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Vorrichtung zum induktiven Erhitzen von breiten Werkstücken Nach einem
nicht vorbekannten Vorschlag sind zu dem Zweck, breite Werkstücke induktiv zu erhitzen,
in der Vorrichtung zwei oder mehrere nebeneinanderliegende Induktoren angeordnet,
die über der Fläche des zu erhitzenden Werkstückes, also beispielsweise einer Platte
oder einem Blech liegen. Die Induktoren sind entweder unmittelbar oder unter Zwischenschaltung
eines Transformators an die Stromquelle angeschlossen. Heizvorrichtungen dieser
Art, bei denen die einzelnen Induktoren eng benachbart sind, werden vorzugsweise
zum Oberflächenhärten der Werkstücke benutzt, indem anschließend an das Aufheizen
ein Abschrecken erfolgt. Um zu vermeiden, daß in den Zonen, in denen die einzelnen
Induktoren aneinandergrenzen, Störungen des Strombildes der induzierten Ströme im
Werkstück und damit Unregelmäßigkeiten in der Erhitzung bzw. Härtung auftreten,
wurde vorgeschlagen, die Heizleiteräste, die in Vorschubrichtung des Werkstückes
liegen, sich überlappen zu lassen und sie gegensinnig mit Strom zu speisen. Die
quer zur Vorschubrichtung liegenden Leiteräste sind gleichgerichtet gespeist. Es
bildet sich mithin im Werkstück ein gleichmäßiger Gesamtstromkreis aus. Vorrichtungen
nach diesem Vorschlag haben sich vor allem beim Behandeln breiter Werkstücke vorzüglich
bewährt. Vorteilhaft sind dabei insbesondere die geringen Spannungen, die in den
einzelnen Induktoren auftreten, so daß die Gefahr der Bildung von Schmorstellen
durch
Überschläge zum Werkstück vollständig ausgeschaltet ist. Außerdem sind die Geräte
einfach auf die jeweilige Breite des Werkstückes einzustellen, weil die einzelnen
Induktoren lösbar mit Zuführungsschienen verbunden werden können.
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Trotz der überlappungen der in Vorschubrichtung liegenden Leiteräste
an den Grenzstellen zwischen den einzelnen Induktoren lassen sich gewisse Störungen
in der Aufheizwirkung nicht ganz ausschalten. Sie geben trotz ihrer Geringfügigkeit
zu einer im gewissen Umfang ungleichmäßigen Heizwirkung Veranlassung, so daß die
Härte der Werkstückoberflächen Ungleichmäßigkeiten zeigt.
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Zweck der Erfindung ist es, diesen Nachteil auszuschalten. Die nach
diesem Vorschlag zu zweit oder zu mehreren angeordneten Induktoren sind gemäß der
Erfindung so ausgebildet, daß die im wesentlichen in Richtung des Vorschubes liegenden
Leiteräste im Winkel zur Varschubrichtung liegen. Die einzelnen Induktoren haben
dabei etwa die Form eines Parallelogramms, und die in enger Nachbarschaft liegenden
Aste der einzelnen Induktoren liegen parallel zueinander. Durch diese Maßnahme werden
die in der Zone enger Nachbarschaft der einzelnen Induktoren auftretenden Störungen
auf die Breite der Gesamtheizeinrichtung verteilt, und es tritt infolgedessen die
Störwirkung nicht mehr stark in Erscheinung. Es ist daher möglich, auf Überlappungen
in den Zonen enger Nachbarschaft der Induktoren zu verzichten, die besonders herstellungstechnisch
gewisse Schwierigkeiten bereiten. Besonders wirksam ist es, wenn die einzelnen Induktoren
so ausgebildet werden, daß die senkrechten Projektionen der im Winkel zur Vorschubrichtung
auf die quer zur Vorschubrichtung geführten Leiteräste diesen an Breite entsprechen.
Die auftretenden Störwirkungen werden auf diese Weise gleichmäßig über die gesamte
Breite des Werkstückes verteilt und treten im Ergebnis überhaupt nicht mehr in Erscheinung.
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In den Asten der Induktoren, die einander unmittelbar benachbart sind,
tritt bei entgegensinniger Stromspeisung Bifilarwirkung auf. Diese Bifilarwirkung
wirkt sich zwar günstig auf die Ausbildung der induzierten Ströme aus, indes bedeutet
sie einen gewissen Verlust an elektrischer Energie. Um dies zu vermeiden und dabei
gleichzeitig in besonders wirksamer Weise auch die Störwirkung in den Zonen der
Angrenzung der einzelnen Induktoren zu unterbinden, wird vorgeschlagen, die einzelnen
Induktoren mit Abstand voneinander anzuordnen. Durch den Abstand zwischen den im
Winkel zur Vorschubrichtung geführten gegensinnig stromdurchflossenen Asten der
Induktoren ist es möglich, daß sich gegenüber diesem Zwischenraum im Werkstück ein
zusätzlicher Stromkreis ausbildet, de nachfolgend als Hilfsstromkreis bezeichnet
wird. Unter den Induktoren selbst bilden sich einzelne Stromkreise aus, die einmal
der Form der Induktoren entsprechen. Die Bifilarwirkung benachbarter Leiteräste
ist aufgehoben und dadurch der elektrische Wirkungsgrad erheblich verbessert. Die
induzierten Hauptstromkreise und die induzierten Hilfsstromkreise können ihrer Stärke
nach einander angeglichen werden, so daß über dem gesamten Werkstück eine gleichmäßige
Aufheizzone entsteht. Im allgemeinen wird so zu verfahren sein, daß die vom Induktor
umschlossene Fläche um etwas größer gewählt wird als die Fläche des Zwischenraumes
zwischen zwei Induktoren, denn die Stärke des dem Zwischenraum entsprechenden Hilfsstromkreises
wird bis zu einem gewissen Grenzwert um so stärker, je geringer der Abstand zwischen
je zwei Induktoren ist.
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In welcher Form die Aufteilung der von der Gesamtheizeinrichtung überdeckten
Fläche zu erfolgen hat, wird im allgemeinen unter Berücksichtigung der angewendeten
Frequenz, der zur Verfügung stehenden Leistung und der Raumausbildung des Werkstückes
zu entscheiden sein. So kann es beispielsweise zweckmäßig sein, die im Winkel zur
Vorschubrichtung geführten Aste jeweils verschieden große-Winkel mit der Vorschubrichtung
einschließen zu lassen, so daß die einzelnen Induktoren Trapezform aufweisen und
eine Reihe mehrerer Induktoren insgesamt etwa das Bild einer Säge ergeben. Einre
solche Form begünstigt die Entstehung der Hilfsstromkreise. Des weiteren ist es
möglich, den einzelnen Induktoren die Gestalt von Dreiecken oder Trapezen zu geben
und diese ineinandergreifend anzuordnen. Unmittelbar benachbarte Leiteräste der
einzelnen Induktoren werden hierbei gleichsinnig gespeist. Durch eine solche Anordnung
werden zwei vollkommen gleichwertige Hauptstromkreise erzeugt, bei: denen einerseits
Störwirkungen vollkommen vermieden und andererseits ein hoher elektrischer Wirkungsgrad
erzielt wird.
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Wie beim älteren Vorschlag ist es auch bei der Vorrichtung gemäß der
Erfindung zweckmäßig, die einzelnen Induktoren zu- und abschaltbar mit den Hauptstromzuführungen
zu verbinden. Eine besonders gleichmäßige Verteilung der zugeführten Leistung auf
die einzelnen Induktoren ergibt sich dann, wenn ein Transformator vorgesehen wird,
der so viele Sekundärwicklungen besitzt, wie Einzelinduktoren vorzusehen sind. Jeder
Induktor wird an eine Einzelsekundärwindung angeschlossen.
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Im nachfolgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher
erläutert.
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Abb. i zeigt in schematischer Darstellung eine Vorrichtung, bei welcher
vier nebeneinanderliegende Induktoren i vorgesehen sind. Über die Zuführungen z
und 3 sind diese an die Stromzuführungsschiene q. angeschlossen. Die im wesentlichen
in Vorschubrichtung des Werkstückes liegenden Leiteräste 5 und 6 der einzelnen Induktoren
bilden mit dieser Vorschubrichtung einen Winkel. Die Stromrichtung, die in den einzelnen
Induktorästen in einer Phase vorliegt, ist durch Pfeile gekennzeichnet. Die bei
Überlappung in den Zonen enger Nachbarschaft der einzelnen Induktoren auftretenden
Störungen sind durch diese Anordnung ausgeschaltet bzw. auf ein Mindestmaß beschränkt.
Die schematisch dargestellten Einzelinduktoren
können beispielsweise
aus Vierkantkupferrohren hergestellt sein, die wassergekühlt sind. Der Querschnitt
dieser Leiterrohre kann auf dem gesamten Umfang der Induktoren gleich sein, es ist
aber auch möglich, beispielsweise den quer zur Vorschubrichtung liegenden Leiterast
mit geringerem Querschnitt auszurüsten als die übrigen Äste. Das Kühlmittel für
die Induktoren kann gemäß früheren, jedoch nicht vorveröffentlichten Vorschlägen
auch als Abschreckmittel ausgenutzt werden, indem der quer zur Vorschubrichtung
liegende Leiterast jeweils mit Spritzlöchern oder Schlitzen ausgerüstet ist, die
das Kühlmittel auf die erhitzte Werkstückoberfläche austreten lassen.
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In Abb. 2 ist die Schräglage der Leiteräste 5 und 6 so gewählt, daß
die senkrechte Projektion 7 auf die quer zur Vorschubrichtung liegenden Äste 8 diesen
in der Breite entspricht.
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Abb.3 zeigt eine Anordnung, die etwa der Abb. i entspricht, jedoch
besteht zwischen den einzelnen Induktoren i ein gewisser Abstand. Hierdurch werden
unter den einzelnen Induktoren induzierte Stromkreise 9 erzeugt, während in den
Gebieten der Zwischenräume zwischen den einzelnen Induktoren Hilfsstromkreise io
induziert werden. Durch geeignete Wahl des Abstandes der einzelnen Induktoren i
voneinander können die induzierten Hauptstromkreise 9 und die induzierten Hilfsstromkreise
io ihrer Stärke und Ausbildungsform nacheinander angeglichen werden, so daß eine
gleichmäßige Heizwirkung über die ganze Breite des Werkstückes entsteht, wobei gleichzeitig
die Bifilarwirkung und damit eine verminderte Ausnutzung der elektrischen Energie
vermieden wird.
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In Abb. q. ist die Ausbildung der einzelnen Induktoren i so gewählt
worden, daß der eine schräg liegende Ast 5 jeweils mit der Vorschubrichtung einen
anderen Winkel bildet als der andere Ast 6, wodurch der Induktor die Form eines
ungleichseitigen Vierecks erhält. Das Gesamtbild einer Mehrzahl solcher Induktoren
bietet auf diese Weise das Abbild einer Säge. Der Zwischenraum io zwischen den einzelnen
Induktoren gibt zur Bildung eines Hilfsstromkreises entsprechend der Hilfsstromkreise
nach Abb. 3 Veranlassung, wobei diese jedoch eine besondere Form aufweisen. Je nach
der Form des zu behandelnden Werkstückes kann die Ausbildung dieser oder auch anderer
Formen der Hilfsstromkreise von Vorteil sein.
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Während bei den Ausführungsformen, die in den Abb. i bis q. schematisch
dargestellt sind, der Strom in den eng benachbarten, schräg zur Vorschubrichtung
angeordneten Leiterästen 5, 6 in seiner Stromrichtung in jeder Phase gegensinnig
ist, soll gemäß dem Vorschlag nach Abb. 5 die Stromrichtung in den Asten 5, 6 gleichsinnig
sein. Dabei ist den einzelnen Induktoren i Dreieckform erteilt. Es ist auch möglich,
den einzelnen Induktoren Trapezform zu erteilen, wobei die eine der parallelen Seiten
des Trapezes verhältnismäßig kurz ist. Bei dieser Ausbildungsform der einzelnen
Induktoren und bei Wahl gegensinniger Speiserichtungen für aufeinanderfolgende Induktoren
werden zwei benachbarte gleichwertige Hauptstromkreise im Werkstück erzeugt. Das
Ergebnis des Aufheizens mit einer solchen Vorrichtung verbürgt besondere Gleichmäßigkeit
unter hervorragender Ausnutzung der zur Verfügung gestellten elektrischen Energie.
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Aus Abb. 5 ist ferner ersichtlich, daß jeder Induktor an eine besondere
Spule 13 angeschlossen ist. Diese Spulen sind jeweils Sekundärspulen eines Transformators
i i, der mit einer Primärspule 12 ausgerüstet ist. Eine derartige Anordnung hat
den Vorzug, besonders gedrängt und raumsparend zu sein. Auch auf andere Ausführungsformen
der Induktoren läßt sich diese Art des Anschlusses an die Energiequelle mit Vorteil
benutzen.
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Die Erfindung ist beschrieben worden in Verbindung mit ebenen Werkstücken
großer Abmessungen; sie ist aber auch anwendbar auf die Behandlung anderer Körper,
beispielsweise mit gekrümmter Oberfläche od. dgl. Bei der Anwendung der Vorrichtung
der Erfindung kann es auch zweckmäßig sein, andere Gestalt der Induktoren zu benutzen,
insbesondere auch Induktoren verschiedener Gestalt im Sinne der Erfindung zusammenwirken
zu lassen.