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Einrichtung zum Trocknen lackierter Bleche nach dem Wirbelstromverfahren
Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Trocknen lackierter Bleche nach
dem Wirbelstromverfahren. Diese Einrichtungen haben den Vorteil, daß durch die Wirbelströme
die Wärme im Blech entsteht und dadurch gewährleistet ist, daß die Erhitzung der
Lackschicht von innen nach außen fortschreitet. Bei der früher allgemein angewandten
Ofentrocknung konnte es infolge der Wärrnezufuhr von außen vorkommen, daß sich zunächst
eine dünne Lackhaut bildete, welche das Verdampfen des Lösungsmittels aus den unteren
Lackschichten behinderte. Der Lacküberzug erschien äußerlich vollständig getrocknet,
während er in den untersten Lackschichten noch plastisch war. Dies konnte in der
weiteren Verwendung der Bleche nachteilig wirken. Es kommt hinzu, daß man bei sperrigem
Trockengut mittels der Induktionserhitzung die Wärme sparsam dorthin bringen kann,
wo sie gebraucht wird. Besonders günstig wirkt sich dies aus, wenn nur cine begrenzte
Teiloberfläche erhitzt werden soll, z. B. eine durch Lack zu schützende Schweißnaht.
Einrichtungen der eingangs gekennzeichneten Art sind bereits bekannt. Sie bestehen
aus einem Wechselstrommagnet,zwischen dessen Polschuhen das zu trocknende Blech
unter senkrechter Beaufschlagung durch magnetische Feldlinien hindurchgeführt wird.
Der mit diesem früheren, an sich grundsätzlich richtigen Vorschlag erzielbare Nutzen
gegenüber der als weniger wirksam bezeichneten streifenden Anordnung wird allerdings
nie voll in Erscheinung treten können, weil auch bei der streifenden Anordnung die
magnetischen Kraftlinien in ihren Luftwegen sich zu verkürzen suchen, wobei sie
den kürzesten, also möglichst senkrechten Weg auf die Eisenfläche suchen, so daß
bei jeder Erhitzung eines Eisenkörpers schon von selbst eine Kraftlinienverteilung
sich einstellt, welche eine gewisse Tendenz in Richtung der von dem erwähnten Vorschlag
für vorteilhaft gehaltenen senkrechten Beaufschlagung aufweist. Der hiervon erwartete
Nutzen gegenüber den anderen Beaufschlagungsmethoden sinkt hierdurch beträchtlich.
Weiterhin wird man zugeben
müssen; daß das magnetische Gesamtfeld
außerdem unmittelbar vor der Eisenoberfläche von den Wirbelströmen und deren magnetischem
Feld n::iit bestimmt wird und daß diese Wirbelströme im allgemeinen eine zur Oberfläche
tangentiale Richtung aufweisen.
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Alle oben beschriebenen Einrichtungen haben im praktischen Betrieb
denselben Nachteil. Dieser Nachteil kommt am meisten zur Auswirkung, wenn es sich
entweder um großflächige Stücke handelt oder aber, wenn im Fließverfahren viele,
mit kleinen Zwischenräumen aufeinanderfolgende Arbeitsstücke erhitzt werden sollen.
.Die zu trocknenden Lacke haben meistens die Eigenschaft, in ihren Farben auf unterschiedliche
Temperaturen sehr empfindlich zu sein. Man kann nachträglich sehr genau erkennen,
daß die Trocknung nicht gleichmäßig war. Es muß aber mit Rücksicht auf das nachträgliche
Verhalten der Lackschicht eine genau gleichmäßige Trocknung gefordert werden. Die
Stromdichte der Wirbelströme ist offenbar ungleichmäßig über den Querschnittverteilt,
wie die ungleiche Färbung erkennen läßt. Bei den oben beschriebenen einfachen Anordnungen
wird der durch die vorzugsweise einzige Primärwicklung erzeugte magnetische Fluß
in seiner Gesamtheit auf das zu erhitzende Werkstück, bzw. bei Fließverfahren auf
die hintereinanderfolgenden Werkstücke oder Bandteile bzw. Streifen oder Flächenstücke,
zur Einwirkung gebracht. Da durch die primäre Wechselspannung lediglich die gesamte
Flußschwankung bzw. bei sinusförmiger Wechselspannung lediglich die Amplitude des
Wechselflusses gegeben ist, nicht aber die Induktionsverteilung innerhalb der von
der betrachteten Spule umsäumten Fläche, stellt sich die räumliche Verteilung der
magnetischen Induktion im übrigen so ein, daß bei gleicher Gesamtzahl der magnetischen
Kraftlinien ihre Verteilung innerhalb der durch die betrachtete Windung oder Spule
umsäumten Fläche so ist, daß der zur Aufrechterhaltung dieses magnetischenFeldesbenötigte
'_Vlagnetisierungsstrom ein Optimum wird. In den Fig. Z bis 3 sind die grundsätzlichen
Fälle festgehalten. Fig. z zeigt die Induktionsverteilung bei einem linearen gestreckten
Leiter und gleichförmiger Verteilung des magnetischen Leitwerts entlang der Leiterlänge.
Bringt man einen oder mehrere Körper mit größerer magnetischer Leitfähigkeit in
das magnetische Feld des Leiters, so bleibt die gesamte Flußverkettung bei gleichbleibender
Primärspannung unverändert, die räumliche Verteilung der magnetischen Induktion.entlang
dem Leiter ändert sich aber gemäß Bild 2.
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Diese Skizzen gelten im Prinzip auch, wenn man statt des gestreckten
Leiters eine oder mehrere geschlossene Windungen nimmt (Fig. 3a bis 3c) oder einen
gestreckten Leiter unterteilt (Fig. 3d). Bei einer mit streifender Beaufschlagung
arbeitenden Erhitzungsvorrichtung ergab sich z. B. bei Trocknung eines Schutzlackstreifens
über einer Schweißnaht von in Fließfertigung durchlaufenden Blechzylindern eine
ungleichmäßige Verfärbung gemäß Fig. 4, d. h. die beiden Enden blieben kälter.
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Andere Ungleichmäßigkeiten und Abweichungen werden durch die Rückwirkung
der Wirbelströme veranlaßt.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung beseitigt diese 1 Übelstände,
indem sie den magnetischen Kräftfluß in konstant gehaltene kleine Teilflüsse zerlegt.
Diese Teilflüsse werden auf konstanter Größe gehalten, indem man die Leiter bzw.
Windungen in Teile dieser Wicklungsgrößen zerlegt und die einzelnen Wicklungsteile
parallel an die Betriebsspannung legt. Die Schwankungen der Amplitude der magnetischen
Kraftliniendichte müssen sich sodann auf die Teilung dieser Leiterstücke bzw. Wicklungsteile
beschränken. Da diese Teilung so klein wie möglich gewählt wird, hält sich je Flächeneinheit
die auftretende maximale Induktionsschwankung und damit auch die Erhitzungsabweichung
innerhalb der zulässigen Grenzen. .
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Fig. 5 zeigt ein Beispiel für die Einrichtung nach der Erfindung,
wobei die Beaufschlagung des Werkstücks mit den magnetischen Kraftlinien in streifender
Anordnung vor sich geht. Die Wirkung ist in roher Annäherung vergleichbar mit der
erhitzenden Wirkung eines Gasbrenners, bei welchem aus vielen einzelnen Öffnungen
genau dosierte Flämmchen das Trockengut erwärmen (Fig.6). Diese Erwärmungswirkung
ist bedeutend gleichmäßiger, als wenn man, um im Beispiel zu bleiben, eine einzige
große Stichflamme anwenden würde.
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Die Anordnung (Fig. 5) eignet sich in gleicher Weise sowohl für den
Fall, daß das Trockengut das magnetische Feld in Richtung von rechts nach links,
als auch für den Fall, daß das Trockengut das Magnetfeld in Richtung senkrecht zur
Papierebene passiert.
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Die Einrichtung nach der Erfindung läßt sich auch auf ändere Spulenanordnungen
übertragen, z. B. auf spiralförmige Tellerspulen gemäß Fig. 7. Solche Spulen eignen
sich insbesondere zur Erhitzung kleiner Blechdeckel. Fig. 8 zeigt die Abwandlung
gemäß der Erfindung zur Erzielung steuerbarer Trocknungseffekte. Da solche Deckel
bei Anwendung der bekannten einfachen Erhitzungsmethoden dazu neigen, in der Mitte
heller zu bleiben, ist mit der Erfindung eine Methode an die Hand gegeben, durch
Abstufung der getrennt gespeisten Windungszahlen die gesuchte Induktionsverteilung
zu. erzwingen. Die innerste Parallelspule muß hierbei eien sehr kleinen Durchmesser
haben, sonst bleibt in der Mitte eine weniger stark erhitzte Stelle übrig.
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Die von der Erfindung bezweckte gleichmäßige Erhitzungsverteilung
läßt sich durchaus nicht dadurch erreichen, daß man den magnetischen Fluß einer
der üblichen bekannten Anordnungen ein- oder zweimal unterteilt. Vielmehr bedingt
die beschränkte Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wärme im erhitzten Körper, daßwährend
der meist sehr kurzen Erhitzungszeit diese Wärme sich im Körper nur sehr wenig verteilen
kann. Ferner bedingt die große Bereitschaft des magnetischen Feldes, sich den Leitwertsveränderungen
bei wanderndem Trockengut anzupassen, eine Begrenzung der Teilung bzw. Polteilung
auf ganz wenige, etwa r bis -5 cm. Ist a die Geschwindigkeit, mit welcher etwa das
Maximum einer Temperaturverteilungskurve nach den Seiten zu abwandert, ferner t",
die mit Rücksicht auf die benutzten Lacke geringstmögliche Erwärmungszeit, so ergibt
sich für die Teilung T der Erhitzungsvorrichtung: T = 2 a t.. Ein weiterer Gesichtspunkt
für die Abgrenzung der Polteilung entsteht bei der Betrachtung
des
Einflusses des Laufspalts. Die Forderung, auch bei Abweichungen der mechanischen
Abmessungen des Werkstücks infolge Herstellungsunregelmäßigkeiten einen einwandfreien
Vorbeitransport desselben zu gewährleisten, bedingt Luftspalte von der Größenordnung
mehrerer Millimeter. Die Untergrenze für die Verkleinerung der Teilung ist gegeben
durch die Rücksichtnahme auf den Einfluß der Streuung, welche von dem Verhältnis
Luftspalt zu Teilung abhängt.
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Die Anordnung und Dimensionierung nach der Erfindung unterscheidet
sich somit grundsätzlich von etwa vereinzelt vorhandenen und aus anderen Gründen
mehr oder weniger zufällig entstandenen Anordnungen, bei welchen beispielsweise
aus schalttechnischen Gründen oder mit Rücksicht auf vorhandene Drahtstärken zwecks
Querschnittsunterteilungen Parallelschaltungen oder Serienparallelschaltungen als
handwerksmäßiges Aushilfsmittel vorgenommen sind.