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Einrichtung zur Wirbelstromheizung eines ferromagnetischen Körpers
durch einen oder mehrere an dem Körper angebrachte Magnetfelderzeuger Es sind elektrisdhe
Heizeinrichtungen bekannt, bei denen die aufzubringende Wärme durch Wirbelströme
erzeugt` wird. Bei Heizeinrichtungen dieser Art besteht der zu ierhitzende -Körper
aus einem elektrisch leitenden Stoff" und wird derart mit einem magnetische Kraftlinien
aussendenden Magnetfelderzeuger in Wirkverbindung gebracht, daß die magnetischen
Kraftlinien den zu erhitzenden Körper durchdringen und hierbei in diesem Wirbelströme
hervorrufen.
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Es ist auch bekannt, zur Verbesserung der Heizwirkung den zu erhitzenden
Körper aus ferromagnetischem Werkstoff auszuführen und zwischen diesen ferromagnetischen
Körper und den Magnetfelderzeuger eint elektrisch gut leitfähige Zwischenschicht,
beispielsweise aus Kupfer, einzufügen, welche vorteilhaft mit dem ferrom.agnetischen
Körper homogen verbunden wird. Die Zwischenschicht gewährleistet dann infolge ihrer
guten elektrischen Leitfähigkeit eine hohe Wirbelstrombildung, während die gute
magnetische Leitfähigkeit des ferromagnetischen Stoffes einen guten. Rückschluß
für die magnetischen Kraftlinien bietet.
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Die Regelung der Heizleistung dieser bekannten Wirb.elstromheizeinrichtung
erfolgt durch Änderung der angelegten Spannung.
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Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Wirbelstramheizeinrichtung,
welche eine Regelung der Heizleistung in erheblich einfacherer Weise und gegebenenfalls
auch stufenlos ermöglicht. Auch bei der Einrichtung nach der Erfindung besteht der
zu erhitzende Körper, beispielsweise ein Kochgefäß, aus ferro.magnetischem Stoff
und befindet sich in dem Magnetfeldbereich eines oder mehrerer Magnetfelderzeuger.
Erfindungsgemäß sind jedoch die Magnetfelderzeuger oder einzelne derselben längs
der Oberfläche des zu erhitzenden ferromagnetischen Körpers in mindestens einer
Richtung verschiebbar
angeordnet, und der zu erhitzende Körper
weist ,an seiner den Magnetfelderzeugern zugewandten Oberfläche in der Verschiebungsrichtung
der Magnetfelderzeuger nebeneinander Bereiche verschiedener magnetischer und/oderelektrischer
Leitfähigkeit, beispielsweise durch Wahl verschiedener Werkstoffe oder durch verschiedene
Gestaltung, auf.
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Es ist eine elektrische Heizvorrichtung bekannt, welche nach Art ,eines
Asynchronmotors aufgebaut ist, indem der an der Drehung verhinderte Rotor des Motors
den Heizkörper bildet. Der Rotor ist bei dieser bekannten Vorrichtung als Kurzschlußanker
ausgebildet, dessen Stäbe zur Regelung der Wärmeleistung auswechselbar oder verstellbar
sind, wodurch der Luftzwischenraum zwischen Rotor und Stator verändert werden kann.
Gegenüber dieser bekannten Vorrichtung bietet die Heizeinrichtung nach der Erfindung
den Vorteil, daß bei ihr eine Regelung der Heizleistung mit viel einfacheren Mitteln
:erreicht werden kann. Auch ist es bei der Heizeinrichtung nach der Erfindung im
Gegensatz zu der bekannten Heizeinrichtung möglich, eine Änderung der Heizleistung
zu erzielen, ohne daß hierbei: der geschlossene Magneteisenkreis verzerrt oder unroerbro:chen
wird.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden an Hand einiger in, der
Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
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In Fig. i ist als zu beheizender Körper ein Rohr i dargestellt, welches
aus Eisen oder Stahl besteht. Ein Teil der äußeren Oberfläche des Rohres. ist mit
einem Belag 2 aus einem elektrisch gut leitenden Stoff, beispielsiveise aus Kupfer,
versehen. Mit 3 ist ein Elektromagnetsystem bezeichnet, welches das Rohr i konzentrisch
umschließt. Die von dem Magnetsystem 3 :erzeugten magnetischen Kraftlinien treten
aus den Polen des Magnetsystems heraus und schließen sich über die eiserne Wandung
des Rohres i. Zum Teil durchdringen sie hierbei auch den elektrisch gut leitenden
Belag 2. Die Erregervorrichtulig 3 ist derart beweglich angeordnet, daß sie in der
Längsrichtung des Rohres i verschoben werden kann. Hierdurch wird die Erregervorrichtung
je nach dem Verschiebungsgrad und je nach der Verschiebungsrichtung in Bereiche
verschieden großer Wirbelstrombildung gebracht: Wird die Erregervorrichtung beispielsweise
nach unten verschoben, so wird ein wesentlich größerer Teil des Kupferbelages 2
in den Bereich des Magnetfeldes gebracht und hierdurch die Wärmeerzeugung vergrößert.
Wird die Erregervorrichtung 3 dagegen so weit nach oben verschoben, daß der Kupferbelag
2 überhaupt nicht mehr in den Bereich des Magnetfeldes hineingreift, so ist die
Wärmebildung am geringsten.
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An Stelle der in Fig. i gezeigten ringförmigen Ausbildung der Erregervorrichtung
3 kann ,auch :eine beliebige andere Ausbildung gewählt werden. Die Erregervorrichtungkaiui
auch in beliebig viele Teilerregervorri:chtungen unterteilt werden, die sämtlich
oder nur zum Teil verschiebbar angeordnet sind.
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Ein Ausführungsbeispiel für die Anwendung mehrerer Teilerregervorrichtungen
ist in Fig. 2 dargestellt. Mit 4. ist der zu erhitzende Körper bezeichnet, der beispielsweise
die Wa=ndung eines Kochtopfes, eines Flüssigkeitsheizkessels, eines Backofens oder
eines beliebigen anderen zu erhitzenden Gerätes darstellt. Der Körper 4. besteht
wiederum aus ferromagnetischem Werkstoff und ist zum Teil mit einem Belag 5 aua
Kupfer oder einem anderen elektrisch gut leitfähigen Stoff bedeckt. Ferner sind
drei selbständige Erregervorrichtungen 6, 7 und 8 vorgesehen, deren Magnetpole dem
zu erhitzenden Körper ;l bzw. dessen Belag 5 zugekehrt sind, so da.ß die aus den
Magnetpolen der Erregervorrichtungen hinaustretenden magnetischen Kraftlinien den
Körper 4. bzw. den Belag 5 durchdringen. Auch hier wird eine Regelung der Heizleistung
erfindungsgemäß dadurch vorgenommen, daß die Erregervorrichtungen 6 bis 8 gegenüber
dem zu erhitzenden Körper verschoben werden. Werden also in dem vorliegenden Fall
die Erregervorrichtungen 6 bis 8 nach oben verschoben, so wird die Heizleistung
kleiner, werden sie dagegen nach unten verschoben, so wird die Heizleistung größer.
Dadurch, daß jede der drei Erregervorrichtungen 6 bis 8 selbständig für sich verschoben
werden kann, ist eine sehr feinfühlige und stufenlose Regelung der Heizleistung
möglich. Unabhängig von der Verschiebung der Erregervorrichtung kann eine Änderung
der Heizleistung auch durch Ein-oder Ausschalten der Erregerstromkreise einer jeden
einzelnen Erregervorrichtung erzielt werden.
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Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein aus ferromagnetischem
Werkstofft bestehender Kochtopf 9 dargestellt, dessen äußere Oberfläche wiederum
mit einem elektrisch gut leitfähigen Belag versehen ist. Dieser Belag ist in dem
vorliegenden Fall jedoch in drei ringförmige Zonen i o, i i und 12 unterteilt, die
sich voneinander durch die Art ihres Stoffes und somit durch ihre elektrische Leitfähigkeit
unterscheiden. Die Zone io bat hierbei die geringste, die Zone 12 dagegen die größte
elektrische Leitfähigkeit. Beispielsweise können die Belagszonen io bis 12 aus Nickel,
Muminitun und Kupfer
bestehen. Sodann sind zwei Erregervorrichtungen
13 und i q. dargestellt, welche in üblicher Weise an der Wandung des Kochtopfes
anliegen. Die Erregervorrichtungen 13
und i q. sind an Seilen aufgehängt und
können beliebig in der Höhe verstellt werden, wobei ihr Gewicht mittels Gegengewichte
oder anderer zusätzlicher Kräfte in jeder Stellung ganz oder teilweise ausgeglichen
ist. Wird der Erregerstrom der Vorrichtungen 13 und i q. eingeschaltet, so: halten
sie" sich vermöge ihrer magnetischen Anziehung selbsttätig an der Wandung des Kochtopfes
fest. Die Aufhängeseile der Vorrichtungen 13 und 1q. kÖnnen gleichzeitig als Stromzuführung
für die Erregerwicklungen ausgebildet werden.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist ähnlich wie bei dem in Fig.2
dargestellten Ausführungsbeispiel, jedoch mit dem Unterschied, daß die Erregervorrichtungen
im vorliegenden Falle in vier verschiedene Zonen mit voneinander abweichender elektrischer
Leitfähigkeit gebracht werden können, während bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
2 nur zwei verschiedene Zonen vorhanden; sind. Je weiter die Erregervorrichtungen
nachuntere verschoben werden, um so größer wird die Heizleistung, je weiter sie
jedoch nach oben verschoben werden, um so kleiner wird die Heizleistung. Werden
die Erregervorrichtungen so weit emporgehoben, daß sie nur noch in der vom elektrisch
gut leitenden Belag freigelassenen Zone (in der Zeichnung mit 15 bezeichnet) an
der Wandung des Kochtopfes anliegen, so ist die elektrische Leitfähigkeit des im
Bereich des. magnetischen Kraftfeldes befindlichen zu beheizenden Körpers am geringsten,
da die elektrische Leitfähigkeit nur noch die des ferromagnetischen Topfes g ist.
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Soll die Heizleistung noch weiter heruntergesetzt werden, so können
schließlich die Erregervorrichtungen auch zurr Teil noch über den Rand des zu beheizenden
Körpers hinausgeschoben werden, die Erregervorrichtungen liegen dann nur noch teilweise
auf der Wandung des zu beheizenden Körp;exs auf.
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Bei den in Fig. i bis 3 dargestellten Ausführungsbeispielen wird eine
Abstufung der die Wirbelstrombildung begünstigenden elektrischen Leitfähigkeit durch
Wahl verschiedener elektrisch leitender Stoffe :erzielt. Eine Abstufung der Leitfähigkeit
kann ferner auch dadurch erzielt werden, daß der aus :einem einheitlichen elektrisch
leitfähigen Stoff bestehende Belag hinsichtlich seiner Dicke in mindestens einer
AusJehnungsrichtung des Belages ,abgestuft ist, da die erzielbare Wirb:elstrombildung
bis, zu einem gewissen Grad auch von der Dicke des elektrisch leitfähigen Belages
bzw. Überzuges abhängig ist. Schließlich kann eine Abstufung der Heizleistung auch
durch Abstufung der magnetischen Leitfähigkeit in der Verschiebungsrichtung der
Erregervorrichtungen erzielt werden.
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In Fig. 3 sind die Belagszonen i o bis 12 derart angeordnet, daß der
Belag in senkrechter Richtung stufenweise verschiedene elektrische Leitfähigkeit
aufweist. Gelegentlich kann :es auch zweckmäßig sein, die Zonen verschiedener elektrischer
Leitfähigkeit senkrecht nebeneinander oder auch. unter einem beliebigen anderen
Winkel anzuordnen, die Erregervorrichtungen zur Regelung der Heizleistung werden
dann in waagerechter bzw. schräger Richtung verschoben.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig. q. dargestellt. Der zu
beheizende ferromagneti:sche Körper ist hier mit 16 bezeichnet, auf welchem elektrisch
leitfähige Beläge 17, 18, 17' und 18' angebracht sind. Zwischen den Belägen
i8 und U' ist ein belagfreier Zwischenraum freigelassen. Die Beläge 17 und i y'
haben untereinander gleiche elektrische Leitfähigkeit, desgleichen die Beläge 18
und 181 untereinander; die Leitfähigkeit der Beläge 17 und iY ist größer
als, die der Beläge 18 und 18'. Auf den verschiedenen Belägen sind zwei Erregervoxrichtungen
i9 und 2o in der dargestellten Pfeilrichtung verschiebbar angeordnet. Die beiden
Erregerwicklungen sind durch eine Brücke 2 i starr miteinander verbunden, so daß
sie zwangsläufig gleichzeitig verschoben werden können. Die Erregervorrichtungen
i9 und 2o werden. also hier gleichzeitig aus. Zonen besserer @elektrischer Leitfähigkeit
nach Zonen geringerer elektrischer Leitfähigkeit verschoben, und umgekehrt. ,