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Heizinduktor Zum elektroinduktiven Erhitzen von metallischen Werkstücken
benutzt man sowohl sogenannte, Heizleite,rschleifen, die, sich über der Werkstückoberfläche
schließen, als auch Spulen, die das Werkstück umfassen oder in Bohrungen von. Werkstücken
untergebracht werden. Bei diesen Induktoren tritt allgemein die Erscheinung auf,
daß, der Strom über den Querschnitt der zur Verfügung stehenden Leiter nicht gleichmäßig
stark verteilt wird, sondern daß der Strom bestimmte Leiterabschnitte bevorzugt
durchströmt. Dies hängt damit zusammen, daß der Strom bestrebt ist, den Induktor
auf dem kürzesten ihm zur Verfügung gestellten Weg zu durchlaufen. Diese Erscheinung
führt bei verschiedenen Anordnungen zu Schwierigkeiten, weil dadurch unter Umständen
bewirkt wird, daß. in der Nähe des Heizleiters gewisse Wirkungen auf das Werkstück
vollkommen ausbleiben oder in nur geringem Umfang eintreten. Bei einer das Werkstück
umfassenden Spule ergeben sich keine Schwierigkeiten, weil hier der Strom bestrebt
ist, auf der Innenfläche, des Hohlzylinders zu fließen, um dem kürzesten Leitweg
zu folgen. Bei einer Leiterschleife: dagegen wird .der Strom im wesentlichen an
den Kanten des Leiters fließen, die dem von dem Heizleiter umschlossenen Raum benachbart
sind. Dabei wird also eine erhebliche Breite des. Heizleiterquerschnittes
praktisch
nicht ausgenutzt, was vielfachdazu führt, daß, Erhitzungen in Randteilen vom Werkstücken,
beispielsweises wenn sie von aufregenden Teilen begrenzt werden, nicht durchgeführt
werden. können. Bei Spulen, die dem Innenaufheizen von Rohren, Bohrungen ad. dgl.
dienen sollen, ist diese Wirkung geradezu der Grund dafür, daß=dieses Aufheizen
nur unter außerordentlich schlechtem Wirkungsgrad möglich ist. Die, für dieses Aufheizen
benutzte zylindrische Spule wird. fast ausschließlich an ihrer inneren Oberfläche
vom Strom durchflossen, so@ da.ß der Kopplungsabstand zwischen aufzuheizender Werkstückoberfläche
und stromführendem Heizleiterteil extrem groß wird.
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Die Erfindung betrifft einen Heizinduktor in der Form einer Leiterschleife
für -beliebige Zwecke bzw. in der Form einer zylindrischen Spule für das Innenheizen
von Bohrungen, Rohren od.,dgl., bei welchen dieser Schwierigkeit begegnet wird.
Dies geschieht dadurch"daß die dem Leiterzug folgende kürzeste Strecke zwischen
den Speisepunkten durch Einbau von einer oder mehreren Umleitungen im Widerstandswert
und/oder der Induktanz - derart vergrößert ist, daß die dem Leiterzug folgende längste
Strecke zwischen den beiden Speisepunkten den geringsten. Widerstands- und Induktanzwert
besitzt.
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Im nachfolgenden wird an Hand der Zeichnungen der Erfindungsgedanke
näher erläutert. Bei einer Leiterschleife, wie sie in Abb. i schematisch dargestellt
ist, würde, wenn nicht gemäß der Erfindung vorzusehende Mittel 4 bis 7 vorhanden.
wären, der Strom von den Speisepunkten. aus praktisch an den Innenkanten des Heizleiters
entlang fließen, die den vom Induktor umschlossenen Raum begrenzen. Dies kommt daher,
daß der Stromweg entlang diesen inneren Kanten bei dem dargestellten Beispiel etwa
50 % kürzer ist als der Weg, der außen um den Leiter herumführt. Wenn nun,
wie aus der Abb.-2 ersichtlich, die einen Schnitt nach der Linie A-A der Abb: i
mit eingezeichnetem Werkstück darstellt, die Aufgabe gestellt ist, einen Wellenzapfen
bis in die Hohlkehlen der Wangen i z hinein aufzuheizen, so ist dies gar nicht oder
nur sehr schwer möglich, weil die Ströme an den Außenkanten des Heizleiters nicht
fließen und eine entsprechende Verbreiterung des Heizleiters der begrenzenden Wangen
i i wegen nicht möglich ist.
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Dem wird gemäß der Erfindung begegnet, indem in die kürzeste Strecke,
die denn Leiterzug folgend zwischen. -den Speisepunkten 2 besteht, Umleitungen 4
eingebaut werden:. Dieser Umleitungen bestehen gemäß dem Beispiel Abb. i aus Schleifen,
die ebenso wie der gesamte Heizleiter hohl ausgebildet sind und unmittelbaren Anschluß
an die übrigen Teile der Leiterschleifer besitzen. An der Ansatzstelle, sind die
gegeneinander geführten Aste i' bei 7 isoliert. Nur an der äußersten Fläche sind
Schweißstellen 6 vorgesehen, die eine unmittelbare Verbindung der getrennten Abschnitte
der Äste i' herstellen. Die im Leiterzug an sich bestehende 'ürzeste Strecke zwischen,
den beiden Speisepunkten :2 wird durch diese Umleitungen im Widerstandswert erhäht
und je nach der Lage und Anordnung dieser Umleitungen auch noch in der Induktanz,
und zwar derart, daß die dem Leiterzug folgende längste Strecke zwischen den beiden
Speisepunkten, d. h. also über die Schweißstellen 6 den geringsten Widerstands-
und gegebenenfalls auch Induktanzwert besitzt. Der Strom fließt daher über die Schweißstellen
und damit praktisch längs der Außenkanten. des Induktors.
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Der Indukta.nzwert wird durch die Lage der Umleitungen 4 beeinflußt.
Im Beispiel Abb. i liegen sie in denn von der Leiterschleife umschlossenen Raum,
sie können aber auch in einem Winkel zu dieser Ebene gestellt werden, vorzugsweise
senkrecht stehen.
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Eine Anordnung, bei der die Umleitungen 4 senkrecht stehen, ist in
Abb. 3 dargestellt. Dies Umleitungen sind mit ihren trennenden Isolationen 7 und
den Schweißstellen 6 in die Ecken der Leiterschleife gelegt, und zwar ragen sie
senkrecht zur Zeichenebene auf. Im übrigen entspricht die Einric@tung mit ihren
Speisepunkten :2 und der IsolatiOn 3 zwischen den. Speisepunkten der Einrichtung
gemäß Abb.. i.
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Die erhöhte Stromkonzentration an den Schweißstellen 6 ruft zwar eine
Erwärmung hervor, indes sind diese gefährlichen Stellen hinreichend gekühlt, so,
daß Schwierigkeiten. nicht zu befürchten sind.
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In Abb'. 4 ist ,dien Erfindung dargestellt an. einem hohlzylindrischen
Heizgerät zum Innena.ufheizen von Rohren, Bohrungen od. dgl. Wenn das Gerät nicht
mit den Teilen 4, 6 und 7 ausgerüstet wäre, so würde der von den Speisepunkten :2;
fließende Strom den Weg über den innerem Umfang der Hohlzylinderspule nehmen, weil
diese die kürzeste Verbindung zwischen, den beiden gegeneinander bei 3 isolierten
Speisepunkten darstellt. Eine E.inwirkung auf das die Spule umfassende Werkstück
würde überhaupt nicht oder in nur sehr geringem Maße eintreten. Durch Anordnung
der Ausbuchtungen 4, der Isolation 7 und der Schweißverbindungen 6 wird dieser Weg
verlängert und somit in seinem Ohmschen Widerstand. vergrößert, so, daß der Weg
über die Schweißstellen 6 elektrisch gesehen der kürzere wird. Im Gegensatz zu Abb.
i, wo die Umleitung in Form einer Schleife mit einem erheblichen Zwischenraum 5
zwischen den Ästen verlegt ist, ist gemäß Abb.4 auf einen solchen Zwischenraum 5
zwischen den Ästen: verzichtet worden. Es ist lediglich die Isolation 7, die den
eigentlichen Heizleiter aufteilt, bis in die Umleitung hineingezogen. worden und
isoliert die beiden Äste der Umleitung gegeneihander. Mit einem derartigen Gerät
ist es auch möglich, das Innenaufheizen von Rohren, Bohrungen od. dgl. mit zylindrischen
Spulen unter erheblicher Verbesserung des Wirkungsgrades durchzuführen.
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Selbstverständlich ist es nur erforderlich, daß die Isolation 7 den
Leiterzug bis auf einen. geringen Betrag unterbricht. In der Herstellung wird dies
am einfachsten durch ein gekrümmtes Verlegen der Heizleiter erreicht unter Herstellung
einer- Überbrückungsstelle
6 durch Schweißen, wie dies in den Abbildungen
dargestellt ist. Es ist indes auch möglich, diese Anordnung durch Verwendung beso-iiderer
Formstücke zu erreichen.