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Vorrichtung zum elektroinduktiven Innenheizen von Rohren, durchgehenden
Bohrungen od. dgl. Zum Innenheizen von Rohren oder beidendig offenen Bohrungen können
hochfrequenzgespeiste Spulen. oder Leiterschleifen benutzt werden, sei es zum Zwecke
des Erwärmens schlechthin oder zum Zwecke des Härtens durch nachfolgendes Abschrekken.
Es hat hierbei jedoch stets die Schwierigkeit bestanden, dem in der Bohrung oder
dem Rohr befindlichen Induktor die genügende Energie zuzuführen, wobei die Schwierigkeiten
mit einer Spule als Induktor besonders groß waren, so daß sich letztere Art des
Aufheizens ohne besondere Maßnahmen überhaupt nicht durchführen ließ. Hinzu kommt
noch, daß bei langen Werkstücken in den Zuleitungen erhebliche Energieverluste auftreten,
vornehmlich in der Form von Stromwärmeverlusten. Diesje sind offenbar in starkem
Maße dafür verantwortlich, daß ein wirtschaftliches Innenheizen mit einer Spule
kaum und mit einer Leiterschleife nur schwierig möglich war, wenn die allgemein
üblichen Frequenzen benutzt werden, wie sie mittels Maschinenumformern erzeugt werden.
Den Verlusten könnte zwar durch eine Vergrößerung des Leiterquerschnittes
begegnet-werden,
indes verbietet sich diese Maßnahme im allgemeinen aus Raumgründen, da die Bohrung
bzw. lichte Weite eines Rohres für eine derartige Vergrößerung keinen Raum läßt.
Auch eine Maßnahme, die darin besteht, die Zuleitungen hohl auszubilden und konzentrisch
ineindnderzulegen, wobei zudem noch eine Wasserkühlung vorgesehen wird, hat zu einer
befriedigenden Vermeidung der Stromwärmeverluste in den Zuleitungen nicht geführt.
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Zweck der Erfindung ist es, Maßnahmen vorzuschlagen, die diese Schwierigkeiten
beseitigen und das Aufheizen selbst langer Rohre bzw. Bohrungen auch bei verhältnismäßig
geringer lichter Weite von der Innenfläche her gestatten. Gemäß der Erfindung wird
hierzu vorgeschlagen, die erforderliche elektrische Leistung der Leiterschleife
oder Spule aufzuteilen und je eine Stromzu- und -ableitung von jedem Ende des Rohres
bzw. der Bohrung aus an den oder die Heizleiter heranzuführen. Hierzu wird gemäß
der Erfindung ferner vorgeschlagen, entweder zwei Speisetransformatoren vorzusehen,
die auf der Sekundärseite parallel geschaltet sind, während die Primärwicklungen
in Reihe geschaltet werden, oder aber zwei uriabhängige Transformatoren anzuordnen,
deren einer an-.den Leistungserzeuger angeschlossen ist, während ,der andere an
eine den Blindstrom mindestens teilweise kompensierenden Kondensatorbatterie angeschlossen
ist. Diese Vorrichtungen. gestatten eine Leistungszufuhr zu den Heizgeräten unter
Verminderung der Verluste auf den Zuleitungswegen, da. die Leiter- infolge der Aufteilung
der Energiezufuhr weniger belastet sind. Es kann daher auch mit verhältnismäßig
kleinen Leiterquerschnitten gearbeitet werden, so daß einer Anwendung der Maßnahmen
auch auf Werkstücke mit geringer lichter Weite nichts entgegensteht.
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Im nachfolgenden werden die Vorrichtungen gemäß der Erfindung an Hand
von Ausführungsbeispielen, die. in den Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert.
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In schematischer Darstellung zeigt die Abb. i ein Heizgerät i, das
als einwindige Spule ausgebildet ist. An Stelle einer einwindigen Heizspule könnte
auch eine mehrwindige Spule oder eine Leiterschleife benutzt werden. Zur Erhöhung
des Wirkungsgrades der Spule bzw. Leiterschleife können in an sich bekannter Weise
in Verbindung mit dem Induktor geschichtete Eisenkerne oder Massekerne vorgesehen
werden. Gemäß der Erfindung sind Stromzuführungen 2 und 3 vorgesehen, die durch
die offenen Enden des Werkstückes eingeführt- und an je einen Transformator 8 bzw.
g angeschlossen sind. Die Stromzuführungen 2-3 haben eine Länge, die der doppelten
Länge des zu behandelnden Werkstückes zuzüglich eines gewissen Betrages für Anschlüsse
od. dgl. entspricht. Die Transformatoren werden zweckmäßig auf der Sekundärseite
parallel geschaltet, während die Primärseite 6 und 7 der Transformatoren in! Reihenschaltung
liegen. Es kann aber auch die Primärseite der Transformatoren in Parallelschaltung
betrieben werden. Die Speisung der Transformatoren erfolgt von einer Stromquelle
ii aus, und zur Kompensation des Blindstromes sind Kondensatoren io vorgesehen.
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Während in Abb: i nur ein einziges Heizgerät dargestellt ist, läßt
sich die gleiche Anordnung auch mit zwei Heizgeräten betreiben, die als Leiterschleifen
ausgebildet sein können, wie dies bei 2i` und 21" der Abb. 2 dargestellt ist, oder
aber als ein- oder mehrwindige Spulen mit gleichem oder entgegengesetztem Wicklungssinn.
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Die Unterteilung der Leistungszufuhr zum Heizgerät und die dadurch
gegebenen Vorteile lassen sich auch durch eine andere Ausführungsform der benötigten
Vorrichtung verwirklichen. Eine solche Anordnung ist in' Abb. 3 dargestellt, wo
es sich darum handelt, einen Körper 12 von innen zu erhitzen. Das Heizgerät i ist
dabei an eine Haupt-Stromzuführung 2 angeschlossen, die über einen Transformator
7 von- der Stromquelle i i gespeist wird. Zwischen Stromquelle ii und Transformator7
wird zweckmäßig ein Kondensator zo in Nebenschaltung,vorgesehen. Das Heizgerät besitzt
außer der Hauptstromzuführung 2 eine HilfsstromzuführUng 2'. Diese ist über einen
Transformator 13 an eine Kompensätionskondensatorbatterie angeschlossen. Die Kondensatoren
1q.- kompensieren teilweise oder vollständig den Blindstrom des Heizleiters. Die
Hauptstromzuführung-ist durch diese Unterteilung der Energiezufuhr vom Blindstromanteil
entlastet. Um in der Hauptstromzuführung 2 und der Hilfsstromzuführung z eine angenähert
gleichmäßige Stromdichte herbeizuführen, kann es zweckmäßig sein, durch die Kondensatoren
1q. nur eine Teilkompensation des Blindstromes herbeizuführen. Der Zwischentransformator
13 gibt die Möglichkeit, die Größe des Kondensatorstromes in beliebiger Weise durch
Erhöhung der Kondensätorspannung herabzusetzen.
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Eine besonders praktische und gedrängte Bauart ergibt sich, wenn eine
Anordnung gemäß der Erfindung -verwendet wird, wie sie in Abb. q. dargestellt ist.
Der rohrförmige Körper i2 soll durch das Heizgerät i erhitzt werden, wobei das Heizgerät
i auch eine andere Form und Ausbildung aufweisen könnte. Das Heizgerät i wird getragen
von einer Stromzuführungsschiene 15, die aus zwei Einzelschienen besteht, ,die gegeneinander
bei 16 isoliert sind. Die für den Betrieb des Heizgerätes i benötigte Leistung wird_zur
Verfügung gestellt von zwei Stromerzeugern 17 und 18 über die Transformatoren ig
und 2o. Der primärseitige Anschluß der Transformatoren kann auch an einem gemeinsamen
Leistungserzeuger vorgenommen-werden. Die Übertragung auf die Schiene 15 erfolgt
@ über Rollen 22. An Stelle der Rollen können auch Gleitstücke; Kugeln od. dgl.
vorgesehen werden. Die sekundärseitig vorgesehenen übertragungsrohen 22 bzw. :deren
Äquivalente können, um einen funkenfreien Stromübergang zu gewährleisten, unter
Ölabschluß angeordnet sein, beispielsweise in einem öldichten Kasten, der die Zuführungsglieder
umschließt. Beim Betrieb dieser Einrichtung bewegt sich die Schiene i5 in. Richtung
der Pfeile 2:3 durch das Werkstück hindurch, wobei
gleichzeitig
das Werkstück zweckmäßigerweise in Umdrehung um seine Längsachse versetzt wird.
Die Stromzuführungsrollen 22 sind so ausgebildet, daß sie nicht nur der Zuführung
des elektrischen Stromes, zweckmäßig unter Ausübung eines genügenden Kontaktdruckes,
dienen, sondern gleichzeitig durch mechanischen Antrieb, der in der Abbildung fortgelassen
ist, den Vorschub der Leiterschiene 15 bewerkstelligen. Dabei dienen sie außerdem
der mechanischen Führung der Leiterschiene, so daß der Kopplungsabstand des Heizgerätes
von den Innenwandungen des Werkstückes gewährleistet ist. Die Mittel, um das Werkstück
in Umdrehung um seine Längsachse zu versetzen, sind an sich bekannt und sind in
der Abbildung der Einfachheit halber fortgelassen. Je nachdem, in welcher Stellung
sich das Heizgerät i zum Werkstück befindet, übernimmt selbsttätig entweder der
Transformator i9 oder der Transformator 2o den Hauptanteil der Energieübertragung.
Mit der beschriebenen Vorrichtung ist selbst bei langen rohrförmigen Werkstücken
die Energieübertragung weitestgehend verlustfrei möglich, wobei außerdem das Bewegen
großer Massen vermieden ist.
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Der Gedanke, die Leistungszufuhr zum Heizgerät bei der Innenbeheizung
von Rohren bzw. Bohrungen zu unterteilen, läßt sich nicht nur mit den beschriebenen
Ausführungsformen verwirklichen, es ist vielmehr auch möglich, die einzelnen Merkmale
der Ausführungsformen miteinander zu komb4nieren, um Sonderbedingungen in einzelnen
Fällen genügen zu können. . Gemäß der Erfindung innen gehärtete Rohre können beispielsweise
mit Vorteil als Spül- und Sandversatzrohre im Bergbau Verwendung finden.