EP3363263B1 - Induktionsofen, strangpressanlage und verfahren - Google Patents

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EP3363263B1
EP3363263B1 EP16766293.1A EP16766293A EP3363263B1 EP 3363263 B1 EP3363263 B1 EP 3363263B1 EP 16766293 A EP16766293 A EP 16766293A EP 3363263 B1 EP3363263 B1 EP 3363263B1
Authority
EP
European Patent Office
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permanent magnets
induction furnace
workpiece
magnets
furnace according
Prior art date
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Active
Application number
EP16766293.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3363263A1 (de
Inventor
Helmut Soltner
Peter BLÜMLER
Harald GLÜCKLER
Werner Witte
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.)
BUELTMANN GmbH
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Bueltmann GmbH
Forschungszentrum Juelich 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 Bueltmann GmbH, Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Bueltmann GmbH
Publication of EP3363263A1 publication Critical patent/EP3363263A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3363263B1 publication Critical patent/EP3363263B1/de
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    • 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
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/102—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces the metal pieces being rotated while induction heated

Definitions

  • the invention relates to an induction furnace for heating a workpiece made of metal, in particular to temperatures between 400 ° C. and 1100 ° C. for industrial applications.
  • the invention also relates to an extrusion plant comprising an induction furnace and a method for heating a workpiece in an induction furnace.
  • an eddy current is generated with the aid of a magnetic field that changes relative to the workpiece made of metal. This heats the workpiece.
  • a coil can be adapted to desired geometric requirements with little technical effort.
  • Coils have a relatively low weight and a relatively small installation space.
  • Conventional induction furnaces therefore include coils for generating alternating magnetic fields.
  • a device with a crucible for melting substances is known.
  • a changing magnetic field is generated using a coil.
  • permanent magnets are used to generate a constant magnetic field with which, among other things, a melt flow is to be calmed.
  • a linear drive can be used to transport melt material into and out of the facility.
  • coils made of superconducting material can be used. The one then to be operated The technical effort is very high, however, so that induction furnaces of this type have not become established in practice.
  • a device for inductive heating of a metallic workpiece includes a tubular body that carries a plurality of permanent magnets disposed within the tubular body.
  • the workpiece is placed inside the tubular body.
  • a motor rotates the tubular body with respect to the workpiece to heat the workpiece.
  • a device and a corresponding method for inductive heating of a workpiece is described in the publication US 2010/0147833 A1 disclosed.
  • a first magnetic unit is rotated around a metal workpiece using a superconducting coil.
  • Magnetic heating is also used in the U.S. 3,272,956 described.
  • the induction furnace comprises a plurality of permanent magnets for generating a magnetic field in an interior.
  • a holding device by which a workpiece can be held in the interior for heating.
  • a drive preferably with a controllable speed for generating a relative movement between the holding device and the permanent magnets.
  • the permanent magnets provide a magnetic field without having to use electrical energy. Due to the relative movement generated by the drive, the magnetic field in the metallic workpiece that is to be heated changes. In this way, an eddy current is generated in the metallic workpiece, which heats the workpiece. If the speed of the drive can be regulated, the heating process can be controlled by changing the speed.
  • the drive energy required for the drive usually electrical energy for a torque applied by an electric motor, is converted into thermal energy with almost no loss by the resulting eddy currents in the workpiece.
  • a metallic workpiece can thus be heated to a forming temperature with comparatively little energy, which enables forming such as extrusion.
  • the material-dependent forming temperatures required for such a forming as extrusion are generally between 400 ° C and 1100 ° C, which can be achieved with the induction furnace according to the claims.
  • non-ferrous metals such as aluminum, copper or brass are processed by extrusion, for example into aluminum profiles for windows or aluminum semi-finished products, aluminum or copper pipes or copper and brass profiles.
  • Bolts are typically used as the workpiece.
  • Such bolts made of aluminum, copper or brass usually have circular cross-sections with diameters of 100 to 400 mm and lengths between 250 and 1500 mm.
  • Such workpieces can be brought to the temperatures required for hot forming in order to subsequently z. B. reshaped by extrusion.
  • the holding device is preferably implemented by a clamping device.
  • a workpiece to be heated is clamped between two clamping cylinders of the holding device and thus preferably held solely by a force fit or friction fit.
  • This embodiment makes it possible to arrange the holding device including its clamping cylinder outside the interior or at least largely outside the interior and thus outside the strong magnetic field present therein. In this way, undesired heating of the holding device due to eddy currents occurring in the holding device as a result of relative movements is avoided or at least kept low.
  • the permanent magnets are thermally shielded from the interior.
  • the permanent magnets are preferably at a relatively small distance from the workpiece to be heated in order to be able to heat them to a sufficiently high level with little expenditure of energy.
  • the thermal shielding is provided, which thermally separates a workpiece located in the induction furnace from the permanent magnets.
  • the thermal shield includes in particular a polished surface that adjoins the interior.
  • the permanent magnets can be suitably protected from heat in a technically particularly simple manner.
  • At least the polished surface helps to adequately protect the permanent magnets from heat.
  • the polished surface basically consists of metal, for example aluminum with a polished surface or a stainless steel with a polished surface facing the interior.
  • the thermal shield preferably protrudes from the end faces of the permanent magnets in order to further improve the protection of the permanent magnets from overheating, without having to actively cool them in a technically complex manner.
  • the induction furnace preferably does not include any active cooling, for example, which consumes electrical energy, in order to keep the technical effort and the installation space small. If necessary, however, provision can still be made to provide active cooling, for example.
  • the thermal shield comprises a plurality of walls which are preferably spatially separated from one another by spacers.
  • Each wall can consist of a sheet metal, which on the one facing the interior Side is preferably polished.
  • One or more hollow cylinders that separate the permanent magnets from the interior can be provided as a shield. Because of spacers, a gap then remains between two hollow cylinders. A space filled with gas - for example with air - then remains between two hollow cylinders. In this way, permanent magnets can be better protected from the heat that arises in the interior due to the heating of the material. It is possible to heat workpieces made of metal to temperatures of 400 ° C and more without having to actively cool permanent magnets in a technically complex manner.
  • a device which is rotated around the interior space during operation and thereby generates a gas or air flow through the induction furnace.
  • the device comprises deflection means which, by means of a rotary movement, are able to deflect air in such a way that a gas or air flow is generated through the induction furnace.
  • deflection means which, by means of a rotary movement, are able to deflect air in such a way that a gas or air flow is generated through the induction furnace.
  • permanent magnets can be suitably protected from overheating.
  • wall areas of the shield are structured in such a way that air or gas transport along the shield is thereby supported in order to dissipate heat in this way.
  • there are webs, fins or troughs which run from an inlet opening into the induction furnace to an outlet opening out of the induction furnace or are at least directed in such a way as to promote the desired air or gas flow through the induction furnace.
  • the webs, fins or grooves in particular run obliquely relative to the axis of rotation of the permanent magnets and thus antiparallel to the axis of rotation in order to promote the desired gas or air transport to a particular degree.
  • the thermal shield can preferably be moved by a drive, in particular together with the permanent magnets. Only one drive is preferably provided for this in order to minimize the technical effort. This promotes an exchange of gas or air along the shield and / or inside the shield and thus further improves the thermal shield without having to use active cooling for permanent magnets.
  • a drive which drives a wing arrangement in such a way that an air flow is thereby generated adjacent to the interior space and preferably along the interior space and / or through the induction furnace. Permanent magnets are thus protected against excessive heating without having to actively cool.
  • the wing arrangement is preferably moved together with the permanent magnets by only one drive in order to minimize the number of drives required and thus the technical effort.
  • wings include attachments on the end faces of the induction furnace which, in the event of relative movements, cause an air flow into and / or out of the induction furnace.
  • the drive mentioned in each case is in particular an electric drive, which basically comprises an electric motor.
  • the speed of the motor is preferably adjustable.
  • the direction of magnetization of a permanent magnet runs from the south pole to the north pole of the permanent magnet.
  • Such directions of magnetization of the permanent magnets are preferably oriented differently in order to provide a particularly strong magnetic field in the interior.
  • the alignment of a direction of magnetization of a permanent magnet is tilted in particular relative to the alignment of the direction of magnetization of an annularly adjacent permanent magnet. This tilting direction is maintained along a ring shape, so that the magnetization direction of the permanent magnet too Permanent magnet is tilted in one direction in order to be able to provide a particularly strong magnetic field in the interior.
  • the permanent magnets opposite one another within a ring shape have the same direction of magnetization in order to provide a particularly strong magnetic field in the interior.
  • the tilt angle by which the magnetization direction of two permanent magnets arranged adjacent along a ring shape is tilted is at least 10 °, preferably at least 20 °, particularly preferably at least 30 ° and / or not more than 60 °, particularly preferably not more than 50 °.
  • the direction of magnetization of one permanent magnet then forms an angle of at least 10 °, preferably at least 20 °, particularly preferably at least 30 ° and / or not more than 60 °, particularly preferably not more than 50 °, with the magnetization direction of the permanent magnet adjacent along the ring shape .
  • Such tilt angles have proven to be suitable for providing a suitably strong magnetic field in the interior, which enables heating to forming temperatures even with relatively slow relative movements.
  • the drive can preferably rotate the permanent magnets around the interior. This avoids having to turn a highly heated workpiece, which is technically not easy due to the development of heat and the limited space available. But it is also possible to rotate the workpiece relatively slowly in the opposite direction. In addition, it is also possible to just rotate the workpiece in order to heat the workpiece to the forming temperature.
  • the permanent magnets are preferably arranged one above the other, next to one another and / or one behind the other, in order to be in the interior to be able to provide a strong magnetic field.
  • the permanent magnets are particularly preferably arranged in multiple layers, the layers being offset from one another in order to be able to provide a strong magnetic field in the interior without having to provide an excessively large installation space for the permanent magnets.
  • a distance preferably remains between a ring shape formed from permanent magnets and an adjacent ring shape formed from permanent magnets arranged above or below it. This distance makes it possible to hold or fix the permanent magnets in a suitable manner by means of a permanent magnet holder. This distance is filled in particular with structural material, which also ensures that centrifugal forces are absorbed during rotation.
  • the permanent magnets are held non-rotatably relative to one another by such a permanent magnet holder, in particular by means of a form fit. If the permanent magnets are to be moved, it is sufficient to move the permanent magnet holder and thus also all of the permanent magnets. The technical effort can thus be kept low.
  • a magnetic shield and / or a thermal shield are attached to the inside of the permanent magnet holder.
  • the permanent magnet holder is preferably made of aluminum, titanium and / or stainless steel, that is to say of a metal which is not magnetizable or is only weakly magnetizable. In particular, no ferromagnetic material is used for the holder. This helps ensure that a strong magnetic field can be provided in the interior.
  • external permanent magnets preferably have a larger diameter than internal permanent magnets in order to have a particularly strong magnetic field in the interior provide.
  • External permanent magnets are at a greater distance from the interior than internal permanent magnets.
  • the diameter of the magnets increases continuously from the inside to the outside. It is thus possible, further improved, to provide a strong magnetic field in the interior.
  • the permanent magnets have a non-rotationally symmetrical cross section.
  • the cross section is in particular polygonal and / or includes a bevel. This enables a non-rotatable mounting in a technically simple manner, which ensures the desired alignment of magnetic fields.
  • the direction of magnetization of the respective permanent magnet can be indicated, for example by a bevel, in order to facilitate a correct arrangement during the construction of the induction furnace.
  • a bevel is always present at the north pole of each permanent magnet in order to indicate the north pole.
  • a permanent magnet holder is provided with inserts for permanent magnets which specify an installation direction and installation position. It is then only possible in exactly one way to bring a permanent magnet with a non-rotationally symmetrical cross section into an insert. Installation errors are avoided particularly reliably in this way.
  • the permanent magnets comprise a bevel or some other alignment means which ensures that only one installation direction is possible.
  • the further magnets in addition to the permanent magnets already mentioned, namely adjacent to areas of the holding device for the workpiece.
  • the further magnets reduce the magnetic field generated by the permanent magnets in the area of the holding device or components thereof.
  • the further magnets are preferably arranged in a ring around the area in which the magnetic field is to be reduced. It becomes such an undesirable heating of the Holding device avoided.
  • the further magnets are arranged in particular adjacent to the end faces of the named permanent magnets.
  • the direction of magnetization of a further magnet runs from the south pole to the north pole of the further magnet.
  • Such directions of magnetization of the further magnets are preferably aligned differently in order to reduce overall the resulting magnetic field in the area of components of the holding device.
  • the alignment of a direction of magnetization of a further magnet is tilted in particular relative to the alignment of the direction of magnetization of a further magnet adjacent in a ring shape. This tilting direction is maintained along a ring shape, so that the magnetization direction is tilted from further magnet to further magnet in one direction in order to be able to keep the resulting magnetic field low in the area which is enclosed by the further magnets.
  • the further magnets opposite one another within a ring shape have the same magnetization direction in order to provide a particularly well-reduced magnetic field in the inner area.
  • the tilt angle by which the magnetization direction is tilted by two further magnets arranged adjacent along a ring shape is at least 10 °, preferably at least 20 °, particularly preferably at least 30 ° and / or not more than 60 °, particularly preferably not more than 50 °.
  • the direction of magnetization of the one further magnet then forms an angle of at least 10 °, preferably at least 20 °, particularly preferably at least 30 ° and / or not more than 60 °, particularly preferably not more than 50 °, with the magnetization direction of the further magnet adjacent along the ring shape ° a.
  • tilt angles have been found to be suitable for providing a suitably reduced magnetic field in the named inner area in order to protect components of the holding device located in the inner area from heating.
  • one drive preferably the already mentioned one drive, can rotate the further magnets around the mentioned inner area. In this way, eddy currents can be generated in electrically conductive components of the holding device, which are directed in the opposite direction to the eddy currents that are induced by the permanent magnets. Undesired heating of components of the holding device is avoided in a further improved manner.
  • the further magnets are held non-rotatably relative to one another by a magnet holder, in particular by means of a form fit.
  • the magnet holder is in particular part of the aforementioned permanent magnet holder. If the further magnets are to be moved, it is sufficient to move the magnet holder and thus also all of the further magnets. The technical effort can thus be kept low.
  • the further magnets have a non-rotationally symmetrical cross section.
  • the cross section is in particular polygonal and / or comprises a bevel, groove or some other alignment means. This enables a non-rotatable mounting in a technically simple manner, which ensures the desired alignment of magnetic fields.
  • the magnetization direction of the respective further magnet can be indicated for example by a bevel, groove or the other alignment means in order to facilitate a correct arrangement during the construction of the induction furnace.
  • a chamfer is always present at the north pole on every further magnet in order to indicate the north pole.
  • a magnet holder is provided with inserts for further magnets, which specify an installation direction and installation position. It is then only possible in exactly one way to bring each additional magnet with a non-rotationally symmetrical cross-section into an insert. Installation errors are avoided particularly reliably in this way.
  • the further magnets comprise a bevel or another Alignment means that ensure that only one installation direction is possible.
  • the further magnets mentioned are preferably also permanent magnets.
  • a magnetic shield for the holding device in addition to the further magnets which reduce the magnetic field in the area of the holding device, there is a magnetic shield for the holding device.
  • This magnetic shielding for the holding device is in particular arranged on the end face adjacent to the permanent magnets, specifically in particular adjacent to the inner circumference of the permanent magnets.
  • This magnetic shield for the holding device is preferably hollow-cylindrical, disc-shaped or funnel-shaped, the funnel shape opening outwards when viewed from the interior.
  • a funnel shape is preferred because it is particularly well shielded and a compact design is still possible.
  • This magnetic shield consists for example of ferromagnetic material.
  • the diameter of the funnel base adjoining the permanent magnets is preferably less than or equal to the diameter of the inner circumference of the annular permanent magnets.
  • the diameter of the region of the shield adjoining the permanent magnets is preferably less than or equal to the diameter of the inner circumference of the annular permanent magnets. This helps to suitably protect the holding device from heating.
  • the holding device comprises one or more ceramic cutting disks, by means of which heat conduction from the workpiece to the holding device is inhibited.
  • the holding device consists entirely or predominantly of metal. The metal is then selected to make this special is temperature resistant.
  • the forming temperature of the metal for the holding device is preferably more than 800.degree. C., particularly preferably more than 1000.degree. C., very particularly preferably more than 1100.degree.
  • the magnetic shield which magnetically shields the permanent magnets from the outside. Magnetic shielding prevents magnetic fields outside the induction furnace. In this way, heating of electrically conductive objects outside the induction furnace, which could otherwise take place when the permanent magnets move, is advantageously avoided. Metal parts are then not or hardly at all unplanned magnetically attracted by the induction furnace or otherwise impaired.
  • the magnetic shield consists for example of a material with high magnetic permeability. Ferromagnetic materials are suitable for magnetic shielding.
  • the magnetic shield is a layer made of ⁇ -metal or tempered steel.
  • the interior space is preferably elongated.
  • the interior space is therefore relatively long in comparison to its diameter.
  • a suitably strong magnetic field can be provided in such an interior space, since a small distance between the permanent magnets and the elongated central axis of the interior space is possible.
  • the interior space is in particular 25 cm to 150 cm long and / or has a diameter of 10 cm to 50 cm.
  • a suitably strong magnetic field can be provided with the aid of permanent magnets in order to be able to heat a workpiece to temperatures of more than 400 ° C. without having to perform excessively fast relative movements.
  • low frequencies with which a workpiece must be rotated relative to the permanent magnets are sufficient. Frequencies of 10-20 Hz are usually sufficient.
  • the holding device for a workpiece is designed in particular so that it is able to hold two ends of an elongated workpiece located in the interior space, basically by means of a form fit and / or force fit or frictional fit.
  • the holding device can then be arranged outside the interior.
  • the holding device can consist entirely or at least predominantly of metal without having to fear excessive heating of the holding device.
  • the holding device is designed in such a way that it is able to clamp a workpiece. A workpiece is then held non-positively or frictionally by the holding device.
  • a gas supply device which is set up so that an inert gas, in particular N 2 , Ar or CO 2 , can be passed between a workpiece located in the furnace and the walls of the furnace adjoining it, namely during heating.
  • an inert gas in particular N 2 , Ar or CO 2
  • the interior of the induction furnace, in which a workpiece is to be heated, is then flooded with inert gas. Oxidation processes on the surface of the workpiece, which occur during prolonged heating or heating and which can reduce the quality of the workpiece, are advantageously avoided.
  • the induction furnace comprises a container which can be flooded with an inert gas.
  • the container is arranged and set up in such a way that when the container is flooded, the interior of the induction furnace is also flooded with the inert gas in order to avoid disadvantageous oxidation processes.
  • the induction furnace can be encased in an outer shell, for example. If the interior of the casing is flooded, the interior of the induction furnace provided for heating a workpiece is then also flooded with inert gas.
  • the container is trough-shaped, that is to say open at the top. A gas such as CO 2 is then used as the inert gas, which is heavier than air.
  • the induction furnace comprises, in one embodiment, a device with which a vacuum can be generated in the interior of the induction furnace.
  • the interior of the Induction furnace in which a workpiece can be heated, can therefore be sealed gas-tight, for example by a closable outer shell.
  • gas can be sucked out of the interior by a pump in order to generate the desired negative pressure or a desired vacuum.
  • the furnace comprises plates, generally ring-shaped plates on end faces, which are arranged in such a way that the escape of inert gas, which is introduced into the furnace during heating to avoid oxidation processes, is hindered. In this way, in a further improved manner, disadvantageous oxidation processes and an associated deterioration in quality can be avoided.
  • the invention also relates to an extrusion plant with an induction furnace according to the claims.
  • the induction furnace is arranged in such a way that it is able to heat a workpiece prior to extrusion, in particular to a forming temperature which is usually between 400 ° C and 1100 ° C. If the workpiece has been heated to forming temperature, the heated workpiece, which can then be deformed with relatively little effort, is transported to a further station of the extrusion plant and pressed into a strand in the intended manner by this further station.
  • the further station comprises a punch with which the workpiece, which has been brought to the forming temperature, is pressed through a die. I.a.
  • Rods, wires or tubes can be produced by extrusion.
  • the invention also relates to a method for heating a workpiece made of metal in an induction furnace according to the claims by rotating the workpiece relative to the permanent magnets of the induction furnace until the workpiece has been heated to such a temperature above 400 ° C. that it allows to deform the workpiece by extrusion.
  • an inert gas is preferably conducted past one or more surfaces of the workpiece in such a way that oxidation processes begin the one or more workpiece surfaces are hindered or avoided. In this way, loss of quality can be avoided.
  • the invention enables high productivity with a simultaneous significant reduction in the directly attributable energy consumption compared to conventional induction furnaces known from the prior art.
  • the invention can also be used for hardening steels by inductive heating.
  • the Figure 1 shows a section through an induction furnace 1 with a plurality of permanent magnets 2, 3 for generating a magnetic field in an interior 4.
  • the permanent magnets 2, 3 are arranged in two layers and in a ring around the interior space 4.
  • a cylindrical workpiece 5 made of metal is arranged in the interior space 4 and is held at its ends by a holding device.
  • the external permanent magnets 2 are at a greater distance from the interior 4 than the internal permanent magnets 3.
  • the external permanent magnets 2 have a larger diameter than the internal permanent magnets 3.
  • the external permanent magnets 2 form a first ring shape.
  • the internal permanent magnets 3 form a second ring shape.
  • the permanent magnets 2 of the first annular layer are not arranged offset with respect to the permanent magnets 3 of the second annular layer. At least as a rule, a distance remains between the two annular layers. Permanent magnets within a ring shape are packed as tightly as possible and therefore have the smallest possible distance from one another, so that they at least almost touch one another.
  • a thermal shield consists of two hollow cylinders 6 acting as a shield, which are spatially separated from one another by spacers (not shown) in such a way that an air-filled gap remains between the two hollow cylinders 6.
  • the inner sides, that is to say the sides facing the interior space 4, of the hollow cylinder 6 are polished in order to reflect heat radiation particularly well.
  • the permanent magnets 2, 3 are magnetically shielded from the outside by a hollow cylindrical magnetic shield 7.
  • the hollow cylindrical magnetic shield 7 can also contribute to the absorption of forces during rotation and can therefore be shrunk on.
  • each permanent magnet 2, 3 is indicated by arrows 8, 9, 10.
  • the direction of magnetization 8 of a first in the Figure 1 Permanent magnet 2 shown above runs vertically from bottom to top, namely from the south pole to the north pole of the associated permanent magnet 2.
  • the adjacent permanent magnet 2 arranged to the right has a magnetization direction 9 that is tilted or rotated to the right by 45 ° compared to the magnetization direction 8 .
  • the direction of magnetization 8 therefore forms an angle of 45 ° with the direction of magnetization 9.
  • the permanent magnet 2, which is arranged to the right of the permanent magnet 2 with the direction of magnetization 9, has a direction of magnetization 10 that runs horizontally from left to right. This has thus been tilted or rotated further by 45 ° in comparison to the direction of magnetization 9.
  • a permanent magnet 3 of the inner ring shape has as in FIG Figure 1 shown the same magnetization direction as an adjacently arranged permanent magnet 2 of the outer ring shape.
  • the permanent magnets 2, 3 are octagonal in section and are located in inserts with an octagonal cross section of a permanent magnet holder 11 made of aluminum.
  • the permanent magnet holder 11 can be rotated around the workpiece 5 by an electrical or pneumatic drive (not shown) together with the thermal shield 6 in order to heat the workpiece 5, which is made of metal, to the forming temperature.
  • an electrical or pneumatic drive not shown
  • the interior 4 is approx. 100 cm long and has a diameter of approx. 30 cm.
  • the induction furnace 1 includes a controller, not shown, which controls the rotation of the permanent magnet holder 11 and the speed.
  • the Figure 2 shows a ring arrangement formed from four layers of polygonal permanent magnets for an induction furnace around an interior space 4.
  • the permanent magnets 12 of the outer annular layer are arranged offset with respect to the permanent magnets 13 of an annular layer adjoining it.
  • the diameter of the permanent magnets 12, which are located in the outer layer are larger than the diameter of the permanent magnets 13, which are located in the adjacent annular layer.
  • Permanent magnets 14, which are also arranged in the shape of a ring and which adjoin the inside of the ring shape with the permanent magnets 13, are again arranged offset relative to the permanent magnets 13.
  • the diameter of the permanent magnets 14 is further reduced.
  • permanent magnets 15 of the innermost annular layer are also arranged.
  • These permanent magnets 15 of the innermost annular layer are arranged offset relative to the permanent magnets 14 of the layer adjoining them.
  • the permanent magnets 15 of the innermost layer have the smallest diameter. A gap remains between the individual ring-shaped layers. Permanent magnets in one layer are in contact.
  • FIG. 3 shows an induction furnace 1 with an external magnetic shield 7.
  • a holding device for a workpiece 5 comprises two clamping cylinders 16 through which the workpiece 5 as in FIG Figure 3 shown can be clamped. The workpiece 5 is then held by a force fit or friction fit.
  • the clamping cylinders 16 are mounted on carriages 17 which can be moved along a rail 18. In this way, the workpiece 5 can be moved into the induction furnace 1 and, after heating to the forming temperature, out.
  • the clamping cylinders 16 comprise ceramic intermediate layers in order to reduce heat conduction from the workpiece into the clamping cylinder.
  • the speed of the drive (not shown) for rotating the induction furnace 1 can be regulated in order to be able to control the heating of a workpiece 5.
  • the Figure 4 shows an example of a wing arrangement for the induction furnace.
  • the shields 6 are spaced apart and rotate during operation according to arrow 21.
  • Wings 20 shown in plan view are attached to the shields 6, which are inclined in such a way that due to the rotary movement 21, incoming air is deflected by the wings 20 into the gap between the hollow cylinder 6. In this way, an air flow is generated through the gap, which is able to transport heat away.
  • the Figure 4 further clarifies that the shield preferably protrudes with respect to the permanent magnets 12, 13, 14, 15 in order to protect the permanent magnets 12, 13, 14, 15 particularly well against overheating.
  • the Figure 4 further shows that more than two hollow cylinders 6 are preferably present, for example the one in FIG Figure 4 six hollow cylinders 6 shown in order to further improve the protection of the permanent magnets 12, 13, 14, 15 from overheating.
  • the Figure 5 shows a preferred embodiment of a thermal shield with a structure 22 on the surface of a hollow cylinder 6 with a polished inside 23. Relative to the axis of rotation 24 of the hollow cylinder 6, these run Structures 6 at an angle such that a gas or air transport is thereby promoted parallel to the axis of rotation 24 when the hollow cylinder 6 is rotated during operation.
  • the structures 22 are in the form of webs. Alternatively or in addition, however, grooves can also be provided which run obliquely relative to the axis of rotation 24 in order to promote a heat-dissipating gas or air transport.
  • the Figure 6 shows annularly arranged permanent magnets 12, 13, 14, 15, 25, 26 which, in the event of a relative movement in the workpiece, generate an eddy current in order to heat the workpiece.
  • Further magnets 27 are provided adjacent to the end faces of the named permanent magnets 12, 13, 14, 15, 25, 26 to reduce the magnetic field generated by the permanent magnets in the area of the holding device.
  • the directions of magnetization of the further magnets 27 are therefore suitably aligned opposite to the directions of magnetization of the named permanent magnets 12, 13, 14, 15, 25, 26, so that the magnetic field is reduced on the end faces.
  • electrically conductive components of the holding device are then arranged, for example clamping cylinders 16.
  • the further magnets 27 are preferably likewise permanent magnets. These are preferably arranged adjacent to an inner layer, for example adjacent to the innermost layer or as in the case of the Figure 6 shown on a penultimate layer 25, seen from the outside, which adjoins the innermost layer 26 in order to reduce the magnetic field at the end faces in a particularly suitable manner.
  • the Figure 7 shows an embodiment with funnel-shaped magnetic shields 28, each of which encircles an area provided for the holding device.
  • These magnetic shields 28 for the holding device are arranged on the end face adjacent to the permanent magnets 12, 13, 14, 15.
  • Each funnel 28 adjoins the inner circumference of the innermost annular layer, which is formed from the permanent magnets 15. Starting from this inner circumference it opens the funnel shape seen from the interior, as shown in FIG Figure 7 will be shown.
  • This magnetic shield 28 consists of ferromagnetic material.
  • the Figure 8 shows an example of an inlet 29 in an end wall through which an inert gas can be passed into the furnace during heating. Opposite there are one or more end walls 30 which at least prevent the inert gas from escaping from the furnace interior. Quality losses due to oxidation processes can thus be avoided.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Induktionsofen für ein Erhitzen eines aus Metall bestehenden Werkstücks insbesondere auf Temperaturen zwischen 400°C und 1100°C für industrielle Anwendungen. Die Erfindung betrifft ferner eine Strangpressanlage umfassend einen Induktionsofen sowie ein Verfahren für ein Erhitzen eines Werkstücks in einem Induktionsofen.
  • Bei einem Induktionsofen wird mit Hilfe eines magnetischen Feldes, das sich relativ zu dem aus Metall bestehenden Werkstück ändert, ein Wirbelstrom erzeugt. Dadurch wird das Werkstück erhitzt.
  • Mit geringem technischem Aufwand können sich ändernde Magnetfelder mithilfe einer Spule erzeugt werden. Eine Spule kann mit geringem technischem Aufwand an gewünschte geometrische Anforderungen angepasst werden. Spulen weisen ein relativ geringes Gewicht und einen relativ geringen Bauraum auf. Übliche Induktionsöfen umfassen daher Spulen zur Erzeugung von magnetischen Wechselfeldern.
  • Aus der DE 39 10 777 A1 ist eine Einrichtung mit einem Tiegel für ein Schmelzen von Stoffen bekannt. Ein sich änderndes magnetisches Feld wird mithilfe einer Spule erzeugt. Daneben werden Permanentmagnete zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes eingesetzt, mit dem u. a. eine Schmelzströmung beruhigt werden soll. Mithilfe eines linearen Antriebs kann Schmelzgut in die Einrichtung hinein und aus dieser heraus transportiert werden.
  • Um elektrische Leistungsverluste bei solchen Induktionsöfen zu vermeiden, können Spulen aus supraleitendem Material eingesetzt werden. Der dann zu betreibende technische Aufwand ist allerdings sehr hoch, sodass sich derartige Induktionsöfen in der Praxis nicht durchgesetzt haben.
  • Aus der Druckschrift WO 2013/128241 A1 ist eine Vorrichtung zum induktiven Erwärmen eines metallischen Werkstücks bekannt. Die Vorrichtung umfasst einen rohrförmigen Körper, der eine Vielzahl von Permanentmagneten trägt, die innerhalb des rohrförmigen Körpers angeordnet sind. Das Werkstück wird innerhalb des rohrförmigen Körpers angeordnet. Ein Motor dreht den rohrförmigen Körper in Bezug auf das Werkstück, um das Werkstück zu erwärmen. Eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Werkstücks wird in der Druckschrift US 2010/0147833 A1 offenbart. Eine erste magnetische Einheit wird um ein metallisches Werkstück gedreht, wobei eine supraleitende Spule verwendet wird.
  • Ein Erhitzen mithilfe von Magneten wird außerdem in der US 3,272,956 beschrieben.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, mit geringem Energieaufwand ein Werkstück insbesondere für ein Umformen erhitzen zu können.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Nebenanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Der Induktionsofen umfasst zur Lösung der Aufgabe eine Mehrzahl von Permanentmagneten zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einem Innenraum. Es gibt eine Halteeinrichtung, durch weiche ein Werkstück in dem Innenraum für ein Erhitzen gehalten werden kann. Es ist ein Antrieb vorzugsweise mit einer regelbaren Drehzahl zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Halteeinrichtung und den Permanentmagneten vorhanden.
  • Durch die Permanentmagnete wird ein magnetisches Feld bereitgestellt, ohne dafür elektrische Energie aufwenden zu müssen. Durch den Antrieb wird aufgrund der damit erzeugten Relativbewegung erreicht, dass sich das magnetische Feld im metallischen Werkstück ändert, welches erhitzt werden soll. Es wird so ein Wirbelstrom im metallischen Werkstück erzeugt, durch das das Werkstück erhitzt wird. Ist die Drehzahl des Antriebs regelbar, so kann durch eine Drehzahländerung der Erhitzungsprozess gesteuert werden.
  • Es ist eine Mehrzahl von Permanentmagneten vorhanden, um deren Magnetisierungsrichtungen unterschiedlich ausrichten zu können. Die unterschiedliche Ausrichtung ermöglicht es, im Innenraum ein besonders starkes Magnetfeld von zum Beispiel 0,5 bis 1 T bereitzustellen, welches es möglich macht, ein Werkstück auf Temperaturen oberhalb von 400°C zu erhitzen, ohne dafür eine übermäßig schnelle Relativbewegung zwischen den Permanentmagneten und dem Werkstück durchführen zu müssen.
  • Die für den Antrieb aufzuwendende Antriebsenergie, im Regelfall elektrische Energie für ein elektromotorisch aufgebrachtes Drehmoment, wird nahezu verlustfrei durch die resultierenden Wirbelströme im Werkstück in Wärmeenergie umgewandelt. Insgesamt kann so mit vergleichsweise geringer Energie ein metallisches Werkstück auf eine Umformtemperatur erhitzt werden, die ein Umformen wie Strangpressen ermöglicht.
  • Die für ein solches Umformen wie Strangpressen benötigten materialabhängigen Umformtemperaturen liegen in der Regel zwischen 400 °C und 1100 °C, die mit dem anspruchsgemäßen Induktionsofen erreicht werden können. Vor allem Nichteisenmetalle wie Aluminium, Kupfer oder Messing werden durch Strangpressen verarbeitet, etwa zu Aluminiumprofilen für Fenster oder zu Aluminium-Halbzeugen, zu Aluminium- oder Kupferrohren oder zu Kupfer- und Messingprofilen. Als Werkstück werden typischerweise "Bolzen" eingesetzt. Solche Bolzen aus Aluminium, Kupfer oder Messing haben meist Kreisquerschnitte mit Durchmessern von 100 bis 400 mm und Längen zwischen 250 und 1500 mm. Solche Werkstücke können auf die für eine Warmumformung erforderlichen Temperaturen gebracht werden, um diese anschließend z. B. durch Strangpressen umzuformen.
  • Die Halteeinrichtung wird bevorzugt durch eine Einspannvorrichtung realisiert. Ein zu erhitzendes Werkstück wird in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen zwei Spannzylindern der Halteeinrichtung eingespannt und so bevorzugt allein durch Kraftschluss bzw. Reibschluss gehalten. Diese Ausführungsform ermöglicht es, die Haltevorrichtung einschließlich ihrer Spannzylinder außerhalb des Innenraums oder zumindest weitgehend außerhalb des Innenraums anzuordnen und damit außerhalb des darin vorhandenen starken Magnetfelds. Es wird so ein unerwünschtes Erhitzen der Halteeinrichtung durch in der Halteeinrichtung auftretende Wirbelströme infolge von Relativbewegungen vermieden oder zumindest gering gehalten.
  • In einer Ausgestaltung sind die Permanentmagnete von dem Innenraum thermisch abschirmt. Die Permanentmagnete weisen vorzugsweise einen relativ geringen Abstand zu dem zu erhitzenden Werkstück auf, um mit geringem Energieaufwand hinreichend hoch erhitzen zu können. Um die Magnetisierung der Permanentmagnete durch das erhitzte Werkstück nicht zu gefährden, ist die thermische Abschirmung vorgesehen, die ein im Induktionsofen befindliches Werkstück thermisch von den Permanentmagneten trennt.
  • Die thermische Abschirmung umfasst insbesondere eine polierte, an den Innenraum grenzende Oberfläche. Auf technisch besonders einfache Weise können so die Permanentmagnete vor Hitze geeignet geschützt werden. Zumindest trägt die polierte Oberfläche dazu bei, die Permanentmagnete hinreichend vor Hitze zu schützen. Die polierte Oberfläche besteht grundsätzlich aus Metall, so zum Beispiel aus Aluminium mit polierter Oberfläche oder einem Edelstahl mit polierter Oberfläche, die dem Innenraum zugewendet ist.
  • Vorzugsweise steht die thermische Abschirmung gegenüber Stirnseiten der Permanentmagnete hervor, um so weiter verbessert die Permanentmagnete vor einer Überhitzung zu schützen, ohne dafür technisch aufwendig aktiv kühlen zu müssen.
  • Der Induktionsofen umfasst vorzugsweise keine aktive, zum Beispiel elektrische Energie verbrauchende Kühlung, um so den technischen Aufwand sowie den Bauraum klein zu halten. Im Bedarfsfall kann aber dennoch vorgesehen sein, beispielsweise eine aktive Kühlung vorzusehen.
  • Die thermische Abschirmung umfasst in einer Ausgestaltung als thermisch abschirmendes Schild bzw. thermische Abschirmung eine Mehrzahl von Wänden, die vorzugsweise durch Abstandshalter voneinander räumlich getrennt sind. Eine jede Wand kann aus einem Blech bestehen, welche auf der zum Innenraum zugewendeten Seite vorzugsweise poliert ist. Als Schild können ein oder mehrere Hohlzylinder vorgesehen sein, die die Permanentmagnete vom Innenraum trennen. Aufgrund von Abstandshaltern verbleibt dann ein Spalt zwischen zwei Hohlzylindern. Zwischen zwei Hohlzylindern verbleibt dann ein mit Gas - so zum Beispiel mit Luft - gefüllter Zwischenraum. Permanentmagnete können so weiter verbessert vor der Hitze geschützt werden, die im Innenraum aufgrund der Erhitzung des Werkstoffs entsteht. Es gelingt, aus Metall bestehende Werkstücke auf Temperaturen von 400 °C und mehr zu erhitzen, ohne dafür Permanentmagnete technisch aufwendig aktiv kühlen zu müssen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Einrichtung vorgesehen, die während des Betriebs um den Innenraum herum gedreht wird und dadurch eine Gas- bzw. Luftströmung durch den Induktionsofen hindurch erzeugt. Insbesondere umfasst die Einrichtung Umlenkmittel, die durch eine Drehbewegung Luft so umzulenken vermögen, dass dadurch eine Gas- bzw. Luftströmung durch den Induktionsofen hindurch erzeugt wird. Hierdurch können Permanentmagnete geeignet vor einer Überhitzung geschützt werden.
  • In einer Ausgestaltung sind Wandbereiche des Schildes derart strukturiert, dass hierdurch ein Luft- oder Gastransport entlang des Schildes unterstützt wird, um so Wärme abzuführen. Insbesondere sind Stege, Finnen oder Rinnen vorhanden, die von einer Eintrittsöffnung in den Induktionsofen hinein zu einer Austrittsöffnung aus dem Induktionsofen heraus verlaufen oder zumindest so gerichtet sind, um so die angestrebte Luft- bzw. Gasströmung durch den Induktionsofen hindurch zu fördern. Die Stege, Finnen oder Rinnen verlaufen insbesondere relativ zur Drehachse der Permanentmagnete schräg und damit antiparallel zur Drehachse, um so den angestrebten Gas- bzw. Lufttransport im besonderen Maß zu fördern.
  • Die thermische Abschirmung kann vorzugsweise durch einen Antrieb bewegt werden und zwar insbesondere zusammen mit den Permanentmagneten. Vorzugsweise ist dafür nur ein Antrieb vorgesehen, um den technischen Aufwand zu minimieren. Hierdurch wird ein Austausch von Gas bzw. Luft entlang der Abschirmung und/oder im Inneren der Abschirmung gefördert und so die thermische Abschirmung weiter verbessert, ohne eine aktive Kühlung für Permanentmagnete einsetzen zu müssen.
  • In einer Ausgestaltung ist ein Antrieb vorgesehen, der eine Flügelanordnung so antreibt, dass dadurch eine Luftströmung angrenzend an den Innenraum sowie vorzugsweise entlang des Innenraums erzeugt wird und/oder durch den Induktionsofen hindurch. Permanentmagnete werden so weiter verbessert vor einer übermäßigen Erhitzung geschützt, ohne dafür aktiv kühlen zu müssen. Die Flügelanordnung wird vorzugsweise zusammen mit den Permanentmagneten durch nur einen Antrieb bewegt, um die Zahl der benötigten Antriebe und damit den technischen Aufwand zu minimieren. Flügel im Sinne der vorliegenden Erfindung umfassen Aufsätze auf Stirnseiten des Induktionsofens, die im Fall von Relativbewegungen eine Luftströmung in den Induktionsofen hinein und/ oder heraus bewirken.
  • Der jeweils genannte Antrieb ist insbesondere ein elektrischer Antrieb, der grundsätzlich einen Elektromotor umfasst. Die Drehzahl des Motors ist vorzugsweise regelbar. Es ist dann grundsätzlich eine Steuerung vorhanden, mit der die Drehzahl des Motors eingestellt und folglich auch verändert werden kann. Vorzugsweise ist genau ein Antrieb vorhanden, um den technischen Aufwand sowie den Bauraum gering zu halten.
  • Die Magnetisierungsrichtung eines Permanentmagneten verläuft vom Südpol zum Nordpol des Permanentmagneten. Solche Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnete sind vorzugsweise unterschiedlich ausgerichtet, um im Innenraum ein besonders starkes Magnetfeld bereitzustellen. Die Ausrichtung einer Magnetisierungsrichtung eines Permanentmagneten ist insbesondere relativ zur Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung eines ringförmig benachbarten Permanentmagneten gekippt. Diese Kipprichtung wird entlang einer Ringform beibehalten, so dass die Magnetisierungsrichtung von Permanentmagnet zu Permanentmagnet in eine Richtung gekippt ist, um so im Innenraum ein besonders starkes Magnetfeld bereitstellen zu können.
  • In einer Ausgestaltung weisen die sich innerhalb einer Ringform gegenüberliegenden Permanentmagnete die gleiche Magnetisierungsrichtung auf, um so im Innenraum ein besonders starkes Magnetfeld bereitzustellen.
  • In einer Ausgestaltung beträgt der Kippwinkel, um die die Magnetisierungsrichtung von zwei entlang einer Ringform benachbart angeordneten Permanentmagneten gekippt wird, wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 20°, besonders bevorzugt wenigstens 30° und/ oder nicht mehr als 60°, besonders bevorzugt nicht mehr als 50°. Die Magnetisierungsrichtung des einen Permanentmagneten schließt dann mit der Magnetisierungsrichtung des entlang der Ringform benachbarten Permanentmagneten einen Winkel von wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 20°, besonders bevorzugt wenigstens 30° und/ oder nicht mehr als 60°, besonders bevorzugt nicht mehr als 50° ein. Solche Kippwinkel haben sich als geeignet herausgestellt, um im Innenraum ein geeignet starkes Magnetfeld bereitzustellen, welches ein Erhitzen auf Umformtemperaturen selbst bei relativ langsamen Relativbewegungen ermöglicht.
  • Vorzugsweise kann der Antrieb die Permanentmagnete um den Innenraum herum drehen. Es wird so vermieden, ein hoch erhitztes Werkstück drehen zu müssen, was aufgrund der Wärmeentwicklung sowie der begrenzten Raumverhältnisse technisch nicht einfach ist. Es ist aber auch möglich, das Werkstück zusätzlich relativ langsam in entgegengesetzter Richtung zu drehen. Darüber hinaus ist es auch möglich, nur das Werkstück zu drehen, um so das Werkstück auf Umformtemperatur zu erhitzen.
  • In einer Ausgestaltung ist eine ringförmige, vorzugsweise mehrlagige Anordnung der Permanentmagnete um den Innenraum herum vorhanden, um im Innenraum ein starkes Magnetfeld bereitstellen zu können. Die Permanentmagnete sind vorzugsweise übereinander, nebeneinander und/oder hintereinander angeordnet, um im Innenraum ein starkes Magnetfeld bereitstellen zu können. Die Permanentmagnete sind besonders bevorzugt mehrlagig angeordnet, wobei die Lagen zueinander versetzt angeordnet sind, um im Innenraum ein starkes Magnetfeld bereitstellen zu können, ohne dafür einen übermäßig großen Bauraum für die Permanentmagnete vorsehen zu müssen. Vorzugsweise verbleibt zwischen einer aus Permanentmagneten gebildeten Ringform und einer darüber oder darunter angeordneten benachbarten aus Permanentmagneten gebildeten Ringform ein Abstand. Dieser Abstand ermöglicht es, die Permanentmagnete durch eine Permanentmagnethalterung geeignet zu halten bzw. zu fixieren. Dieser Abstand ist insbesondere mit Strukturmaterial gefüllt, welches auch für das Auffangen von Fliehkräften während einer Rotation sorgt.
  • Die Permanentmagnete sind in einer Ausgestaltung durch eine solche Permanentmagnethalterung relativ zueinander drehfest gehalten und zwar insbesondere durch Formschluss. Sollen die Permanentmagnete bewegt werden, so genügt es, die Permanentmagnethalterung und damit auch die Gesamtheit der Permanentmagnete zu bewegen. Der technische Aufwand kann so gering gehalten werden.
  • An der Permanentmagnethalterung sind in einer Ausgestaltung außen eine magnetische Abschirmung und/oder innen eine thermische Abschirmung befestigt.
  • Die Permanentmagnethalterung besteht vorzugsweise aus Aluminium, Titan und/oder Edelstahl, also aus einem Metall, welches nicht magnetisierbar oder nur schwach magnetisierbar ist. Insbesondere wird kein ferromagnetisches Material für die Halterung eingesetzt. Dies trägt dazu bei, dass im Innenraum ein starkes Magnetfeld bereitgestellt werden kann.
  • Sind die Permanentmagnete mehrlagig angeordnet, so weisen außenliegende Permanentmagnete bevorzugt einen größeren Durchmesser auf als innenliegende Permanentmagnete, um im Innenraum ein besonders starkes Magnetfeld bereitzustellen. Außenliegende Permanentmagnete weisen einen größeren Abstand zum Innenraum auf als innenliegende Permanentmagnete. Der Durchmesser der Magnete nimmt insbesondere kontinuierlich von innen nach außen zu. Es gelingt so weiter verbessert, im Innenraum ein starkes Magnetfeld bereitzustellen.
  • In einer Ausgestaltung weisen die Permanentmagnete einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere vieleckig und/oder umfasst eine Fase. Dies ermöglicht auf technisch einfache Weise eine drehfeste Lagerung, die die gewünschte Ausrichtung von Magnetfeldern gewährleistet. Darüber hinaus kann beispielsweise durch eine Fase die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen Permanentmagneten angezeigt werden, um eine korrekte Anordnung beim Bau des Induktionsofens zu erleichtern. In einem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise eine Fase immer beim Nordpol bei jedem Permanentmagneten vorhanden, um so den Nordpol anzuzeigen.
  • In einer Ausgestaltung ist eine Permanentmagnethalterung mit Einschüben für Permanentmagnete versehen, die eine Einbaurichtung und Einbaustellung vorgeben. Es ist dann also nur auf genau eine Weise möglich, einen Permanentmagneten mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt in einen Einschub zu bringen. Einbaufehler werden so besonders zuverlässig vermieden. Beispielsweise bei dieser Ausführungsform umfassen die Permanentmagnete eine Fase oder ein anderes Ausrichtungsmittel, durch die bzw. das sichergestellt wird, dass nur eine Einbaurichtung möglich ist.
  • In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung gibt es neben den bereits genannten Permanentmagneten weitere Magnete und zwar angrenzend an Bereiche der Halteeinrichtung für das Werkstück. Die weiteren Magnete reduzieren das durch die Permanentmagnete erzeugte Magnetfeld im Bereich der Halteeinrichtung oder Komponenten davon. Die weiteren Magnete sind vorzugsweise ringförmig um den Bereich herum angeordnet, in dem das Magnetfeld reduziert werden soll. Es wird so ein unerwünschtes Erhitzen der Halteeinrichtung vermieden. Die weiteren Magnete sind insbesondere angrenzend an Stirnseiten der genannten Permanentmagnete angeordnet.
  • Die Magnetisierungsrichtung eines weiterer Magneten verläuft vom Südpol zum Nordpol des weiteren Magneten. Solche Magnetisierungsrichtungen der weiteren Magnete sind vorzugsweise unterschiedlich ausgerichtet, um so insgesamt das resultierende Magnetfeld im Bereich von Komponenten der Halteeinrichtung zu reduzieren. Die Ausrichtung einer Magnetisierungsrichtung eines weiteren Magneten ist insbesondere relativ zur Ausrichtung der Magnetisierungsrichtung eines ringförmig benachbarten weiteren Magneten gekippt. Diese Kipprichtung wird entlang einer Ringform beibehalten, so dass die Magnetisierungsrichtung von weiterem Magnet zu weiterem Magnet in eine Richtung gekippt ist, um so in dem Bereich, der von den weiteren Magneten umschlossen wird, das resultierende Magnetfeld gering halten zu können.
  • In einer Ausgestaltung weisen die sich innerhalb einer Ringform gegenüberliegenden weiteren Magnete die gleiche Magnetisierungsrichtung auf, um so im genannten Innenbereich ein besonders gut reduziertes Magnetfeld bereitzustellen.
  • In einer Ausgestaltung beträgt der Kippwinkel, um die die Magnetisierungsrichtung von zwei entlang einer Ringform benachbart angeordneten weiteren Magneten gekippt wird, wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 20°, besonders bevorzugt wenigstens 30° und/ oder nicht mehr als 60°, besonders bevorzugt nicht mehr als 50°. Die Magnetisierungsrichtung des einen weiteren Magneten schließt dann mit der Magnetisierungsrichtung des entlang der Ringform benachbarten weiteren Magneten einen Winkel von wenigstens 10°, bevorzugt wenigstens 20°, besonders bevorzugt wenigstens 30° und/ oder nicht mehr als 60°, besonders bevorzugt nicht mehr als 50° ein. Solche Kippwinkel haben sich als geeignet herausgestellt, um im genannten Innenbereich ein geeignet reduziertes Magnetfeld bereitzustellen, um im Innenbereich befindliche Komponenten der Halteeinrichtung vor einem Erhitzen zu schützen. Vorzugsweise kann ein Antrieb, vorzugsweise der bereits genannte eine Antrieb die weiteren Magnete um den genannten Innenbereich herum drehen. Es lassen sich so Wirbelströme in elektrisch leitfähigen Komponenten der Halteeinrichtung erzeugen, die den Wirbelströmungen entgegen gerichtet sind, die durch die Permanentmagnete induziert sind. Ein unerwünschtes Erhitzen von Komponenten der Halteeinrichtung wird so weiter verbessert vermieden.
  • Die weiteren Magnete sind in einer Ausgestaltung durch eine Magnethalterung relativ zueinander drehfest gehalten und zwar insbesondere durch Formschluss. Die Magnethalterung ist insbesondere Teil der genannten Permanentmagnethalterung. Sollen die weiteren Magnete bewegt werden, so genügt es, die Magnethalterung und damit auch die Gesamtheit der weiteren Magnete zu bewegen. Der technische Aufwand kann so gering gehalten werden.
  • In einer Ausgestaltung weisen die weiteren Magnete einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt auf. Der Querschnitt ist insbesondere vieleckig und/oder umfasst eine Fase, Rille oder ein anderes Ausrichtungsmittel. Dies ermöglicht auf technisch einfache Weise eine drehfeste Lagerung, die die gewünschte Ausrichtung von Magnetfeldern gewährleistet. Darüber hinaus kann beispielsweise durch eine Fase, Rille oder das andere Ausrichtungsmittel die Magnetisierungsrichtung des jeweiligen weiteren Magneten angezeigt werden, um eine korrekte Anordnung beim Bau des Induktionsofens zu erleichtern. In einem Ausführungsbeispiel ist beispielsweise eine Fase immer beim Nordpol bei jedem weiteren Magneten vorhanden, um so den Nordpol anzuzeigen.
  • In einer Ausgestaltung ist eine Magnethalterung mit Einschüben für weitere Magnete versehen, die eine Einbaurichtung und Einbaustellung vorgeben. Es ist dann also nur auf genau eine Weise möglich, einen jeden weiteren Magneten mit nicht rotationssymmetrischem Querschnitt in einen Einschub zu bringen. Einbaufehler werden so besonders zuverlässig vermieden. Beispielsweise bei dieser Ausführungsform umfassen die weiteren Magnete eine Fase oder ein anderes Ausrichtungsmittel, durch die bzw. das sichergestellt wird, dass nur eine Einbaurichtung möglich ist.
  • Die genannten weiteren Magnete sind vorzugsweise ebenfalls Permanentmagnete.
  • Alternativ oder ergänzend gibt es in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform neben den weiteren Magneten, die das Magnetfeld im Bereich der Halteeinrichtung reduzieren, eine magnetische Abschirmung für die Halteeinrichtung. Diese magnetische Abschirmung für die Halteeinrichtung ist insbesondere stirnseitig angrenzend an die Permanentmagnete angeordnet und zwar insbesondere angrenzend an den Innenumfang der Permanentmagnete. Diese magnetische Abschirmung für die Halteeinrichtung ist vorzugsweise hohlzylinderförmig, scheibenförmig oder trichterförmig, wobei sich die Trichterform von dem Innenraum aus gesehen nach außen öffnet. Eine Trichterform ist zu bevorzugen, da besonders geeignet abgeschirmt wird und eine kompakte Bauweise dennoch möglich ist. Diese magnetische Abschirmung besteht beispielsweise aus ferromagnetischem Material. Im Fall eines Hohlzylinders ist der Durchmesser des an die Permanentmagnete angrenzenden Trichtergrunds vorzugsweise kleiner oder gleich dem Durchmesser des Innenumfangs der ringförmig angeordneten Permanentmagnete.
  • Im Fall einer sonstigen magnetischen Abschirmung wie zum Beispiel einer hohlzylinderförmigen Abschirmung ist der Durchmesser des an die Permanentmagnete angrenzenden Bereichs der Abschirmung vorzugsweise kleiner oder gleich dem Durchmesser des Innenumfangs der ringförmig angeordneten Permanentmagnete. Dies trägt dazu bei, die Halteeinrichtung geeignet vor einem Erhitzen zu schützen.
  • In einer Ausgestaltung umfasst die Halteeinrichtung ein oder mehrere keramische Trennscheiben, durch die eine Wärmeleitung vom Werkstück zu der Halteeinrichtung gehemmt wird. Darüber hinaus besteht die Halteeinrichtung ganz oder überwiegend aus Metall. Das Metall ist dann so ausgewählt, dass dieses besonders temperaturbeständig ist. Die Umformtemperatur des Metalls für die Halteeinrichtung liegt bevorzugt bei mehr als 800 °C, besonders bevorzugt mehr als 1000 °C, ganz besonders bevorzugt mehr als 1100 °C.
  • Vorteilhaft gibt es eine magnetische Abschirmung, die die Permanentmagnete nach außen magnetisch abschirmen. Durch die magnetische Abschirmung werden magnetische Felder außerhalb des Induktionsofens vermieden. Vorteilhaft wird so ein Erwärmen von elektrisch leitfähigen Gegenständen außerhalb des Induktionsofens vermieden, das andernfalls bei Bewegung der Permanentmagnete stattfinden könnte. Auch werden Metallteile dann nicht oder kaum unplanmäßig von dem Induktionsofen magnetisch angezogen oder anders beeinträchtigt. Die magnetische Abschirmung besteht beispielsweise aus einem Material mit hoher magnetischer Permeabilität. Ferromagnetische Materialien eignen sich für eine magnetische Abschirmung. Beispielsweise ist die magnetische Abschirmung eine aus µ-Metall oder getemperten Stahl bestehende Schicht.
  • Der Innenraum ist vorzugsweise langgestreckt. Der Innenraum weist also im Vergleich zu seinem Durchmesser eine relativ große Länge auf. In einem solchen Innenraum kann ein geeignet starkes Magnetfeld bereitgestellt werden, da ein geringer Abstand zwischen Permanentmagneten und langgestreckter Mittelachse des Innenraums möglich ist.
  • Der Innenraum ist insbesondere 25 cm bis 150 cm lang und/ oder weist einen Durchmesser von 10 cm bis 50 cm auf. In einem derart dimensionierten Innenraum kann mithilfe von Permanentmagneten ein geeignet starkes Magnetfeld bereitgestellt werden, um so ein Werkstück auf Temperaturen von mehr als 400 °C erhitzen zu können, ohne dafür übermäßig schnelle Relativbewegungen durchführen zu müssen. Es genügen dann insbesondere geringe Frequenzen, mit denen ein Werkstück relativ zu den Permanentmagneten gedreht werden muss. Es genügen regelmäßig Frequenzen von 10-20 Hz.
  • Die Halteeinrichtung für ein Werkstück ist insbesondere so beschaffen, dass diese zwei Enden eines im Innenraum befindlichen langgestreckten Werkstücks zu halten vermag und zwar grundsätzlich durch Formschluss und/oder Kraftschluss bzw. Reibschluss. Die Halteeinrichtung kann dann außerhalb des Innenraums angeordnet sein. Die Halteeinrichtung kann bei dieser Ausgestaltung ganz oder zumindest überwiegend aus Metall bestehen, ohne eine übermäßige Erhitzung der Haltereinrichtung befürchten zu müssen. Die Halteeinrichtung ist insbesondere so beschaffen, dass diese ein Werkstück einzuspannen vermag. Ein Werkstück wird dann durch die Halteeinrichtung kraftschlüssig bzw. reibschlüssig gehalten.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung gibt es eine Gaszuführungseinrichtung, die so eingerichtet ist, dass ein inertes Gas, insbesondere N2, Ar oder CO2, zwischen ein im Ofen befindliches Werkstück und daran angrenzenden Wänden des Ofens geleitet werden kann und zwar während des Erhitzens. Es wird dann der Innenraum des Induktionsofens, in dem ein Werkstück erhitzt werden soll, mit Inertgas geflutet. Oxidationsprozesse an der Oberfläche des Werkstücks, die während eines längeren Erwärmens bzw. Erhitzens auftreten und die die Qualität des Werkstücks vermindern können, werden so vorteilhaft vermieden.
  • In einer technisch einfachen Ausgestaltung umfasst der Induktionsofen einen Behälter, der mit einem Inertgas geflutet werden kann. Der Behälter ist so angeordnet und eingerichtet, dass mit dem Fluten des Behälters auch der Innenraum des Induktionsofens mit dem Inertgas geflutet wird, um so nachteilhafte Oxidationsprozesse zu vermeiden. Der Induktionsofen kann zum Beispiel von einer äußeren Hülle umhüllt sein. Wird der Innenraum der Hülle geflutet, so wird dann auch der für ein Erhitzen eines Werkstücks vorgesehene Innenraum des Induktionsofens mit Inertgas geflutet. Der Behälter ist in einer technisch besonders einfachen Ausgestaltung trogförmig, also nach oben hin offen. Es wird dann ein Gas wie CO2 als Inertgas eingesetzt wird, welches schwerer als Luft ist.
  • Um Oxidationsprozesse und damit einhergehende Qualitätseinbußen zu vermeiden, umfasst der Induktionsofen in einer Ausgestaltung eine Einrichtung, mit der im Innenraum des Induktionsofens ein Vakuum erzeugt werden kann. Der Innenraum des Induktionsofens, in dem ein Werkstück erhitzt werden kann, kann daher gasdicht verschlossen werden, so zum Beispiel durch eine verschließbare äußere Hülle. Außerdem kann durch eine Pumpe Gas aus dem Innenraum abgesaugt werden, um so den gewünschten Unterdruck bzw. ein gewünschtes Vakuum zu erzeugen.
  • In einer Ausgestaltung umfasst der Ofen Platten und zwar in der Regel ringförmige Platten an Stirnseiten, die so angeordnet sind, dass dadurch ein Entweichen von Inertgas, welches in den Ofen während des Erwärmens für ein Vermeiden von Oxidationsprozessen hineingeleitet wird, behindert wird. Es können so weiter verbessert nachteilhafte Oxidationsprozesse und eine damit einhergehende Qualitätsbeeinträchtigung vermieden werden.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine Strangpressanlage mit einem anspruchsgemäßen Induktionsofen. Der Induktionsofen ist so angeordnet, dass er ein Werkstück vor dem Strangpressen zu erhitzen vermag und zwar insbesondere auf eine Umformtemperatur, die in der Regel zwischen 400 °C und 1100 °C liegt. Ist das Werkstück auf Umformtemperatur erhitzt worden, so wird das erhitzte und dann mit relativ geringem Kraftaufwand verformbare Werkstück zu einer weiteren Station der Strangpressanlage transportiert und durch diese weitere Station in vorgesehener Weise zu einem Strang gepresst. Die weitere Station umfasst einen Stempel, mit dem das auf Umformtemperatur gebrachte Werkstück durch eine Matrize gepresst wird. U. a. können Stäbe, Drähte oder Rohre durch das Strangpressen hergestellt werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für ein Erhitzen eines aus Metall bestehenden Werkstücks in einem anspruchsgemäßen Induktionsofen, indem das Werkstück relativ zu den Permanentmagneten des Induktionsofen gedreht wird, bis das Werkstück auf eine solche Temperatur oberhalb von 400 °C erhitzt worden ist, die es ermöglicht, das Werkstück durch Strangpressen zu verformen.
  • Vorzugsweise wird während des Erhitzens ein Inertgas an ein oder mehreren Oberflächen des Werkstücks so vorbeigeleitet, dass dadurch Oxidationsprozesse an den ein oder mehreren Werkstückoberflächen behindert oder vermieden werden. Qualitätseinbußen können so vermieden werden.
  • Die Erfindung ermöglicht eine hohe Produktivität bei einer gleichzeitigen deutlichen Senkung des direkt zurechenbaren Energieverbrauchs im Vergleich zu üblichen aus dem Stand der Technik bekannten Induktionsöfen.
  • Die Erfindung kann auch für das Härten von Stählen durch induktives Erwärmen eingesetzt werden.
  • Es zeigen:
    • Figur 1:
    Schnitt durch einen Induktionsofen mit zweilagig sowie ringförmig angeordneten Permanentmagneten;
    Figur 2:
    vierlagige Ringanordnung von Permanentmagneten für einen Induktionsofen;
    Figur 3:
    Induktionsofen mit Halteeinrichtung;
    Figur 4:
    Flügelanordnung für Induktionsofen;
    Figur 5:
    Wärmeschild mit Strukturierung;
    Figur 6:
    ringförmig angeordnete Permanentmagnete mit weiteren Magneten zur Reduzierung des durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetfelds im Bereich der Halteeinrichtung;
    Figur 7:
    trichterförmige magnetische Abschirmung für Halteeinrichtung;
    Figur 8:
    Induktionsofen mit Einlass für Inertgas.
  • Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch einen Induktionsofen 1 mit einer Mehrzahl von Permanentmagneten 2, 3 zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einem Innenraum 4.
  • Die Permanentmagneten 2, 3 sind zweilagig sowie ringförmig um den Innenraum 4 herum angeordnet. Im Innenraum 4 ist ein zylinderförmiges, aus Metall bestehendes Werkstück 5 angeordnet, welches an seinen Enden durch eine Halteinrichtung gehalten wird.
  • Es gibt außen liegende Permanentmagnete 2 und innen liegende Permanentmagnete 3. Die außenliegenden Permanentmagnete 2 weisen einen größeren Abstand zum Innenraum 4 auf als die innenliegenden Permanentmagnete 3. Die außenliegenden Permanentmagnete 2 weisen einen größeren Durchmesser als die innenliegenden Permanentmagnete 3 auf. Die außenliegenden Permanentmagnete 2 bilden eine erste Ringform. Die innenliegenden Permanentmagnete 3 bilden eine zweite Ringform. Es gibt daher zwei ringförmige Lagen, die durch Permanentmagnete 2 bzw. 3 gebildet sind. Die Permanentmagnete 2 der ersten ringförmigen Lage sind nicht versetzt gegenüber den Permanentmagneten 3 der zweiten ringförmigen Lage angeordnet. Zwischen den zwei ringförmigen Lagen verbleibt zumindest in der Regel ein Abstand. Permanentmagnete innerhalb einer Ringform sind möglichst dicht gepackt und weisen daher einen möglichst geringen Abstand zueinander auf, so dass diese sich zumindest fast berühren.
  • Eine thermische Abschirmung besteht aus zwei als Schild wirkenden Hohlzylindern 6, die durch nicht dargestellte Abstandshalter räumlich so voneinander getrennt sind, dass ein mit luftgefüllter Spalt zwischen den zwei Hohlzylindern 6 verbleibt. Die Innenseiten, also die dem Innenraum 4 zugewandten Seiten, der Hohlzylinder 6 sind poliert, um Wärmestrahlung besonders gut zu reflektieren.
  • Die Permanentmagnete 2, 3 sind durch eine hohlzylinderförmige magnetische Abschirmung 7 nach außen magnetisch abgeschirmt. Die hohlzylinderförmige magnetische Abschirmung 7 kann auch zur Aufnahme von Kräften bei Rotation beitragen und daher aufgeschrumpft sein.
  • Die Magnetisierungsrichtung eines jeden Permanentmagneten 2, 3 ist durch Pfeile 8, 9, 10 angedeutet. Die Magnetisierungsrichtung 8 eines ersten in der Figur 1 oben gezeigten Permanentmagneten 2 verläuft vertikal von unten nach oben und zwar vom Südpol zum Nordpol des zugehörigen Permanentmagneten 2. Der rechts daneben angeordnete benachbarte Permanentmagnet 2 weist eine Magnetisierungsrichtung 9 auf, die nach rechts um 45° im Vergleich zur Magnetisierungsrichtung 8 gekippt bzw. gedreht ist. Die Magnetisierungsrichtung 8 schließt also mit der Magnetisierungsrichtung 9 einen 45° Winkel ein. Der Permanentmagnet 2, der rechts neben dem Permanentmagneten 2 mit der Magnetisierungsrichtung 9 angeordnet ist, weist eine Magnetisierungsrichtung 10 auf, die horizontal von links nach rechts verläuft. Diese ist also im Vergleich zur Magnetisierungsrichtung 9 weiter um 45° gekippt bzw. gedreht worden. Dieses Drehen der Magnetisierungsrichtung setzt sich von einem Permanentmagneten 2, 3 zum nächsten benachbarten Permanentmagneten 2, 3 entlang der Ringform fort, bis wieder die Magnetisierungsrichtung 8 erreicht ist, die von unten nach oben verläuft. Dieser weitere unten in der Figur 1 gezeigte Permanentmagnet 2 mit der Magnetisierungsrichtung 8 liegt dem zuvor genannten Permanentmagneten 2 mit der Magnetisierungsrichtung 8 gegenüber. Nach Durchlaufen eines Halbkreises entlang der zugehörigen Ringform wird also wieder die gleiche Magnetisierungsrichtung erreicht.
  • In gleicher Weise verändern sich die Magnetisierungsrichtungen in der innen liegenden Permanentmagnete 3. Ein Permanentmagnet 3 der inneren Ringform weist wie in der Figur 1 gezeigt die gleiche Magnetisierungsrichtung auf wie ein benachbart angeordneter Permanentmagnet 2 der äußeren Ringform.
  • Die Permanentmagnete 2, 3 sind im Schnitt 8-eckig und befinden sich in Einschüben mit 8-eckigem Querschnitt einer aus Aluminium bestehenden Permanentmagnethalterung 11. Durch den dadurch bewirkten Formschluss werden die Permanentmagnete 2, 3 in der Permanentmagnethalterung 11 drehfest gehalten.
  • Die Permanentmagnethalterung 11 kann durch einen nicht dargestellten elektrischen oder pneumatischen Antrieb zusammen mit der thermischen Abschirmung 6 um das Werkstück 5 herum gedreht werden, um so das aus Metall bestehende Werkstück 5 auf Umformtemperatur zu erhitzen. Durch das Drehen der Permanentmagnethalterung 11 mit einer Frequenz von ca. 15 Hz wird aufgrund einer in der Figur 1 nicht dargestellten Flügelanordnung eine Luftströmung durch den Innenraum 4 sowie durch den Spalt zwischen den beiden Hohlzylindern 6 erzeugt, wodurch Wärme abtransportiert wird. Durch diesen Abtransport von Wärme werden die Permanentmagnete 2, 3 vor einem übermäßigen Erwärmen geschützt.
  • Der Innenraum 4 ist ca. 100 cm lang ist und weist einen Durchmesser von ca. 30 cm auf. Der Induktionsofen 1 umfasst eine nicht gezeigte Steuerung, die das Drehen der Permanentmagnethalterung 11 sowie die Drehzahl steuert.
  • Die Figur 2 zeigt eine aus vier Lagen gebildete Ringanordnung von vieleckigen Permanentmagneten für einen Induktionsofen um einen Innenraum 4 herum. Die Permanentmagnete 12 der äußeren ringförmigen Lage sind versetzt gegenüber den Permanentmagneten 13 einer daran angrenzenden ringförmigen Lage angeordnet. Die Durchmesser der Permanentmagnete 12, die sich in der äußeren Lage befinden, sind größer als die Durchmesser der Permanentmagnete 13, die sich in der daran angrenzenden ringförmigen Lage befinden. Permanentmagnete 14, die ebenfalls ringförmig angeordnet sind und die an die Innenseite der Ringform mit den Permanentmagneten 13 angrenzen, sind relativ zu den Permanentmagneten 13 wiederum versetzt angeordnet. Außerdem ist der Durchmesser der Permanentmagnete 14 weiter verkleinert. Das gleiche gilt für Permanentmagnete 15 der innersten ringförmigen Lage. Diese Permanentmagnete 15 der innersten ringförmigen Lage sind relativ zu den Permanentmagneten 14 der daran angrenzenden Lage versetzt angeordnet. Außerdem weisen die Permanentmagnete 15 der innersten Lage den kleinsten Durchmesser auf. Zwischen den einzelnen ringförmigen Lagen verbleibt jeweils ein Abstand. Permanentmagnete einer Lage berühren sich.
  • Die Figur 3 zeigt einen Induktionsofen 1 mit einer äußeren magnetischen Abschirmung 7. Eine Halteeinrichtung für ein Werkstück 5 umfasst zwei Spannzylinder 16, durch die das Werkstück 5 wie in der Figur 3 gezeigt eingespannt werden kann. Das Werkstück 5 wird dann durch Kraftschluss bzw. Reibschluss gehalten. Die Spannzylinder 16 sind an Schlitten 17 montiert, die entlang einer Schiene 18 verfahren werden können. Auf diese Weise kann das Werkstück 5 in den Induktionsofen 1 hinein und nach einem Erhitzen auf Umformtemperatur heraus bewegt werden. Durch einen Pfeil 19 angedeutet gibt es eine Zuführvorrichtung, die der Haltereinrichtung weitere Werkstücke zuführen kann.
  • Die Spannzylinder 16 umfassen keramische Zwischenlagen, um eine Wärmeleitung vom Werkstück in die Spannzylinder zu reduzieren. Die Drehzahl des nicht gezeigten Antriebs für ein Drehen des Induktionsofens 1 kann geregelt werden, um so das Erhitzen eines Werkstücks 5 steuern zu können.
  • Die Figur 4 zeigt ein Beispiel für eine Flügelanordnung für den Induktionsofen. Die Schilde 6 weisen einen Abstand auf und drehen sich während des Betriebes gemäß Pfeil 21. An den Schilden 6 sind in Aufsicht gezeigte Flügel 20 angebracht, die derart schräg gestellt sind, dass aufgrund der Drehbewegung 21 anströmende Luft durch die Flügel 20 umgelenkt wird und zwar in die Spalte zwischen die Hohlzylinder 6 hinein. Auf diese Weise wird die Spalte hindurch eine Luftströmung erzeugt, die Wärme abzutransportieren vermag. Die Figur 4 verdeutlicht weiter, dass die Abschirmung vorzugsweise gegenüber den Permanentmagneten 12, 13, 14, 15 vorsteht, um die Permanentmagnete 12, 13, 14, 15 besonders gut vor einer Überhitzung zu schützen. Die Figur 4 zeigt weiter, dass mehr als zwei Hohlzylinder 6 bevorzugt vorhanden sind, so zum Beispiel die in der Figur 4 gezeigten sechs Hohlzylinder 6, um weiter verbessert die Permanentmagnete 12, 13, 14, 15 vor einer Überhitzung zu schützen.
  • Die Figur 5 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung einer thermischen Abschirmung mit einer Strukturierung 22 auf der Oberfläche eines Hohlzylinders 6 mit polierter Innenseite 23. Relativ zur Drehachse 24 des Hohlzylinders 6 verlaufen die Strukturierungen 6 derart schräg, dass hierdurch eine Gas- bzw. Lufttransport parallel zur Drehachse 24 gefördert wird, wenn der Hohlzylinder 6 während des Betriebs gedreht wird. Im Fall der Figur 5 liegen die Strukturierungen 22 in Form von Stegen vor. Es können aber auch alternativ oder ergänzend Rillen vorgesehen sein, die relativ zur Drehachse 24 schräg verlaufen, um so einen wärmeabführenden Gas- bzw. Lufttransport zu fördern.
  • Die Figur 6 zeigt ringförmig angeordnete Permanentmagnete 12, 13, 14, 15, 25, 26, die im Fall einer Relativbewegung im Werkstück einen Wirbelstrom erzeugen, um so das Werkstück zu erhitzen. Insgesamt liegen im Fall der Figur 6 sechs Ringlagen vor. Weitere Magnete 27 sind angrenzend an den Stirnseiten der genannten Permanentmagnete 12, 13, 14, 15, 25, 26 zur Reduzierung des durch die Permanentmagnete erzeugten Magnetfelds im Bereich der Halteeinrichtung vorgesehen. Die Magnetisierungsrichtungen der weiteren Magnete 27 sind also geeignet entgegengesetzt zu den Magnetisierungsrichtungen der genannten Permanentmagnete 12, 13, 14, 15, 25, 26 ausgerichtet, so dass dadurch an den Stirnseiten das Magnetfeld reduziert ist. In diesem Bereich mit reduzierter Magnetfeldstärke sind dann elektrisch leitende Komponenten der Halteeinrichtung angeordnet, so zum Beispiel Spannzylinder 16. Die weiteren Magnete 27 sind bevorzugt ebenfalls Permanentmagnete. Diese sind bevorzugt angrenzend an eine innere Lage angeordnet und zwar beispielsweise angrenzend an die innerste Lage oder wie im Fall der Figur 6 gezeigt an eine von außen gesehen vorletzte Lage 25, die an die innerste Lage 26 angrenzt, um so in besonders geeigneter Weise an den Stirnseiten das Magnetfeld zu reduzieren.
  • Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform mit trichterförmigen magnetischen Abschirmungen 28, die jeweils einen für die Halteeinrichtung vorgesehenen Bereich umlaufen. Diese magnetischen Abschirmungen 28 für die Halteeinrichtung sind stirnseitig angrenzend an die Permanentmagnete 12, 13, 14, 15 angeordnet. Ein jeder Trichter 28 grenzt an den Innenumfang der innersten ringförmigen Lage, die aus den Permanentmagneten 15 gebildet ist. Von diesem Innenumfang ausgehend öffnet sich die Trichterform von dem Innenraum aus gesehen, wie dies in der Figur 7 gezeigt wird. Diese magnetische Abschirmung 28 besteht aus ferromagnetischem Material.
  • Die Figur 8 zeigt beispielhaft einen Einlass 29 in einer Stirnwand, durch den ein Inertgas in den Ofen während des Erhitzens hinein geleitet werden kann. Gegenüberliegend gibt es ein oder mehrere Stirnwände 30, die ein Austreten des Inertgases aus dem Ofeninnenraum heraus zumindest behindern. Qualitätseinbußen aufgrund von Oxidationsprozessen können so vermieden werden.

Claims (15)

  1. Induktionsofen (1) mit
    - einer Mehrzahl von Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) zur Erzeugung eines Magnetfeldes in einem Innenraum (4),
    - einer Halteeinrichtung (16, 17), durch welche ein Werkstück (5) in dem Innenraum (4) für ein Erhitzen gehalten werden kann, und
    - einem Antrieb zur Erzeugung einer für ein Erhitzen eines Werkstücks geeigneten Relativbewegung zwischen der Halteeinrichtung (16, 17) und den Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26),
    gekennzeichnet durch weitere Magnete (27) angrenzend an die Halteeinrichtung (16, 17) für ein Werkstück (5), die das durch die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) erzeugte Magnetfeld im Bereich der Halteeinrichtung (16, 17) reduzieren und/oder durch eine magnetische Abschirmung (28) für einen Bereich, in dem die Halteeinrichtung angeordnet ist.
  2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung eine Drehbewegung zwischen der Halteeinrichtung (16, 17) und den Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) ist.
  3. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine thermische Abschirmung (6, 20), die die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) von dem Innenraum (4) thermisch abschirmt, wobei die thermische Abschirmung (6, 20) insbesondere eine polierte, an den Innenraum (4) grenzende Oberfläche (23) und/ oder eine strukturierte Oberfläche für einen Gastransport umfasst.
  4. Induktionsofen nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche ein oder mehrere Stege (22) und/oder Rillen umfassen, die antiparallel zu einer Drehachse (24) verlaufen, um die herum die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) gedreht werden.
  5. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Magnetisierungsrichtungen (8, 9, 10) von Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) unterschiedlich sind und zwar vorzugsweise derart, dass diese entlang einer Ringform einer Kippbewegung folgen.
  6. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine ringförmige und/oder mehrlagige Anordnung der Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) um den Innenraum (4) herum.
  7. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) durch eine Permanentmagnethalterung (11) innerhalb der Permanentmagnethalterung (11) drehfest gehalten sind und zwar insbesondere durch Formschluss.
  8. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass außenliegende Permanentmagnete (2) einen größeren Durchmesser aufweisen als innenliegende Permanentmagnete (3).
  9. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) einen nicht rotationssymmetrischen Querschnitt aufweisen und der Querschnitt insbesondere vieleckig ist und/oder eine Fase umfasst, die vorzugsweise die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnete anzuzeigen vermag.
  10. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Magnete (27) in einer Permanentmagnethalterung (11) drehfest gehalten sind und zwar vorzugsweise durch Formschluss und/ oder die weiteren Magnete (27) ein Ausrichtungsmittel umfassen und/oder die weiteren Magnete (27) unterschiedliche Magnetisierungsrichtungen aufweisen und/ oder die weiteren Magnete (27) insbesondere ringförmig an Stirnseiten von Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) angeordnet sind.
  11. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine magnetische Abschirmung (7), die die Permanentmagnete (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) nach außen magnetisch abschirmt.
  12. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum (4) langgestreckt ist und die Halteeinrichtung (16, 17) zwei Enden eines langgestreckten Werkstücks (5) zu halten vermag, wobei die Halteeinrichtung vollständig oder überwiegend außerhalb des Innenraums (4) angeordnet sein kann.
  13. Induktionsofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetische Abschirmung (28) angrenzend an den Innenumfang von ringförmig angeordneten Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) angeordnet ist.
  14. Strangpressanlage mit einem Induktionsofen nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei der Induktionsofen so angeordnet ist, dass er ein Werkstück (5) vor einem Strangpressen zu erhitzen vermag und zwar insbesondere auf 400 °C bis 1100 °C.
  15. Verfahren für ein Erhitzen eines aus Metall bestehenden Werkstücks (5) in einem Induktionsofen (1) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, in dem das Werkstück (5) relativ zu den Permanentmagneten (2, 3, 12, 13, 14, 15, 25, 26) gedreht wird, bis das Werkstück (5) auf eine Temperatur von 400 °C und mehr erhitzt worden ist.
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