EP0715140A1 - Process for heating metallic can bodies, and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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- EP0715140A1 EP0715140A1 EP95118736A EP95118736A EP0715140A1 EP 0715140 A1 EP0715140 A1 EP 0715140A1 EP 95118736 A EP95118736 A EP 95118736A EP 95118736 A EP95118736 A EP 95118736A EP 0715140 A1 EP0715140 A1 EP 0715140A1
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- F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
- F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
- F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
- F26B3/347—Electromagnetic heating, e.g. induction heating or heating using microwave energy
Definitions
- the invention relates to a method and an arrangement for carrying out the method for heating sheet metal packaging, preferably by means of an induction device, for thermally influencing materials applied to frames, which serve to form a coating on the longitudinal seam of the frame.
- materials applied e.g., they must be melted, dried, cured, crosslinked, vulcanized or thermally influenced in a similar way.
- inductive heating for sheet metal frames are known, inter alia, from EP 0 202 869 and from US Pat. Nos. 468 0871, 469 4586 and 505 0315.
- the induction devices are designed in the form of a coil in such a way that the sheet metal frame is either stationary for heating in the interior of the induction coil or is guided through the interior of the coil by means of a transport device. The entire sheet metal frame is heated.
- the object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to provide a method and an arrangement which make it possible to heat inductively only individual regions of the sheet metal frame.
- this is achieved in that the heat input is partially in a limited area along a surface line, for. B. along the frame weld, while the frame is moving past the inductor.
- the frames are transported at a speed of up to 3 m / s, the frames being moved past an inductor and the heating process can thus take place online in the manufacturing process of the frames. Only narrow, axial segments of the frame are heated along a surface line.
- the materials applied to coat the frame weld seam are either melted, dried, hardened, crosslinked or vulcanized.
- the temperature of the segments to be heated can be adjusted continuously by varying the inductor current I and / or the frequency f.
- the temperature gradient of the heating phase is also infinitely adjustable by varying the induction current I and / or the frequency f.
- the arrangement according to the invention consists of an induction device which is designed as a longitudinal inductor and is arranged at an adjustable distance approximately parallel to the frame transport device.
- the forward and return conductors of the inductor are arranged approximately one behind the other in the radial direction or at the same distance from the frame surface.
- the longitudinal inductor can consist of two individual inductors, the first inductor serving to heat the sheet metal frames and the second inductor to maintain an approximately constant end temperature.
- the induction device is also designed as a longitudinal inductor and is arranged at an adjustable distance approximately parallel to the frame transport device, the forward and return conductors of the inductor being designed such that the connecting line of the forward and return conductors with the surface normal passing through the center the heating zone goes, forms an angle ⁇ and this angle is in the range 0 ° ⁇ ⁇ 90 °.
- the longitudinal inductor is preferably designed as a round or rectangular waveguide and a cooling liquid flows through it for cooling.
- the inductor is preferably supplied with a sinusoidal current with a frequency between 16 and 500 kHz.
- the series inductor can be coupled with a capacitor to form a resonant circuit and, together with an electronic circuit, can form a resonant circuit inverter.
- the heat input occurs partially in a limited area along a surface line, e.g. B. along the frame weld, while moving the frame past the inductor.
- the frames are transported at a speed of up to 3 m / s, the frames being moved past an inductor and the heating process can thus take place online in the manufacturing process of the frames. Only narrow, axial segments of the frame are heated along a surface line.
- the materials applied to coat the frame weld seam are either melted, dried, hardened, crosslinked or vulcanized.
- Fig. 1 shows a schematic representation of a heating device according to the invention.
- the frames 1 to be partially heated are moved by means of a transport mechanism 2 at the speed v below the inductor 3.
- a transport mechanism 2 In the case shown, it is a conveyor belt 2.
- other means such as driven rollers, chains with driving fingers and the like are also. Arrangements possible. Due to the inductor arranged completely outside the frame, very simple mechanical constructions of the heating device result.
- Fig. 2 shows a partially heated frame 1 with the axial heating zone 5 of width b. Only in the hatched area is an essential one Heat input. The energy saving compared to conventional induction systems becomes clear.
- Fig. 4 shows an inductor version in which the forward and return conductors of the inductor 3 have the same distance from the frame surface.
- This inductor version can be used for wider heating zones. This results in two local maxima of the tangential component of the magnetic field strength H and thus also two current density maxima on the frame surface. Under the same assumptions as for the first inductor variant, a simplified, quantitative relationship between the geometric dimensions can also be derive the current intensity I and the surface field strength for a rough dimensioning of the inductor.
- the forward and return conductors 3 are arranged at an angle ⁇ from one another to the heating zone 5.
- the frame 1 is moved at a speed v below the inductor by means of a transport mechanism, not shown.
- the rollers 4 take over the upper management.
- the arrangement of the inductor shown with respect to the frame surface is characterized in that both the inner and the outer field of the inductor contribute to the heating. Since the inductor has an inner and an outer field, which are very different in their mode of operation, there are different effects on the heating.
- the effect of the inner and outer fields against one another can be influenced by a suitable choice of the angle ⁇ . For example, it is possible to avoid edge overheating at the beginning and end of the frame 1 and to achieve an approximately constant temperature profile along the heating zone 5.
- variable x in the formulas is also shown.
- the coupling of the inductor to the frame can be influenced by varying the dimensions a and h. Small values of h and large values of a increase the coupling factor and vice versa.
- the coupling factor establishes the relationship between inductor current and surface field strength. This makes it possible to cover a wide range of applications with a uniform basic mechanical concept by varying parameters a, h.
- H ⁇ G ⁇ can depend on the magnetic field strength H ⁇ on the eddy current density G ⁇ getting closed.
- H ⁇ represents the vector of the magnetic field strength within the entire sheet thickness d and is to be calculated using suitable boundary conditions.
- G ⁇ is the current density vector.
- An advantageous embodiment of the invention consists in dividing the inductor 3 into two different partial inductors.
- Fig. 7 shows a variant, which is characterized in that the inductors 3.1, 3.2 are connected to each other in such a way that the same current I flows through both.
- Zone I serves as a heating zone, characterized by a high coupling factor with high heat input.
- Zone II serves to maintain a desired temperature and has a lower coupling factor combined with a lower heat input.
- Another advantage of the arrangement in Fig. 7 is that both inductor parts are flowed through by the same current and thus both are powered by an energy source.
- different values for a and h also result in different inductor inductivities for the two sections I and II Individual inductors.
- a sinusoidal inductor current with a frequency of 16 to 500 kHz is used to supply the inductor.
- the influence of current displacement can no longer be neglected in this frequency range.
- copper is used as the inductor material, penetration depths of 0.3 ... 0.5 mm result.
- the current density in the inner part of a solid inductor would be almost zero.
- the inductor can therefore advantageously be implemented as a waveguide and a cooling liquid can flow through it.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zum Erwärmen vorzugsweise von Blechemballagen mittels Induktionseinrichtung zur thermischen Beeinflussung von auf Zargen aufgebrachter Materialien, die der Bildung eines Überzuges auf der Zargenlängsnaht dienen. Je nach Art der aufgebrachten Materialien sind diese aufzuschmelzen, zu trocknen, auszuhärten, zu vernetzen, zu vulkanisieren oder in ähnlicher Art und Weise thermisch zu beeinflussen.The invention relates to a method and an arrangement for carrying out the method for heating sheet metal packaging, preferably by means of an induction device, for thermally influencing materials applied to frames, which serve to form a coating on the longitudinal seam of the frame. Depending on the type of materials applied, they must be melted, dried, cured, crosslinked, vulcanized or thermally influenced in a similar way.
Verfahren und Anordnung zur induktiven Erwärmung für Blechzargen sind unter anderem aus der EP 0 202 869 und aus den US-PS 468 0871, 469 4586 und 505 0315 bekannt. Bei diesen Lösungen sind die Induktionseinrichtungen in Form einer Spule derart ausgebildet, daß sich die Blechzarge entweder stationär zur Erwärmung im Inneren der Induktionsspule befindet oder mittels einer Transporteinrichtung durch das Innere der Spule hindurch geführt wird. Die Blechzarge wird dabei in ihrer Gesamtheit erwärmt.Methods and arrangements for inductive heating for sheet metal frames are known, inter alia, from EP 0 202 869 and from US Pat. Nos. 468 0871, 469 4586 and 505 0315. In these solutions, the induction devices are designed in the form of a coil in such a way that the sheet metal frame is either stationary for heating in the interior of the induction coil or is guided through the interior of the coil by means of a transport device. The entire sheet metal frame is heated.
Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß in diesen Einrichtungen nur die gesamte Zarge erwärmt werden kann. Weiterhin sind dafür komplizierte Zargentransporteinrichtungen notwendig, die sich auch noch im Inneren der Induktionsspule befinden, wodurch sich hohe Anforderungen an die Materialauswahl ergeben, z. B. der Einsatz von nichtleitenden Materialien.The disadvantage of these solutions is that only the entire frame can be heated in these devices. Furthermore, complicated frame transport devices are necessary, which are also located inside the induction coil, which results in high demands on the material selection, z. B. the use of non-conductive materials.
Weitere Nachteile sind räumliche Probleme bei sehr kleinen Zargen und ungünstige Koppelverhältnisse zwischen Induktorspule und Zarge.Further disadvantages are spatial problems with very small frames and unfavorable coupling conditions between the inductor coil and the frame.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die es ermöglicht, nur einzelne Bereiche der Blechzarge induktiv zu erwärmen.The object of the present invention is to avoid the disadvantages mentioned above and to provide a method and an arrangement which make it possible to heat inductively only individual regions of the sheet metal frame.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Wärmeeintrag partiell in einem begrenzten Bereich entlang einer Mantellinie, z. B. entlang der Zargenschweißnaht, während des Vorbeibewegens der Zarge am Induktor erfolgt. Der Transport der Zargen erfolgt mit einer Geschwindigkeit bis zu 3 m/s, wobei die Zargen an einem Induktor vorbeibewegt werden und dadurch der Erwärmungsvorgang online im Herstellungsprozeß der Zargen erfolgen kann. Es werden nur schmale, axiale Segmente der Zarge entlang einer Mantellinie erwärmt.According to the invention this is achieved in that the heat input is partially in a limited area along a surface line, for. B. along the frame weld, while the frame is moving past the inductor. The frames are transported at a speed of up to 3 m / s, the frames being moved past an inductor and the heating process can thus take place online in the manufacturing process of the frames. Only narrow, axial segments of the frame are heated along a surface line.
Durch die Erwärmung werden die aufgebrachten Materialien zur Beschichtung der Zargenschweißnaht entweder aufgeschmolzen, getrocknet, ausgehärtet, vernetzt oder vulkanisiert.As a result of the heating, the materials applied to coat the frame weld seam are either melted, dried, hardened, crosslinked or vulcanized.
Die Temperatur der zu erwärmenden Segmente ist stufenlos mittels Variation der Induktorstromstärke I und/oder der Frequenz f einstellbar.The temperature of the segments to be heated can be adjusted continuously by varying the inductor current I and / or the frequency f.
Der Temperaturgradient der Aufheizphase ist ebenfalls stufenlos mittels der Variation der Induktionsstromstärke I und/oder der Frequenz f einstellbar.The temperature gradient of the heating phase is also infinitely adjustable by varying the induction current I and / or the frequency f.
Dadurch ist es möglich, die Anordnung konstruktiv zu vereinfachen und diese unmittelbar im Anschluß an eine Zargenschweißmaschine und der Nahtbeschichtungseinrichtung anzuordnen. Bei dieser Anordnung kann gleichzeitig die bereits vorhandene Zargentransporteinrichtung, z. B. das Magnetband, benutzt werden.This makes it possible to simplify the arrangement structurally and to arrange it immediately after a frame welding machine and the seam coating device. With this arrangement, the already existing frame transport device, for. B. the magnetic tape can be used.
Die erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Induktionseinrichtung, die als Längsinduktor ausgebildet und in einem einstellbaren Abstand annähernd parallel zur Zargentransporteinrichtung angeordnet ist. Die Hin- und Rückleiter des Induktors sind annähernd in radialer Richtung hintereinander oder im gleichen Abstand von der Zargenoberfläche angeordnet. Der Längsinduktor kann aus zwei Einzelinduktoren bestehen, wobei der erste Induktor der Aufheizung der Blechzargen und der zweite Induktor zur Aufrechterhaltung einer annähernd konstanten Endtemperatur dient.The arrangement according to the invention consists of an induction device which is designed as a longitudinal inductor and is arranged at an adjustable distance approximately parallel to the frame transport device. The forward and return conductors of the inductor are arranged approximately one behind the other in the radial direction or at the same distance from the frame surface. The longitudinal inductor can consist of two individual inductors, the first inductor serving to heat the sheet metal frames and the second inductor to maintain an approximately constant end temperature.
Bei einer weiteren Ausbildung ist die Induktionseinrichtung ebenfalls als Längsinduktor ausgebildet und in einem einstellbaren Abstand annähernd parallel zur Zargentransporteinrichtung angeordnet, wobei die Hin- und Rückleiter des Induktors derart ausgebildet sind, daß die Verbindungslinie von Hin- und Rückleiter mit der Oberflächennormalen, die durch das Zentrum der Erwärmungszone geht, einen Winkel α bildet und dieser Winkel im Bereich 0° < α < 90° liegt.In a further embodiment, the induction device is also designed as a longitudinal inductor and is arranged at an adjustable distance approximately parallel to the frame transport device, the forward and return conductors of the inductor being designed such that the connecting line of the forward and return conductors with the surface normal passing through the center the heating zone goes, forms an angle α and this angle is in the range 0 ° <α <90 °.
Der Längsinduktor ist vorzugsweise als runder oder rechteckförmiger Hohlleiter ausgebildet und wird zur Kühlung von einer Kühlflüssigkeit durchströmt. Zur Speisung des Induktors kommt vorzugsweise ein sinusförmiger Strom mit einer Frequenz zwischen 16 bis 500 kHz zur Anwendung. Der Längsinduktor kann mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis gekoppelt werden und gemeinsam mit einer elektronischen Schaltung einen Schwingkreiswechselrichter bilden.The longitudinal inductor is preferably designed as a round or rectangular waveguide and a cooling liquid flows through it for cooling. For The inductor is preferably supplied with a sinusoidal current with a frequency between 16 and 500 kHz. The series inductor can be coupled with a capacitor to form a resonant circuit and, together with an electronic circuit, can form a resonant circuit inverter.
Der Wärmeeintrag erfolgt partiell in einem begrenzten Bereich entlang einer Mantellinie, z. B. entlang der Zargenschweißnaht, während des Vorbeibewegens der Zarge am Induktor.The heat input occurs partially in a limited area along a surface line, e.g. B. along the frame weld, while moving the frame past the inductor.
Der Transport der Zargen erfolgt mit einer Geschwindigkeit bis zu 3 m/s, wobei die Zargen an einem Induktor vorbeibewegt werden und dadurch der Erwärmungsvorgang online im Herstellungsprozeß der Zargen erfolgen kann. Es werden nur schmale, axiale Segmente der Zarge entlang einer Mantellinie erwärmt.The frames are transported at a speed of up to 3 m / s, the frames being moved past an inductor and the heating process can thus take place online in the manufacturing process of the frames. Only narrow, axial segments of the frame are heated along a surface line.
Durch die Erwärmung werden die aufgebrachten Materialien zur Beschichtung der Zargenschweißnaht entweder aufgeschmolzen, getrocknet, ausgehärtet, vernetzt oder vulkanisiert.As a result of the heating, the materials applied to coat the frame weld seam are either melted, dried, hardened, crosslinked or vulcanized.
Dadurch ist es möglich, die Anordnung konstruktiv zu vereinfachen und diese unmittelbar im Anschluß an eine Zargenschweißmaschine und der Nahtbeschichtungseinrichtung anzuordnen. Bei dieser Anordnung kann gleichzeitig die bereits vorhandene Zargentransporteinrichtung, z. B. das Magnetband, benutzt werden.This makes it possible to simplify the arrangement structurally and to arrange it immediately after a frame welding machine and the seam coating device. With this arrangement, the already existing frame transport device, for. B. the magnetic tape can be used.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.An embodiment will be explained below with reference to the drawings.
Es zeigen
- Fig. 1
- eine schematische Erwärmungseinrichtung in Seitenansicht
- Fig. 2
- eine partiell zu erwärmende Zarge mit Erwärmungszone
- Fig. 3
- eine Erwärmungseinrichtung im Querschnitt
- Fig. 4
- eine Erwärmungseinrichtung im Querschnitt
- Fig. 5
- eine Erwärmungseinrichtung im Querschnitt
- Fig. 6
- vereinfachte Darstellung der magnetischen Feldverläufe
- Fig. 7
- eine Variante der Erwärmungseinrichtung mit Teilinduktoren
- Fig. 1
- a schematic heating device in side view
- Fig. 2
- a frame to be partially heated with a heating zone
- Fig. 3
- a heating device in cross section
- Fig. 4
- a heating device in cross section
- Fig. 5
- a heating device in cross section
- Fig. 6
- simplified representation of the magnetic field profiles
- Fig. 7
- a variant of the heating device with partial inductors
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Erwärmungseinrichtung. Die partiell zu erwärmenden Zargen 1 werden mittels eines Transportmechanismus 2 mit der Geschwindigkeit v unterhalb des Induktors 3 bewegt. Im dargestellten Fall handelt es sich um ein Transportband 2. Es sind jedoch auch andere Mittel wie zum Beispiel angetriebene Rollen, Ketten mit Mitnahmefinger u. ä. Anordnungen möglich. Auf Grund des vollständig außerhalb der Zarge angeordneten Induktors ergeben sich sehr einfache mechanische Konstruktionen der Erwärmungseinrichtung.Fig. 1 shows a schematic representation of a heating device according to the invention. The
Fig. 2 zeigt eine partiell erwärmte Zarge 1 mit der axialen Erwärmungszone 5 der Breite b. Nur im schraffierten Bereich erfolgt ein wesentlicher Wärmeeintrag. Die Energieeinsparung gegenüber konventionellen Induktionsanlagen wird deutlich.Fig. 2 shows a partially
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Induktorausführungen.3, 4 and 5 show different inductor designs.
In Fig. 3 befinden sich Hin- und Rückleiter 3 in radialer Richtung hintereinander. Diese Anordnung ist für sehr schmale Erwärmungszonen vorteilhaft und stellt die Standardausführung dar. Unterhalb des Induktors 3 ergibt sich das Maximum der tangentialen Komponente der magnetische Feldstärke an der Zargenoberfläche. Bei Vernachlässigung der Oberflächenkrümmung der Zarge 1 sowie bei Annahme eines idealisierten, linienförmigen Induktors erhält man als Grundlage für die Grobdimensionierung des Induktors die vereinfachte, quantitative Beziehung
Fig. 4 zeigt eine Induktorausführung bei der Hin- und Rückleiter des Induktors 3 den gleichen Abstand von der Zargenoberfläche haben. Für breitere Erwärmungszonen ist diese Induktorausführung einsetzbar. Hierbei ergeben sich zwei lokale Maxima der tangentialen Komponente der magnetischen Feldstärke H und damit auch zwei Stromdichtemaxima auf der Zargenoberfläche. Unter den gleichen Annahmen wie bei der ersten Induktorvariante läßt sich auch hier eine vereinfachte, quantitative Beziehung zwischen den geometrischen Abmessungen, der Stromstärke I und der Oberflächenfeldstärke für eine Grobdimensionierung des Induktors ableiten.
Die Fig. 5 zeigt eine weitere Induktorausführung. Hin- und Rückleiter 3 sind um den Winkel α zueinander versetzt zur Erwärmungszone 5 angeordnet. Die Zarge 1 wird mittels einem nicht näher dargestellten Transportmechanismus mit der Geschwindigkeit v unterhalb am Induktor bewegt. Die Rollen 4 übernehmen die obere Führung. Die gezeigte Anordnung des Induktors bezüglich der Zargenoberfläche ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Innen- als auch das Außenfeld des Induktors zur Erwärmung beiträgt.
Da der Induktor ein Innen- und ein Außenfeld aufweist, die in ihrer Wirkungsweise sehr unterschiedlich sind, ergeben sich unterschiedliche Wirkungen auf die Erwärmung. Durch eine geeignete Wahl des Winkels α kann die Wirkung des Innen- und Außenfeldes gegeneinander beeinflußt werden. So ist es zum Beispiel möglich, eine Kantenüberhitzung am Anfang und am Ende der Zarge 1 zu vermeiden und einen annähernd konstanten Temperaturverlauf längs der Erwärmungszone 5 zu erreichen.5 shows a further inductor version. The forward and return
Since the inductor has an inner and an outer field, which are very different in their mode of operation, there are different effects on the heating. The effect of the inner and outer fields against one another can be influenced by a suitable choice of the angle α. For example, it is possible to avoid edge overheating at the beginning and end of the
Fig. 6 stellt den Verlauf der magnetischen Feldlinien sowie die dadurch verursachten Wirbelströme vereinfacht dar. Die in den Formeln als Variable x bezeichnete Größe ist mit dargestellt.6 shows the course of the magnetic field lines and the eddy currents caused thereby in a simplified manner. The variable designated as variable x in the formulas is also shown.
Über Variation der Abmessungen a und h kann die Ankopplung des Induktors an die Zarge beeinflußt werden. Kleine Werte von h sowie große Werte von a erhöhen den Koppelfaktor und umgekehrt. Der Koppelfaktor stellt den Zusammenhang zwischen Induktorstrom und Oberflächenfeldstärke her. Damit ist es möglich mit einem einheitlichen mechanischen Grundkonzept über Variation der Parameter a, h eine große Palette von Anwendungsfällen abzudecken.The coupling of the inductor to the frame can be influenced by varying the dimensions a and h. Small values of h and large values of a increase the coupling factor and vice versa. The coupling factor establishes the relationship between inductor current and surface field strength. This makes it possible to cover a wide range of applications with a uniform basic mechanical concept by varying parameters a, h.
Mittels der ersten Maxwellschen Gleichung für quasistationäre elektromagnetische Felder
Durch die Hinzunahme der elektrischen Leitfähigkeit des Bleches kann bei den konkreten Temperaturverhältnissen auf den Leistungseintrag geschlossen werden.
Da die Permeabilität µ im Blech eine Funktion der Feldstärke H ist, ergeben sich nichtlineare Zusammenhänge. Die genaue mathematische Auswertung der Gesamtzusammenhänge läßt sich jedoch über iterative Berechnung von einem Fachmann nachvollziehen.By adding the electrical conductivity of the sheet, it is possible to draw conclusions about the power input given the specific temperature conditions.
Since the permeability µ in the sheet is a function of the field strength H, there are non-linear relationships. However, the exact mathematical evaluation of the overall relationships can be understood by a specialist using iterative calculation.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, den Induktor 3 in zwei unterschiedliche Teilinduktoren aufzuteilen.An advantageous embodiment of the invention consists in dividing the
Fig. 7 zeigt eine Variante, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Induktoren 3.1, 3.2 derart miteinander verbunden sind, daß beide vom gleichen Strom I durchflossen werden. Die Zone I dient dabei als Aufheizzone, gekennzeichnet durch einen hohen Koppelfaktor mit hohem Wärmeeintrag. Die Zone II dient zum Aufrechterhalten einer gewünschten Temperatur und besitzt einen geringeren Koppelfaktor verbunden mit einem niedrigeren Wärmeeintrag. Ein weiterer Vorteil der Anordnung in Fig. 7 besteht darin, daß beide Induktorteile vom gleichen Strom durchflossen werden und damit beide von einer Energiequelle gespeist werden. Neben verschiedenen Koppelfaktoren und Wärmeeinträgen ergeben sich durch unterschiedliche Werte für a und h auch unterschiedliche Induktorinduktivitäten der beiden Abschnitte I und II. Da beide Teilinduktoren elektrisch in Reihe geschaltet sind, ergibt sich bei erlaubter Vernachlässigung eines Koppelfaktors zwischen beiden als wirksame Induktivität des Gesamtinduktors die Summe der Einzelinduktivitäten.Fig. 7 shows a variant, which is characterized in that the inductors 3.1, 3.2 are connected to each other in such a way that the same current I flows through both. Zone I serves as a heating zone, characterized by a high coupling factor with high heat input. Zone II serves to maintain a desired temperature and has a lower coupling factor combined with a lower heat input. Another advantage of the arrangement in Fig. 7 is that both inductor parts are flowed through by the same current and thus both are powered by an energy source. In addition to different coupling factors and heat inputs, different values for a and h also result in different inductor inductivities for the two sections I and II Individual inductors.
Damit ergeben sich einfache, überschaubare Lastverhältnisse für die speisende Quelle.This results in simple, manageable load conditions for the feeding source.
Sowohl die Erwärmungstemperatur als auch der Temperaturgradient kann innerhalb der Aufheizphase über die Größe Induktorstrom I und/oder Frequenz f eingestellt werden. Durch die Verwendung geeigneter elektronischer Schaltungen ist diese Möglichkeit gegeben. Der Induktor kann mit einem Kondensator zu einem Schwingkreis ergänzt werden und bildet mit einer elektronischen Schaltung einen Schwingkreiswechselrichter. Hierbei sind verschiedene Lösungen möglich:
- Parallelkompensation des Induktors und Anordnung als Wechselrichter mit Parallelschwingkreis
- Reihenkompensation des Induktors und Anordnung als Wechselrichter mit Reihenschwingkreis
- gemischte Kompensation des Induktors (Parallel- und Reihenkapazität) und entsprechender Wechselrichterbetrieb.
- Parallel compensation of the inductor and arrangement as an inverter with parallel resonant circuit
- Series compensation of the inductor and arrangement as an inverter with a series resonant circuit
- mixed compensation of the inductor (parallel and series capacitance) and corresponding inverter operation.
Durch das Verwenden moderner abschaltbarer Halbleiterbauelemente wie zum Beispiel IGBT's ergeben sich vielfältige Lösungsmöglichkeiten für die konkrete Realisierung der speisenden Quelle. Da die konkrete elektronische Schaltung für die speisende Quelle nicht Gegenstand der Erfindung ist, soll an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden.The use of modern semiconductor components that can be switched off, such as IGBTs, results in a wide range of possible solutions for the concrete implementation of the feeding source. Since the specific electronic circuit for the feeding source is not the subject of the invention, it will not be discussed further here.
Zur Versorgung des Induktors wird ein sinusförmiger Induktorstrom mit einer Frequenz von 16 bis 500 kHz verwendet. In diesem Frequenzbereich ist der Einfluß der Stromverdrängung nicht mehr zu vernachlässigen. Wird als Induktormaterial Kupfer zugrunde gelegt, ergeben sich Eindringtiefen von 0,3...0,5 mm. Die Stromdichte im inneren Teil eines massiven Induktors wäre somit annähernd Null. Der Induktor kann deshalb vorteilhafterweise als Hohlleiter realisiert und von einer Kühlflüssigkeit durchflossen werden.A sinusoidal inductor current with a frequency of 16 to 500 kHz is used to supply the inductor. The influence of current displacement can no longer be neglected in this frequency range. If copper is used as the inductor material, penetration depths of 0.3 ... 0.5 mm result. The current density in the inner part of a solid inductor would be almost zero. The inductor can therefore advantageously be implemented as a waveguide and a cooling liquid can flow through it.
In den Anlagen zur Herstellung von Blechzargen, speziell in der Emballagenbranche sind in der Regel immer Kühlwasserkreisläufe vorhanden. Dadurch ergeben sich meist günstige Voraussetzungen für die Anbindung der Induktorkühlung innerhalb des Gesamtprozesses.In the plants for the production of sheet metal frames, especially in the packaging industry, there are usually always cooling water circuits. This usually results in favorable conditions for connecting the inductor cooling within the overall process.
Mit modernen Wechselrichterschaltungen lassen sich interne Wirkungsgrade größer 90% erreichen. Selbst unter Einbeziehung der Verluste des Induktors von etwa 50% der eingespeisten Leistung ergeben sich Wirkleistungsaufnahmen von nur 25...50% gegenüber den bekannten Lösungen.With modern inverter circuits, internal efficiencies greater than 90% can be achieved. Even taking into account the losses of the inductor of around 50% of the power fed in, the active power consumption is only 25 ... 50% compared to the known solutions.
Claims (10)
dadurch gekennzeichnet, daß
der Wärmeeintrag partiell in einem begrenzten Bereich entlang einer Mantellinie während des Vorbeibewegens der Zarge am Induktor erfolgt.Process for heating metallic frames by means of an induction device for thermally influencing materials applied to frames,
characterized in that
the heat input occurs partially in a limited area along a surface line as the frame moves past the inductor.
dadurch gekennzeichnet, daß
die Zargen mit einer Geschwindigkeit bis zu 3 m/s am Induktor vorbeibewegt werden.Method according to claim 1,
characterized in that
the frames are moved past the inductor at a speed of up to 3 m / s.
dadurch gekennzeichnet, daß
die Induktionseinrichtung als Längsinduktor ausgebildet ist und in einem einstellbaren Abstand annähernd parallel zur Zargentransporteinrichtung angeordnet ist.Arrangement for carrying out the method according to claims 1 and 2, consisting of an induction device and a frame transport device,
characterized in that
the induction device is designed as a longitudinal inductor and is arranged at an adjustable distance approximately parallel to the frame transport device.
dadurch gekennzeichnet, daß
Hin- und Rückleiter des Längsinduktors annähernd in radialer Richtung hintereinander angeordnet sind.Arrangement according to claim 3,
characterized in that
The forward and return conductors of the longitudinal inductor are arranged approximately one behind the other in the radial direction.
dadurch gekennzeichnet, daß
Hin- und Rückleiter des Längsinduktors annähernd in gleichem Abstand von der Zargenoberfläche angeordnet sind.Arrangement according to claim 3,
characterized in that
The forward and return conductors of the longitudinal inductor are arranged at approximately the same distance from the frame surface.
dadurch gekennzeichnet, daß
die Verbindungslinie von Hin- und Rückleiter des Längsinduktors mit der Oberflächennormalen, die durch das Zentrum der Erwärmungszone geht, einen Winkel α bildet, und dieser Winkel im Bereich 0° < α < 90° liegt.Arrangement according to claim 3,
characterized in that
the line connecting the forward and return conductors of the longitudinal inductor with the surface normal, which passes through the center of the heating zone, forms an angle α, and this angle is in the range 0 ° <α <90 °.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Längsinduktor aus zwei Induktoren besteht, wobei der erste Induktor zur Aufheizung und der zweite Induktor zum Aufrechterhalten einer annähernd konstanten Endtemperatur entlang der Mantellinie der Zarge ausgebildet ist.Arrangement according to claim 3 to 6,
characterized in that
the longitudinal inductor consists of two inductors, the first inductor being designed for heating and the second inductor for maintaining an approximately constant end temperature along the surface line of the frame.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Längsinduktor als Hohlleiter ausgebildet ist, (wobei der Hohlleiter einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist und von einer Kühlflüssigkeit durchströmt wird).Arrangement according to claim 3 to 7,
characterized in that
the longitudinal inductor is designed as a waveguide (wherein the waveguide has a round or rectangular cross section and a cooling liquid flows through it).
dadurch gekennzeichnet, daß
der Induktor vorzugsweise mit einem sinusförmigen Strom durchflossen wird, wobei die Frequenz des Induktorstromes im Bereich von 16 bis 500 kHz liegt.Arrangement according to claim 3 to 8,
characterized in that
a sinusoidal current is preferably passed through the inductor, the frequency of the inductor current being in the range from 16 to 500 kHz.
dadurch gekennzeichnet, daß
der Längsinduktor mit einem Kondensator gekoppelt ist und mit einer elektronischen Schaltung als Schwingkreiswechselrichter ausgebildet ist.Arrangement according to claim 3 to 9,
characterized in that
the series inductor is coupled to a capacitor and is designed as an oscillating circuit inverter with an electronic circuit.
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DE4442801 | 1994-12-01 | ||
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Citations (9)
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1995
- 1995-11-29 EP EP95118736A patent/EP0715140A1/en not_active Withdrawn
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