EP1314339B1

EP1314339B1 - Vorrichtung zur induktiven erwärmung von metallischen bändern

Info

Publication number: EP1314339B1
Application number: EP01971634A
Authority: EP
Inventors: Dieter Schluckebier
Original assignee: Otto Junker GmbH
Current assignee: Otto Junker GmbH
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2021-08-28
Also published as: JP2004507870A; EP1314339A1; CA2419558A1; ES2231549T3; US6770858B2; WO2002019773A1; DE50104322D1; ATE281056T1; US20030164372A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bändern unterschiedlicher Breite mit jeweils einem mehrspuligen Querfeldinduktor oberhalb und unterhalb des zu erwärmenden Bandes, dessen Spulenachsen normal zur Bandoberfläche angeordnet sind.

Die US-A-4 595 813 betrifft eine Vorrichtung zum Erwärmen insbesondere von langen, dickwandigen Metallteilen, die von Rollen getragen transportiert werden. Mit Abstand über den Rollen sind im Wesentlichen quer zu der Transportrichtung der Metallteile verlaufende Wicklungen von in dieser Richtung hintereinander liegenden Induktoren vorgesehen. Die Wicklungen werden von laminierten Teilen eines Magnetkreises eingefasst, der die zu erwärmenden Metallteile quer und sich schließlich über unterhalb dieses Gutes verlaufende Rollen und Stützplatten zurück zum jeweiligen Induktor schließt. Diese Vorrichtung ist insgesamt jeweils auf eine konkrete Bandbreite eingestellt. Eine Anpassung an andere Bandbreiten ist dabei nicht vorgesehen und erscheint kaum a la möglich.

Aus der DE 3928629 A1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen von flachem metallischen Gut bekannt, die mindestens zwei Induktoren aufweist, welche ober- und unterhalb des Metallgutes liegend paarweise einander zugeordnet sind. Bei dieser Vorrichtung weisen die Eisenkerne wenigstens eines Induktors in Transportrichtung des Gutes zickzack- oder wellenförmig verlaufende Nuten auf, in die Stromleiter eingelegt sind. Die Anpassung der Induktorleistung an die jeweilige Bandbreite erfolgt im Wesentlichen durch Abschalten ausgewählter Spulenleiter. Ein wesentlicher Nachteil dieser bekannten Vorrichtung besteht darin, dass eine optimierte Randerwärmung der Bänder aufgrund des gewundenen Spulenleiterverlaufs nicht gewährleistet werden kann, da bei den Leitern, die im Randbereich des Bandes liegen, ein Teil der Leiter dem Randbereich des Bandes näher liegt als der andere Teil.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art so auszubilden, dass die Nachteile der bekannten einschlägigen Vorrichtung vermieden werden, so dass bei variierenden Gutbreiten über die jeweilige Breite und insbesondere in den Randbereichen ein gleichmäßiges Erwärmungsbild bei einfachem Aufbau der Induktoren erreicht wird.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art dadurch erreicht, dass zur optimierten Randerwärmung der Bänder die Induktoren jeweils aus mindestens einem Induktorsegment bestehen, das als Spulenverbund mehrerer annähernd rechteckiger Spulen aufgebaut ist, die sich überwiegend quer zur Transportrichtung des Bandes erstrecken, wobei die Spulen unterschiedliche, abgestufte Quererstreckungen haben und die Spule mit der höchsten Quererstreckung sich maximal bis zu den Seitenrändern des breitesten Bandes erstreckt und die Spule mit der niedrigsten Quererstreckung sich maximal bis zu den Seitenrändern des schmalsten Bandes erstreckt. Zudem ist jedes Induktorsegment mit einer Schaltung zur definierten Taktung seiner Spulen verbunden und jedem Induktorsegment unterhalb des Bandes ein gleiches Induktorsegment oberhalb des Bandes zugeordnet.

Betreiber von Erwärmungsvorrichtungen sind mittels obiger Vorrichtung in der Lage, ein möglichst großes Spektrum an Bändern -insbesondere in Bezug auf die Bandbreite, aber auch in Bezug auf die Banddicke und das Material- behandeln zu können. Durch die unterschiedlichen, abgestuften Spulen, die gezielt eingeschaltet werden können, wird der Energieverbrauch optimiert und ein gleichmäßiges Erwärmungsbild unabhängig von der Breite des eingesetzten Bandes mit maximalen Temperaturschwankungen von ±15°C erzielt. Die üblichen Erwärmungstemperaturen liegen hierbei für Aluminiumbänder bei ca. 400°C und Messingbänder bei ca. 500-600 °C. Die definierte Taktung der für die jeweilige Bandbreite ausgewählten Spulen wirkt insbesondere einem Überhitzen der Bandränder entgegen und verhindert somit Verwerfungen oder sonstige Qualitätsverluste; dabei kann innerhalb eines Spulenverbundes neben den taktenden Spulen mindestens eine Spule auch dauernd eingeschaltet sein. Die Spulenleiter der oberen Induktorsegmente sind mit den unterhalb des Bandes genau oder annähernd gegenüberliegenden Spulenleitern zum Aufbau eines das Band gleichmäßig durchdringenden Magnetfeldes gleichsinnig geschaltet. Die Unterteilung der Induktoren in Induktorsegmente und der einfache Aufbau derselben durch Einsatz annähernd rechteckiger Spulen reduziert die Herstellungskosten und die Störanfälligkeit. Sollte es dennoch mal zu einem Ausfall kommen, so kann das betroffene Induktorsegment einzeln ausgewechselt werden. Eine lange Stillstandszeit und hohe Reparaturkosten werden somit vermieden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass ein Induktor aus mehreren Induktorsegmenten besteht, die in Transportrichtung des Bandes auf Abstand hintereinander angeordnet sind. Bei Platzmangel in zu kurzen Öfen, können die Induktorsegmente aber auch direkt hintereinander angeordnet sein. Durch einen geteilten Induktor ergibt sich die Möglichkeit jedes Segment einzeln zu schalten und daher die jeweils benötigte Leistung getrennt einzubringen. Somit können z.B. die Segmente am Anfang der Erwärmungsvorrichtung, die das noch kalte Gut erwärmen müssen, eine höhere Leistung einbringen als die nachfolgenden Segmente.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass jedes Induktorsegment einen Spulenverbund von drei bis acht Spulen ist. Ein Spulenverbund von drei bis acht Spulen pro Induktorsegment ist einfach zu konstruieren und herzustellen. Die in ihrer Quererstreckung abgestuften Spulen weisen zu jeder Bandseite Abstufungen von 4 bis 10 cm auf. Dieser Abstand ist gering genug gewählt, um ein Band, dessen Rand nicht zufriedenstellend von der ihm am nächsten liegenden Spule erwärmt wird, durch Taktung mehrerer Spulen optimal zu erwärmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass die Differenz der Quererstreckung einer Spule zur Quererstreckung der nächst kleineren oder größeren Spule mindestens 50 mm und maximal 200 mm beträgt. Ein derartig abgestufter Spulenverbund ermöglicht dem Betreiber einer Anlage die Behandlung unterschiedlich breiter Bänder. Somit ist er nicht nur auf eine Bandbreite festgelegt, sondern kann eine Vielzahl handelsüblicher Bänder erwärmen. Werden hohe Anforderungen an die Temperaturgenauigkeit gestellt, muss ein Spulenverbund mit kleinen Quererstreckungsdifferenzen gewählt werden. Will der Betreiber Bänder einer Breite behandeln, die von dem bereits in den Ofen eingesetzten Spulenverbund nicht optimal erwärmt werden können, so kann er die Segmente in der Vorrichtung einfach auswechseln und z.B. durch Segmente mit Spulen geringerer Quererstreckungen und/oder Quererstreckungsdifferenzen ersetzen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass ein Spulenverbund aus mehreren ineinanderliegenden Spulen unterschiedlicher Quererstreckung aufgebaut ist, wobei die Spulen eine gemeinsame Achse haben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass die Spulen eines Spulenverbundes in Transportrichtung des Bandes versetzt zueinander platziert sind.

Obige Anordnungen dienen der Optimierung der Temperaturverteilung insbesondere im Randbereich des Bandes. Dabei besteht die Möglichkeit innerhalb eines Induktors Induktorsegmente unterschiedlicher Ausführung einzubauen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass innerhalb einer Leiternut die Spulenleiter übereinander oder nebeneinander angeordnet sind. Es ist zudem möglich, dass in einer Leitemut nur ein Spulenleiter liegt

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass pro Induktorsegment mindestens zwei in Abhängigkeit von der Bandbreite ausgewählte Spulen derart taktend geschaltet sind, dass jeweils nur eine Spule eingeschaltet ist. Es können hierbei z.B. 500 oder 1000 Schaltvorgänge pro Sekunde erreicht werden. Durch eine derartige Taktung der Spulen wird eine Überhitzung des Bandes insbesondere im Randbereich verhindert. Es ist aber auch vorstellbar eine Spule durchgehend eingeschaltet zu lassen, während zwei andere Spulen taktend geschaltet werden. In Grenzfällen kann es zudem sinnvoll sein, nur eine Spule einzuschalten. Die Leistung wird hierbei von ein oder mehreren Umrichtern geliefert. Die ursprünglichen 100 % Leistung des Umrichters kann dann über Thyristoren derart an die Spulen eines Induktorsegmentes weitergegeben werden, dass z.B. eine Spule konstant mit 70 % der Gesamtleistung versorgt wird, während zwei weitere getaktete Spulen 10% bzw. 20% der Leistung zugeordnet bekommen. Innerhalb eines Induktors besteht die Möglichkeit die Spulen jedes Induktorsegmentes individuell zu takten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass die Frequenz und/oder Dauer der Schaltvorgänge für jede Spule variabel einstellbar ist. Die Verwendung unterschiedlicher Frequenzen und Schaltdauern für die Spulen kann die gleichmäßige Erwärmung über die Bandbreite fördern.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass ein Scanner zur Ermittlung des Temperaturprofils über die Bandbreite vorgesehen ist. Damit können schnellstmöglich etwaige unvorhergesehene Abweichungen des Temperaturprofils z. B. durch defekte Spulen ermittelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass eine Schaltung zur automatischen Taktung der ausgewählten Spulen unter Auswertung des durch den Scanner ermittelten Temperaturprofils vorgesehen ist. Dadurch werden Abweichungen vom vorgesehenen Temperaturwert sofort erfasst. Durch eine Änderung der Taktung kann dann das angestrebte Temperaturprofil wieder erreicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass mindestens ein oberes Induktorsegment gegenüber dem zugeordneten unteren Induktorsegment quer zur Transportrichtung des Bandes versetzt angeordnet ist. Auch auf diese Weise kann die Vergleichmäßigung des Temperaturprofils optimiert werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass der Versatz zwischen oberem und zugeordnetem unteren Induktorsegment variabel einstellbar ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner so ausgebildet sein, dass zumindest einige der Induktorsegmente austauschbar in der Vorrichtung gelagert sind. Damit können beim Ausfall von Induktorsegmenten diese einzeln entnommen und ersetzt werden. Dies gilt auch, wenn Bänder behandelt werden sollen, die aufgrund ihrer Breite von den momentan im Ofen vorhandenen Induktorsegmenten nicht ideal erwärmt werden können. Hier kann durch schnelles Auswechseln der Induktorsegmente der Ofen für andere Bandbreitenbereiche umgerüstet werden. Zudem ist vorstellbar, dass bei ausreichend langen Öfen Induktorsegmente zur Erwärmung schmalerer Bänder vor oder hinter Induktorsegmenten breiterer Bände im Ofen angeordnet sind. Bei einer derartigen Ausführung können, z.B. bei der Behandlung breiter Bänder, die entsprechenden Induktorsegmente eingeschaltet und die anderen ausgeschaltet werden. Somit können in einem Ofen Bänder zweier Bandbreitenbereiche behandelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dafür vorgesehen sein, Bänder mit einer Breite von mindestens 200 mm zu erwärmen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann des Weiteren dafür vorgesehen sein, Bänder mit einer Breite von maximal 2000 mm zu erwärmen. Dabei werden in einem Ofen üblicherweise beim Einsatz unterschiedlich breiter Bänder der Bandbreitenbereich derart gewählt, dass das breiteste zu behandelnde Band doppelt oder 3fach so breit wie das schmalste Band ist, z.B. beträgt die Breite des schmalsten Bandes 400 mm und die des breitesten Bandes 800 bzw. 1200 mm.

Schließlich kann vorgesehen sein, das die Vorrichtung zur Erwärmung metallischer Bänder aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder Messing angewendet wird.

Im folgenden Teil der Beschreibung werden Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand von 8 Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1: eine schematische Ansicht zweier ohne Versatz einander zugeordneter Induktorsegmente mit zu erwärmendem Band,
Fig. 2: eine schematische Ansicht zweier mit Versatz einander zugeordneter Induktorsegmente mit zu erwärmendem Band,
Fig. 3: einen Schnitt durch Spulenleiternuten und Spulenleiter eines Induktorsegmentes,
Fig. 4: einen weiteren Schnitt durch Spulenleitemuten und Spulenleiter eines Induktorsegmentes,
Fig. 5: eine schematische Darstellung eines Induktorsegmentes mit elektrischen Anschlüssen, Scanner und zu erwärmendem Band,
Fig. 6: eine schematische Darstellung zweier in Transportrichtung hintereinander angeordneter Induktorsegmente,
Fig. 7: eine weitere schematische Darstellung zweier in Transportrichtung hintereinander angeordneter Induktorsegmente, und
Fig. 8: ein Diagramm für die Temperaturverteilung über die Bandbreite eines Aluminiumbandes bei unterschiedlicher Spulentaktung.

Figur 1 zeigt in schematischer Ansicht ein Band 1 und oberhalb und unterhalb des Bandes 1 spiegelsymmetrisch einander zugeordnete Induktorsegmente 2,3. Die Induktorsegmente 2,3 weisen Spulenleiternuten 4 für hier nicht dargestellte Spulenleiter auf. Die Induktorsegmente 2,3 sind gleichsinnig geschaltet. Der Pfeil gibt die Transportrichtung des Bandes 1 an. Es können jeweils mehrere Induktorsegmente 2,3 in Transportrichtung des Bandes 1 hintereinander angeordnet sein. Dabei können gleich- oder verschiedenartig ausgebildete Induktorsegmente vorgesehen sein. Mit einer derartigen Anordnung können metallische Bänder unterschiedlicher Breite geglüht werden. Übliche Bandbreiten liegen zwischen 200 und 2000 mm. Es sind z.B. Aluminium, Stahl- oder Kupferbänder behandelbar.

Figur 2 zeigt eine Abwandlung des aus Figur 1 bekannten Induktorsegmentenaufbaus. Das obere Induktorsegment 2 und das untere Induktorsegment 3 sind derart quer zur Transportrichtung versetzt zueinander angeordnet, dass die äußeren Längskantenbereiche 5 des Bandes 1 nur noch von jeweils einem Induktorsegment 2,3 überragt werden. Dadurch lässt sich das Temperaturprofil über die Bandbreite geringfügig verschleifen und dadurch vergleichmäßigen. Es können jeweils mehrere Induktorsegmente 2,3 in Transportrichtung des Bandes 1 hintereinander angeordnet sein. Dabei können alle oberen bzw. unteren Induktorsegmente 2,3 individuell zueinander versetzt werden oder einzelne Induktorsegmente 2,3 ohne Versetzung angeordnet sein. Diese Versetzung kann mit geringem Arbeitsaufwand eingestellt werden. Zudem können einzelne Induktorsegmente zu Wartungszwecken individuell entnommen werden.

In Figur 3 ist schematisch ein Ausschnitt aus einem Induktorsegment 2,3 mit drei Spulenleiternuten 4 dargestellt. In den Spulenleitemuten 4 sind jeweils zwei Spulenleiter 6 übereinander angeordnet. Es ist auch vorstellbar pro Spulenleitemut nur einen Spulenleiter vorzusehen. Als Spulenleiter kann VA-Rohr mit einer Wandstärke von 0,1 - 0,2 mm eingesetzt werden.

Figur 4 zeigt eine Abwandlung des schematischen Induktorsegmentenausschnitts aus Figur 3. Hierbei sind die jeweils zwei Spulenleiter 6 in den zwei Spulenleitemuten 4 nebeneinander, d. h. parallel zu einem hier nicht dargestellten Band angeordnet.

Figur 5 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Induktorsegment 7, das als Spulenverbund mehrerer annähernd rechteckiger Spulen aufgebaut ist. Dabei weisen die Spulen eine gemeinsame Achse auf. Ein vor dem Induktorsegment 7 entlang zu führendes Band 1 ist angedeutet. Ein Pfeil gibt die Transportrichtung des Bandes 1 an. Drei Spulen 8,9,10 des Induktorsegmentes 7 sind mit Stromrichtung (Pfeile) dargestellt. Ein gebräuchlicher Spulenverbund weist 3 bis 8 Spulen auf. Die Spule 8 hat die höchste und die Spule 10 die geringste Quererstreckung. Die Differenz der Quererstreckung einer Spule 8,9,10 zur Quererstreckung der nächst kleineren oder größeren Spule 8,9,10 beträgt 100 mm. Die Quererstreckung der Spule 8 ist größer als die des Bandes 1. Die Quererstreckungen der Spulen 9,10 sind geringer als die des Bandes 1. Die Spule 8 umgibt hierbei die Spule 9 und diese beiden Spulen 8,9 wiederum die Spule 10. Nächstkleinere ineinandergeschachtelte Spulen sind nicht dargestellt. Für die Spulen 8 und 9 ist die elektrische Schaltung eingezeichnet. Für die Spule 10 wurde aus Gründen der Klarheit darauf verzichtet. Die Spule 8 bzw. 9 ist über einen Thyristorschalter 11 bzw. 12 mit einem gemeinsamen Umrichter 13 verbunden. Die Thyristorschalter 11,12 dienen zur Taktschaltung der Spulen 8,9. Die Frequenz und/oder Dauer der Schaltvorgänge ist für jede Spule 8,9 variabel einstellbar. In Transportrichtung des Bandes 1 hinter dem Induktorsegment 7 ist ein Scanner 14 zur Ermittlung des Temperaturprofils über die Breite des Bandes 1 angeordnet. Sollte das Band 1 z.B. aufgrund eines Spulendefekts unregelmäßig erwärmt werden, so wird dieser Fehler sofort erfasst und kann automatisch z.B. durch eine andere Taktung unter Einbeziehung weiterer Spulen oder durch ein Versetzen des Induktorsegmentes 7 bis zur Reparatur des Spulendefekts ausgeglichen werden. Es ist vorstellbar mit zwei oder mehr Umrichtern zu arbeiten, um in Leistung und Taktung variabel zu sein. Die Anlagenleistung kann z.B. 1050kW und die Frequenz 500 - 1000 Hz betragen.

Figur 6 zeigt schematisch zwei in der Transportrichtung (Pfeil) eines nicht dargestellten Bandes hintereinander angeordnete Induktorsegmente 15. Beide Induktorsegmente 15 sind gleichartig und ohne Versatz zueinander ausgeführt. Es ist jedoch auch vorstellbar zwei oder mehrere verschiedenartige Induktorsegmente 15 mit oder ohne Versatz hintereinander anzuordnen. Eine gebräuchliche Anlage könnte z.B. ober- und unterhalb des Bandes 1 in Transportrichtung des Bandes 1 jeweils sieben Induktorsegmente mit einer Gesamtlänge von 7 * 360mm = 2520 mm umfassen. Die jeweils fünf Spulen 16 sind für jedes Induktorsegment 15 derart angeordnet, dass die Spulen 16 mit abnehmender Quererstreckung in Transportrichtung des Bandes versetzt sind. Dabei ist zudem eine Versetzung einer oder mehrerer der Spulen 16 zum Band hin denkbar. Die Leistung kann in die Induktorsegmente 15 einzeln eingebracht werden. Es ist vorstellbar, dass alle bzw. einzelne der Induktorsegmente 15 eines Induktors austauschbar gelagert sind.

Figur 7 zeigt schematisch eine Abwandlung der Spulenanordnung der beiden Induktorsegmente aus Figur 6. Hierbei sind die beiden Induktorsegmente 17 gleich und ohne Versatz zueinander ausgebildet. Zudem sind die Induktorsegmente 17 ohne Abstand hintereinander in Transportrichtung eines nicht dargstellten Bandes angeordnet. Es ist aber auch vorstellbar, die Induktorsegmente 17 mit Abstand anzuordnen. Die jeweils fünf Spulen 18 sind derart ineinander verschachtelt, dass kleinere Spulen von den größeren Spulen umgeben werden. Selbstverständlich ist auch eine größere bzw. kleinere Anzahl als fünf Spulen vorstellbar. Auch ist ein Versatz einzelner Spulen 18 zu dem hier nicht dargestellten Band hin denkbar.

Derartige Induktorsegmente 17 können z.B. für die Erwärmung von Blechen mitBandbreiten von 1200 bis 1800 mm eingesetzt werden. Sollen schmalere Bleche erwärmt erwärmt werden, so können die Induktorsegmente einfach der Vorrichtung entnommen und schmalere Induktorsegmente in die Vorrichtung eingeschoben werden.

Figur 8 zeigt in Diagrammform eine Temperaturverteilung über die Bandbreite eines bei 545° C geglühten Aluminiumbandes von 1 mm Höhe und 1300 mm Breite. Dabei ist aufgrund der symmetrischen Temperaturverteilung über die Bandquererstreckung nur eine halbe Bandbreite dargestellt. Die Transportgeschwindigkeit des Bandes beträgt 30 m pro Minute.

Kurve A zeigt einen Temperaturverlauf, der erreicht wird, wenn nur Spulen eines Induktorsegmentes eingeschaltet werden, deren Quererstreckung deutlich kleiner ist als die Quererstreckung des Bandes. Es kann hierbei auch nur eine einzelne Spule eingeschaltet werden. D.h. auch die eingeschaltete Spule mit der höchsten Quererstreckung weist in einem solchen Fall eine deutlich kürzere, z.B. 10 cm kürzere Quererstreckung als die Quererstreckung des Bandes auf. Eine derartige Spule stellt Spule 10 in Figur 5 dar. Das Band wird über die Bandbreite weitestgehend homogen erwärmt. Jedoch werden die seitlichen Bandkanten um ca. 50° C niedriger als der Bandmittenbereich geglüht.

Die Kurve B zeigt den Temperaturverlauf, der erreicht wird, wenn nur Spulen eines Induktorsegmentes eingeschaltet werden, deren Quererstreckung kleiner als die Quererstreckung des zu erwärmenden Bandes ist, wobei aber die eingeschaltete Spule mit der höchsten Quererstreckung annähernd die Quererstreckung des Bandes, z.B. eine um 3cm verkürzte Quererstreckung, aufweist. Eine derartige Spule stellt Spule 9 in Figur 5 dar. Die Spule 9 ist die nächstgrößere Spule nach der Spule 10. Das Band wird über die Bandbreite weitestgehend homogen erwärmt. Allerdings weisen die Bandränder einen abrupten Temperaturanstieg um 80° C im Vergleich zum übrigen Band auf. Dadurch können deutliche Qualitätsverluste z.B. in Form von Verwerfungen im Band entstehen.

Kurve C zeigt einen annährend idealen Temperaturverlauf über die Bandbreite. Dies wird dadurch erreicht, dass nur eine Spule bzw. mehrere Spulen, die eine deutlich kleinere Quererstreckung als die Quererstreckung des Bandes aufweisen, dauernd eingeschaltet werden. Dies ergibt dann eine Erwärmung entsprechend dem Verlauf der Kurve A. Zusätzlich wird eine Spule, die annähernd die Quererstreckung des Bandes hat, z.B. die Spule 9 aus Figur 5, zeitweise zugeschaltet. Spulen, die eine größere Quererstreckung als das Band aufweisen, werden üblicherweise nicht eingeschaltet, da sie eine deutliche Überhitzung der Randzone bewirken würden. Vorstellbar ist, die beiden Spulen 9,10 aus Figur 5, deren Quererstreckungen der Quererstreckung des Bandes am nächsten kommen, abwechselnd taktend zu schalten, während keine, eine oder mehrere kürzere (in Figur 5 nicht dargestellte) Spulen dauernd eingeschaltet sind. Dabei kann z.B. die kürzere Spule 10 doppelt so lange Taktzeiten aufweisen wie die größere Spule 9. Ebenso können auch drei oder mehr Spulen taktend geschaltet werden. Dabei können die Spulen der sich gegenüberstehenden und/oder hintereinander angeordneten Induktorsegmente gleich- oder verschiedenartig getaktet sein. Durch ein derartig optimiertes Takten sind maximale Temperaturunterschiede über die Bandbreite von plus/minus 5 bis 10°C und somit gleichmäßige Bandqualitäten realisierbar. Gegebenenfalls kann bei bestimmten Bandbreiten auch auf ein Takten verzichtet werden, wenn aufgrund eines guten Verhältnisses Bandbreite/Quererstreckung auch ohne Taktung die gewünschte Temperaturverteilung erreicht werden kann.

Bezugszeichenliste

1.: Band
2.: Induktorsegment
3.: Induktorsegment
4.: Spulenleiternut
5.: Bandlängskantenbereich
6.: Spulenleiter
7.: Induktorsegment
8.: Spule
9.: Spule
10.: Spule
11.: Thyristorschalter
12.: Thyristorschalter
13.: Umrichter
14.: Scanner
15.: Induktorsegment
16.: Spule
17.: Induktorsegment
18.: Spule

A: Diagrammkurve "überhitzter Bandrandbereich"
B: Diagrammkurve "unterkühlter Bandrandbereich"
C: Diagrammkurve "ideale Band(rand)erwärmung"

Claims

Vorrichtung zur induktiven Erwärmung von metallischen Bändern (1) unterschiedlicher Breite mit jeweils einem mehrspuligen Querfeldinduktor oberhalb und unterhalb des zu erwärmenden Bandes (1), dessen Spulenachsen normal zur Bandoberfläche angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass zur optimierten Randerwärmung der Bänder (1) die Induktoren jeweils aus mindestens einem Induktorsegment (2,3; 7; 15; 17) bestehen, das als Spulenverbund mehrerer annähernd rechteckiger Spulen (8,9,10; 16; 18) aufgebaut ist, die sich überwiegend quer zur Transportrichtung des Bandes (1) erstrecken, wobei die Spulen (8,9,10; 16; 18) unterschiedliche, abgestufte Quererstreckungen haben und die Spule mit der höchsten Quererstreckung sich maximal bis zu den Seitenrändern des breitesten Bandes erstreckt und die Spule mit der niedrigsten Quererstreckung sich maximal bis zu den Seitenrändern des schmalsten Bandes erstreckt,
dass jedes Induktorsegment (2,3; 7; 15; 17) mit einer Schaltung zur definierten Taktung seiner Spulen (8,9,10; 16; 18) verbunden ist und
dass jedem Induktorsegment (3; 7; 15; 17) unterhalb des Bandes (1) ein gleiches Induktorsegment (2; 7; 15; 17) oberhalb des Bandes (1) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktor aus mehreren Induktorsegmenten (2,3; 7; 15; 17) besteht, die in Transportrichtung des Bandes (1) auf Abstand hintereinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Induktorsegment (2,3; 7; 15; 17) ein Spulenverbund von drei bis acht Spulen (8,9,10; 16; 18) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz der Quererstreckung einer Spule (8,9,10; 16; 18) zur Quererstreckung der nächst kleineren oder größeren Spule (8,9,10; 16; 18) mindestens 50 mm und maximal 200 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Spulenverbund aus mehreren ineinander liegenden Spulen (8,9,10; 18) unterschiedlicher Quererstreckung aufgebaut ist, wobei die Spulen (8,9,10; 18) eine gemeinsame Achse haben.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (16) eines Spulenverbundes in Transportrichtung des Bandes (1) versetzt zueinander platziert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb einer Leitemut (4) die Spulenleiter (6) übereinander oder nebeneinander angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass pro Induktorsegment (2,3; 7; 15; 17) mindestens zwei in Abhängigkeit von der Bandbreite ausgewählte Spulen (8,9,10; 16; 18) derart taktend geschaltet sind, dass jeweils nur eine Spule (8,9,10; 16; 18) eingeschaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz und/oder Dauer der Schaltvorgänge für jede Spule (8,9,10; 16; 18) variabel einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Scanner (14) zur Ermittlung des Temperaturprofils über die Bandbreite vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltung zur automatischen Taktung der ausgewählten Spulen (8,9,10; 16; 18) unter Auswertung des durch den Scanner (14) ermittelten Temperaturprofils vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein oberes Induktorsegment (2; 7; 15; 17) gegenüber dem zugeordneten unteren Induktorsegment (3; 7; 15; 17) quer zur Transportrichtung des Bandes (1) versetzt angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz zwischen oberem und zugeordnetem unteren Induktorsegment (2,3; 7; 15; 17) variabel einstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Induktorsegmente (2,3; 7; 15; 17) austauschbar in der Vorrichtung gelagert sind.
Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass Bänder (1) mit einer Breite von mindestens 200 mm erwärmt werden.
Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Bänder (1) mit einer Breite von maximal 2000 mm erwärmt werden.
Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass metallische Bänder (1) aus Aluminium, Stahl, Kupfer oder Messing erwärmt werden.