweiß- und Lackiereigenschaften
sowie eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit.
-
Eine
der anspruchsvollsten Anwendungen zum Galvannealing von Metallband
durch induktive Erwärmung
ist die Erwärmung
eines Stahlbandes von etwa 850 Grad auf 1050 Grad Fahrenheit, nachdem
das Band durch ein Zinkbad galvanisiert worden ist. Diese Art von
Band wird zum Beispiel in Kraftfahrzeugkarosserieteilen häufig verwendet.
-
Im
US Patent 3,531,612 ist eine Induktionsheizspule beschrieben, bei
der jede Spule in Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt
mit dem nächsten
durch Nebenschlussleiter verbunden ist, so dass eine körperlich
durchgängige
Spule gebildet wird, die mit einer einzigen Stromversorgung verbunden
ist.
-
Im
US Patent 5,495,094 wurde eine zur Verwendung mit strangförmigen Bandmaterialien
angepasste Induktionsheizspulenvorrichtung beschrieben. Ein Aspekt
dieser Erfindung war die Konfiguration des Induktionsspulenquerschnitts
in der Vorrichtung, einschließlich
der Bereitstellung eines Spalts an einem Ende der Vorrichtung, der
es Bandmaterial gestattete, ohne die Notwendigkeit komplizierter
Türanordnungen
in die Spulenvorrichtung hinein und aus dieser heraus zu gelangen.
Ein anderer Aspekt der früheren
Erfindung bestand darin, dass die Spulenvorrichtung durch getrennte
Stromversorgungen mit Strom beaufschlagt werden konnte, um in den
jeweiligen Halbwindungen jedes Vollwindungsabschnitts der Vorrichtung
entgegengesetzte Ströme bereitzustellen.
Ein Verweis auf das U.S. Patent 5,495,094 wird dem Leser ein vollständiges Verständnis der
früheren
Vorrichtung geben.
-
Eine
Ausführungsform
der früheren
Erfindung kann verwendet werden, um den Kontext der vorliegenden
Erfindung zu veranschaulichen. Unter Bezugnahme auf die jetzige 1, eine perspektivische
Ansicht einer Spulenvorrichtung gemäß der früheren Erfindung, kann man sehen,
dass die Spulenvorrichtung 10 eine Solenoidstruktur ist,
die zwei Spulenabschnitte 12, 14 umfasst. Ein
Abschnitt 12 bildet eine Vollwindungsspule auf der oberen
Hälfte der
Vorrichtung; der andere Abschnitt 14 bildet die untere
Vollwindung. Der obere Spulenabschnitt 12 umfasst zwei
komplementäre
Halbwindungen 16, 18 und der untere Spulenabschnitt 14 umfasst
zwei komplementäre
Halbwindungen 20, 22, um die Vollwindungen von
jedem Abschnitt der Vorrichtung zu bilden. Eine erste Stromversorgung 32 versorgt
die obere 18 und untere 20 Halbwindung im vorderen
Teil der in 1 dargestellten
Vorrichtung; eine zweite Stromversorgung 34 versorgt die
obere 16 und die untere 22 Halbwindung im hinteren
Teil der in 1 dargestellten
Vorrichtung. Eine erste Stromversorgung 32 versorgt die
obere 18 und die untere 20 Halbwindung im Vordergrund
von 1; eine zweite Stromversorgung 34 versorgt
die obere 16 und die untere 22 Halbwindung im
Hintergrund der Vorrichtung aus 1.
-
Bei
der früheren
Erfindung war eine komplizierte Konfiguration von Verbindungselementen
notwendig, um zu bewirken, dass die Stromversorgungsverbindungen
die Induktionsspulenvorrichtung versorgen. Die Verlängerungsteile 24, 26 und
Verbindungsleiter 28, 30 waren vorgesehen, um
ein Verbinden der beiden Stromversorgungen zum Versorgen der Spulenvorrichtung
zu erleichtern. In der Praxis vergrößern diese Leiter die Komplexität der Spulenstruktur,
verursachen einen höheren
elektrischen Widerstand und resultierende Stromverluste, wodurch der
Systemwirkungsgrad herabgesetzt wird; und bewirken einen unerwünschten
Blindspannungsabfall, was es erforderlich macht, dass von den Stromversorgungen
höhere
Spannungen erzeugt werden. Die zwei Stromversorgungen 32, 34 sind
elektrisch getrennt, müssen
jedoch bei gleichen Amplituden in einer 180-Grad-Phasenbeziehung betrieben werden, um
die in 1 (durch Wegpfeile
a und b) dargestellten Stromflüsse
für einen
ordnungsgemäßen Betrieb der
Spulenvorrichtung bereitzustellen. Die Notwendigkeit einer Aufrechterhaltung
der Amplitude und Phasenbeziehungen der zwei Stromversorgungen macht
eine zusätzliche
Steuerschaltungsanordnung und Systemkomplexität erforderlich. Die vorliegende Erfindung
ist eine Abwandlung von sowohl der Konfiguration der Spulenvorrichtung
und der Bereitstellung von Stromquellen zum Zweck einer Verbesserung
des Gesamtsystemwirkungsgrades, während seine Komplexität verringert
wird.
-
Die
vereinfachten Verbindungselemente der vorliegenden Erfindung ermöglichen
eine andere Verbesserung gegenüber
der früheren
Erfindung. Das Einbringen von flexiblen Elementen in die Verbindungselemente
macht es möglich,
den Spalt am entgegengesetzten Ende der Spulenvorrichtung zur Entnahme
des strangförmigen
Metallbandes weit zu öffnen.
Flexible Elemente in den Verbindungselementen sorgen auch für die Fähigkeit,
dass der Spalt, der die Nebenschlussleiter trennt, während der
Erwärmung
sehr klein gemacht werden kann. Ein kleinerer Spalt verringert den
induktiven Spannungsabfall auf den Nebenschlussleitern, minimiert
das magnetische Streufeld um den Spalt herum und vergrößert den
Wirkungsgrad der induktiven Erwärmung.
-
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Induktionsheizvorrichtung gemäß Anspruch
1 bereit. Die Spulenvorrichtung der Induktionsheizvorrichtung umfasst
zwei Spulenabschnitte, in denen komplementäre Halbwindungen von elektrischen
Leitern zwei Vollwindungssolenoide oder -spulen zur induktiven Erwärmung des
Bandmaterials bilden. Ein Spalt ist in einem Ende der Spulenvorrichtung
vorgesehen, damit das Bandmaterial hochkant in die Spulenvorrichtung
und aus der Spulenvorrichtung heraus hindurch treten kann. Die Konfiguration
der Spulenabschnitte ist zur Verbindung mit zwei Wechselstrom-Stromversorgungen
angepasst, die in Reihe mit den Spulenabschnitten und miteinander
geschaltet sind, um eine gleichförmige
Phase und Amplitude des zur Spulenvorrichtung zugeführten Stroms
sicherzustellen. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind die Spulenabschnitte zur Verbindung mit vier
Stromversorgungen in einer Reihenkonfiguration angepasst.
-
Spezieller
umfasst die Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von strangförmigem Bandmaterial
eine Solenoidspulenvorrichtung zur induktiven Erwärmung, umfassend
einen ersten und zweiten Spulenabschnitt. Jeder Spulenabschnitt
umfasst eine erste und eine zweite komplementäre Halbwindung, die eine effektive
Vollwindungsspule bilden, durch die Bandmaterial hindurch treten
kann. Die Spulenabschnitte sind in Richtung des Pfades des Bandmaterials
durch die Vorrichtung der Länge
nach voneinander getrennt. Die erste Halbwindung des ersten Spulenabschnitts
und die erste Halbwindung des zweiten Spulenabschnitts sind an einem
Ende der Vorrichtung durch einen ersten Nebenschlussleiter verbunden.
Die zweite Halbwindung des ersten Spulenabschnitts ist gleichfalls
an demselben einen Ende der Vorrichtung durch einen zweiten Nebenschlussleiter mit
der zweiten Halbwindung des zweiten Spulenabschnitts verbunden.
Die Nebenschlussleiter sind voneinander durch einen veränderlichen
Spalt oder einen festen Spalt von ausreichender Abmessung getrennt,
um es zu ermöglichen,
dass das Bandmaterial durch den so in dem besagten einen Ende der
Vorrichtung gebildeten Spalt in die Vorrichtung hinein und aus der
Vorrichtung heraus gelangt. Die Vorrichtung umfasst weiter eine
erste und eine zweite Wechselstrom-Stromversorgung, jede mit zwei
Anschlüssen
zur Verbindung mit der Spulenvorrichtung. Die erste Stromversorgung
ist an ihrem ersten Anschluss mit der ersten Halbwindung des ersten
Spulenabschnitts und am anderen Anschluss mit der zweiten Halbwindung
des ersten Spulenabschnitts verbunden, wobei die Verbindung an demjenigen
Ende der Vorrichtung hergestellt ist, das zu dem Ende mit den Nebenschlussleitern
entgegengesetzt ist. Die Verbindung kann entweder flexibel oder
starr sein. Die zweite Stromversorgung ist gleichfalls an ihrem
ersten Anschluss mit der ersten Halbwindung des zweiten Spulenabschnitts
und am anderen Anschluss mit der zweiten Halbwindung des zweiten
Spulenabschnitts verbunden. Die Verbindung der beiden Stromversorgungen
mit der Spulenvorrichtung bildet eine elektrische Reihenschaltung
für einen
in einem gegebenen Augenblick aus der ersten Stromversorgung durch die
erste Halbwindung des ersten Spulenabschnitts, durch einen Nebenschlussleiter
und die erste Halbwindung des zweiten Spulenabschnitts in die zweite Stromversorgung,
dann aus der zweiten Stromversorgung in die zweite Halbwindung des
zweiten Spulenabschnitts, durch eine Nebenschlussleiter zur zweiten
Halbwindung des ersten Spulenabschnitts und zur ersten Stromversorgung
zurückfließenden Strom,
wobei der besagte Strom in einem anderen Augenblick, der einem entgegengesetzten
Zyklus der Wechselstrom-Stromversorgungen entspricht, seine Richtung
umkehrt.
-
Bei
einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
umfasst eine Solenoidspulenvorrichtung zur induktiven Erwärmung einen
ersten und einen zweiten Spulenabschnitt, wobei jeder Spulenabschnitt
eine erste und eine zweite komplementäre Halbwindung umfasst, die
eine effektive Vollwindungsspule bilden, durch welche Bandmaterial
hindurch treten kann. Die Spulenabschnitte sind in der Richtung
des Pfades des Bandmaterials durch die Vorrichtung der Länge nach
voneinander getrennt, wobei jede der Halbwindungen der jeweiligen
Spulenabschnitte von jeder der anderen Halbwindungen getrennt ist,
wobei sie nicht mit irgendeiner von ihnen verbunden ist. Bei dieser
Ausführungsform
sind vier Stromversorgungen vorhanden, von denen jede elektrisch
in Reihe mit einer Halbwindung der jeweiligen Halbwindungen der
Spulenabschnitte geschaltet ist, so dass eine einzige Halbwindung
zwischen jede der Stromversorgungen geschaltet ist. Die Verbindung
der Stromversorgungen mit den Spulenhalbwindungen erfolgt in Reihe
von einem ersten Stromversorgungsanschluss aus durch die erste Halbwindung
des ersten Spulenabschnitts zu einer zweiten Stromversorgung, aus der
zweiten Stromversorgung durch die erste Halbwindung des zweiten
Spulenabschnitts zu einer dritten Stromversorgung, aus der dritten
Stromversorgung durch die zweite Halbwindung des zweiten Spulenabschnitts
zur vierten Stromversorgung, und aus der vierten Stromversorgung
durch die zweite Halbwindung des ersten Spulenabschnitts zurück zur ersten
Stromversorgung.
-
Beschreibung
der Zeichnungen
-
Zum
Zweck einer Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen
Formen dargestellt, die augenblicklich bevorzugt werden; es versteht
sich jedoch, dass diese Erfindung nicht auf die genauen Anordnungen
und Einrichtungen beschränkt
ist, die dargestellt sind.
-
1 ist eine perspektivische
Ansicht einer Spulenvorrichtung gemäß dem Stand der Technik.
-
2 ist eine perspektivische
Ansicht einer Spulenvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
3a ist ein schematisches
Schaubild der elektrischen Konfiguration der Spulenvorrichtung aus 1.
-
3b ist ein schematisches
Schaubild der elektrischen Konfiguration der Spulenvorrichtung aus 2.
-
4a ist ein schematisches
Schaubild der elektrischen Schaltung einer Induktionsheizspule,
die von einer stromgespeisten Inverter-Stromversorgung versorgt
wird.
-
4b ist ein schematisches
Schaubild der elektrischen Schaltung einer Induktionsheizspule,
die von einer spannungsgespeisten Inverter-Stromversorgung versorgt
wird.
-
5 ist ein schematisches
Schaubild der elektrischen Schaltung der Spulenvorrichtung in 2.
-
6 ist eine perspektivische
Ansicht einer Ausführungsform
einer für
vier Stromversorgungen angepassten Banderwärmungs-Spulenvorrichtung.
-
7 ist eine schematische
Ansicht der elektrischen Konfiguration der Spulenvorrichtung aus 6.
-
8 ist eine schematische
Ansicht der elektrischen Schaltung der Spulenvorrichtung in 6.
-
Die 9a und 9b veranschaulichen eine Oberseitenansicht
einer symmetrischen erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung, wobei sie
flexible Verbindungselemente zeigen, die eine geschlossene bzw.
offene Position erlauben.
-
Die 10a und 10b veranschaulichen eine Oberseitenansicht
einer asymmetrischen erfindungsgemäßen Spulenvorrichtung, wobei
sie flexible Verbindungselemente zeigen, die eine geschlossene und
eine offene Position erlauben.
-
Beschreibung
der Erfindung
-
Nunmehr
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen
gleiche Elemente anzeigen, veranschaulicht 2 eine Form von Heizspulenvorrichtung 50 für strangförmiges Bandmaterial
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Spulenvorrichtung 50 umfasst einen oberen 52 und
einen unteren 54 Spulenabschnitt, die zusammen eine Solenoidspulenvorrichtung
mit zwei Windungen zur Erwärmung
von strangförmigem
Bandmaterial bilden. Der obere Spulenabschnitt 52 umfasst
zwei komplementäre
Halbwindungen 56, 58, die in Kombination als eine
Vollwindung der Solenoidspulenvorrichtung 50 wirken. Der
untere Spulenabschnitt 54 umfasst gleichfalls zwei komplementäre Halbwindungen 60, 62.
Die jeweiligen Halbwindungen von beiden Spulenabschnitten sind so
angeordnet, dass sie sich quer zur Längsachse des Bandmaterial-Werkstücks (in
der Figur nicht dargestellt) und auf beiden Seiten von ihm erstrecken.
-
Die
vom oberen Spulenabschnitt 52 umfassten Halbwindungen 56, 58 sind
an keiner Stelle miteinander verbunden, noch sind die beiden Halbwindungen 60, 62 im
unteren Spulenabschnitt 54 miteinander verbunden. Statt
dessen ist, wie in 2 dargestellt,
die obere Halbwindung 58 im Vordergrund des oberen Spulenabschnitts
durch einen Nebenschlussleiter 64 mit der unteren Halbwindung 60 im Vordergrund
des unteren Spulenabschnitts 54 der Vorrichtung 50 verbunden.
Entsprechend ist die obere Halbwindung 56 im rückwärtigen Teil
des oberen Spulenabschnitts 52 (in 2) durch einen Nebenschlussleiter 66 mit
der unteren Halbwindung 62 des unteren Abschnitts 54 im
rückwärtigen Teil
der Spulenvorrichtung 50 verbunden. Ein Spalt 68 zwischen den
jeweiligen Nebenschlussleitern 64, 66 gestattet das
Bewegen von strangförmigem
Bandmaterial (nicht dargestellt) in die Spulenvorrichtung 50 hinein und
aus der Spulenvorrichtung 50 heraus.
-
Die
beschriebene Konfiguration stellt in der Spulenvorrichtung einen
Stromfluss in zwei Pfaden her, welche durch zwei Stromversorgungen 74, 76 in Reihe
geschaltet sind. Der Stromfluss in einem gegebenen Augenblick wird
von den Pfeilen in 2 dargestellt.
Strom kann durch den Nebenschlussleiter 64 aus der unteren 60 in
die obere Halbwicklung 58 auf der Vorderseite der Vorrichtung
fließen.
Dieses Muster stellt sicher, dass sich der Strom auf der Vorderseite
der Vorrichtung in entgegengesetzten Richtungen bewegt. Dieselbe
Konfiguration auf der Rückseite
der Vorrichtung erzeugt dasselbe Ergebnis in der oberen 56 und
der unteren 62 Halbwindung, die durch einen Nebenschlussleiter 66 verbunden
sind. In 2 kann man
auch sehen, dass der Strom in den beiden Halbwindungen 56, 58 des
oberen Spulenabschnitts 52 in entgegengesetzte Richtungen fließt. Dasselbe
gilt für
den Strom in den Halbwindungen 60, 62 des unteren
Spulenabschnitts 54. Entgegengesetzte Stromflüsse in den
jeweiligen Halbwindungen jedes Spulenabschnitts erzeugen elektromagnetische
Längsfelder,
durch welche das Bandmaterial-Werkstück (nicht
dargestellt) hindurch tritt. Dies maximiert und konzentriert induzierte
Wirbelströme im
Werkstück,
was wiederum eine wirkungsvolle Erwärmung bewirkt.
-
Die
Spulenvorrichtung 50 ist an dem zum Spalt 68 entgegengesetzten
Ende zur Verbindung mit Stromversorgungen konfiguriert. Jede der
vier Halbwindungen 56, 58, 60, 62 des
oberen und des unteren Spulenabschnitts 52, 54 umfasst
einen Verlängerungsleiter 70,
der in einem Anschluss 72 zur Verbindung mit einer von
zwei Stromversorgungen 74, 76 endet. Eine erste
Stromversorgung 74 ist mit den Anschlüssen 72 des oberen
Spulenabschnitts 52 verbunden; die zweite Stromversorgung
ist mit den Anschlüssen 72 des
unteren Spulenabschnitts 54 verbunden.
-
Die
Verbindung der Stromversorgungen und Spulenabschnitte auf diese
Weise erzeugt eine einzige elektrische Reihenschaltung. Die Verbindung
der Stromversorgungen mit der Spulenanordnung wird durch die Anordnung
der Spulenelemente, Verlängerungsleiter
und Anschlüsse
vereinfacht. Ein dieser Verbindung zuzuschreibender Energieverlust
und Spannungsabfall sind im Vergleich zu der unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen früheren Form von
Spulenvorrichtung minimiert. Es gibt nur eine Reihenschaltung, was
einen gleichen Strom in allen Spulenabschnitten und richtige Phasenbeziehungen über die
gesamte Vorrichtung hinweg sicherstellt, weil derselbe Strom in
beiden Stromversorgungen und in allen Spulenabschnitten fließt.
-
Bezug
nehmend auf die 3a und 3b, zeigen diese in schematischer
Weise den Unterschied zwischen den Schaltungskonfigurationen der
Vorrichtung aus 1 und
derjenigen aus 2. In 3a sind die Strompfade der
Stromversorgungen 32, 34 elektrisch voneinander
getrennt. Jede treibt den Strom in einer Halbwindung des jeweiligen
oberen und unteren Spulenabschnitts. Diese Konfiguration hat den
Nachteil, dass sie komplexe Schaltungen erforderlich macht, um eine
genaue Phasen- und Amplitudensteuerung in den zwei Stromversorgungen
aufrecht zu erhalten, so dass sie die Spulenvorrichtung richtig
mit Strom beaufschlagen.
-
Die
Konfiguration der vorliegenden Erfindung stellt eine signifikant
unterschiedliche und vorteilhafte Anordnung bereit. In 3b, die schematisch die
elektrische Konfiguration aus 2 zeigt, treibt
die erste Stromversorgung 74 Strom (den Pfeil in der Figur)
in die erste Halbwindung 56 des oberen Spulenabschnitts,
durch den Nebenschlussleiter 66 in die Halbwindung 62,
die mit der zweiten Stromversorgung 76 verbunden ist. Die
zweite Stromversorgung 76 treibt Strom durch die anderen
beiden Halbwindungen 60, 58 und zurück zur ersten Stromversorgung 74.
Die Stromversorgungen sind miteinander in Reihe geschaltet, wobei
sich die Spulenhalbwindungen ebenfalls alle in Reihenschaltung befinden.
Ein Hauptvorteil dieser Konfiguration besteht darin, dass eine Reihenschaltung
der Stromversorgungen und der Spulenelemente garantiert, dass der Strom
in sämtlichen
der Spulenelemente gleich und von der richtigen Phase sein wird.
Derselbe Strom fließt
in einer Reihenschaltung in sämtlichen
der Stromversorgungen und in sämtlichen
Spulensegmenten.
-
Die
Induktionsheizungs-Stromversorgungen 74, 76 enthalten
Lastresonanzkondensatoren, die, wenn sie mit der vorliegenden Induktionsspulenvorrichtung
(2) verbunden sind,
einen Reihenschwingkreis bilden. Die natürliche Frequenz dieses Schwingkreises
wird ermittelt durch die Formel: F = 1/2π√LC
-
Die
Stromversorgungen müssen
sich betreiben lassen, wenn sie in Reihe miteinander geschaltet sind.
Dies bedeutet, dass sämtliche
der Stromversorgungen miteinander und mit dem Reihenschwingkreisstrom
synchronisiert sind. Es gibt zwei grundlegende Inverterschaltungskonfigurationen,
die gewöhnlich
für Induktionsheizungs-Stromversorgungen verwendet
werden. Sie werden hier als stromgespeist und spannungsgespeist
bezeichnet. Beide Konfigurationen können in Reihe geschaltet werden und
können
bei den beschriebenen Ausführungsformen
verwendet werden.
-
Die
stromgespeiste und die spannungsgespeiste Stromversorgungskonfiguration
sind in den 4a bzw. 4b dargestellt. Der Ausgang
des stromgespeisten Inverters 80 ist über einen Kondensator 82 angeschlossen,
der zusammen mit der Induktionsheizspule 84 einen Schwingkreis
bildet. Der Kondensator 82 ist gewöhnlich in zwei gleiche Reihenabschnitte
unterteilt, wobei die Verbindung zum Mittelpunkt mit Erdepotenzial
verbunden ist, wie in 4a dargestellt.
Der Ausgang des spannungsgespeisten Inverters 86 ist mit
einem Trenntransformator 88 verbunden, der eine sekundäre Wicklung 90 aufweist, die
gewöhnlich
eine Mittelabgriffverbindung mit Erde aufweist. Wie in 4b dargestellt, ist die
sekundäre Wicklung 90 des
Transformators 88 in Reihe mit dem Kreis geschaltet, der
aus den Kondensatoren 92, 94 und der Induktionsheizspule 96 besteht,
die einen Schwingkreis bilden.
-
Eine
der Stromversorgungen, die mit einer Induktionsspulenvorrichtung,
wie hier offenbart, verbunden ist, sollte mit Erdepotenzial verbunden
sein, um die Spannung auf sämtlichen
Spulenabschnitten, Verbindungen untereinander und Stromversorgungsverbindungen
zu minimieren. Dies ist ein wichtiges Merkmal, wo die Induktionsheizspulenvorrichtung
in einer Umgebung benutzt wird, wo eine Lichtbogenbildung oder Korona
eine Gefahr darstellen würde. 5 ist der Stromlaufplan
der in 2 dargestellten ersten
Anordnung, wo die Stromversorgungen von der Konfiguration mit spannungsgespeistem
Inverter sind.
-
Eine
andere bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung ist in 6 dargestellt.
Diese Spulenvorrichtung 100 umfasst zwei Spulenabschnitte 102, 103,
die komplementäre
Halbwindungen 104, 106, 108, 110 in
einer Solenoidkonfiguration aufweisen, um strangförmiges Bandmaterial
(nicht dargestellt) zu erwärmen.
An einem ersten Ende der Vorrichtung führen Verlängerungsteile 112 zu
Anschlüssen 114, mit
denen zwei Stromversorgungen 116, 118 verbunden
sind. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform
aus 3 besitzt das entgegengesetzte
Ende der Vorrichtung keine Nebenschlussleiter, die den oberen 102 und
den unteren 103 Spulenabschnitt verbinden. Statt dessen
ermöglicht
die Konfiguration aus 6 die
Verbindung von zwei weiteren Stromversorgungen 120, 122 mit
der Vorrichtung.
-
An
dem Ende von jeder der vier jeweiligen Halbwindungen 104, 106, 108, 110 der
Vorrichtung führen
Verlängerungsleiter 124 zu Anschlüssen 126, die
mit den Stromversorgungen 120, 122 verbunden sind.
Bei der beschriebenen Ausführungsform
sind die Verlängerungsleiter 124 im
rechten Winkel senkrecht zur Ebene des Bandmaterial-Werkstücks (nicht dargestellt)
angeordnet, das sich durch die Spulenvorrichtung hindurch bewegt.
Diese Anordnung liefert einen Längsspalt 125 zwischen
Paaren von Verlängerungsleitern.
Das Bandmaterial (nicht dargestellt) wird hochkant durch den Spalt 125 in
der Spulenvorrichtung positioniert und aus der Spulenvorrichtung entnommen.
Andere Anordnungen dieser Verlängerungsleiter
sind möglich.
Die Konfiguration der Verlängerungsleiter 124 und
der Anschlüsse
126 am zweiten Ende der Vorrichtung ist derart, dass jede der Stromversorgungen 120, 122 mit
einer Halbwindung des oberen Spulenabschnitts 102 und der
benachbarten Halbwindung des unteren Spulenabschnitts 103 verbunden
ist.
-
Bei
dieser Ausführungsform
der Erfindung beträgt
die gesamte, an der Induktionsheizspulenvorrichtung angelegte Spannung
ungefähr
das Vierfache der Ausgangsspannung von jeder Stromversorgung, und
die gesamte, an die spule abgegebene Leistung beträgt das Vierfache
der Ausgangsleistung von jeder Stromversorgung. Die Fähigkeit,
diese höhere
Spannung und höhere
Leistung abzugeben, ist besonders wichtig, wenn sehr breites Metallband
erwärmt
wird. In diesem Fall hat die zur Unterbringung des breiteren Bandes
erforderliche größere Spulenöffnung eine
höhere
Spuleninduktivität
zur Folge und macht somit eine höhere
Spulenspannung erforderlich.
-
Die
resultierende elektrische Konfiguration der Vorrichtung aus 6 ist eine andere Reihenschaltungsanordnung
von Stromversorgungen und Spulenelementen. Bezug nehmend auf 7, ist dort die Konfiguration
schematisch dargestellt, wobei sie die vier Stromversorgungen und
die beiden Spulenabschnitte zeigt. Zu einem gegebenen Zeitpunkt wird
Strom in der Vorrichtung aus der ersten Stromversorgung 116 durch
eine Halbwindung 104 des oberen Spulenabschnitts 102 in
eine zweite Stromversorgung 122, durch eine Halbwindung 110 des
unteren Spulenabschnitts 103 in eine dritte Stromversorgung 118,
durch die andere Halbwindung 108 des unteren Spulenabschnitts 103 in
die vierte Stromversorgung 120, dann durch die andere Halbwindung 106 des
oberen Spulenabschnitts 102 und zurück zur ersten Stromversorgung 116 getrieben.
Beim nächsten
Zyklus der vier Wechselstrom-Stromversorgungen kehrt sich die Richtung
des Stromflusses um, verläuft
jedoch weiter in Reihe durch jede der Halbwindungen der Spulenvorrichtungen
und die Stromversorgungen.
-
Die
Stromversorgungen, die bei der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform
der Erfindung verwendet werden, sind stromgespeiste Inverter-Stromversorgungen.
Die stromgespeiste Inverter-Stromversorgung wurde oben beschrieben und
in 4a dargestellt. 8 ist der Stromlaufplan der
zweiten Spulenvorrichtungsanordnung, wie in den 6 und 7 dargestellt,
wo die dargestellten Stromversorgungen stromgespeiste Inverter sind. Wie
bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform der
Erfindung könnte
mindestens eine der Stromversorgungen mit Erdepotenzial verbunden
sein, um die Spannung auf sämtlichen
Spulenabschnitten, Verbindungen untereinander und Stromversorgungsverbindungen
zu minimieren.
-
Die 9a und 9b zeigen die Verwendung von flexiblen
Verbindungselementen 170 zwischen den Stromversorgungen 74 und 76 und
den Spulenhalbwindungen 56, 62, 58 und 60. 9a zeigt die Spulenvorrichtung
und das Band 78 in der Aufheizposition, wobei sich die
Nebenschlussleiter 64 und 66 nahe beieinander
befinden. Diese Konfiguration verbessert die Spulenleistung durch
Verringerung des induktiven Spannungsabfalls auf den Nebenschlussleitern 64 und 66 und
minimiert das elektrische Streumagnetfeld um den Spalt 68. 9b zeigt die Spulenvorrichtung
mit aufgebogenen Verbindungselementen 170, um einen breiten
Spalt 68 zwischen den Nebenschlussleitern 64 und 66 bereit
zu stellen. In dieser Position kann das Metallband 78 leicht
durch den Spalt 68 hindurch treten, um es in die Aufheizposition
innerhalb der Spulenvorrichtung zu bewegen und es daraus zu entnehmen.
-
Eine
andere Anordnung ist in den 10a und 10b dargestellt, welche die
Verwendung eines flexiblen elektrisch leitenden Gelenks 200 zwischen den
Verbindungselementen 70 veranschaulicht. Die dargestellte
Spulenvorrichtung ist asymmetrisch, wobei ein flexibles Gelenk 200 in
den Verbindungselementen 70 von nur einer Hälfte der
Spulenvorrichtung vorgesehen ist. 10a veranschaulicht
die Spulenvorrichtung und das Band 78 in der geschlossenen
Aufheizposition. 10b veranschaulicht
die Spulenvorrichtung, wobei das flexible Gelenk 200 in den
Verbindungselementen 70 geöffnet ist, um es zu ermöglichen,
eine Hälfte
der Spule zu bewegen, um einen breiten Spalt 68 zwischen
den Nebenschlussleitern 64 und 66 bereit zu stellen.
Wenn sich die Verbindungselemente 70 in dieser Position
befinden, kann das Band 78 leicht in die Aufheizposition
in der Spule eingeführt
oder daraus entnommen werden.
-
Die
vorliegende Erfindung kann in anderen spezifischen Formen verkörpert werden,
ohne den Geist oder wesentliche Merkmale derselben zu verlassen,
und dementsprechend sollte auf die beigefügten Ansprüche statt auf die vorangehende
Beschreibung als den Umfang der Erfindung anzeigend Bezug genommen
werden.