DE975120C - Induktionsofen zur gleichmaessigen Erwaermung von langen Werkstuecken, und zwar von solchen verschiedener Laenge oder von Teillaengen derselben - Google Patents

Description

Wenn Induktionsöfen zur Erwärmung von Werkstücken verwendet werden, beispielsweise zum Schmieden, ist es wichtig, den Ofen den Werkstücken verschiedener Abmessungen auf einfache und wärmewirtschaftlich wirksame Weise anzupassen. Die Leistungsverluste des Ofens bei einer bestimmten Stromdichte, die einer normalen Erwärmungsgeschwindigkeit entspricht, werden im großen ganzen der Innenfläche der stromführenden Wicklung proportional, während die Nutzleistung ihrerseits der Außenfläche des zu erwärmenden Werkstückes proportional wird. Aus diesem Grunde ist es zur Vermeidung unnötiger Wärmeverluste wichtig, daß das Werkstück soweit wie möglich den wirksamen Teil der Ofenwicklung ausfüllt. Wenn der Querschnitt des Werkstückes sich stark ändert, hat man in der Regel keinen anderen Ausweg, als für wesentlich verschiedene Querschnitte verschiedene öfen zu verwenden. Wenn dagegen die Länge des Werkstückes oder dessen zu erwärmender Teil sich ändert, kann man die Länge des stromführenden Teiles der Wicklung in ein und demselben Ofen verändern.

Hier ergibt sich die Aufgabe, wie die zur Kompensierung des Blindleistungsverbrauches der Wicklung erforderlichen Kondensatoren geschaltet werden sollen. Die nächstliegende Maßnahme hierfür, die auch offenbar in der Praxis versucht worden ist, scheint zu sein, daß man eine größere oder geringere Anzahl Kondensatoren parallel zur Ofeuwicklung

schaltet, wie man es zu tun pflegt, um seine während des Betriebes sich ändernde Reaktanz zu kompensieren. Diese Maßnahme hat jedoch zur Folge, daß der kleinste eingeschaltete Teil der Ofenwicklung der größten Anzahl Kondensatoren und umgekehrt entspricht, weshalb die ganze Kondensatorbatterie bedeutend größer ausgelegt werden muß, als der Gesamtreaktanz der Ofenwicklung entspricht. Es ist unmöglich, ohne weiteres die Kondensatoren

ίο in Reihe wie die Wicklungsteile zu schalten, ohne daß die Umschaltung besonders schwierig wird.

Um die gesamte Blindleistung der Kondensatorbatterie zu begrenzen und um gleichzeitig eine Kompensierung des Blindleistungsverbrauchs bei jeder Wicklungslänge mit der geringstmöglichen Anzahl von Umschaltungen zu ermöglichen, erhält der Ofen gemäß der Erfindung mehrere über die Ofenlänge verteilte und über kurzschließbare Saugdrosseln in Parallelschaltung gespeiste Wicklungen, von denen zur Einschaltung der wirksamen Spulenbreite entsprechend der Länge der zu erhitzenden Werkstücke oder Werkstückteile einzelne für sich ein- und ausschaltbar und mehrere unter sich in Reihe bzw. alle in zwei parallel gespeiste Gruppen mit in Reihe geschalteten Wicklungsteileii zusammen schaltbar sind, und zwar zugleich mit den den einzelnen Wicklungen zugeordneten und angepaßten Kondensatoren, die parallel zur Mittelanzapfung der Saugdrosseln und den nicht an diesen angeschlossenen Enden der Wicklungen liegen.

Es ist ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Regeln der Badbewegung in Induktionsschmelzöfen während einzelner Phasen des Schmelzvorganges bekannt. Das Verhältnis der in den verschiedenen Teilen des Schmelzbades fließenden Sekundärströme¹ soll dabei durch entsprechende Regelung des Verhältnisses der diese Badteile umkreisenden Primärströme durch Erhöhen oder Verringern des Wechselstromwiderstandes der entsprechenden Teile der Induktionsspule verändert werden, ohne daß dabei Teile der Heizspulen selbst ab- oder zugeschaltet werden. Bei der Ofenausführung nach der Erfindung handelt es sich aber nicht um einen Induktionsschmelzofen, sondern um einen Ofen zur induktiven Erwärmung von verschieden langen Werkstücken. Bei diesem erfolgt die Umschaltung auch nicht, um die Widerstandsverhältnisse und damit die Heizströme in den einzelnen Wicklungsabschnitten zu verändern.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind schematisch in Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellt.

In Fig. ι ist die Ofenwicklung in zwei Teile, i, 2, mit ungleicher Windungszahl aufgeteilt. Diese Teile sind mit ihrem einen Ende über eine Saugdrossel 3 an den einen Pol des Hochfrequenzgenerators 4 angeschlossen, während die anderen Enden der beiden Wicklungsteile 1 und 2 an den anderen Generatorpol angeschlossen sind. In die letztgenannten Verbindungen können Schalter 5 b und 6b eingeschaltet werden, während ein Schalter 7 zum Kurzschließen der Saugdrossel 3 dienen kann. Jeder Wicklungsteil ist über einen Schalter 5 a bzw. 6 a mit einem Kondensators bzw. 9 mit einer der Reaktanz des Wicklungsteiles angepaßten Kapazität parallel geschaltet.

Wenn man beispielsweise den Wicklungsteil 2 mit doppelt soviel Windungen als Teil 1 ausführt, kann man durch Einschaltung des Teils 1 allein, des Teils 2 allein und beider Teile parallel die wirksame Ofenlänge in dem Verhältnis 1:2:3 ändern. Bei der Einschaltung nur des einen Teils schließt man die Saugdrossel durch den Schalter 7 kurz. Ihre eine Hälfte bleibt weiterhin zwischen dem Generator und der Ofenwicklung eingeschaltet, kann aber keine Spannung aufnehmen, da die ganze Saugdrossel kurzgeschlossen ist. Von den Kondensatoren läßt man nur denjenigen eingeschaltet, der zu dem im Augenblick wirksamen Ofenwicklungsteil gehört. Wenn aber einer dieser Teile, 1, wesentlieh kürzer als der andere ist, wie in der Fig. 1 gezeigt ist, kann man in Reihe mit diesem kürzeren Teil einige auf diesen verlegte Spulenwindungen 10 schalten. Diese Windungen führen nur den Generatorstrom, der ein geringer Teil des gesamten Ofenstromes ist, und ergeben deshalb keine nennenswerte Wärmewirkung, haben aber im wesentlichen die gleiche Reaktanz je Windung wie die wirksame Wicklung und absorbieren deshalb einen geeigneten Teil der Generatorspannung, die man in der Regel nicht verändern will, wenn mehrere Öfen an einem gemeinsamen Generator parallel geschaltet sind.

Wenn beide Wicklungsteile eingeschaltet sind, ist der Generator zweckmäßigerweise nur an den größeren Wicklungsteil angeschlossen. Die Saugdrossel, die dann wirksam ist. zwingt denselben Strom, durch beide Wicklungsteile zu fließen, und die Spannungen werden hierbei durch die Reaktanz der Teile bestimmt. Etwaige Spannungsunterschiede werden von der Saugdrossel aufgenommen; um diese jedoch so klein wie möglich zu halten, sollen die Reaktanzen der Kondensatoren so eng wie möglich denen der Wicklungsteile angepaßt werden.

In vielen Fällen wünscht man, mit Rücksicht auf die gegebenen Arbeitsverhältnisse, nur das eine Ende des Werkstückes zu erwärmen und die Werkstücke nur am einen Ende des Ofens einzuführen. Besonders in solchen Fällen hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den Ofen in zwei gleiche, parallel geschaltete Hauptteile zu unterteilen und hierdurch die wirkliche Länge nur im Verhältnis 1 : 2 zu verändern. Hierbei kann man, wie auch im Zusammenhang mit einer Unterteilung nach Fig. 1, die Möglichkeit der Längenänderung steigern, indem man mit einem oder mehreren der parallel geschalteten Hauptteile einen Teil in Reihe schaltet, dessen Kondensator mit Hilfe eines Zweiwegeschalters mit dem Parallelkondensator des Hauptteils gleichzeitig mit der Reihenschaltung der beiden Wicklungsteile in Reihe geschaltet ist. Auf diese Weise kann auch eine Umschaltung dieser beiden wirksamen Ofenlängen mit einem einzigen Handgriff erfolgen.

Ein Beispiel der zuletzt beschriebenen Schaltung zeigt die Fig. 2. Die beiden parallel geschalteten Wicklungshauptteile sind hier mit 11 und 12 be-

zeichnet, die Saugdrossel mit 13 und der Schalter für ihre Kurzschließung mit 17. Der Generator ist mit 14, der Hauptschalter mit 16 und die Hauptkondensatoren mit 18 und 19 bezeichnet. Die mit dem Wicklungsteil 11, 12 in Reihe geschalteten Wicklungsteile sind mit 21, 22, ihre Kondensatoren mit 23, 24 und die Schalter für ihre Ein- und Ausschaltung mit 25, 26 bezeichnet.

Wenn man in Fig. 2 den Schalter 25 nach links legt und den Schalter 26 nach rechts und den Schalter 17 öffnet, wird der ganze Ofen eingeschaltet, was beispielsweise einer wirksamen Länge von sieben Einheiten entspricht, wenn man annimmt, daß die Länge der Teile 21, 11, 12 je zwei Einheiten und der Teil 22 einer Einheit entspricht. Legt man nun den Schalter 25 nach rechts, so schaltet man gleichzeitig den Wicklungsteil 21 und seinen Kondensator 23 aus, wodurch die wirksame Ofenlänge beispielsweise fünf Einheiten entspricht. Wenn man weiter die Saugdrossel mittels des Schalters 17 kurzschließt und den Schalter 25 in die Mittellage bringt, bleiben nur die rechten Wicklungsteile 12 und 22 eingeschaltet, entsprechend beispielsweise einer wirksamen Ofenlänge von drei Einheiten. Schließ-Hch kann man durch Umlegen des Schalters 26 nach links den Wicklungsteil 22 und dessen Parallelkondensator 24 ausschalten, wodurch die wirksame Ofenlänge weiter verkürzt wird, beispielsweise auf zwei Einheiten. Man kann natürlich die Länge der verschiedenen Wicklungsteile auch anders wählen, so daß die wirksamen Wicklungslängen andere Verhältnisse erhalten.

Wenn die beiden Hauptteile der Ofenwicklung wie in Fig. 2 im wesentlichen die gleiche Windungszahl haben, kann man ihre Kondensatoren zu einer einzigen Batterie vereinigen, die zwischen dem Nullpunkt der Saugdrossel und einer für die äußeren Wicklungsenden gemeinsamen Sammelschiene eingeschaltet ist, wie Fig. 3 zeigt. Die Hauptteile der Ofenwicklung sind hier mit 31, 32, die Saugdrossel mit 33, der Generator mit 34, die gemeinsame Kondensatorbatterie mit 35 und die Zusatzwicklungen mit 36, 37 sowie ihre zugehörigen Kondensatoren mit 38, 39 bezeichnet. Von der

+5 gemeinsamen Kondensatorbatterie soll jedoch die Hälfte abgeschaltet werden können, wenn man nur den einen Hauptteil der Wicklung verwenden will. Eine Schaltung dieser Art hat besonders den Vorteil, daß, wenn man die Kondensatorbatterie mit Rücksicht auf die während des Betriebes oder infolge von etwas unterschiedlichen Abmessungen des Werkstückes sich ändernde Induktanz der Wicklung einstellbar machen will, eine solche Einstellung mit Hilfe von ein- und ausschaltbaren Kondensatoren 40 leichter wird, als wenn zwei getrennte Kondensatorbatterien vorhanden wären. Die ganze Einstellung kann in der Hauptbatterie erfolgen, so daß eine besondere Einstellung der Reihenkondensatoren 38, 39 unnötig wird.

Die Fig. 3 zeigt gegenüber Fig. 2 auch die von der gerade beschriebenen unabhängige Abwandlung, daß der Generator 34 direkt an die Ofenwicklung anstatt an die Kondensatorpole angeschlossen und im Znsammenhang damit zwischen verschiedenen Anzapfungen an der Ofenwicklung umschaltbar ist, wodurch man eine weitere Möglichkeit zur Einstellung für verschiedene Betriebsverhältnisse erhält. Dies ist besonders wichtig beim Parallelbetrieb von mehreren Öfen von einem gemeinsamen Generator aus, wenn man die Betriebsspannung der einzelnen Öfen unabhängig voneinander ändern will.

In der Praxis führt man jeden Ofen oft für mehrere nebeneinander einschiebbare Werkstücke aus und dabei oft mit einem länglichen Querschnitt, so daß die Werkstücke überall wenigstens auf zwei Seiten nahe der Wicklung zu liegen kommen.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Induktionsofen zur gleichmäßigen Erwärmung von langen Werkstücken, und zwar von solchen verschiedener Länge oder von Teillängen derselben, gekennzeichnet durch mehrere über die Ofenlänge verteilte und über kurzschließbare Saugdrosseln in Parallelschaltung gespeiste Wicklungen, von denen zur Einschaltung der wirksamen Spulenbreite entsprechend der Länge der zu erhitzenden Werkstücke oder Werkstückteile einzelne für sich ein- und ausschaltbar und mehrere unter sich in Reihe bzw. alle in zwei parallel gespeiste Gruppen mit in Reihe geschalteten Wicklungsteilen zusammenschaltbar sind, und zwar zugleich mit den den , einzelnen Wicklungen zugeordneten und angepaßten Kondensatoren, die parallel zur Mittelanzapfung der Saugdrosseln und den nicht an diesen angeschlossenen Enden der Wicklungen liegen.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei in Reihe geschalteten Wicklungsteilen Zweiwegeschalter angeordnet sind, die gleichzeitig einen der genannten Wicklungsteile und einen ihrer Kondensatoren ein- bzw. ausschalten.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Enden der Saugdrosseln verbundenen Wicklungsteile mit einer gemeinsamen, durch Ein- und Ausschaltung von Kondensatoren veränderlichen Kondensatorbatterie parallel geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 586822, 494529;
USA.-Patentschrift Nr. 1 946 876.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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