EP3324703A1 - Induktionsheizeinrichtung für industrielle zwecke - Google Patents

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EP3324703A1
EP3324703A1 EP16199592.3A EP16199592A EP3324703A1 EP 3324703 A1 EP3324703 A1 EP 3324703A1 EP 16199592 A EP16199592 A EP 16199592A EP 3324703 A1 EP3324703 A1 EP 3324703A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
radiator
induction
magnetic yoke
magnetic
induction coil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16199592.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Jotter
Borgar Pfeiffer
Hauke RAMM
Jochen Stegelmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KENDRION KUHNKE AUTOMATION GmbH
Original Assignee
Kendrion Kuhnke Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kendrion Kuhnke Automotive GmbH filed Critical Kendrion Kuhnke Automotive GmbH
Priority to EP16199592.3A priority Critical patent/EP3324703A1/de
Publication of EP3324703A1 publication Critical patent/EP3324703A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/365—Coil arrangements using supplementary conductive or ferromagnetic pieces

Definitions

  • the invention relates to an induction heating device for industrial purposes or applications, and to a method for operating an induction heating device.
  • the object of the invention is to provide a heating system for industrial applications or purposes, such as in a packaging machine or the like, wherein in particular a distributed homogeneous homogeneous temperature, for example for a gluing process or sealing process, are provided should.
  • an induction heater for industrial purposes or industrial applications with at least one charged with AC induction coil surface inductor and a heatable by the foundedninduktor radiator having a surface facing the surface inductor and with a magnetic yoke for the leadership of the induction coil generated or generated magnetic field, wherein the induction coil and the magnetic yoke are formed such that via the surface of the heater surface facing the surface of the radiator, a constant power input per surface for heating the radiator takes place and in the radiator on the surface of the surface facing the surface area a homogeneous temperature field is generated or generated is.
  • the induction heating means as an induction coil on an electric coil, by means of which a magnetic field in alternating polarization for generating heat in a penetrated by the alternating magnetic field, electrically conductive heating element, in particular heating plate or the like can be generated.
  • the induction heating device is used, for example, in industrial induction heating systems for mechanical engineering used or used, in which in particular a temperature field with a low temperature gradient or at a constant temperature, ie a homogenized temperature field for the adhesive or sealing processes or the like is needed.
  • induction heater in induction hardening equipment, induction heating furnaces, induction heating rolls or induction ovens with control units, where a distributed homogeneous temperature with close tolerances, for example, for adhesive processes or sealing processes is required.
  • the radiator formed as a flat heating plate the field distribution of the magnetic field by the shape of the induction coil and the design of the magnetic yoke to guide the (alternating) magnetic field is set.
  • the magnetic yoke the magnetic field generated by the induction coil is guided so that a preferred or optimal coupling of the magnetic field in the soft magnetic, electrically conductive radiator takes place.
  • this makes it possible to heat the heating element or the heating plate, which is arranged opposite the induction coil, in such a way that the heating element has a homogenized temperature field on its heat-emitting side or contact side.
  • the induction coil and the magnetic yoke are formed and optionally matched in their geometric dimensions, it is possible that over the entire surface of the radiator, which faces the legislativeninduktor transmitted a predetermined, constant power per area by means of the alternating magnetic field whereby a uniform temperature field at a predetermined temperature with a tolerance of less than ⁇ 5% in the heating element over the whole surface, preferably less than ⁇ 3% or less than ⁇ 1%.
  • the induction coil is designed as a cylindrical coil or flat coil and / or that the radiator is designed as a heating plate.
  • the heating element or the heating plate has a flat surface facing the induction coil.
  • the radiator is designed as a cuboid heating plate.
  • the magnetic yoke is formed such that the induction coil is surrounded by the magnetic yoke or received therein.
  • the induction coil has at least one non-uniform winding, as a result of an uneven arrangement of the winding of the coil, for example as a flat coil, on the entire coupling surface of the coil to the radiator, in particular hotplate, a uniform coupling of the magnetic field is achieved, since in field areas with strong coupling to the radiator, the distances between the turns, in particular individually, are increased, while in field areas with weak coupling, the turns a closer distance exhibit.
  • This results in a non-equidistant or uniformly wound coil so that over the entire coupling surface of the induction coil to the radiator uniform or substantially uniform coupling is achieved, taking into account different coupling regions.
  • a predetermined, preferably optimal, field distribution of the magnetic field is formed for a homogeneous temperature distribution in the heating element or the heating plate.
  • the surface inductor in addition to the induction coil, at least one local winding, an additional winding, in particular in a different winding plane than the winding plane of the induction coil, and / or at least one local additional coil, preferably at a predetermined position. so that in this way the coupling between the induction coil and the radiator is specifically influenced.
  • the auxiliary winding (s) or auxiliary coil (s) are possible in areas of weak coupling or in areas of local modifications of the coil winding course, for example in planar or spatially formed meandering serpentine lines.
  • an embodiment of the induction heating device is characterized in that the magnetic yoke soft magnetic material, in particular soft magnetic ferrite, or made of soft magnetic material, in particular ferrite, is made.
  • the magnetic yoke of soft magnetic ferrite material is formed, which is formed or shaped so that the coupling of the magnetic field is strongly attenuated by portions of the Magnetjochs magnetically strongly coupled to the radiator areas and the coupling of the magnetic field at magnetic weakly coupled to the radiator areas is reinforced by sections of the magnetic yoke.
  • the magnetic yoke has at least one recess and / or the magnetic yoke in individual sections having different cross sections, so that the field profile of the magnetic field is modifiable or modified.
  • the magnetic yoke is configured such that the flux path of the magnetic flux amplifies the coupling regions of the heating element with weak coupling to the magnetic yoke and weakens the coupling regions of the heating element with weak coupling to the magnetic yoke.
  • the radiator facing end surfaces of the magnetic yoke are adapted or formed so that the flow of the magnetic flux at least one coupling region of the radiator is weakly coupled to the magnetic yoke and / or the flow of the magnetic flux at least a coupling region of the radiator is attenuated with strong coupling to the yoke.
  • the distance between the radiator facing end surfaces of the magnetic yoke and the radiator is adjustable and / or that at least two areas of the radiator facing end faces of the magnetic yoke have different distances to the radiator.
  • the end faces of the magnetic yoke in their cross section and / or in their position to the radiator are designed so that the distance between the end faces to the radiator and thus also an air gap between the Magnetic yoke and the radiator are locally adjustable.
  • the inner transition of the yoke to the radiator in a magnetic yoke with a flat coil to a minimum possible distance reset or stepped formed and / or the outer transition of the magnetic yoke to the radiator is not carried out in the spatially maximum possible training.
  • the magnetic yoke may be formed such that in several sections, the end faces of the magnetic yoke to the hot plate have different distances.
  • the flow pattern of the magnetic flux can be selectively influenced or effected by amplification or attenuation.
  • the distances can be formed by a linear or non-linear course relative to the surface of the heating plate to the end face of the magnetic yoke.
  • the object is achieved by a method for operating an above-described induction heating device for industrial purposes or industrial applications, wherein the induction coil and the magnetic yoke are designed such that a constant power input per area for heating the radiator is effected via the surface of the radiator facing the surface inductor, and a homogeneous temperature field is generated in the radiator via the surface facing the surface inductor.
  • the induction coil and the magnetic yoke are designed such that a constant power input per area for heating the radiator is effected via the surface of the radiator facing the surface inductor, and a homogeneous temperature field is generated in the radiator via the surface facing the surface inductor.
  • Fig. 1 shows in a perspective view of a semi-model, an induction heater 10 for industrial applications or purposes.
  • the induction heater 10 has an electrically conductive heating plate 12, which is cuboid and has flat surfaces.
  • a magnetic yoke is arranged according to the outer dimensions of the heating plate 12, wherein in the magnetic yoke 14, an induction coil 16 is received.
  • the induction coil 16 is formed here as a flat coil, wherein the windings of the induction coil 16 are arranged spirally.
  • the induction coil 16 is operated or acted upon by an alternating electrical voltage, so that an alternating electromagnetic field is generated by the induction coil 16, so that 16 eddy currents and Ummagnetmaschineen in the heating plate 12 are generated by the electromagnetic alternating field of the induction coil, whereby the power in the heating plate 12 is transferred, so that a homogeneous temperature distribution in the heating plate 12 over the entire surface of the heating plate 12, which faces the induction coil, is effected.
  • the heating plate 12 is hereby made of a soft magnetic and electrically conductive material.
  • the induction coil 16 has windings 161, 162, 163 which have different distances from one another, for example, the inner windings 161 are spaced closer to each other than the middle windings 162.
  • the outer windings 163 are in turn in a smaller Spaced apart from each other as the central windings 162.
  • the closely adjacent turns 161 are disposed in field regions with weak coupling to the heating plate 12, while the more widely spaced (middle) turns 162 are arranged in regions of strong coupling.
  • the outer closely adjacent turns 163 are also arranged in field regions with a strong coupling between the induction coil 16 and the heating plate 12.
  • the magnetic yoke 14 is preferably made of soft magnetic ferrite material, wherein the magnetic yoke 14 is formed such that magnetically strongly coupled to the heating plate 12 regions undergo a weakening of the coupling and magnetically weakly coupled regions are enhanced.
  • induction heater 10 differs from the in Fig. 1 illustrated induction heating device 10 characterized in that in addition to the weak coupling in addition to a local location, an additional coil 166 is formed above the formed as a flat coil induction coil 16.
  • an additional turn 165 can also be arranged above the (normal) winding plane of the induction coil 16 in this region of the weak coupling.
  • the additional winding can also be arranged below the winding plane of the induction coil 16.
  • Fig. 3 is shown in the perspective view of the magnetic yoke 14 that the magnetic yoke 14 has on the bottom recesses 141, which are arranged in the region of strong coupling of the magnetic field with the heating plate 12.
  • the end face 142 may have flats 143, for example, on the longitudinal side. As a result, the distance between the magnetic yoke 14 and the heating plate 12 is varied. Furthermore, the end face 142 may also have elevations or elevations at local positions.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft u.a. eine Induktionsheizeinrichtung (10) für industrielle Zwecke oder industrielle Anwendungen. Die Induktionsheizeinrichtung (10) ist mit wenigstens einem eine mit Wechselspannung beaufschlagbare Induktionsspule (16) aufweisenden Flächeninduktor und mit einem durch den Flächeninduktor erwärmbaren Heizkörper (12), der eine dem Flächeninduktor zugewandte Fläche aufweist, und mit einem Magnetjoch (14) für die Führung des von der Induktionsspule (16) erzeugten oder erzeugbaren Magnetfelds ausgebildet, wobei die Induktionsspule (16) und das Magnetjoch (14) derart ausgebildet sind, dass über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche des Heizkörpers (12) ein konstanter Leistungseintrag pro Fläche zur Erwärmung des Heizkörpers (12) erfolgt und im Heizkörper über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche ein homogenes Temperaturfeld erzeugt wird oder erzeugbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizeinrichtung für industrielle Zwecke oder Anwendungen sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Induktionsheizeinrichtung.
  • Im Stand der Technik ist bekannt, dass industrielle Verpackungsmaschinen zum Verpacken von Packgut zum Versiegeln oder Formen sowie zum Verkleben der Verpackung Heiz-, Form- und/oder Siegelwerkzeuge oder dergleichen aufweisen. Beispielsweise ist in DE 10 2007 059 812 A1 eine Verpackungsmaschine zum Verpacken von Tabakgut mit einer Induktionsheizung als Heizung offenbart.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Heizsystem für industrielle Anwendungen oder Zwecke, wie zum Beispiel bei einer Verpackungsmaschine oder dergleichen, bereitzustellen, wobei insbesondere eine flächig verteilte homogene Temperatur, zum Beispiel für einen Klebeprozess oder Versiegelungsprozess, bereitgestellt werden soll.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Induktionsheizeinrichtung für industrielle Zwecke oder industrielle Anwendungen mit wenigstens einem eine mit Wechselspannung beaufschlagbare Induktionsspule aufweisenden Flächeninduktor und mit einem durch den Flächeninduktor erwärmbaren Heizkörper, der eine dem Flächeninduktor zugewandte Fläche aufweist und mit einem Magnetjoch für die Führung des von der Induktionsspule erzeugten oder erzeugbaren Magnetfelds, wobei die Induktionsspule und das Magnetjoch derart ausgebildet sind, dass über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche des Heizkörpers ein konstanter Leistungseintrag pro Fläche zur Erwärmung des Heizkörpers erfolgt und im Heizkörper über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche ein homogenes Temperaturfeld erzeugt wird oder erzeugbar ist.
  • Gemäß der Erfindung weist die Induktionsheizeinrichtung als Induktionsspule eine elektrische Spule auf, mittels der ein Magnetfeld in wechselnder Polarisierung zur Erzeugung von Wärme in einem von dem Wechselmagnetfeld durchdrungenen, elektrisch leitfähigen Heizkörper, insbesondere Heizplatte oder dergleichen, erzeugt werden kann. Durch das elektromagnetische Wechselfeld der Induktionsspule bei Beaufschlagung der Induktionsspule mit Wechselspannung werden in dem Heizkörper Wirbelströme induziert und Ummagnetisierungen erzeugt, wobei aufgrund von Ummagnetisierungsverlusten und von ohmschen Verlusten durch die Wirbelströme die in den Heizkörper übertragene Leistung in Wärme umgewandelt wird, wodurch eine homogene Temperaturverteilung in dem Heizkörper bewirkt wird.
  • Die erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung wird beispielsweise bei industriellen Induktionsheizanlagen für den Maschinenbau eingesetzt oder verwendet, bei denen insbesondere ein Temperaturfeld mit einem geringen Temperaturgradienten oder mit einer konstanten Temperatur, d.h. einem homogenisierten Temperaturfeld für die Klebe- oder Siegelprozesse oder dergleichen, benötigt wird.
  • Beispielsweise ist es möglich, die Induktionsheizeinrichtung bei Induktionshärteanlagen, Induktionsheizöfen, Induktionsheizwalzen oder Induktionsherden mit Regeleinheiten einzusetzen bzw. zu verwenden, bei denen eine flächig verteilte homogene Temperatur mit engen Toleranzen zum Beispiel für Klebeprozesse oder Siegelprozesse erforderlich ist.
  • Ist beispielsweise der Heizkörper als flächige Heizplatte ausgebildet, wird die Feldverteilung des Magnetfelds durch die Form der Induktionsspule und die Gestaltung des Magnetjochs zur Führung des (Wechsel-)Magnetfelds festgelegt. Durch das Magnetjoch wird das von der Induktionsspule erzeugte Magnetfeld derart geführt, dass eine bevorzugte oder optimale Einkopplung des Magnetfelds in den weichmagnetischen, elektrisch leitenden Heizkörper erfolgt. Insbesondere ist es dadurch möglich, den Heizkörper bzw. die Heizplatte, die der Induktionsspule gegenüber angeordnet ist, derart zu erwärmen, dass der Heizkörper an seiner wärmeabgebenden Seite bzw. Kontaktseite ein homogenisiertes Temperaturfeld aufweist.
  • Dadurch, dass die Induktionsspule und das Magnetjoch derart ausgebildet und gegebenenfalls in ihren geometrischen Abmessungen aufeinander abgestimmt sind, ist es möglich, dass über die gesamte Fläche des Heizkörpers, die dem Flächeninduktor zugewandt ist, eine vorbestimmte, konstante Leistung pro Fläche mittels des magnetischen Wechselfelds übertragen wird, wodurch im Heizkörper über die gesamte Fläche ein homogenes Temperaturfeld bei einer vorbestimmten Temperatur mit einer Toleranz von weniger als ±5 %, vorzugsweise weniger als ± 3 % oder weniger als ± 1 %, erzeugt wird.
  • Dazu ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Induktionsspule als Zylinderspule oder Flachspule ausgebildet ist und/oder dass der Heizkörper als Heizplatte ausgebildet ist. Insbesondere weist der Heizkörper bzw. die Heizplatte eine der Induktionsspule zugewandte ebene Oberfläche auf. Vorzugsweise ist der Heizkörper als quaderförmige Heizplatte ausgebildet.
  • Vorzugsweise ist das Magnetjoch derart ausgebildet, dass die Induktionsspule von dem Magnetjoch umgeben ist oder darin aufgenommen ist.
  • Um eine homogene Verteilung der Temperatur, vorzugsweise mit einer engen Toleranz, im Heizkörper zu erzeugen, ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass die Induktionsspule wenigstens eine ungleichmäßige Wicklung aufweist, da hierdurch aufgrund einer ungleichmäßigen Anordnung der Wicklung der Spule, beispielsweise als Flachspule, über die gesamte Koppelfläche der Spule zum Heizkörper, insbesondere Heizplatte, eine gleichmäßige Kopplung des Magnetfeldes erreicht wird, da hierdurch in Feldbereichen mit starker Kopplung zum Heizkörper die Abstände zwischen den Windungen, insbesondere individuell, vergrößert sind, während in Feldbereichen mit schwacher Kopplung die Windungen einen engeren Abstand aufweisen. Dadurch ergibt sich eine nicht äquidistante oder gleichmäßig gewickelte Spule, so dass über die gesamte Koppelfläche der Induktionsspule zum Heizkörper eine einheitliche oder im Wesentlichen gleichförmige Kopplung unter Berücksichtigung unterschiedlicher Koppelbereiche erreicht wird.
  • Durch die Variation der Abstände zwischen den Windungen der Induktionsspule wird eine vorbestimmte, vorzugsweise optimale, Feldverteilung des Magnetfeldes für eine homogene Temperaturverteilung in dem Heizkörper oder der Heizplatte ausgebildet.
  • Darüber hinaus ist es bei der Induktionsheizeinrichtung bevorzugt, dass der Flächeninduktor neben der Induktionsspule an wenigstens einer lokalen Position eine Zusatzwindung, insbesondere in einer anderen Wicklungsebene als die Wicklungsebene der Induktionsspule, und/oder wenigstens eine lokale Zusatzspule, vorzugsweise an einer vorbestimmten Position, aufweist, so dass hierdurch die Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem Heizkörper gezielt beeinflusst wird. Beispielsweise ist es durch die Bereitstellung von wenigstens einer lokalen Zusatzwindung oder mehrerer Zusatzwindungen, zum Beispiel in einer anderen Wicklungsebene der Spule, oder durch die Verwendung von wenigstens einer kleinen lokalen Zusatzspule in Bereichen mit einer schwachen Kopplung des Magnetfelds zum Heizkörper möglich, die Kopplung zwischen der Heizspule und dem Heizkörper gezielt zu beeinflussen. Insbesondere sind die Zusatzwindung(en) oder Zusatzspule(n) in Bereichen schwacher Kopplung oder in Bereichen von lokalen Modifikationen des Spulenwindungsverlaufs, zum Beispiel bei ebenen oder räumlich ausgebildeten mäandrierenden Schlangenlinien, möglich.
  • Außerdem zeichnet sich eine Ausgestaltung der Induktionsheizeinrichtung dadurch aus, dass das Magnetjoch weichmagnetisches Material, insbesondere weichmagnetischer Ferrit, aufweist oder aus weichmagnetischem Material, insbesondere Ferrit, hergestellt ist. Hierbei ist insbesondere das Magnetjoch aus weichmagnetischem Ferritmaterial gebildet, das derart ausgebildet oder geformt ist, dass die Kopplung des Magnetfelds bei magnetisch stark zum Heizkörper gekoppelten Bereichen durch Abschnitte des Magnetjochs abgeschwächt wird und die Kopplung des Magnetfelds bei magnetisch schwach zum Heizkörper gekoppelten Bereichen durch Abschnitte des Magnetjochs verstärkt wird.
  • Des Weiteren ist es zur Ausbildung einer stärkeren oder abgeschwächten Kopplung zwischen der Induktionsspule und dem Heizkörper vorgesehen, dass das Magnetjoch wenigstens eine Aussparung aufweist und/oder das Magnetjoch in einzelnen Abschnitten unterschiedliche Querschnitte aufweist, so dass der Feldverlauf des Magnetfelds modifizierbar oder modifiziert ist. Dadurch wird das Magnetjoch derart ausgestaltet, dass der Flussverlauf des magnetischen Flusses die Koppelbereiche des Heizkörpers mit schwacher Kopplung zum Magnetjoch verstärkt und die Koppelbereiche des Heizkörpers mit schwacher Kopplung zum Magnetjoch abschwächt.
  • Dazu ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die dem Heizkörper zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs derart angepasst oder ausgebildet sind, dass der Flussverlauf des magnetischen Flusses bei wenigstens einem Koppelbereich des Heizkörpers mit schwacher Kopplung zum Magnetjoch verstärkt wird und/oder der Flussverlauf des magnetischen Flusses bei wenigstens einem Koppelbereich des Heizkörpers mit starker Kopplung zum Magnetjoch abgeschwächt wird.
  • Ferner ist es bei einer Ausführungsform der Induktionsheizeinrichtung vorgesehen, dass der Abstand zwischen den dem Heizkörper zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs und dem Heizkörper einstellbar ist und/oder dass wenigstens zwei Bereiche der dem Heizkörper zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs unterschiedliche Abstände zum Heizkörper aufweisen. Insbesondere werden die Stirnflächen des Magnetjochs in ihrem Querschnitt und/oder in ihrer Position zum Heizkörper so gestaltet, dass der Abstand der Stirnflächen zum Heizkörper und somit auch ein Luftspalt zwischen dem Magnetjoch und dem Heizkörper lokal einstellbar sind. Beispielsweise wird der innere Übergang des Magnetjochs zum Heizkörper bei einem Magnetjoch mit Flachspule gegenüber einem minimal möglichen Abstand zurückgesetzt bzw. gestuft ausgebildet und/oder der äußere Übergang des Magnetjochs zum Heizkörper nicht in der räumlich maximal möglichen Ausbildung ausgeführt. Insbesondere kann das Magnetjoch derart ausgebildet sein, dass in mehreren Abschnitten die Stirnflächen des Magnetjochs zur Heizplatte verschiedene Abstände aufweisen.
  • Darüber hinaus können auch durch unterschiedliche Querschnitte des Magnetjochs in verschiedenen Abschnitten des Magnetjochs der Flussverlauf des magnetischen Flusses durch Verstärkung oder Abschwächung gezielt beeinflusst bzw. bewirkt werden. Außerdem können auch die Abstände durch einen linearen oder nichtlinearen Verlauf gegenüber der Oberfläche der Heizplatte zur Stirnfläche des Magnetjochs gebildet werden. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, zur lokalen Schwächung des Magnetfelds durch magnetische Engpässe, beispielsweise in Form einer Präzisierung des Jochquerschnitts oder durch Verwendung von lokalen Jochabschnitten aus magnetisch gegenüber dem restlichen Jochmaterial schlechter leitendem Ferritmaterial, das Magnetfeld zu schwächen.
  • Insgesamt wird durch die erfindungsgemäße Induktionsheizeinrichtung ein homogenes Temperaturfeld in dem Heizkörper bzw. der Heizplatte bereitgestellt, wobei erfindungsgemäß Hotspots in dem Heizkörper vermieden werden.
  • Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer voranstehend beschriebenen Induktionsheizeinrichtung für industrielle Zwecke oder industrielle Anwendungen, wobei die Induktionsspule und das Magnetjoch derart ausgebildet sind, dass über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche des Heizkörpers ein konstanter Leistungseintrag pro Fläche zur Erwärmung des Heizkörpers erfolgt und im Heizkörper über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche ein homogenes Temperaturfeld erzeugt wird. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die obigen Ausführungen ausdrücklich verwiesen.
  • Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
    • Fig. 1
    schematisch eine perspektivische Ansicht einer Induktionsheizeinrichtung in einer Halbmodelldarstellung;
    Fig. 2
    schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Induktionsheizeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht einer Halbmodelldarstellung und
    Fig. 3
    schematisch eine perspektivische Ansicht eines Magnetjochs mit einer Induktionsspule für eine Induktionsheizeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
  • In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
  • Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eines Halbmodells eine Induktionsheizeinrichtung 10 für industrielle Anwendungen oder Zwecke. Die Induktionsheizeinrichtung 10 weist eine elektrisch leitfähige Heizplatte 12 auf, die quaderförmig ausgebildet ist und ebene Oberflächen aufweist.
  • Unterhalb der Heizplatte 12 ist ein Magnetjoch entsprechend den äußeren Abmessungen der Heizplatte 12 angeordnet, wobei in dem Magnetjoch 14 eine Induktionsspule 16 aufgenommen ist. Die Induktionsspule 16 ist hierbei als Flachspule ausgebildet, wobei die Windungen der Induktionsspule 16 spiralförmig angeordnet sind.
  • Die Induktionsspule 16 wird mit einer elektrischen Wechselspannung betrieben bzw. beaufschlagt, so dass ein elektromagnetisches Wechselfeld durch die Induktionsspule 16 erzeugt wird, so dass durch das elektromagnetische Wechselfeld der Induktionsspule 16 Wirbelströme und Ummagnetisierungen in der Heizplatte 12 erzeugt werden, wodurch die Leistung in die Heizplatte 12 übertragen wird, so dass eine homogene Temperaturverteilung in der Heizplatte 12 über die gesamte Fläche der Heizplatte 12, die der Induktionsspule zugewandt ist, bewirkt wird. Die Heizplatte 12 ist hierbei aus einem weichmagnetischen und elektrisch leitenden Material hergestellt.
  • Um eine optimierte Induktionskopplung zu erreichen, weist die Induktionsspule 16 Windungen 161, 162, 163 auf, die zueinander unterschiedliche Abstände aufweisen, zum Beispiel sind die inneren Windungen 161 enger zueinander beabstandet als die mittleren Windungen 162. Die äußeren Windungen 163 sind ihrerseits in einem kleineren Abstand zueinander beabstandet als die mittleren Windungen 162.
  • Beispielsweise sind die eng nebeneinander liegenden Windungen 161 in Feldbereichen mit schwacher Kopplung zur Heizplatte 12 angeordnet, während die weiter auseinanderliegenden (mittleren) Windungen 162 in Bereichen mit starker Kopplung angeordnet sind. Die äußeren enger nebeneinanderliegenden Windungen 163 sind ebenfalls in Feldbereichen mit einer starken Kopplung zwischen der Induktionsspule 16 und der Heizplatte 12 angeordnet. Das Magnetjoch 14 ist vorzugsweise aus weichmagnetischem Ferritmaterial hergestellt, wobei das Magnetjoch 14 derart ausgebildet ist, dass magnetisch stark zur Heizplatte 12 gekoppelte Bereiche eine Abschwächung der Kopplung erfahren und magnetisch schwach gekoppelte Bereiche verstärkt werden.
  • Die in Fig. 2 gezeigte Induktionsheizeinrichtung 10 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dargestellten Induktionsheizeinrichtung 10 dadurch, dass im Bereich der schwachen Kopplung zusätzlich an einer lokalen Stelle eine Zusatzspule 166 oberhalb der als Flachspule ausgebildeten Induktionsspule 16 ausgebildet ist. Darüber hinaus kann auch in diesem Bereich der schwachen Kopplung eine Zusatzwindung 165 oberhalb der (normalen) Wicklungsebene der Induktionsspule 16 angeordnet sein. In einer weiteren Ausgestaltung kann die Zusatzwindung auch unterhalb der Wicklungsebene der Induktionsspule 16 angeordnet sein.
  • In Fig. 3 ist in der perspektivischen Darstellung des Magnetjochs 14 dargestellt, dass das Magnetjoch 14 an der Unterseite Aussparungen 141 aufweist, die im Bereich der starken Kopplung des Magnetfelds mit der Heizplatte 12 angeordnet sind.
  • Darüber hinaus ist in Fig. 3 gezeigt, dass das Magnetjoch 14 eine der Heizplatte 12 zugewandte Stirnfläche 142 aufweist, wobei zur Modifikation der Koppelbereiche die Stirnfläche 142 Abflachungen 143 zum Beispiel an der Längsseite aufweisen kann. Hierdurch wird der Abstand zwischen dem Magnetjoch 14 und der Heizplatte 12 variiert. Ferner kann die Stirnfläche 142 auch an lokalen Positionen Erhebungen oder Erhöhungen aufweisen.
  • Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit "insbesondere" oder "vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Induktionsheizeinrichtung
    12
    Heizplatte
    14
    Magnetjoch
    16
    Induktionsspule
    141
    Aussparung
    142
    Stirnfläche
    143
    Abflachung
    161
    Windung
    162
    Windung
    163
    Windung
    165
    Zusatzwindung
    166
    Zusatzspulen

Claims (9)

  1. Induktionsheizeinrichtung (10) für industrielle Zwecke oder industrielle Anwendungen mit wenigstens einem eine mit Wechselspannung beaufschlagbare Induktionsspule (16) aufweisenden Flächeninduktor und mit einem durch den Flächeninduktor erwärmbaren Heizkörper (12), der eine dem Flächeninduktor zugewandte Fläche aufweist, und mit einem Magnetjoch (14) für die Führung des von der Induktionsspule (16) erzeugten oder erzeugbaren Magnetfelds, wobei die Induktionsspule (16) und das Magnetjoch (14) derart ausgebildet sind, dass über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche des Heizkörpers (12) ein konstanter Leistungseintrag pro Fläche zur Erwärmung des Heizkörpers (12) erfolgt und im Heizkörper über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche ein homogenes Temperaturfeld erzeugt wird oder erzeugbar ist.
  2. Induktionsheizeinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (16) als Zylinderspule oder Flachspule ausgebildet ist und/oder dass der Heizkörper (12) als Heizplatte (12) ausgebildet ist.
  3. Induktionsheizeinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspule (16) wenigstens eine ungleichmäßige Wicklung aufweist.
  4. Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Flächeninduktor neben der Induktionsspule (16) an wenigstens einer lokalen Position eine Zusatzwindung (166), insbesondere in einer anderen Wicklungsebene als die Wicklungsebene der Induktionsspule (16), und/oder wenigstens eine lokale Zusatzspule (165), vorzugsweise an einer vorbestimmten Position, aufweist.
  5. Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (14) weichmagnetisches Material, insbesondere weichmagnetischer Ferrit, aufweist oder aus weichmagnetischem Material, insbesondere Ferrit, hergestellt ist.
  6. Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetjoch (14) wenigstens eine Aussparung aufweist und/oder das Magnetjoch (14) unterschiedliche Querschnitte aufweist, so dass der Feldverlauf des Magnetfelds modifizierbar oder modifiziert ist.
  7. Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Heizkörper (12) zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs (14) derart angepasst oder ausgebildet sind, dass der Flussverlauf des magnetischen Flusses bei wenigstens einem Koppelbereich des Heizkörpers (12) mit schwacher Kopplung zum Magnetjoch (14) verstärkbar wird und/oder der Flussverlauf des magnetischen Flusses bei wenigstens einem Koppelbereich des Heizkörpers (12) mit starker Kopplung zum Magnetjoch (14) abgeschwächt wird.
  8. Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den dem Heizkörper (12) zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs (14) und dem Heizkörper (12) einstellbar ist und/oder dass wenigstens zwei Bereiche der dem Heizkörper (12) zugewandten Stirnflächen des Magnetjochs (14) unterschiedliche Abstände zum Heizkörper (12) aufweisen.
  9. Verfahren zum Betreiben einer Induktionsheizeinrichtung (10) für industrielle Zwecke oder industrielle Anwendungen, wobei die Induktionsheizeinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist, wobei die Induktionsspule (16) und das Magnetjoch (14) derart ausgebildet sind, dass über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche des Heizkörpers (12) ein konstanter Leistungseintrag pro Fläche zur Erwärmung des Heizkörpers (12) erfolgt und im Heizkörper (12) über die dem Flächeninduktor zugewandte Fläche ein homogenes Temperaturfeld erzeugt wird.
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