EP4464126A1 - Induktionsheizvorrichtung, system, produktionslinie, verfahren und verwendung - Google Patents

Induktionsheizvorrichtung, system, produktionslinie, verfahren und verwendung

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EP4464126A1
EP4464126A1 EP23817986.5A EP23817986A EP4464126A1 EP 4464126 A1 EP4464126 A1 EP 4464126A1 EP 23817986 A EP23817986 A EP 23817986A EP 4464126 A1 EP4464126 A1 EP 4464126A1
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EP
European Patent Office
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induction heating
heating device
inverter
designed
rectifier
Prior art date
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EP23817986.5A
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EP4464126B1 (de
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Wolfgang Lenz
Thomas Daube
Markus LANGEJÜRGEN
Ingo Schuster
Christian Vogt
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Publication of EP4464126A1 publication Critical patent/EP4464126A1/de
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Publication of EP4464126B1 publication Critical patent/EP4464126B1/de
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    • 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
    • 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
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • H05B6/40—Establishing desired heat distribution, e.g. to heat particular parts of workpieces
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/44—Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • Induction heating device system, production line, process and use
  • the invention relates to an induction heating device, a system, a production line, a method and a use.
  • Production lines for the manufacture and/or processing of semi-finished products and/or preliminary products and/or intermediate products and/or products made of iron, steel and/or non-ferrous metal materials consist of a plurality of devices in which the preliminary product and/or the intermediate product and/or the product is each subjected to one or more process steps.
  • the devices can be, for example, heating or cooling devices, transport devices, shaping devices, cleaning devices, chemical treatment devices, surface coating devices, separating or joining devices, and combinations thereof.
  • the process steps can be, for example, raising or lowering the temperature, transport, forming, cleaning, chemical treatment, coating the surface, separating or joining, and combinations thereof.
  • an inductor In induction heating using an induction heating device, an inductor is excited to oscillate, particularly in the medium frequency range. It is known to integrate this inductor with the aid of an additional capacitance into a so-called oscillating circuit, which is excited by an inverter, for example by switching on voltage pulses close to the resonance frequency of the oscillating circuit using a bridge circuit, half-bridge circuit or using a single switch.
  • a mains voltage for example a single-phase or multi-phase alternating voltage
  • the direct voltage is fed to an inverter, which excites the inductor.
  • the invention is based on the object of providing an improvement or an alternative to the prior art.
  • an induction heating device for heating a metallic product, in particular a semi-finished product and/or a preliminary product and/or an intermediate product and/or a product made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material, comprising:
  • a power supply device for supplying the oscillating circuits with electrical energy comprising: • a disconnect switch for connecting the induction heating device to an electrical power supply, and
  • the energy supply device has a switching device, wherein the switching device is designed to enable at least an indirect energy coupling between the isolating switch and the oscillating circuits, wherein a number of oscillating circuits that can be coupled with energy at the same time is smaller than the number of oscillating circuits of the induction heating device.
  • An “induction heating device” is understood to mean a device which is designed for inductive heating of a metallic product using electrical energy.
  • the induction device generates with at least one "oscillating circuit" comprising at least one coil a coil induced alternating magnetic field. If the metallic item is in an active connection with the alternating magnetic field, the alternating magnetic field induces an electrical voltage in the metallic item, which leads to an electrical current in the metallic item, in particular an alternating electrical current. This current always runs in closed paths, can therefore also be referred to as an eddy current and causes the metallic item to heat up in accordance with Joule losses. In the case of a ferromagnetic metallic item, heating also occurs as a result of remagnetization losses until the Curie temperature is reached, at which point the ferromagnetic or ferroelectric properties of the metallic item have completely disappeared.
  • an induction heating device can be used to directly heat the metallic material, since the heat is generated in the metallic material itself and does not have to be introduced from the outside via the surface of the metallic material by heat conduction, convection and/or radiation.
  • a "metallic good” means any product comprising an electrically conductive ferrous material, a steel material and/or a non-ferrous metal material.
  • a metallic good can be understood to mean any semi-finished product and/or any preliminary product and/or any intermediate product and/or any product which is electrically conductive.
  • a coil of an induction heating device may have less than one complete turn, one complete turn and/or more than one complete turn, in particular more than or equal to two turns, more than or equal to three turns or more than or equal to four turns.
  • An effective connection between a metallic object and an alternating magnetic field can be achieved by longitudinal field induction and/or by transverse field induction.
  • the magnetic field lines in the metallic material run essentially in a transverse direction of the metallic material, in particular in the thickness direction and/or in the width direction of the metallic material. If the metallic material is a sheet, the magnetic field lines in the case of transverse field induction can essentially enter the sheet in the thickness direction of the sheet and exit the sheet again in the thickness direction.
  • a “power supply device” is understood to mean a device which is designed to provide electrical energy for the operation of at least one oscillating circuit, in particular with electrical current of suitable current intensity, suitable voltage and/or suitable frequency.
  • a power supply device can be designed to provide electrical energy for a plurality of oscillating circuits, in particular for at least two oscillating circuits, three, four, five, six or more oscillating circuits.
  • a power supply device can be designed to prepare and provide electrical energy for the oscillating circuit for an efficient, optimal operation of a oscillating circuit, in particular with the optimal frequency and/or the optimal phase position to the phase position of the oscillating circuit.
  • a power supply device can be designed to prevent or reduce any effects on an electrical power supply that arise from the operation of a resonant circuit.
  • a power supply device is designed for connection to an electrical power supply.
  • An electrical power supply can be understood as a three-phase power supply network.
  • An electrical power supply can be an alternating current supply or a direct current supply.
  • a power supply can be medium voltage or high voltage.
  • High voltage can be greater than or equal to 36 kV, preferably greater than or equal to 60 kV and particularly preferably greater than or equal to 100 kV. Furthermore, high voltage can be greater than or equal to 150 kV, preferably greater than or equal to 200 kV and particularly preferably greater than or equal to 300 kV. High voltage can be less than or equal to 400 kV. Furthermore, high voltage can be less than or equal to 300 kV, preferably less than or equal to 200 kV and particularly preferably less than or equal to 150 kV.
  • Medium voltage can be greater than or equal to 1 kV alternating current or greater than or equal to 1.5 kV direct current, preferably greater than or equal to 2 kV and particularly preferably greater than or equal to 10 kV.
  • Medium voltage can be greater than or equal to 15 kV, preferably greater than or equal to 20 kV and particularly preferably greater than or equal to 30 kV.
  • Medium voltage can be less than or equal to 36 kV.
  • medium voltage can be less than or equal to 30 kV, preferably less than or equal to 20 kV and particularly preferably less than or equal to 15 kV.
  • the voltage levels may be defined according to IEC 60519-4.
  • a “disconnector” is a switching element which is designed to close an electrical circuit or to de-energise it, in particular for service and/or maintenance work or operational interruptions.
  • a disconnector can be designed as a circuit breaker for high currents.
  • the power supply device comprises a single-phase isolating switch or a three-phase isolating switch.
  • a disconnector connects the power supply device to earth potential in the open position. This can increase safety against electric shocks.
  • An “inverter” is a power electronic device or an electrical circuit designed to convert a direct current (DC) into an alternating current (AG). The resulting AC frequency depends on the inverter's switching algorithm.
  • An inverter circuit can be controlled by applying a pulse width modulation algorithm.
  • the inverter can be designed for the operation of a specific oscillating circuit.
  • a “switching device” is understood to mean an assembly that is designed to switch an electrically conductive connection by means of a switch, i.e. an electrically conductive To establish or break a connection between at least two contacts.
  • a switching device can be designed to switch an alternating current.
  • the switching device can be arranged accordingly between an inverter and at least one resonant circuit.
  • a switching device can be designed to switch a direct current.
  • the switching device can be arranged accordingly between a rectifier or a smoothing circuit or a direct current supply and at least one resonant circuit.
  • a switching device preferably has a plurality of switching options between a power source, preferably an alternating current source or a direct current source, and at least two consumers, preferably three, four, five or more consumers, in particular resonant circuits and/or inverters.
  • the switching device can be designed to disconnect or establish exactly one connection between a power source and exactly one of the consumers or to switch to another consumer.
  • the switching device can be designed to disconnect or establish or switch two, three, four or more connections between exactly one power source and two, three, four or more of the consumers, in particular to switch in pairs.
  • a switching device can be designed to include a plurality of power sources, wherein a power source can be connected to or disconnected from or changed with exactly one consumer or a plurality of consumers.
  • the switching device is preferably designed so that less than one connection can be established between a consumer and at least two power sources at the same time.
  • a power supply device for an induction heating device comprising a circuit breaker, at least two inverters and a switching device, wherein the circuit breaker is designed to connect the power supply device to an electrical power supply, wherein an inverter is designed to convert a direct current into an alternating current to supply energy to a resonant circuit, wherein the switching device is designed to enable at least indirect energy coupling between the circuit breaker and a plurality of resonant circuits, and wherein a number of resonant circuits that can be simultaneously energy-coupled is smaller than a number of resonant circuits that can be at least indirectly connected to the switching device.
  • the energy supply device allows at least one component of the energy supply device to be used alternately and/or intermittently for a plurality of oscillating circuits, whereby the majority of the oscillating circuits cannot be operated simultaneously.
  • certain components of the energy supply device in particular the isolating switch, are only installed as often as they are necessary for the sensible simultaneous operation of the installed/installable oscillating circuits, while the oscillating circuits can be installed at any position in a production line where heating may be required.
  • an induction heating device which has a power supply device as described above and at least two oscillating circuits.
  • Energy supply devices account for a large proportion of the investment costs of an induction heating device.
  • the energy supply device proposed here can reduce the investment costs for an induction heating device, in particular for an induction heating device with spatially distributed oscillating circuits.
  • Oscillating circuits are currently operated primarily depending on the product being manufactured. It is possible that a total of six oscillating circuits are installed within a production line, but in any case only a maximum of three oscillating circuits are operated simultaneously. If each induction heating device contains all the components of an energy supply device, the associated investment costs are incurred in full.
  • Modern production lines must generally be able to respond flexibly to a wide range of metallic goods to be produced, each with its own requirements for temperature control during the process steps to be carried out.
  • the most favourable mode of operation of the production line can, depending on the product, the products produced before and after, the current energy price mix and other boundary conditions, require the use of oscillating circuits at different positions within the production line.
  • the energy supply system proposed here can improve the flexibility of the production line, reduce the reaction time during product changeover, improve the energy efficiency of the production line in operating modes or metal- ical goods that allow this can be improved and the structural length of a production line can be shortened.
  • the isolating switch is designed to connect the induction heating device to a direct current supply.
  • the isolating switch of the energy supply device is designed to be connected to a direct current supply, preferably to a direct current supply having a medium voltage or a low voltage.
  • the inverters of the energy supply device can be designed such that they can be indirectly connected to the direct current supply, preferably therefore can be fed with a medium-voltage direct current or a low-voltage direct current.
  • Low voltage can be greater than or equal to 120 V, preferably greater than or equal to 220 V and particularly preferably greater than or equal to 240 V. Low voltage can be less than or equal to 1,000 V and particularly preferably less than or equal to 900 V. Low voltage can be less than or equal to 600 V, preferably less than or equal to 240 V and particularly preferably less than or equal to 220 V.
  • the isolating switch is designed to connect the induction heating device to an alternating current supply, wherein the energy supply device between the isolating switch and the at least one inverter has at least one rectifier, in particular two, three, four, five, six or more rectifiers, for converting an alternating current into a direct current for supplying energy to the at least one inverter.
  • the energy supply device between the isolating switch and the at least one inverter has at least one rectifier, in particular two, three, four, five, six or more rectifiers, for converting an alternating current into a direct current for supplying energy to the at least one inverter.
  • a “rectifier” is an electrical device that converts alternating current, which periodically changes direction, into direct current.
  • a rectifier may be a three-phase rectifier.
  • the rectifier may be designed to be supplied with a medium voltage or a low voltage.
  • a rectifier may have a topology that includes diodes and/or consists of diodes.
  • a three-phase rectifier may be an uncontrolled n-by-6-pulse diode rectifier, in particular a 6-pulse diode rectifier, a 12-pulse diode rectifier, an 18-pulse diode rectifier, and so on.
  • a rectifier can be advantageously controlled or regulated. This can ensure that the energy supply device does not have to be connected to a static reactive power compensator in order to comply with the specifications of an electricity supply operator.
  • the energy supply device expediently has a transformer between the isolating switch and the at least one rectifier.
  • a “transformer” is a component that transfers electrical energy from one circuit to another without a conductive connection between the two circuits.
  • the transformer converts an alternating current (AC) to a primary side of the transformer into an alternating current on a secondary side of the transformer.
  • AC alternating current
  • a transformer can be a three-phase transformer.
  • the transformer may be a high voltage to medium voltage transformer that converts a high voltage on a primary side of the transformer into a medium voltage on a secondary side of the transformer.
  • the transformer may be a high voltage to low voltage transformer that converts a high voltage on a primary side of the transformer to a low voltage on a secondary side of the transformer.
  • the transformer may be a medium voltage to low voltage transformer that converts a medium voltage on a primary side of the transformer to a low voltage on a secondary side of the transformer.
  • the disconnector is designed as a medium-voltage switchgear.
  • a “medium-voltage switchgear” is understood to mean a central arrangement of circuit breakers and/or fuses and/or protective switches which serve to protect and/or control and/or earth the power supply device.
  • the at least one inverter and/or the at least one rectifier are designed for medium voltage operation.
  • the at least one rectifier and/or the at least an inverter designed to supply medium voltage.
  • the energy supply device has a smoothing circuit between the isolating switch and the at least one inverter, in particular between the at least one rectifier and the at least one inverter.
  • the derivation of a direct current voltage within a power supply, in particular within a power supply device, from an alternating current source can lead to a ripple voltage, in particular when using a diode rectifier.
  • the ripple voltage is a periodic residual fluctuation in the output voltage of a rectifier.
  • a rectifier can be connected to a "smoothing circuit" which is designed to smooth the ripple voltage.
  • the smoothing circuit may comprise a capacitor connected in parallel to a rectifier circuit.
  • the smoothing circuit may include an inductance connected in series with a rectifier circuit.
  • a rectifier and an inverter can be energetically coupled to one another using DC busbars.
  • the energy supply device has between the isolating switch and the at least one inverter, in particular between the at least one Rectifier and at least one inverter, a DC-DC converter.
  • a “DC-DC converter” is a power electronic device or an electrical circuit designed to convert a direct current (DC) at the input of the DC-DC converter with a voltage supplied at the input into a direct current at the output of the DC-DC converter with a higher, lower or inverted voltage level.
  • a DC-DC converter arranged between a rectifier and an inverter, enables a change in the voltage level between the rectifier and the inverter.
  • a medium-voltage rectifier can be combined with a low-voltage inverter. This can improve the overall efficiency of the energy supply device.
  • a switching device is arranged between a rectifier and at least two inverters, wherein the switching device is designed to
  • a switching device is connected between the Disconnector and at least two inverters, wherein the switching device is designed to
  • the switching device proposed here is arranged between a rectifier or a circuit breaker and at least two inverters, so that the switching device is designed to switch in the area of direct current transmission.
  • the nominal power of the components up to the switching device can also be dimensioned smaller accordingly and in comparison to the sum of the nominal powers of all installed oscillating circuits, in particular the nominal power of the circuit breaker and/or the transformer and/or the rectifier.
  • the nominal electrical power that can be provided by the energy supply device can also be provided by a plurality of individual components. provided, in particular by components connected in parallel to one another. For example, a plurality of transformers and/or a plurality of rectifiers can be connected in parallel upstream of the switching device without departing from the aspect proposed here.
  • the components connected in parallel can be designed in such a way that they can each provide a portion of the respective required electrical nominal power.
  • the induction heating device may have at least one rectifier and/or one transformer and/or one circuit breaker less than resonant circuits.
  • the switching device can be designed in such a way that of the plurality of oscillating circuits connected to the individual switching device, exactly one oscillating circuit can be simultaneously energy-coupled to the direct current connection of the switching device.
  • the majority of the oscillating circuits connected to the switching device can be operated accordingly alternately and/or intermittently.
  • the switching device is designed in such a way that an energy coupling can be established between the direct current connection of the switching device and a group of inverters, in particular an energy coupling between the direct current connection of the switching device and a subset of the group of inverters, wherein it is also provided here that at least one oscillating circuit can be operated simultaneously in comparison to the total number of oscillating circuits installed.
  • one switching connection can be changed alternately or intermittently or that a A plurality of switching connections can be changed simultaneously alternately and/or intermittently, in particular it can also be provided that a pair of resonant circuits can be switched simultaneously, in particular a first pair of resonant circuits can be changed simultaneously with a second pair of resonant circuits.
  • a first pair of oscillating circuits arranged in a front area of a production line can be operated alternately or intermittently with a second pair of oscillating circuits arranged in a rear area of the production line.
  • a switching device is expediently arranged between an inverter and at least two resonant circuits, wherein the switching device is designed to
  • the switching device proposed here is arranged between an inverter and at least two resonant circuits, so that the switching device is designed to switch in the area of alternating current transmission.
  • the induction heating device can have at least one rectifier and/or one inverter and/or one transformer and/or one isolating switch less than oscillating circuits. Furthermore, the induction heating device can be dimensioned with regard to the nominal power that can be provided by the energy supply device such that this is smaller than the sum of the nominal powers of the oscillating circuits included in the induction heating device.
  • an induction heating device can also have a plurality of switching devices.
  • the induction heating device can have at least two switching devices between at least one isolating switch and a plurality of at least indirectly connected inverters, wherein the plurality of switching devices can also be connected in parallel to one another and can be connected to exactly one isolating switch and/or exactly one transformer and/or exactly one rectifier.
  • the induction heating device can have at least two switching devices between at least one inverter and a plurality of at least indirectly connected resonant circuits with preferably the same electrical properties, wherein the majority of the switching devices can also be connected in parallel to one another and can be connected to exactly one inverter and/or exactly one transformer and/or exactly one rectifier. Furthermore, it can be provided that the induction heating device can have one or more switching devices between at least one isolating switch and at least one plurality of inverters as well as one or more switching devices between at least one inverter and at least one plurality of resonant circuits.
  • the induction heating device is designed to be mechanically movable and/or at least partially mechanically movable.
  • mechanically movable means that the unit in question, in particular the induction heating device or the energy supply device, is detachably connected to the surface on which it is designed to stand, the unit has lifting means for fastening the unit to a crane or the like and/or the unit is supplied with electricity and/or operating materials, in particular cooling liquid, by means of detachable connecting means.
  • the induction heating device can be used flexibly at different positions in a production line, whereby the time required for converting the production line can be minimized.
  • the lifting devices mean that the induction heating device can be moved as required by a crane, an industrial truck and/or a different dedicated moving device.
  • a single oscillating circuit can be designed to be movable so that it can be used alternately at different positions on a production line.
  • the energy supply device is designed to be mechanically movable and/or at least partially mechanically movable.
  • a part of a power supply device can in particular be a component of a power electronics system of a power supply device, in particular a transformer, a rectifier, a DC-DC converter, an inverter and/or a smoothing circuit.
  • an oscillating circuit is designed for a longitudinal field induction and/or a transverse field induction.
  • An oscillating circuit designed for a "longitudinal field induction” can have a coil which encloses at least one edge of the metallic material, preferably at least two edges and particularly preferably four edges.
  • a resonant circuit designed for longitudinal field induction has a plurality of turns of the coil wound transversely to the designated longitudinal extension of the metallic material, preferably at least two turns, preferably at least three turns and particularly preferably at least four turns, wherein the majority of the turns are preferably arranged compactly next to one another, wherein the shortest distance between two adjacent turns is preferably smaller than a transverse extension of a turn.
  • a resonant circuit designed for a "transverse field induction” has a coil which extends predominantly in a plane, preferably in a meandering manner in a plane, wherein the coil preferably does not enclose any edge of the metallic material.
  • a resonant circuit designed for "transverse field induction” has a first coil and a second coil, each of which extends predominantly in one plane, preferably each extending in a meandering manner in one plane, wherein the coils preferably do not enclose any edge of the metallic material.
  • the respective extension planes can be arranged parallel to one another.
  • the respective coils can be arranged mirror-symmetrically to one another.
  • the metallic material to be heated is guided through between the coils, preferably guided through in the mirror plane.
  • a coil arrangement designed in this way comprising a first coil extending essentially in one plane and a second coil extending in a mirror-symmetrical manner, can also be used for a longitudinal field induction if each coil forms a separate resonant circuit and the resonant circuits are operated in opposite clocks, i.e. have a phase angle of the respective operating currents of preferably 180 degrees.
  • an oscillating circuit designed for transverse field induction and an oscillating circuit designed for longitudinal field induction can be operated on at least partially the same energy supply device, whereby the investment costs of a production line can be reduced.
  • the isolating switch, the rectifier and the smoothing circuit can be used equally and without modification for an oscillating circuit designed for transverse field induction and an oscillating circuit designed for longitudinal field induction.
  • the inverter of the energy supply device can also be the same, whereby a different operating mode can be selected if necessary and/or a different control and/or regulating signal can be used for the inverter, in particular a different pulse width modulation signal.
  • an electrical connection between an inverter and a resonant circuit is formed by means of a fluid-cooled busbar, in particular a busbar designed for internal cooling with a fluid.
  • a busbar between an inverter and a resonant circuit can be cooled with a liquid coolant, in particular with water, wherein the coolant can preferably be guided within the busbar and further preferably by the busbar.
  • a busbar can be cooled by means of forced convection, among other things.
  • a busbar can be cooled with a gaseous coolant, in particular with air or a different gas mixture. This allows the busbar to be cooled both by forced convection and/or by free convection.
  • the object is achieved by a system comprising a plurality of induction heating devices according to the first aspect of the invention.
  • the object is achieved by a production line for producing and/or processing a metallic product, in particular a semi-finished product and/or a preliminary product and/or an intermediate product and/or a product made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material, comprising an induction heating device according to the first aspect of the invention and/or a system according to the second aspect of the invention.
  • an induction heating device according to the first aspect of the invention and/or a system according to the second aspect of the invention can be directly transferred to a production line for producing and/or processing a metallic product, in particular a semi-finished product and/or a preliminary product and/or an intermediate product and/or a product made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material, comprising an induction heating device according to the first aspect of the invention and/or a system according to the second aspect of the invention.
  • a production line can be a hot rolling mill, in particular with a warm or hot insert, and/or a strip processing line.
  • the object is achieved by a method for operating an induction heating device according to the first aspect of the invention, wherein at least two oscillating circuits are operated alternately and/or intermittently at different locations in a production line.
  • the object is achieved by using an induction heating device according to the first aspect of the invention for producing and/or processing a metallic product, in particular a semi-finished product and/or a preliminary product and/or an intermediate product and/or a product made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material.
  • Figure 1 schematically shows a system comprising a plurality of induction heating devices according to the prior art
  • Figure 2 schematically shows a first embodiment of a system of induction heating devices
  • Figure 3 schematically shows a second embodiment of a system of induction heating devices
  • Figure 4 schematically a third embodiment of a system of induction heating devices.
  • a system 500 having a plurality of induction heating devices 100, in particular having seven induction heating devices 100, according to the prior art in Figure 1 for heating a metallic material (not shown) essentially consists of a plurality of mutually independent induction heating devices 100, which have less than one direct operative connection with one another.
  • an induction heating device 100 consists of a power supply device 20 and a resonant circuit 10, wherein the power supply device 20 has at least one inverter 28 and a circuit breaker 22.
  • Each induction heating device 100 has at least one isolating switch 22, exactly one inverter 28 and exactly one oscillating circuit 10, wherein the oscillating circuit 10 is designed to generate a magnetic field for heating the metallic material (not shown).
  • the disconnect switch 22 is designed to connect the induction heating device 100 to an electrical power supply (not shown).
  • the inverter 28 is designed to convert a direct current into an alternating current to supply energy to the oscillating circuit 10 and is connected to the oscillating circuit 10 by means of an alternating current transmission 29.
  • the electrical power supply (not shown) can be a direct current transmission network, in particular a direct current transmission network with a medium voltage.
  • the inverter 28 can be connected to the electrical power supply directly via the isolating switch 22 or indirectly via a direct current converter (not shown) and the isolating switch 22 by means of a direct current transmission 27.
  • the electrical power supply can be an alternating current supply, in particular a three-phase alternating current network.
  • the energy supply device 20 has a rectifier 26, which is connected to the inverter by means of a direct current transmission 27 directly and/or by means of a direct current converter (not shown). ter 28.
  • the energy supply device 20 can have a transformer 24.
  • the electrical power supply (not shown) can be, among other things, a high-voltage power supply or a medium-voltage power supply, wherein a transformer 24 can be set up to convert the high voltage into a medium voltage or a low voltage or to convert the medium voltage into a low voltage.
  • the majority of the induction heating devices 100 in the system 500 can be arranged in a production line (not designated/not shown) for producing/processing a metallic product, in particular a semi-finished product and/or a preliminary product and/or an intermediate product and/or a product made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material, which, in addition to the induction heating devices 100, can also have treatment devices 40 for treating the metallic product (not shown) and wherein the metallic product (not shown) can be conveyed through the production line (not designated/not shown) in a preferred direction of movement 42.
  • a production line not designated/not shown
  • different positions within the production line are conceivable for the respective oscillating circuits 10.
  • a system 500 having a plurality of induction heating devices 100, in particular having three induction heating devices 100, in Figure 2 has a plurality of switching devices 30, in particular a number of switching devices 30 which corresponds to the number of induction devices 100, in particular three switching devices 30, wherein the system has six oscillating circuits 10 for heating a metallic material (not shown).
  • the system 500 comprising a plurality of induction heating devices 100 also comprises a plurality of energy supply devices 20, in particular a number of energy supply devices 20 which corresponds to the number of induction devices 100, in particular three energy supply devices 20.
  • the switching devices 30 are each arranged in the area of the alternating current transmission 29 of the induction heating device 100.
  • Each energy supply device 20 has at least one isolating switch 22 and at least one inverter 28, wherein each inverter 28 is indirectly connected to at least two resonant circuits 10 via a switching device 30.
  • a power supply device 20 can also have a transformer 24 and/or a rectifier 26, wherein a rectifier can be connected directly to an inverter 28 by means of a direct current transmission 27 and/or a direct current converter (not shown).
  • Each switching device 30 has at least two switches 32 which make a connection state between an inverter 28 and a respective oscillating circuit 10 adjustable.
  • the induction heating device 100 proposed here has a switching device 30 within the energy supply device 20, whereby a plurality of oscillating circuits can be supplied and/or operated alternately or intermittently or, if the oscillating circuits 10 are electrically configured the same, simultaneously by a common energy supply device 20. This enables a reduction in the necessary investment costs compared to the prior art.
  • the number of oscillating circuits 10 to which electrical energy can be made available alternately and/or intermittently or simultaneously by the energy supply device 20 can be greater than the number of energy supply devices 20.
  • a system 500 having a plurality of induction heating devices 100, in particular having three induction heating devices 100, in Figure 3 also has a plurality of switching devices 30, in particular a number of switching devices 30 which corresponds to the number of induction devices 100, in particular three switching devices 30, wherein the system has seven oscillating circuits 10 for heating a metallic material (not shown).
  • the switching devices 30 are arranged here in the region of the direct current transmission 27.
  • an inverter 28 is connected to each oscillating circuit 10 by means of an alternating current transmission 29.
  • a system 500 having a plurality of induction heating devices 100, in particular having two induction heating devices 100, in Figure 4 also has a plurality of switching devices 30, in particular a number of switching devices 30 which corresponds to the number of induction devices 100, in particular two switching devices 30, wherein the system has seven oscillating circuits 10 for heating a metallic material (not shown).
  • a first induction heating device 100 is designed in such a way that two oscillating circuits 10 are arranged at the front end of a production line (not shown) and at the rear end of the production line.
  • the oscillating circuits 10 arranged at the front end can be operated in pairs, alternating or intermittently with the oscillating circuits 10 arranged at the rear end.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes, aufweisend eine Anzahl von zumindest zwei Schwingkreisen zur Erzeugung je eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, und eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Schwingkreise mit elektrischer Energie aufweisend einen Trennschalter zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung an eine elektrische Stromversorgung, und zumindest einen Wechselrichter zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zur Energieversorgung eines Schwingkreises, wobei die Energieversorgungseinrichtung eine Schaltvorrichtung aufweist, wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine zumindest mittelbare Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und den Schwingkreisen zu ermöglichen, wobei eine Anzahl gleichzeitig energiekoppelbarer Schwingkreise kleiner ist als die Anzahl der Schwingkreise der Induktionsheizvorrichtung.

Description

Induktionsheizvorrichtung , System, Produktionslinie , Verfahren und Verwendung
Die Erfindung betri f ft eine Induktionshei zvorrichtung, ein System, eine Produktionslinie , ein Verfahren und eine Verwendung .
Produktionslinien zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Halbzeugen und/oder Vorprodukten und/oder Zwischenprodukten und/oder Produkten aus Eisen- , Stahl- und/oder Nichteisenmetall- Werkstof fen bestehen aus mehreren Vorrichtungen, in denen das Vorprodukt und/oder das Zwischenprodukt und/oder das Produkt j eweils einem oder mehreren Verfahrensschritten unterzogen wird . Die Vorrichtungen können beispielsweise Behei zungs- oder Kühlvorrichtungen, Transportvorrichtungen, Vorrichtungen zur Formgebung, Reinigungsvorrichtungen, chemische Behandlungsvorrichtungen, Oberflächenbeschichtungsvorrichtungen, Trenn- oder Fügevorrichtungen sowie Kombinationen hieraus sein . Die Verfahrensschritte können beispielsweise die Temperaturerhöhung oder Temperaturverringerung, der Transport , die Umformung, die Reinigung, die chemische Behandlung, die Beschichtung der Oberfläche , Trennen oder Fügen sowie Kombinationen hieraus sein .
Die Erhöhung der Temperatur des Vorprodukts und/oder des Zwischenprodukts und/oder des Produkts ist für viele Verfahrensschritte vorausgesetzt und stellt einen wesentlichen Verfahrensschritt dar . Hierzu können unter anderem Induktionshei zvorrichtungen eingesetzt werden . Diese Induktionshei zvor- richtungen können an verschiedenen Stellen innerhalb der Produktionslinie eingesetzt werden .
Bei der Induktionserwärmung mittels einer Induktionshei zvorrichtung wird ein Induktor zu Schwingungen angeregt , insbesondere im Mittel frequenzbereich . Bekannt ist es , diesen Induktor mit Hil fe einer zusätzlichen Kapazität in einen sogenannten Schwingkreis einzugliedern, der von einem Wechselrichter angeregt wird, zum Beispiel durch Zuschalten von Spannungspulsen in der Nähe der Resonanz frequenz des Schwingkreises mittels einer Brückenschaltung, Halbbrückenschaltung oder mittels eines einzelnen Schalters .
Üblicherweise wird dazu zunächst eine Netzspannung, zum Beispiel eine Einphasen- oder Mehrphasen-Wechselspannung, gleichgerichtet , geglättet und die Gleichspannung einem Wechselrichter zugeführt , der den Induktor anregt .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen .
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , aufweisend :
• eine Anzahl von zumindest zwei Schwingkreisen, insbesondere drei , vier, fünf , sechs oder mehr Schwingkreise , zur Erzeugung j e eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes , und
• eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung der Schwingkreise mit elektrischer Energie aufweisend : • einen Trennschalter zum Anschluss der Induktionshei zvorrichtung an eine elektrische Stromversorgung, und
• zumindest einen Wechselrichter, insbesondere zwei , drei , vier, fünf , sechs oder mehr Wechselrichter, zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zur Energieversorgung eines Schwingkreises , wobei die Energieversorgungseinrichtung eine Schaltvorrichtung aufweist , wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist , eine zumindest mittelbare Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und den Schwingkreisen zu ermöglichen, wobei eine Anzahl gleichzeitig energiekoppelbarer Schwingkreise kleiner ist als die Anzahl der Schwingkreise der Induktionshei zvorrichtung .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein" , „zwei" usw . im Regel fall als „mindestens"- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei ..." usw . , sofern sich nicht aus dem j eweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann of fensichtlich oder technisch zwingend ist , dass dort nur „genau ein ..." , „genau zwei ..." usw . gemeint sein können .
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Ausdruck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu verstehen .
Unter einer „Induktionshei zvorrichtung" wird eine Vorrichtung verstanden, welche zur induktiven Erwärmung eines metallischen Guts unter Verwendung von elektrischer Energie eingerichtet ist . Die Induktionsvorrichtung erzeugt mit zumindest einem „Schwingkreis" aufweisend j eweils zumindest eine Spule ein von der Spule hervorgerufenes magnetisches Wechsel feld . Steht das metallische Gut in einer Wirkverbindung zu dem magnetischen Wechsel feld, so wird von dem magnetischen Wechsel feld in dem metallischen Gut eine elektrische Spannung induziert , die zu einem elektrischen Strom in dem metallischen Gut führt , insbesondere einem elektrischen Wechselstrom . Dieser Strom verläuft stets in geschlossenen Bahnen, kann daher auch als Wirbelstrom bezeichnet werden und bewirkt gemäß Joule ' scher Verluste eine Erwärmung des metallischen Guts . Hinzu kommt im Falle eines ferromagnetischen metallischen Guts bis zum Erreichen der Curie-Temperatur, bei deren Erreichen ferromagnetische bzw . ferroelektrische Eigenschaften des metallischen Guts vollständig verschwunden sind, eine Erwärmung auch infolge von Ummagnetisierungsverlusten .
Vorteilhaft kann durch eine Induktionshei zvorrichtung eine unmittelbare Erwärmung des metallischen Guts erreicht werden, da die Wärme in dem metallischen Gut selbst entsteht und nicht über die Oberfläche des metallischen Guts von außen durch Wärmeleitung, Konvektion und/oder Strahlung eingebracht werden muss .
Ein „metallisches Gut" meint j egliches Produkt aufweisend einen elektrisch leitfähigen Eisenwerkstof f , einen Stahlwerkstof f und/oder einen Nichteisenmetall-Werkstof f . Insbesondere kann unter einem metallischen Gut j egliches Halbzeug und/oder j egliches Vorprodukt und/oder j egliches Zwischenprodukt und/oder j egliches Produkt verstanden werden, welches elektrisch leitfähig ist .
Eine Spule einer Induktionshei zvorrichtung kann weniger als eine vollständige Windung, eine vollständige Windung und/oder mehr als eine vollständige Windung aufweisen, insbesondere mehr oder gleich zwei Windungen, mehr oder gleich drei Windungen oder mehr oder gleich vier Windungen .
Eine Wirkverbindung zwischen einem metallischen Gut und einem magnetischen Wechsel feld kann durch Längs t eldinduktion und/oder durch Querf eldinduktion herbeigeführt werden . Die magnetischen
Feldlinien verlaufen bei Längs f eldinduktion im Wesentlichen in
Längserstreckungsrichtung des metallischen Gutes . Bei Querfeldinduktion verlaufen die magnetischen Feldlinien in dem metallischen Gut im Wesentlichen in einer Quererstreckungsrichtung des metallischen Gutes , insbesondere in Dickenrichtung und/oder in Breitenrichtung des metallischen Gutes . Handelt es sich bei dem metal lischen Gut um ein Blech, so können die magnetischen Feldlinien bei Querf eldinduktion im Wesentlichen in Dickenrichtung des Blechs in das Blech eintreten und wieder in Dickenrichtung aus dem Blech austreten .
Unter einer „Energieversorgungseinrichtung" wird eine Vorrichtung verstanden, welche dazu eingerichtet ist , elektrische Energie für den Betrieb zumindest eines Schwingkreises bereitzustellen, insbesondere mit elektrischen Strom geeigneter Stromstärke , geeigneter Spannung und/oder geeigneter Frequenz . Eine Energieversorgungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie für eine Mehrzahl von Schwingkreisen bereitzustellen, insbesondere für zumindest zwei Schwingkreise , drei , vier, fünf , sechs oder mehr Schwingkreise .
Eine Energieversorgungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie zur Bereitstellung für den Schwingkreis für einen ef fi zienzoptimalen Betrieb eines Schwingkreises auf zubereiten und bereitzustellen, insbesondere mit der optimalen Frequenz und/oder der optimalen Phasenlage zu der Phasenlage des Schwingkreises .
Eine Energieversorgungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, etwaige Rückwirkungen auf eine elektrische Stromversorgung, die durch den Betrieb eines Schwingkreises entstehen, zu verhindern oder zu vermindern . Eine Energieversorgungsvorrichtung ist zum Anschluss an eine elektrische Stromversorgung ausgebildet . Unter einer elektrischen Stromversorgung kann ein dreiphasiges Stromversorgungsnetz verstanden werden . Eine elektrische Stromversorgung kann eine Wechselstromversorgung oder eine Gleichstromversorgung sein .
Eine Stromversorgung kann Mittelspannung oder eine Hochspannung aufweisen .
Hochspannung kann größer oder gleich 36 kV sein, vorzugsweise größer oder gleich 60 kV und besonders bevorzugt größer oder gleich 100 kV . Ferner kann Hochspannung größer oder gleich 150 kV sein, vorzugsweise größer oder gleich 200 kV und besonders bevorzugt größer oder gleich 300 kV . Hochspannung kann kleiner oder gleich 400 kV sein . Ferner kann Hochspannung kleiner oder gleich 300 kV sein, vorzugsweise kleiner oder gleich 200 kV und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 150 kV .
Mittelspannung kann größer oder gleich 1 kV Wechselstrom oder größer oder gleich 1 , 5 kV Gleichstrom sein, vorzugsweise größer oder gleich 2 kV und besonders bevorzugt größer oder gleich 10 kV . Mittelspannung kann größer oder gleich 15 kV sein, vorzugsweise größer oder gleich 20 kV und besonders bevorzugt größer oder gleich 30 kV . Mittelspannung kann kleiner als oder gleich 36 kV sein . Ferner kann Mittelspannung kleiner oder gleich 30 kV sein, vorzugsweise kleiner oder gleich 20 kV und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 15 kV .
Vorzugsweise können die Spannungspegel gemäß IEC 60519-4 definiert sein .
Ein "Trennschalter" ist ein Schaltelement , welches dazu eingerichtet ist , einen Stromkreis zu schließen oder spannungs frei zu schalten, insbesondere für Service- und/oder Wartungsarbeiten oder Betriebsunterbrechungen . Ein Trennschalter kann als Leistungsschalter für hohe Ströme ausgebildet sein .
Optional umfasst die Energieversorgungsvorrichtung einen einphasigen Trennschalter oder einen Dreiphasen-Trennschalter .
Mittels der hier vorgeschlagenen Trennschalter kann sichergestellt werden, dass die Energieversorgungsvorrichtung spannungsfrei geschaltet werden kann .
Vorzugsweise verbindet ein Trennschalter die Energieversorgungseinrichtung in geöf fneter Stellung mit dem Erdpotential . Dadurch kann die Sicherheit gegen Stromschläge erhöht werden .
Ein "Wechselrichter" ist ein leistungselektronisches Gerät oder eine elektrische Schaltung, die dazu eingerichtet ist , einen Gleichstrom ( DC ) in einen Wechselstrom (AG ) umzuwandeln . Die sich daraus ergebende Wechselstromfrequenz hängt vom Schaltalgorithmus des Wechselrichters ab .
Eine Wechselrichterschaltung kann durch Anwendung eines Algorithmus zur Pulsweitenmodulation gesteuert werden .
Insbesondere kann der Wechselrichter für den Betrieb eines spezi fischen Schwingkreises ausgelegt sein . Bei der Verwendung unterschiedlicher Schwingkreise können vorteilhaft auch auf die unterschiedlichen Schwingkreise spezi fisch abgestimmte unterschiedliche Wechselrichter verwendet werden, wobei ein Gleichrichter und/oder eine Glättungsschaltung und/oder ein Trans formator und/oder ein Trennschalter für eine Mehrzahl unterschiedlicher Schwingkreise gleich ausgeführt sein können .
Unter einer „Schaltvorrichtung" wird eine Baugruppe verstanden, die dazu eingerichtet ist , eine elektrisch leitende Verbindung mittels einem Schalter zu schalten, also eine elektrisch lei- tende Verbindung zwischen zumindest zwei Kontakten herzustellen oder zu trennen .
Eine Schaltvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, einen Wechselstrom zu schalten . Die Schaltvorrichtung kann entsprechend zwischen einem Wechselrichter und zumindest einem Schwingkreis angeordnet sein .
Eine Schaltvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, einen Gleichstrom zu schalten . Die Schaltvorrichtung kann entsprechend zwischen einem Gleichrichter oder einer Glättungsschaltung oder einer Gleichstromversorgung und zumindest einem Schwingkreis angeordnet sein .
Vorzugsweise weist eine Schaltvorrichtung eine Mehrzahl von Schaltmöglichkeiten zwischen einer Stromquelle , vorzugsweise einer Wechselstromquelle oder einer Gleichstromquelle , und zumindest zwei Verbrauchern auf , vorzugsweise drei , vier, fünf oder mehr Verbrauchern, insbesondere Schwingkreisen und/oder Wechselrichtern . Die Schaltvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, genau eine Verbindung zwischen einer Stromquelle und genau einem der Verbraucher zu trennen oder herzustellen oder auf einen anderen Verbraucher zu wechseln . Die Schaltvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, zwei , drei , vier oder mehr Verbindungen zwischen genau einer Stromquelle und zwei , drei , vier oder mehr der Verbraucher zu trennen oder herzustellen oder zu wechseln, insbesondere paarweise zu wechseln .
Eine Schaltvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine Mehrzahl von Stromquellen zu umfassen, wobei j eweils eine Stromquelle mit genau einem Verbraucher oder einer Mehrzahl von Verbrauchern verbunden oder getrennt oder gewechselt werden kann . Vorzugsweise ist die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet , dass weniger als eine Verbindung zwischen einem Verbraucher und mindestens zwei Stromquellen gleichzeitig hergestellt werden kann . Hier wird eine Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionshei zvorrichtung aufweisend einen Trennschalter, zumindest zwei Wechselrichter und eine Schaltvorrichtung vorgeschlagen, wobei der Trennschalter zum Anschluss der Energieversorgungseinrichtung an eine elektrische Stromversorgung eingerichtet ist , wobei ein Wechselrichter zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zur Energieversorgung eines Schwingkreises eingerichtet ist , wobei die Schaltvorrichtung dazu eingerichtet ist , eine zumindest mittelbare Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und einer Mehrzahl von Schwingkreisen zu ermöglichen, und wobei eine Anzahl gleichzeitig energiekoppelbarer Schwingkreise kleiner ist als eine Anzahl mit an der Schaltvorrichtung zumindest mittelbar anschließbarer Schwingkreise .
Durch die Energieversorgungseinrichtung kann zumindest ein Bestandteil der Energieversorgungsvorrichtung alternierend und/oder intermittierend für eine Mehrzahl von Schwingkreisen verwendet werden, wobei die Mehrzahl der Schwingkreise nicht gleichzeitig betrieben werden kann . Mit anderen Worten werden gewisse Bestandteile der Energieversorgungseinrichtung, insbesondere der Trennschalter, nur so oft installiert , wie diese für den sinnvollen gleichzeitigen Betrieb der installierten/ instal- lierbaren Schwingkreise notwendig sind, während die Schwingkreise an j eder Position in einer Produktionslinie installiert werden können, an welcher eine Erwärmung benötigt werden kann .
Alternativ wird hier eine Induktionshei zvorrichtung vorgeschlagen, welche eine vorstehend beschriebene Energieversorgungseirichtung und zumindest zwei Schwingkreise aufweist .
So können unterschiedliche Schwingkreise an verschiedenen Stellen in einer Produktionslinie mit einem gemeinsamen Bestandteil der Energieversorgungseirichtung, welcher lediglich für den Betrieb einiger oder einer der zur Verfügung stehenden Schwing- kreise ausgelegten ist , alternierend und/oder intermittierend betrieben werden .
Energieversorgungseinrichtungen machen einen großen Anteil der Investitionskosten einer Induktionshei zvorrichtung aus . Mit der hier vorgeschlagenen Energieversorgungseinrichtung können die Investitionskosten für eine Induktionshei zvorrichtung reduziert werden, insbesondere für eine Induktionshei zvorrichtung mit räumlich verteilt angeordneten Schwingkreisen .
Häufig werden nicht alle Schwingkreise einer Produktionslinie gleichzeitig betrieben . Schwingkreise werden aktuell überwiegend in Abhängigkeit von dem aktuell herzustellenden Produkt betrieben . So kann es sein, dass innerhalb einer Produktionslinie insgesamt sechs Schwingkreise verbaut sind, aber in j edem Fall nur maximal drei Schwingkreise gleichzeitig betrieben werden . Enthält j ede Induktionshei zvorrichtung dabei alle Bestandteile einer Energieversorgungseinrichtung, so entstehen die damit verbunden Investitionskosten in vollem Umfang .
Moderne Produktionslinien müssen in der Regel flexibel auf eine große Bandbreite zu produzierender metallischer Güter mit j eweils eigenen Anforderungen an die Temperaturführung während der durchzuführenden Verfahrensschritte reagieren können . Die j eweils günstigste Fahrweise der Produktionslinie kann dabei , in Abhängigkeit vom Produkt , den zuvor und anschließend produzierten Produkten, dem aktuellen Energiepreismix und weiteren Randbedingungen, den Einsatz von Schwingkreisen an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Produktionslinie erfordern .
Durch die hier vorgeschlagene Energieversorgungseinrichtung kann die Flexibilität der Produktionslinie verbessert werden, eine Reaktions zeit beim Produktwechsel reduziert werden, die Energieef fi zienz der Produktionslinie bei Betriebsmodi oder metal- lischen Gütern, die dies zulassen, verbessert werden und die bauliche Länge einer Produktionslinie verkürzt werden .
Optional ist der Trennschalter zum Anschluss der Induktionshei zvorrichtung an eine Gleichstromversorgung eingerichtet .
Hier wird vorgeschlagen, dass der Trennschalter der Energieversorgungseinrichtung dazu eingerichtet ist , mit einer Gleichstromversorgung verbunden zu werden, vorzugsweise mit einer Gleichstromversorgung aufweisend eine Mittelspannung oder eine Niederspannung .
Die Wechselrichter der Energieversorgungseinrichtung können so ausgebildet sein, dass sie mittelbar mit der Gleichstromversorgung verbunden werden können, vorzugsweise also mit einer Mittelspannungsgleichspannung oder einer Niederspannungsgleichspannung gespeist werden können .
Niederspannung kann größer oder gleich 120 V sein, vorzugsweise größer oder gleich 220 V und besonders bevorzugt größer oder gleich 240 V . Niederspannung kann kleiner oder gleich 1 . 000 V und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 900 V sein . Niederspannung kann kleiner oder gleich 600 V sein, vorzugsweise kleiner oder gleich 240 V und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 220 V .
Optional ist der Trennschalter zum Anschluss der Induktionshei zvorrichtung an eine Wechselstromversorgung eingerichtet , wobei die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem Trennschalter und dem zumindest einen Wechselrichter zumindest einen Gleichrichter, insbesondere zwei , drei , vier, fünf , sechs oder mehr Gleichrichter, zur Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom zur Energieversorgung des zumindest einen Wechselrichters aufweist . Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Ein "Gleichrichter" ist ein elektrisches Gerät , das Wechselstrom, der periodisch die Richtung wechselt , in Gleichstrom umwandelt .
Ein Gleichrichter kann ein Dreiphasen-Gleichrichter sein . Der Gleichrichter kann dazu ausgebildet sein, mit einer Mittelspannung oder einer Niederspannung versorgt zu werden .
Ein Gleichrichter kann eine Topologie haben, die Dioden umfasst und/oder aus Dioden besteht . Ein Dreiphasen-Gleichrichter kann ein ungesteuerter n-mal- 6- Impuls-Dioden-Gleichrichter sein, insbesondere ein 6- Impuls-Dioden-Gleichrichter, ein 12- Impuls- Dioden-Gleichrichter , ein 18- Impuls-Dioden-Gleichrichter und so weiter .
Durch den Einsatz von Transistoren und/oder Thyristoren kann ein Gleichrichter vorteilhaft gesteuert oder geregelt werden . Hierdurch kann erreicht werden, dass die Energieversorgungseinrichtung zur Einhaltung von Vorgaben eines Stromversorgungsbetreibers an einen statischen Blindleistungskompensator angeschlossen werden muss .
Zweckmäßig weist die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem Trennschalter und dem zumindest einen Gleichrichter einen Transformator auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Ein „Trans formator" ist ein Bauteil , das elektrische Energie von einem Stromkreis auf einen anderen Stromkreis überträgt , ohne dass eine leitende Verbindung zwischen den beiden Stromkreisen besteht . Der Trans formator wandelt einen Wechselstrom (AG ) an einer Primärseite des Trans formators in einen Wechselstrom an einer Sekundärseite des Trans formators um .
Ein Trans formator kann ein Dreiphasen-Trans formator sein .
Der Trans formator kann ein Hochspannungs-Mittelspannungs-Trans- formator sein, der eine Hochspannung an einer Primärseite des Trans formators in eine Mittelspannung an einer Sekundärseite des Trans formators umwandelt .
Der Trans formator kann ein Hochspannungs-Niederspannungs-Transformator sein, der eine Hochspannung an einer Primärseite des Trans formators in eine Niederspannung an einer Sekundärseite des Trans formators umwandelt .
Der Trans formator kann ein Mittelspannungs-Niederspannungs- Trans formator sein, der eine Mittelspannung an einer Primärseite des Trans formators in eine Niederspannung an einer Sekundärseite des Trans formators umwandelt .
Optional ist der Trennschalter als Mittelspannungsschaltanlage ausgebildet .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „Mittelspannungsschaltanlage" wird eine zentrale Anordnung von Leistungstrennschaltern und/oder Sicherungen und/oder Schutzschaltern verstanden, die dem Schutz und/oder der Steuerung und/oder der Erdung der Energieversorgungseinrichtung dienen .
Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form sind der zumindest eine Wechselrichter und/oder der zumindest eine Gleichrichter für einen Mittelspannungsbetrieb ausgebildet . Mit anderen Worten sind der zumindest eine Gleichrichter und/oder der zumindest eine Wechselrichter für die Versorgung mit einer Mittelspannung ausgebildet .
Bevorzugt weist die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem Trennschalter und dem zumindest einen Wechselrichter, insbesondere zwischen dem zumindest einen Gleichrichter und dem zumindest einen Wechselrichter, eine Glättungsschaltung auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Die Ableitung einer Gleichspannung innerhalb einer Stromversorgung, insbesondere innerhalb einer Energieversorgungsvorrichtung, aus einer Wechselstromquelle kann zu einer Brummspannung führen, insbesondere bei Verwendung eines Diodengleichrichters . Die Brummspannung ist eine periodische Restschwankung der Ausgangsspannung eines Gleichrichters .
Um die Brummspannung zu glätten, kann ein Gleichrichter mit einer "Glättungsschaltung" verbunden werden, die dazu eingerichtet ist , die Brummspannung zu glätten .
Die Glättungsschaltung kann einen parallel zu einer Gleichrichterschaltung geschalteten Kondensator aufweisen .
Die Glättungsschaltung kann eine Induktivität aufweisen, die in Reihe mit einer Gleichrichterschaltung geschaltet ist .
Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form können ein Gleichrichter und ein Wechselrichter unter Verwendung von Gleichstromschienen energetisch miteinander gekoppelt werden .
Gemäß einer optionalen Aus führungs form weist die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem Trennschalter und dem zumindest einen Wechselrichter, insbesondere zwischen dem zumindest einen Gleichrichter und dem zumindest einen Wechselrichter, einen Gleichstromwandler auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Ein „Gleichstromwandler" ist ein leistungselektronisches Gerät oder eine elektrische Schaltung, die dazu eingerichtet ist , einen am Eingang des Gleichstromwandlers anliegenden Gleichstrom ( DC ) mit einer am Eingang zugeführten Spannung in einen Gleichstrom am Ausgang des Gleichstromwandlers mit einem höheren, niedrigeren oder invertierten Spannungsniveau umzuwandeln .
Ein Gleichstromwandler, angeordnet zwischen einem Gleichrichter und einem Wechselrichter, ermöglicht eine Veränderung des Spannungsniveaus zwischen dem Gleichrichter und dem Wechselrichter . Auf diese Weise kann insbesondere ein Mittelspannungsgleichrichter mit einem Niederspannungswechselrichter kombiniert werden . Hierdurch kann die Gesamtef fi zienz der Energieversorgungsvorrichtung verbessert werden .
Bevorzugt ist eine Schaltvorrichtung zwischen einem Gleichrichter und zumindest zwei Wechselrichtern angeordnet , wobei die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist ,
• eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter und genau einem Wechselrichter herzustellen, und/ oder
• eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter und einer Gruppe von Wechselrichtern herzustellen, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter und einer Teilmenge der Gruppe von Wechselrichtern .
Alternativ hierzu kann bei einer bereits mittels Gleichspannung versorgten Induktionshei zvorrichtung, welche unter anderem an ein lokales Gleichspannungsübertragungsnetz angeschlossen sein kann, vorgesehen sein, dass eine Schaltvorrichtung zwischen dem Trennschalter und zumindest zwei Wechselrichtern angeordnet ist , wobei die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist ,
• eine Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und genau einem Wechselrichter herzustellen, und/ oder
• eine Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und einer Gruppe von Wechselrichtern herzustellen, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Trennschalter und einer Teilmenge der Gruppe von Wechselrichtern .
Die hier vorgeschlagene Schaltvorrichtung ist zwischen einem Gleichrichter oder einem Trennschalter und zumindest zwei Wechselrichtern angeordnet , sodass die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist , im Bereich der Gleichstromübertragung zu schalten .
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass die zwischen der elektrischen Stromversorgung der Induktionshei zvorrichtung und der Schaltvorrichtung verbauten Komponenten der Energieversorgungseinrichtung nicht j eweils für j eden versorgten Schwingkreis separat ausgeführt sein müssen . Vielmehr ist es ausreichend, wenn die vor der Schaltvorrichtung verbauten Komponenten hinsichtlich ihrer Anzahl lediglich einfach verbaut sind, wobei die Komponenten j eweils lediglich an die maximal designiert gleichzeitig zur Verfügung gestellte elektrische Leistung der Induktionshei zvorrichtung angepasst sein müssen . Da vorliegend vorgesehen ist , dass zumindest ein Schwingkreis der Induktionshei zvorrichtung weniger betrieben werden kann als insgesamt in der Induktionshei zvorrichtung angeordnet sind, kann die Nennleistung der Komponenten bis zu der Schaltvorrichtung auch entsprechend und im Vergleich zu der Summe der Nennleistungen aller verbauten Schwingkreise kleiner dimensioniert werden, insbesondere die Nennleistung des Trennschalters und/oder des Trans formators und/oder des Gleichrichters . Alternativ kann die von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbare elektrische Nennleistung auch durch eine Mehrzahl einzelner Komponenten bereitgestellt werden, insbesondere zueinander parallelgeschalteter Komponenten . So können unter anderem eine Mehrzahl Transformatoren und/oder eine Mehrzahl Gleichrichter vor der Schaltvorrichtung parallelgeschaltet sein, ohne den hier vorgeschlagenen Aspekt zu verlassen . Dabei können die parallelgeschalteten Komponenten derart ausgeführt sein, dass sie j eweils einen Teil der j eweils benötigten elektrischen Nennleistung bereitstellen können .
So kann die Induktionshei zvorrichtung zumindest einen Gleichrichter und/oder einen Trans formator und/oder einen Trennschalter weniger aufweisen als Schwingkreise .
Hinsichtlich der möglichen Schalt zustande der hier vorgeschlagenen Schaltvorrichtung kann die Schaltvorrichtung derart ausgeführt sein, dass von der Mehrzahl mit der einzelnen Schaltvorrichtung verbundenen Schwingkreisen genau bis zu einem Schwingkreis gleichzeitig mit dem Gleichstromanschluss der Schaltvorrichtung energiegekoppelt sein kann . Die Mehrzahl der an die Schaltvorrichtung angeschlossenen Schwingkreise kann entsprechend alternierend und/oder intermittierend betrieben werden .
Alternativ kann hinsichtlich der möglichen Schalt zustande der hier vorgeschlagenen Schaltvorrichtung vorgesehen sein, dass die Schaltvorrichtung derart ausgeführt ist , dass eine Energiekopplung zwischen dem Gleichstromanschluss der Schaltvorrichtung und einer Gruppe von Wechselrichtern hergestellt werden kann, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Gleichstromanschluss der Schaltvorrichtung und einer Teilmenge der Gruppe von Wechselrichtern, wobei auch hier vorgesehen ist , dass zumindest ein Schwingkreis im Vergleich zu der insgesamt verbauten Anzahl von Schwingkreisen weniger gleichzeitig betrieben werden kann . Dabei kann vorgesehen sein, dass j eweils eine Schaltverbindung alternierend oder intermittierend gewechselt werden kann oder eine Mehrzahl von Schaltverbindungen gleichzeitig alternierend und/oder intermittierend gewechselt werden können, insbesondere kann so auch vorgesehen sein, dass ein Paar von Schwingkreisen gleichzeitig geschaltet werden kann, insbesondere ein erstes Paar von Schwingkreisen mit einem zweiten Paar von Schwingkreisen gleichzeitig gewechselt werden kann .
So kann unter anderem ein in einem vorderen Bereich einer Produktionslinie angeordnetes erstes Paar von Schwingkreisen alternierend oder intermittierend zu einem zweiten Paar von Schwingkreisen betrieben werden, welches in einem hinteren Bereich der Produktionslinie angeordnet ist .
Zweckmäßig ist eine Schaltvorrichtung zwischen einem Wechselrichter und zumindest zwei Schwingkreisen angeordnet , wobei die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist ,
• eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter und genau einem Schwingkreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes herzustellen, und/ oder
• eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter und einer Gruppe von Schwingkreisen zur Erzeugung von j eweils einem Magnetfeld herzustellen, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter und einer Teilmenge der Gruppe von Schwingkreisen .
Die hier vorgeschlagene Schaltvorrichtung ist zwischen einem Wechselrichter und zumindest zwei Schwingkreisen angeordnet , sodass die Schaltvorrichtung dazu ausgebildet ist , im Bereich der Wechselstromübertragung zu schalten .
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass die Komponenten der Energieversorgungseinrichtung nicht j eweils für j eden versorgten Schwingkreis separat ausgeführt sein müssen . Vielmehr können sie j eweils einmal und/oder entsprechend der von den Schwingkreisen maximal gleichzeitig abrufbaren Nennleistung dimensioniert sein, wobei auch Parallelschaltungen einzelner Komponenten zur Erreichung der notwendigen Nennleistung denkbar sind .
So kann die Induktionshei zvorrichtung zumindest einen Gleichrichter und/oder einen Wechselrichter und/oder einen Trans formator und/oder einen Trennschalter weniger aufweisen als Schwingkreise . Weiterhin kann die Induktionshei zvorrichtung hinsichtlich der von der Energieversorgungseinrichtung bereitstellbaren Nennleistung so dimensioniert sein, dass diese kleiner ist als die Summe der Nennleistungen der von der Induktionshei zvorrichtung umfassten Schwingkreise .
Es versteht sich, dass eine Induktionshei zvorrichtung auch eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen aufweisen kann .
So kann unter anderem vorgesehen sein, dass die Induktionshei zvorrichtung zumindest zwei Schaltvorrichtungen zwischen zumindest einem Trennschalter und j eweils einer Mehrzahl von zumindest mittelbar verbundenen Wechselrichtern aufweisen kann, wobei die Mehrzahl der Schaltvorrichtungen auch parallel zueinander geschaltet sein kann und mit genau einem Trennschalter und/oder genau einem Trans formator und/oder genau einem Gleichrichter verbunden sein kann .
Ebenfalls kann vorgesehen sein, dass die Induktionshei zvorrichtung zumindest zwei Schaltvorrichtungen zwischen zumindest einem Wechselrichter und j eweils einer Mehrzahl von zumindest mittelbar verbundenen Schwingkreisen mit vorzugsweise gleichen elektrischen Eigenschaften aufweisen kann, wobei die Mehrzahl der Schaltvorrichtungen auch parallel zueinander geschaltet sein kann und mit genau einem Wechselrichter und/oder genau einem Trans formator und/oder genau einem Gleichrichter verbunden sein kann . Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Induktionshei zeinrichtung sowohl eine oder mehrere Schaltvorrichtungen zwischen zumindest einem Trennschalter und zumindest j eweils einer Mehrzahl von Wechselrichtern sowie eine oder mehrere Schaltvorrichtungen zwischen zumindest einem Wechselrichter und zumindest j eweils einer Mehrzahl von Schwingkreisen aufweisen kann .
Auch ein paralleler Betrieb einer Mehrzahl von Schwingkreisen an einem Wechselrichter ist denkbar, wobei es vorteilhaft ist , wenn die Mehrzahl der Schwingkreise gleiche elektrische Eigenschaften aufweisen .
Bevorzugt ist die Induktionshei zvorrichtung mechanisch verfahrbar ausgebildet und/oder zumindest teilweise mechanisch verfahrbar ausgebildet .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter „mechanisch verfahrbar" wird verstanden, dass die betreffende Einheit , insbesondere die Induktionshei zvorrichtung oder die Energieversorgungseinrichtung, lösbar mit dem Untergrund, auf dem sie designiert steht , verbunden ist , die Einheit Anschlagmittel zur Befestigung der Einheit an einem Kran oder dergleichen aufweist und/oder die Einheit mittels lösbarer Verbindungsmittel mit Strom und/oder Betriebsstof fen, insbesondere Kühl flüssigkeit , versorgt wird .
Die Induktionshei zvorrichtung kann hierdurch flexibel an abweichenden Positionen in einer Produktionslinie eingesetzt werden, wobei der Zeitraum für eine Umrüstung der Produktionslinie minimiert werden kann . Durch die Anschlagmittel kann erreicht werden, dass die Induktionshei zvorrichtung nach Bedarf durch einen Kran, ein Flurf örderf ahrzeug und/oder eine abweichende dezidierte Verfahreinrichtung bewegt werden kann . Gemäß einer vorteilhaften Aus führungs form kann ein einzelner Schwingkreis verfahrbar ausgestaltet sein, sodass dieser an unterschiedlichen Positionen einer Produktionslinie im Wechsel eingesetzt werden kann .
Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form ist die Energieversorgungseinrichtung mechanisch verfahrbar ausgebildet und/oder zumindest teilweise mechanisch verfahrbar ausgebildet .
Ein Teil einer Energieversorgungseinrichtung kann insbesondere eine Komponente einer Leistungselektronik einer Energieversorgungseinrichtung sein, insbesondere ein Trans formator, ein Gleichrichter, ein Gleichstromwandler, ein Wechselrichter und/oder eine Glättungsschaltung .
Optional ist ein Schwingkreis für eine Längs f eldinduktion und/oder eine Querf eldinduktion ausgebildet .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Ein für eine „Längs f eldinduktion" ausgebildeter Schwingkreis kann eine Spule aufweisen, welche zumindest eine Kante des metallischen Guts umschließt , vorzugsweise zumindest zwei Kanten und besonders bevorzugt vier Kanten .
Vorzugsweise weist ein für die Längs f eldinduktion ausgebildeter Schwingkreis mehrere querab zur designierten Längserstreckung des metallischen Guts gewickelte Windungen der Spule auf , vorzugsweise zumindest zwei Windungen, bevorzugt zumindest drei Windungen und besonders bevorzugt zumindest vier Windungen, wobei die Mehrzahl der Windungen bevorzugt kompakt nebeneinander angeordnet sind, wobei der kürzeste Abstand zwischen zwei benachbarten Windungen vorzugsweise kleiner ist als eine Quererstreckung einer Windung . Ein für eine „Querf eldinduktion" ausgebildeter Schwingkreis weist eine Spule auf , welche sich überwiegend in einer Ebene erstreckt , vorzugsweise mäanderf örmig in einer Ebene erstreckt , wobei die Spule vorzugsweise keine Kante des metallischen Guts umschließt .
Vorzugsweise weist ein für eine „Querf eldinduktion" ausgebildeter Schwingkreis eine erste Spule und eine zweite Spule auf , welche sich j eweils überwiegend in einer Ebene erstrecken, vorzugsweise j eweils mäanderf örmig in einer Ebene erstrecken, wobei die Spulen j eweils vorzugsweise keine Kante des metallischen Guts umschließen . Die j eweiligen Erstreckungsebenen können parallel zueinander angeordnet sein . Die j eweiligen Spulen können spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein . Vorzugsweise wird das zu erwärmende metallische Gut zwischen den Spulen hindurchgeführt , vorzugsweise in der Spiegelebene hindurchgeführt .
Eine derartig ausgebildete Spulenanordnung aus einer ersten sich im Wesentlichen in einer Ebene erstreckenden Spule und einer sich spiegelsymmetrisch erstreckenden zweiten Spule kann ebenfalls für eine Längs f eldinduktion verwendet werden, wenn j ede Spule einen separaten Schwingkreis bildet und die Schwingkreise entgegengesetzt getaktet betrieben werden, also einen Phasenwinkel der j eweiligen Betriebsströme von vorzugsweise 180 Grad aufweisen .
Vorteilhaft kann ein für eine Querf eldinduktion ausgebildeter Schwingkreis und ein für eine Längs f eldinduktion ausgebildeter Schwingkreis an einer zumindest teilweise gleichen Energieversorgungseinrichtung betrieben werden, wodurch Investitionskosten einer Produktionslinie reduziert werden können . Insbesondere können der Trennschalter, der Gleichrichter und die Glättungsschaltung gleichermaßen und ohne Modi fikation für einen für eine Querf eldinduktion ausgebildeten Schwingkreis und einen für eine Längs f eldinduktion ausgebildeten Schwingkreis verwendet werden . Prinzipiell kann auch der Wechselrichter der Energieversorgungseinrichtung gleich sein, wobei gegebenenfalls ein anderer Betriebsmodus gewählt werden kann und/oder ein anderes Steuer- und/oder Regelsignal für den Wechselrichter verwendet werden kann, insbesondere ein anderes Pulsweitenmodulationssignal .
Zweckmäßig ist eine elektrische Verbindung zwischen einem Wechselrichter und einem Schwingkreis mittels einer fluidgekühlten Stromschiene ausgebildet , insbesondere einer zur Innenkühlung mit einem Fluid eingerichteten Stromschiene .
Vorzugsweise kann eine Stromschiene zwischen einem Wechselrichter und einem Schwingkreis mit einem flüssigen Kühlmittel gekühlt werden, insbesondere mit Wasser, wobei das Kühlmittel vorzugsweise innerhalb der Stromschiene und weiterhin vorzugsweise von der Stromschiene geführt werden kann . Auf diese Weise kann eine Stromschiene unter anderem mittels erzwungener Konvektion gekühlt werden .
Alternativ kann eine Stromschiene mit einem gas förmigen Kühlmittel gekühlt werden, insbesondere mit Luft oder einem abweichenden Gasgemisch . Hierdurch kann die Stromschiene sowohl mittels erzwungener Konvektion und/oder mittels freier Konvektion gekühlt werden .
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein System aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung .
Es versteht s ich, dass die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung unmittelbar auf ein System aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung übertragbar sind . Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Produktionslinie zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , aufweisend eine Induktionshei zeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder ein System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung .
Es versteht s ich, dass die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder eines Systems gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung unmittelbar auf eine Produktionslinie zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , aufweisend eine Induktionshei zeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder ein System gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung übertragbar sind .
Eine Produktionslinie kann eine Warmwal zstraße , insbesondere mit einem Warm- oder Heißeinsatz , und/oder eine Bandanlage sein .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ . Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionshei zeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei zumindest zwei Schwingkreise an verschiedenen Stellen in einer Produktionslinie abwechselnd und/oder intermittierend abwechselnd betrieben werden .
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung unmittelbar auf ein Verfahren zum Betrieb einer Induktionshei zeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung übertragbar sind .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des vierten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Verwendung einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f .
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung unmittelbar auf eine Verwendung einer Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung übertragbar sind .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des fünften Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ . Weitere Vorteile , Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Aus führungsbeispielen . Dabei zeigen im Einzelnen :
Figur 1 : schematisch ein System aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik;
Figur 2 : schematisch eine erste Aus führungs form eines Systems aus Induktionshei zvorrichtungen;
Figur 3 : schematisch eine zweite Aus führungs form eines Systems aus Induktionshei zvorrichtungen; und
Figur 4 : schematisch eine dritte Aus führungs form eines Systems aus Induktionshei zvorrichtungen .
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugs zeichen gleiche Bauteile bzw . gleiche Merkmale , sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt , sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird . Ferner sind einzelne Merkmale , die in Zusammenhang mit einer Aus führungs form beschrieben wurden, auch separat in anderen Aus führungs formen verwendbar .
Ein System 500 aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen 100 , insbesondere aufweisend sieben Induktionshei zvorrichtungen 100 , gemäß dem Stand der Technik in Figur 1 zur Erwärmung eines metallischen Gutes (nicht dargestellt ) besteht im Wesentlichen aus einer Mehrzahl voneinander unabhängigen Induktionshei zvorrichtungen 100 , welche weniger als eine unmittelbare Wirkverbindung untereinander aufweisen . Grundsätzlich besteht eine Induktionshei zvorrichtung 100 aus einer Energieversorgungseinrichtung 20 und einem Schwingkreis 10 , wobei die Energieversorgungseinrichtung 20 zumindest einen Wechselrichter 28 und einen Trennschalter 22 aufweist .
Jede Induktionshei zvorrichtung 100 weist zumindest einen Trennschalter 22 , genau einen Wechselrichter 28 und genau einen Schwingkreis 10 auf , wobei der Schwingkreis 10 zur Erzeugung j e eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes (nicht dargestellt ) eingerichtet ist .
Der Trennschalter 22 ist zum Anschluss der Induktionshei zvorrichtung 100 an eine elektrische Stromversorgung (nicht dargestellt ) eingerichtet .
Der Wechselrichter 28 ist zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zur Energieversorgung des Schwingkreises 10 eingerichtet und mittels einer Wechselstromübertragung 29 mit dem Schwingkreis 10 verbunden .
Die elektrische Stromversorgung (nicht dargestellt ) kann gemäß einer ersten Variante (nicht dargestellt ) ein Gleichstromübertragungsnetz sein, insbesondere ein Gleichstromübertragungsnetz mit einer Mittelspannung . Gemäß dieser Variante kann der Wechselrichter 28 unmittelbar über den Trennschalter 22 oder mittelbar über einen Gleichstromwandler (nicht dargestellt ) und den Trennschalter 22 mittels einer Gleichstromübertragung 27 mit der elektrischen Stromversorgung verbunden werden .
Gemäß einer zweiten Variante kann die elektrische Stromversorgung eine Wechselstromversorgung, insbesondere ein dreiphasiges Wechselstromnetz , sein . In diesem Fall weist die Energieversorgungseinrichtung 20 einen Gleichrichter 26 auf , welcher mittels einer Gleichstromübertragung 27 unmittelbar und/oder mittels eines Gleichstromwandlers (nicht dargestellt ) mit dem Wechselrich- ter 28 verbunden sein kann . Weiterhin kann die Energieversorgungseinrichtung 20 einen Trans formator 24 aufweisen . So kann die elektrische Stromversorgung (nicht dargestellt ) unter anderem eine Hochspannungsstromversorgung oder eine Mittelspannungsstromversorgung sein, wobei ein Trans formator 24 dazu eingerichtet sein kann, die Hochspannung in eine Mittelspannung oder eine Niederspannung zu wandeln oder die Mittelspannung in eine Niederspannung zu wandeln .
Die Mehrzahl der Induktionshei zvorrichtungen 100 in dem System 500 kann in einer Produktionslinie (nicht bezeichnet/nicht dargestellt ) zur Herstellung/Verarbeitung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , angeordnet sein, welche neben den Induktionshei zvorrichtungen 100 auch Behandlungseinrichtungen 40 zur Behandlung des metallischen Gutes (nicht dargestellt ) aufweisen kann und wobei das metallische Gut (nicht dargestellt ) in einer bevorzugten Bewegungsrichtung 42 durch die Produktionslinie (nicht bezeichnet/nicht dargestellt ) gefördert werden kann . Je nach Position und Nennleistung einer Induktionshei zvorrichtung 100 sind dabei unterschiedliche Positionen innerhalb der Produktionslinie (nicht bezeichnet/nicht dargestellt ) für die j eweiligen Schwingkreise 10 denkbar .
Abweichend weist ein System 500 aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen 100 , insbesondere aufweisend drei Induktionshei zvorrichtungen 100 , in Figur 2 eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen 30 , auf , insbesondere eine Anzahl von Schaltvorrichtungen 30 , welche der Anzahl von Induktionsvorrichtungen 100 entspricht , insbesondere drei Schaltvorrichtungen 30 , wobei das System sechs Schwingkreise 10 zur Erwärmung eines metallischen Guts (nicht dargestellt ) aufweist . Entsprechend weist das System 500 aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen 100 auch eine Mehrzahl von Energieversorgungseinrichtungen 20 auf , insbesondere eine Anzahl von Energieversorgungseinrichtungen 20 , welche der Anzahl von Induktionsvorrichtungen 100 entspricht , insbesondere drei Energieversorgungseinrichtungen 20 .
Gemäß der Aus führungs form in Figur 2 sind die Schalteinrichtungen 30 j eweils im Bereich der Wechselstromübertragung 29 der Induktionshei zvorrichtung 100 angeordnet .
Jede Energieversorgungseinrichtung 20 weist zumindest j eweils einen Trennschalter 22 und zumindest einen Wechselrichter 28 auf , wobei j eder Wechselrichter 28 j eweils mittelbar über eine Schaltvorrichtung 30 mit zumindest j eweils zwei Schwingkreisen 10 verbunden ist .
In Abhängigkeit der Aus führung einer elektrischen Stromversorgung (nicht dargestellt ) kann eine Energieversorgungseinrichtung 20 auch einen Trans formator 24 und/oder einen Gleichrichter 26 aufweisen, wobei ein Gleichrichter unmittelbar mittels einer Gleichstromübertragung 27 und/oder einem Gleichstromwandler (nicht dargestellt ) mit einem Wechselrichter 28 verbunden sein kann .
Jede Schaltvorrichtung 30 weist zumindest zwei Schalter 32 auf , welche einen Verbindungs zustand zwischen einem Wechselrichter 28 und j eweils einem Schwingkreis 10 einstellbar machen .
Viele Produktionslinien (nicht dargestellt ) werden für unterschiedliche herzustellende und/oder zu verarbeitende metallische Güter (nicht dargestellt ) installiert , sodass eine gewisse Flexibilität der Produktionslinie in der technischen Ausstattung, insbesondere in der Menge und/oder der Positionierung von Induktionshei zvorrichtungen 100 wünschenswert/gegeben ist . Hier- durch erhöhen sich j edoch auch die Investitionskosten für eine Produktionslinie . Die hier vorgeschlagene Induktionshei zvorrichtung 100 weist eine Schaltvorrichtung 30 innerhalb der Energieversorgungseinrichtung 20 auf , wodurch eine Mehrzahl von Schwingkreisen alternierend oder intermittierend oder, sofern die Schwingkreise 10 elektrisch gleich konfiguriert sind, gleichzeitig von einer gemeinsamen Energieversorgungseinrichtung 20 versorgt und/oder betrieben werden können . Dies ermöglicht eine Reduzierung der notwendigen Investitionskosten gegenüber dem Stand der Technik .
Entsprechend kann durch die hier vorgeschlagene Induktionshei zeinrichtung 100 die Anzahl von Schwingkreisen 10 , denen von der Energieversorgungseinrichtung 20 elektrische Energie alternierend und/oder intermittierend oder gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden kann, größer sein als die Anzahl der Energieversorgungseinrichtungen 20 .
Ein System 500 aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen 100 , insbesondere aufweisend drei Induktionshei zvorrichtungen 100 , in Figur 3 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Schalteinrichtungen 30 auf , insbesondere eine Anzahl von Schaltvorrichtungen 30 , welche der Anzahl von Induktionsvorrichtungen 100 entspricht , insbesondere drei Schaltvorrichtungen 30 , wobei das System sieben Schwingkreise 10 zur Erwärmung eines metallischen Guts (nicht dargestellt ) aufweist . Im Unterschied zu der Aus führungs form gemäß Figur 2 sind die Schaltvorrichtungen 30 hier im Bereich der Gleichstromübertragung 27 angeordnet .
Entsprechend ist mit j edem Schwingkreis 10 j eweils ein Wechselrichter 28 mittels einer Wechselstromübertragung 29 verbunden . Dies ermöglicht vorteilhaft , dass j eder individuelle Schwingkreis 10 über seinen individuell zugeordneten Wechselrichter 28 individuell gesteuert und/oder geregelt werden kann . Entsprechend kann die die Anzahl von Schwingkreisen 10 , denen von der Energieversorgungseinrichtung 20 elektrische Energie alternierend und/oder intermittierend oder gleichzeitig zur Verfügung gestellt werden kann und welche der Anzahl von Wechselrichtern 28 entspricht , größer sein als die Anzahl der Gleichrichter 26 und die Anzahl der der Trennschalter 22 und/oder der Trans formatoren 24 .
Ein System 500 aufweisend eine Mehrzahl von Induktionshei zvorrichtungen 100 , insbesondere aufweisend zwei Induktionshei zvorrichtungen 100 , in Figur 4 weist ebenfalls eine Mehrzahl von Schaltvorrichtungen 30 auf , insbesondere eine Anzahl von Schaltvorrichtungen 30 , welche der Anzahl von Induktionsvorrichtungen 100 entspricht , insbesondere zwei Schaltvorrichtungen 30 , wobei das System sieben Schwingkreise 10 zur Erwärmung eines metallischen Guts (nicht dargestellt ) aufweist .
Eine erste Induktionshei zvorrichtung 100 ist dabei derart ausgebildet , dass j eweils zwei Schwingkreise 10 am vorderen Ende einer Produktionslinie (nicht dargestellt ) und am hinteren Ende der Produktionslinie angeordnet sind . Unter anderem sei daran gedacht , dass die am vorderen Ende angebrachten Schwingkreise 10 paarweise alternierend oder intermittierend zu den am hinteren Ende angebrachten Schwingkreisen 10 betrieben werden können .
Bezugszeichenliste
Schwingkreis
Energie Versorgungseinrichtung
Trennschalter
Trans formator
Gleichrichter
Gleichstromübertragung
Wechselrichter
Wechselstromübertragung
Schalt Vorrichtung
Schalter
Behandlungseinr ich tung
Bewegungsrichtung
100 Induktionshei zvorrichtung
500 System

Claims

Patentansprüche
1. Induktionsheizvorrichtung (100) zur Erwärmung eines metallischen Gutes, insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstoff, aufweisend :
• eine Anzahl von zumindest zwei Schwingkreisen (10) , insbesondere drei, vier, fünf, sechs oder mehr Schwingkreise (10) , zur Erzeugung je eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, und
• eine Energieversorgungseinrichtung (20) zur Versorgung der Schwingkreise (10) mit elektrischer Energie aufweisend:
• einen Trennschalter (22) zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung (100) an eine elektrische Stromversorgung, und
• zumindest einen Wechselrichter (28) , insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Wechselrichter (28) , zur Umwandlung eines Gleichstroms in einen Wechselstrom zur Energieversorgung eines Schwingkreises (10) , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (20) eine Schaltvorrichtung (30) aufweist, wobei die Schaltvorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, eine zumindest mittelbare Energiekopplung zwischen dem Trennschalter (22) und den Schwingkreisen (10) zu ermöglichen, wobei eine Anzahl gleichzeitig energiekoppelbarer Schwingkreise (10) kleiner ist als die Anzahl der Schwingkreise (10) der Induktionsheizvorrichtung (100) .
2. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (22) zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung (100) an eine Gleichstromversorgung eingerichtet ist.
3. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
• der Trennschalter (22) zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung (100) an eine Wechselstromversorgung eingerichtet ist, und dass
• die Energieversorgungseinrichtung (20) zwischen dem Trennschalter (22) und dem zumindest einen Wechselrichter (28) zumindest einen Gleichrichter (26) , insbesondere zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Gleichrichter (26) , zur Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom zur Energieversorgung des zumindest einen Wechselrichters (28) aufweist .
4. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (20) zwischen dem Trennschalter (22) und dem zumindest einen Gleichrichter (26) einen Transformator (24) aufweist.
5. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennschalter (22) als Mittelspannungsschaltanlage ausgebildet ist.
6. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Wechselrichter (28) und/oder der zumindest eine Gleichrichter (26) für einen Mittelspannungsbetrieb ausgebildet sind.
7. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (20) zwischen dem Trennschalter (22) und dem zumindest einen Wechselrichter (28) , insbesondere zwischen dem zumindest einen Gleichrichter (26) und dem zumindest einen Wechselrichter (28) , eine Glättungsschaltung aufweist.
8. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (20) zwischen dem Trennschalter (22) und dem zumindest einen Wechselrichter (28) , insbesondere zwischen dem zumindest einen Gleichrichter (26) und dem zumindest einen Wechselrichter (28) , eine Gleichstromwandler aufweist.
9. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung (30) zwischen einem Gleichrichter (26) und zumindest zwei Wechselrichtern (28) angeordnet ist, wobei die Schaltvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist,
• eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter (26) und genau einem Wechselrichter (28) herzustellen, und/ oder
• eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter (26) und einer Gruppe von Wechselrichtern (28) herzustellen, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Gleichrichter (26) und einer Teilmenge der Gruppe von Wechselrichtern (28) .
10. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schaltvorrichtung (30) zwischen einem Wechselrichter (28) und zumindest zwei Schwingkreisen (10) angeordnet ist, wobei die Schaltvorrichtung (30) dazu ausgebildet ist,
• eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter (28) und genau einem Schwingkreis (10) zur Erzeugung eines Magnetfeldes herzustellen, und/ oder
• eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter (28) und einer Gruppe von Schwingkreisen (10) zur Erzeugung von jeweils einem Magnetfeld herzustellen, insbesondere eine Energiekopplung zwischen dem Wechselrichter (28) und einer Teilmenge der Gruppe von Schwingkreisen (10) .
11. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (100) mechanisch verfahrbar ausgebildet ist und/oder zumindest teilweise mechanisch verfahrbar ausgebildet ist.
12. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (20) mechanisch verfahrbar ausgebildet ist und/oder zumindest teilweise mechanisch verfahrbar ausgebildet ist .
13. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingkreis (10) für eine Längsf eldinduktion und/oder eine Querf eldinduktion ausgebildet ist.
14. Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung zwischen einem Wechselrichter (28) und einem Schwingkreis (10) mittels einer fluidgekühlten Stromschiene ausgebildet ist, insbesondere einer zur Innenkühlung mit einem Fluid eingerichteten Stromschiene.
15. System (500) aufweisend eine Mehrzahl von Induktionsheizvorrichtungen (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Produktionslinie zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes, insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall- Werkstoff, aufweisend eine Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 und/oder ein System gemäß Anspruch 15.
17. Verfahren zum Betrieb einer Induktionsheizeinrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Schwingkreise (10) an verschiedenen Stellen in einer Produktionslinie abwechselnd und/oder intermittierend abwechselnd betrieben werden.
18. Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes, insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall- Werkstoff.
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