EP4468821A1 - Induktionsheizvorrichtung, produktionslinie und verwendung einer induktionsheizvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer derartigen induktionsheizvorrichtung - Google Patents

Induktionsheizvorrichtung, produktionslinie und verwendung einer induktionsheizvorrichtung sowie verfahren zum betreiben einer derartigen induktionsheizvorrichtung Download PDF

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Publication number
EP4468821A1
EP4468821A1 EP24177277.1A EP24177277A EP4468821A1 EP 4468821 A1 EP4468821 A1 EP 4468821A1 EP 24177277 A EP24177277 A EP 24177277A EP 4468821 A1 EP4468821 A1 EP 4468821A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coil
induction heating
capacitor device
heating device
inverter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24177277.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Lenz
Thomas Daube
Matthias Peters
Ralf Seidel
Markus LANGEJÜRGEN
Martin Lagac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP4468821A1 publication Critical patent/EP4468821A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/04—Sources of current
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/44—Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • the invention relates to 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 first oscillating circuit for generating a magnetic field for heating the metallic product, and an energy supply device for supplying the first oscillating circuit with electrical energy, wherein the first oscillating circuit has a first coil and a capacitor device, in particular a first capacitor device, wherein the first coil and the capacitor device are electrically connected to at least one cable, wherein the first coil is mounted so as to be displaceable in a horizontal plane and in a vertical direction.
  • the invention further relates 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.
  • the invention relates to a use of an induction heating device.
  • the invention relates to a method for operating an induction heating device for heating metallic goods, in which the metallic goods are heated by means of at least one resonant circuit of the induction heating device comprising at least one coil and at least one capacitor device.
  • Generic induction heating devices especially in connection with 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, are known from the prior art.
  • Generic 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 generally consist of several 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, temperature increase or temperature reduction, transport, forming, cleaning, chemical treatment, surface coating, separating or joining, and combinations thereof.
  • 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, which has a first oscillating circuit for generating a magnetic field for heating the metallic product, and an energy supply device for supplying the first oscillating circuit with electrical energy, wherein the first oscillating circuit has a first coil and a capacitor device, in particular a first capacitor device, wherein the first coil and the capacitor device are electrically connected to at least one cable, wherein the first coil is mounted so as to be displaceable in a horizontal plane and/or in a vertical direction, wherein the capacitor device is arranged independently of the first coil, and wherein the capacitor device is mounted so as to be displaceable in the horizontal plane.
  • the coil and capacitor device are usually connected by fixed, inflexible connections. Every form of movement, such as a movement into or out of a production line, is carried out by the entire unit. This means that large masses always have to be moved, which also usually require powerful and/or particularly rigid travel drives.
  • the capacitor device which is now mounted independently and can be moved at least in the horizontal plane, enables the Capacitor device can follow a movement of the first coil almost without restriction, be it a movement of the first coil in the horizontal direction of movement and/or in the vertical direction of movement.
  • the coil and the capacitor device associated with it are not only arranged independently of one another, but are also simultaneously displaceable independently of one another, in particular independently movable in the horizontal direction.
  • the capacitor device can be moved horizontally, for example, even in the opposite direction to a coil or a coil movement. This can be advantageous, for example, shortly before a coil has to be moved massively in a horizontal direction towards the capacitor device in order to be able to be placed in time opposite a thermal sink detected on the metallic item.
  • the capacitor device can be operatively connected to a travel drive that is independent of the coil.
  • the capacitor device and the coil can be electrically connected to a flexible length-compensating energy transfer, preferably to a cable and/or to a telescopically extendable busbar, wherein the energy transfer allows a degree of freedom in the movement between the first coil and the capacitor device.
  • connection length of the energy transmission in particular of the electrical cable connection by means of which the first coil and the capacitor device are electrically connected, can be significantly shortened.
  • no or at least significantly less cable reserve can be provided on the induction heating device between the first coil and the associated capacitor device so that the first coil can move freely within the scope of the operating requirements.
  • the electrical connection can be realized by means of a single electrical cable or several electrical cables.
  • connection may be provided, although for the sake of simplicity, we will refer exclusively to cables as the connection, without excluding the alternatives.
  • the separation of the capacitor device from the coil electrically associated with it results in a reduction in weight with respect to the first coil, particularly since this would otherwise be rigidly connected to the capacitor device. This allows the entire system to act much more dynamically with regard to the adjustment mechanism for adjusting the first coil relative to the metallic material and thus to respond better to dynamic operating requirements.
  • the achieved weight reduction means that significantly less auxiliary energy is required to move the first coil.
  • the first coil of the first resonant circuit is mounted so as to be movable, in particular displaceable, relative to the capacitor device of the first resonant circuit.
  • the first coil and the capacitor device are mounted so as to be independently movable, in particular displaceable, from one another.
  • the capacitor device and the coil electrically associated therewith are arranged structurally, in particular spatially, separately from one another on the induction heating device.
  • the coil can be at least partially surrounded by a first housing and the capacitor device by another housing, which is different from or at a distance from the first housing.
  • spatial separation can be achieved well in this way.
  • Such a structural separation of the capacitor device and the coil makes it possible, in particular, for the coil to be displaced in space independently of any movement of the capacitor device, i.e. relative to the capacitor device in general and in particular also relative to the metallic material.
  • a vertical movement within the meaning of the invention is understood to mean directions of movement that run in the direction of the thickness of the metallic material.
  • a horizontal movement is understood to mean directions of movement that run along the width of the metallic item. This means that the geometric extension and plane of the metallic item defines the directions of movement for the coil(s) and/or capacitor device(s).
  • the induction heating device is particularly simple to construct if the capacitor device is fixed vertically.
  • a particularly preferred embodiment variant therefore provides that the capacitor device is fixed vertically. In other words, this means that the capacitor device is mounted so that it cannot be displaced in the vertical direction or can only be displaced to a negligible extent.
  • the capacitor device is fixed in place in the vertical direction, i.e. firmly mounted, and thus, in contrast to the first coil, is arranged immovably in the vertical direction.
  • the capacitor device of the first coil maintains its vertical position even if the first coil is moved vertically.
  • the capacitor device preferably has a rigid vertical position, while the capacitor device is displaceable in the horizontal direction or along a horizontal plane.
  • a structural separation of capacitor device and coil can be achieved by constructing the two components or are arranged so that they can move with different or mutually different component supports.
  • a spatial separation can be achieved in a particularly simple manner in accordance with the invention if the capacitor device and the first coil are arranged more than 500 mm, preferably more than 1000 mm, or particularly preferably more than 1500 mm apart from each other on the induction heating device.
  • a spatial separation can also be characterized by a partition between the capacitor device and the first coil.
  • the separation proposed here allows the condenser device to be particularly well protected from negative thermal loads of the heated or heated metallic material.
  • the effect of the electromagnetic stray field of the coils on the capacitor devices can be reduced as best as possible, ideally minimized, by spatial separation.
  • the horizontal mobility of the condenser device can be achieved in a variety of ways.
  • the induction heating device comprises displacement means by means of which the capacitor device is connected, wherein the displacement means are designed such that the capacitor device is displaceable in the horizontal plane.
  • the displacement means can preferably also be operatively connected to a coil, in particular to the first coil.
  • the displacement means can be constructed in different ways, in particular they can be translationally displaceable.
  • the displacement means can comprise a cross member on which a carriage part is mounted so as to be linearly displaceable in the horizontal plane, the carriage part carrying the capacitor device.
  • the carriage part can be mounted on the cross member by means of a sliding bearing.
  • the capacitor device can also be arranged on a carriage part which is displaceable in the horizontal plane and which is mounted so as to be displaceable along a track.
  • sliding elements or roller elements such as wheels or the like, can be arranged on the housing of the capacitor device.
  • the displacement means has a displacement device for displacing a capacitor device relative to a coil, wherein the capacitor device and the coil belong to a common resonant circuit, wherein the displacement device further has a receptacle for receiving the capacitor device, in particular capacitors thereof, so that the capacitor device is mounted independently displaceably relative to the coil by means of the displacement device, in particular independently displaceable horizontally.
  • the capacitor device is mounted so as to be translationally displaceable relative to the coil.
  • the capacitor device is preferably arranged so as to be displaceable along a horizontal plane.
  • the capacitor device and the coil of a common resonant circuit are arranged so that they can be displaced independently of one another, in particular so that they can be displaced independently of one another horizontally.
  • the displacement device has a drive by means of which the capacitor device is arranged to be actively displaceable, in particular relative to the electrically associated coil.
  • an “induction heating device” is understood to mean a device which is designed for the inductive heating of a metallic material using electrical energy.
  • Increasing the temperature of the precursor and/or the intermediate product and/or the product is often essential for many process steps and thus represents an essential process step in the treatment of the metallic material.
  • induction heating devices according to the present invention can be used, wherein the present induction heating device can be used at various points within the production line.
  • the resonant circuit is excited to oscillate, particularly in the medium frequency range.
  • a mains voltage for example a single-phase or multi-phase alternating voltage
  • the direct voltage is fed to an inverter, which excites the oscillating circuit.
  • the present induction heating device can therefore achieve direct heating of 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.
  • metal good describes any product comprising an electrically conductive iron 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 that is electrically conductive.
  • a coil of the 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 brought about by longitudinal field induction and/or by transverse field induction.
  • longitudinal field induction the magnetic field lines run essentially in Longitudinal direction of the metallic material.
  • 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.
  • the magnetic field lines can enter the sheet in the direction of its thickness and exit the sheet again in the direction of its thickness in the case of transverse field induction.
  • oscillating circuit refers to a device for inductively heating a metallic object.
  • the oscillating circuit comprises at least one coil and one capacitor device.
  • first oscillating circuit refers to an oscillating circuit which is preferably arranged above a metallic item to be heated or above a related transport path or roller table along which the metallic item is transported.
  • the first coil of the present induction heating device is preferably arranged above the metallic material to be heated.
  • the terms “above” and “below” are to be considered in the thickness direction and refer to a first surface side of a metallic good, or to a second surface side of a metallic good.
  • energy supply device in the sense of the invention refers to a device which is designed to provide electrical energy for the operation of at least one resonant circuit, in particular with electrical Current of suitable amperage, suitable voltage and/or suitable frequency.
  • the present energy supply device can be designed to provide electrical energy for a plurality of resonant circuits, in particular for at least two resonant circuits, three, four, five, six or more resonant circuits.
  • the present energy supply device can be designed to prepare and provide electrical energy for the oscillating circuit for an efficient, optimal operation of an oscillating circuit, in particular with the optimal frequency and/or the optimal phase position to the phase position of the oscillating circuit.
  • the present energy 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.
  • the present energy 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.
  • a suitable electrical power supply can be an AC supply or a DC supply.
  • a suitable 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 can be defined according to IEC 60519-4.
  • an electrical connection between the energy supply device and one or more oscillating circuits of the present induction heating device can be designed in a variety of ways, for example in a known manner using suitable busbars or the like. However, wired electrical supply lines are also possible with a suitably selected connection design.
  • the capacitor device in question can also be designed in different ways.
  • the capacitor device is equipped with a single capacitor or a large number of capacitors.
  • several capacitors can then preferably be connected in parallel to one another.
  • the present induction heating device may comprise a single capacitor device which is connected to a Coil or alternatively also electrically connected to several coils.
  • each coil is assigned exactly one capacitor device, wherein this capacitor device in turn can have a single capacitor or a plurality of capacitors, preferably connected in parallel.
  • the induction heating device has a second coil, wherein the second coil is mounted displaceably in the horizontal plane and/or in the vertical direction, wherein the second coil and the capacitor device are electrically connected to at least one cable, or wherein the second coil and a second capacitor device are electrically connected.
  • the present induction heating device can have at least one further, namely a second coil, by means of which the metallic material can be additionally treated or heated.
  • the first and second coils can interact electrically together with a single capacitor device, namely the capacitor device of the first coil, whereby the number of capacitor devices required can be reduced.
  • the second coil may be electrically associated with its own capacitor device.
  • the second capacitor device in a first exemplary structural embodiment, can be arranged in a manner analogous to the first capacitor device.
  • the second capacitor device and the second coil can be directly electrically connected to one another, for example by means of busbar elements or the like. It is advantageous here that electrical losses caused by electrical cables can be avoided, since electrical cables are replaced by electrical busbar connections.
  • Such an electrical connection can be used particularly advantageously if the second coil is mounted so as to be displaceable only in the horizontal plane, since the additional mass of the second capacitor device does not have to be moved vertically.
  • the second coil is stored directly below the level of the transport path or roller table.
  • the second coil is placed below the metallic material to be heated.
  • the second coil can also be mounted so as to be vertically displaceable if this is advantageous for the application.
  • the second coil and the related capacitor device can be electrically connected to each other by a plurality of electrical cables.
  • the displacement between the capacitor device and in particular the first coil cannot be arbitrarily large. This is due, among other things, to the fact that a first component of these components (capacitor device, coil) cannot be arbitrarily displaced without the other component of these components, for example in the horizontal plane.
  • the capacitor device and the first coil have a maximum relative displacement of less than or equal to 4 m, preferably less than or equal to 2.0 m and particularly preferably less than or equal to 1.5 m or less than or equal to 1.0 m.
  • the capacitor device and the first coil have a maximum relative displacement of less than or equal to 3 m, preferably less than or equal to 1.25 m and particularly preferably less than or equal to 0.75 m.
  • the maximum possible displacement can be achieved in different ways, for example by choosing the length of the electrical cable, and/or by means of a suitable mechanically coupled bearing, and/or by means of an electronic control of the displacement in the horizontal plane, to name just a few possibilities as examples.
  • an electrical cable in particular the electrical cables, have a length of less than or equal to 4 m, preferably less than or equal to 2.0 m and particularly preferably less than or equal to 1.5 m or less than or equal to 1.0 m.
  • such a chosen length can limit or reduce the electrical losses caused by an electrical cable.
  • the capacitor device and the first coil are positively coupled with respect to movement in the horizontal plane.
  • the first coil is designed to heat the metallic material by means of transverse field induction, and/or if the first coil and the second coil are designed to heat the metallic material by means of transverse field induction and/or longitudinal field induction.
  • a transverse field induction is particularly advantageous when only a single, in particular first or upper, coil is available to heat the metallic material.
  • a longitudinal field induction in combination with a first coil arranged above the metallic material to be heated and a second coil arranged below the metallic material to be heated can advantageously be achieved if the first coil and the second coil oscillate with a phase offset to one another, in particular with a phase offset of 180°.
  • the energy supply device has an inverter, in particular a first inverter, wherein the inverter is coupled to the capacitor device, in particular forcibly coupled, in particular the inverter and the capacitor device are electrically connected to one another by means of electrical cables and/or busbars, and/or wherein the energy supply device has a second inverter, wherein the second inverter is coupled to the second capacitor device, in particular forcibly coupled, in particular the second inverter and the second capacitor device are electrically connected to one another by means of electrical cables and/or busbars, or wherein the inverter is electrically connected to the capacitor device, and wherein the inverter is electrically connected to the second capacitor device, and wherein the inverter is electrically connected to the capacitor device or the second capacitor device is coupled, in particular forcibly coupled, in particular by means of electrical cables and/or busbars.
  • the inverter is also arranged independently of the coil, similar to the capacitor device.
  • a correspondingly displaceably mounted arrangement can be structurally implemented in a simple manner if, for example, the inverter is positively coupled to the capacitor device so that the inverter always follows a displacement movement of the associated capacitor device.
  • the inverter is moved in the horizontal plane, which allows particularly short electrical connections to the coil to be achieved.
  • the induction heating device has more than one coil or more than one capacitor device, it is advantageous if more than one inverter is also provided.
  • more than one inverter is also provided.
  • two inverters can be used if the induction heating device has two capacitor devices.
  • inverter and the capacitor device are forcibly coupled to each other, such a forced electrical coupling can be advantageously achieved by means of busbars.
  • busbars For example, a The relevant electrical connection to another capacitor device can be easily implemented by means of an electrical cable.
  • An “inverter” is a power electronic device or an electrical circuit designed to convert a direct current (DC) into an alternating current (AC). The resulting alternating current frequency depends on the switching algorithm of the inverter.
  • An inverter circuit can be controlled, for example, by applying a pulse width modulation algorithm.
  • the inverter can be designed for the operation of a specific oscillating circuit.
  • different inverters specifically tailored to the different oscillating circuits can also advantageously be used, whereby a rectifier and/or a smoothing circuit and/or a transformer and/or a disconnector can be designed in the same way for a plurality of different oscillating circuits.
  • the energy supply device has a rectifier, in particular a three-phase rectifier, in particular a first rectifier, wherein the rectifier is coupled to the inverter, in particular forcibly coupled, in particular the rectifier and the inverter are electrically connected to one another by means of electrical cables and/or busbars, and/or wherein the energy supply device has a second rectifier, wherein the second rectifier is coupled to the first inverter or the second inverter, in particular forcibly coupled, in particular electrically connected to one another by means of electrical cables and/or busbars.
  • the rectifier is also arranged independently of the coil, similar to the capacitor device.
  • Such a displaceably mounted arrangement can be structurally implemented in a simple manner if, for example, the rectifier is positively coupled to the capacitor device so that the rectifier always follows a displacement movement of the associated capacitor device.
  • the rectifier is displaced in the horizontal plane, whereby particularly short electrical connections to the coil can be achieved.
  • the induction heating device has more than one coil or more than one capacitor device, it is advantageous if more than one rectifier is also provided.
  • more than one rectifier is also provided.
  • two rectifiers can be used if the induction heating device has two capacitor devices.
  • an electrically forced coupling can be structurally advantageously implemented using busbars.
  • an electrical connection to another capacitor device can be structurally implemented in a simple manner using an electrical cable.
  • the energy supply device has a smoothing circuit between the at least one rectifier and the at least one inverter.
  • a smoothing circuit can be realized by a capacitor connected in parallel to the inverter and/or by an inductance connected in series to an inverter.
  • a smoothing circuit can be arranged between each inverter and the electrically connected rectifier.
  • the induction heating device has at least one isolating switch for connecting the induction heating device to an electrical power supply.
  • the isolating switch is open when the isolating switch itself is de-energized.
  • the term "isolating switch” refers to a switching element which is designed to close a circuit or to de-energize it, in particular for service and/or maintenance work or operational interruptions.
  • An isolating switch can be designed as a circuit breaker for high currents.
  • the energy supply device of the present induction heating device comprises a single-phase isolating switch or a three-phase isolating switch.
  • the isolating switch is designed to connect the induction heating device to an alternating current supply, wherein the energy supply device has at least one rectifier between the isolating switch and the at least one inverter for converting an alternating current into a direct current for supplying energy to the at least one inverter.
  • a disconnector connects the power supply device to earth potential in the open position. This can increase safety against electric shocks.
  • circuit breaker can optionally be configured 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 in turn 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.
  • a 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.
  • a low voltage can be less than or equal to 1,500 V and particularly preferably less than or equal to 1,000 V.
  • the object of the invention is also 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, which is characterized by an induction heating device according to one of the features described here.
  • a production line equipped with this induction heating device can be operated much more efficiently.
  • metallic goods can be heat-treated more specifically and precisely by means of a production line equipped with the present induction heating device immediately before processing devices, such as rolling devices or the like.
  • the present production line may be provided with a processing device that mechanically processes the metallic goods, or with several processing devices that operate in the same or different ways.
  • the metallic goods are transported along a transport route of the production line or a suitably equipped roller conveyor.
  • the production line may also comprise further treatment or processing devices, such as separating devices, winding devices, singling devices or the like.
  • the object of the invention is also achieved by using the induction heating device underlying the invention according to one of the features described here and/or the production line described here.
  • the present induction heating device for heating a metallic Good s a single, first coil, which is arranged above an effective working area of the induction heating device, such as a transport path for the metallic goods, and a single, first capacitor device as well as an inverter and a rectifier, wherein the capacitor device, the inverter and the rectifier are arranged physically separately from the coil, so that the coil can move independently in space relative to a good to be heated on the one hand and relative to the capacitor device, the inverter and the rectifier on the other.
  • the capacitor device, the inverter and the rectifier can be arranged separately from one another, or preferably connected to one another to form a compact structural unit, for example by a common carrier component.
  • the inverter and the rectifier are forcibly coupled to one another, for example fixedly but detachably by means of a suitable mechanical connection.
  • the rectifier and the inverter are operatively connected to busbars, for example, while electrical connections with regard to the capacitor device and the coil can be implemented by electrical cables of a suitable electrical cable connection.
  • the capacitor device it is also possible for the capacitor device to be operatively connected to one another, for example with the inverter, also by means of busbars. Due to the single, first coil, an induction heating device designed in this way can only be used in the context of cross-field induction.
  • the induction heating device for heating a metallic item comprises, for example, two coils, in which the first coil of the two coils is arranged above and the second coil of the two coils is arranged below the effective working area of the induction heating device in which the metallic item can be heated.
  • the induction heating device again comprises a single, first capacitor device, an inverter and a rectifier. To avoid repetition, reference is otherwise made to the description of the first possible embodiment explained above. In any case, due to the single, first capacitor device, only a transverse field induction is possible again.
  • the induction heating device also has two coils.
  • the induction heating device according to the third possible embodiment now also comprises two capacitor devices, so that each coil is assigned its own capacitor device.
  • two inverters and two rectifiers are present on this induction heating device, with each capacitor device being assigned exactly one inverter and exactly one rectifier.
  • the electrical connection options can be derived from the electrical connections already described above and are therefore not explained again.
  • a fourth possible embodiment corresponds essentially to the third possible embodiment, insofar as only the differences to this third possible embodiment are described, which essentially consist in the fact that there is only one rectifier instead of two rectifiers.
  • a fifth possible embodiment essentially corresponds to the fourth possible embodiment with the difference that in addition to the two coils and the two capacitor devices, only a single inverter and also only a single rectifier are present.
  • both transverse field induction and longitudinal field induction are advantageously possible.
  • induction heating devices can be arranged on a production line, either with identically equipped induction heating devices and/or with differently equipped induction heating devices.
  • the object of the invention is also achieved by a method for operating an induction heating device for heating metallic goods, in which the metallic goods are heated by means of at least one resonant circuit of the induction heating device comprising at least one coil and at least one capacitor device, and in which the at least one coil is displaced relative to the at least one capacitor device in the horizontal direction and/or in the vertical direction in order to change a position of the coil relative to the metallic goods as required, wherein the capacitor device is additionally displaced in the horizontal direction.
  • opposite in the sense of the invention describes that a displacement of the coil and a displacement of the capacitor device in a common resonant circuit can take place independently of each other, especially in the horizontal direction.
  • the displacement of the capacitor device is controlled by means of a control device depending on a displacement of the coil.
  • the displacement of the capacitor device can take place synchronously or at a different time to the displacement of the coil.
  • the function of the control device in the present case ensures that a distance between the coil and the capacitor device does not reach or exceed a critical maximum value when the coil is adjusted relative to a metallic object.
  • the capacitor device is displaced in a horizontal direction when the coil is displaced in a vertical direction and/or in a horizontal direction, since a horizontal movement of the capacitor device can prevent a critical distance between the capacitor device and the coil from being reached or exceeded, regardless of whether the coil is displaced horizontally and/or vertically, in particular with respect to the capacitor device.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a very simply constructed induction heating device 1 with a single oscillating circuit 2 for generating a magnetic field (not shown), by means of which a metallic material 4 can be heated.
  • the metallic good 4 can be, for example, a semi-finished product, a preliminary product or an intermediate product. It can be made of iron, steel and/or a non-ferrous metal material.
  • the single resonant circuit 2 is formed in a very simple design only by a single coil 6 and by a single capacitor device 8.
  • the induction heating device 1 has a power supply device 10 for supplying the first oscillating circuit 2 with electrical energy.
  • the coil 6 and the capacitor device 8 are electrically connected to electrical cables 12 in the sense of a flexible, length-compensating energy transmission device.
  • the coil 6 is on the one hand in a horizontal direction 14 and thus displaceable in a horizontal plane 15, and on the other hand in a vertical direction 16.
  • the capacitor device 8 on the other hand, is only mounted so as to be displaceable in the horizontal direction 14 along the horizontal plane 15.
  • the capacitor device 8 is not displaceable in the vertical direction 16, but is fixed or fixed with respect to a vertical displacement, so that only a horizontal displacement of the capacitor device 8 is possible.
  • the coil 6 and the capacitor device 8 are arranged independently of one another, so that the capacitor device 8 is largely independent of a movement of the coil 6, but can carry out a horizontal movement if necessary, for example if the cable length of the cables 12 between the coil 6 and the capacitor device 8 is not sufficient for a larger displacement of the coil 6 in the horizontal and/or vertical direction 14 or 16.
  • Figure 2 showed a second, somewhat more detailed embodiment of a second induction heating device 100, which essentially corresponds to the first induction heating device 1 of the first embodiment and is shown in connection with a production line 20, not described in detail here, for producing and/or processing metallic goods 4.
  • the production line 20 comprises a roller table 21 which forms a transport path 22 along which the metallic goods 4 are transported forward in order to be able to be guided past individual stations (not shown) of the production line 20, such as past an induction heating device according to the present invention.
  • the second induction heating device 100 has a working region 25 which is arranged below the coil 6 and in which the magnetic field (not shown) initiated by the coil 6 acts on the transport path 22 where the metallic goods 4 are located when they are transported forwards, in particular along the transport path 22.
  • the coil 6 of the single resonant circuit 2 and also the capacitor device 8 of the single resonant circuit 2 are arranged independently of one another and are in particular structurally spaced apart from one another.
  • the coil 6 is supported by a first support member 28, while the capacitor device 8 is supported by a further support member 30, wherein the two support members 28 and 30 are different from each other such that the coil 6 can be displaced on the second induction heating device 100 even without the capacitor device 8.
  • the support components 28 and 30 each comprise a sliding bearing (not explicitly shown), by means of which the coil 6 can be displaced both horizontally and vertically and the capacitor device 8 can only be displaced horizontally.
  • the coil 6 and the capacitor device 8 are arranged to be movable independently of one another on the second induction heating device 100.
  • the coil 6 and the capacitor device 8 are arranged spatially separated from each other by a distance 32 on the second induction heating device 100.
  • the distance 32 between the coil 6 and the capacitor device 8 is variable, in particular actively adjustable, especially because the coil 6 is displaceably mounted relative to the capacitor 8.
  • the distance 32 between the coil 6 and the capacitor device 8 is also variable, in particular actively adjustable, since the capacitor device 8 is also displaceably mounted relative to the coil 6.
  • both the first carrier component 28 and the second carrier component 30 have a motor drive 33 and 34, respectively.
  • the maximum distance 32 corresponds to a maximum relative displacement between the coil 6 and the capacitor device 8, the maximum relative displacement in this second embodiment being 1.5 m.
  • the cable length of the two electrical cables 12 of the electrical connection device 36 shown here is 2 m.
  • the capacitor device 8 in this second embodiment has a single capacitor 38, although in other configurations several such capacitors 38 may be present on the capacitor device 8.
  • Figure 3 shows another embodiment of a further induction heating device 200, wherein the further induction heating device 200, in comparison to the induction heating devices 1 and 100 described above, not only has an oscillating circuit 2, but also a second oscillating circuit 40.
  • the first resonant circuit 2 of the third induction heating device 200 has a first coil 6, which is again arranged above the metallic goods 4.
  • the second resonant circuit 40 of the third induction heating device 200 has a second coil 41, which is arranged below the metallic goods 4.
  • first coil 6 of the first oscillating circuit 2 is arranged above the working area 25 of the third induction heating device 200 and the second coil 41 of the second oscillating circuit 40 is arranged below the working area 25 of the third induction heating device 200.
  • the third induction heating device 200 further comprises a capacitor device 8, which in this third embodiment is assigned to both resonant circuits 2 and 40.
  • the two resonant circuits 2 and 40 of the third induction heating device 200 use a common capacitor device 8, wherein this common capacitor device 8 comprises more than one capacitor 38 (numbered only as an example) in order to be able to provide sufficient electrical energy to both resonant circuits 2 and 40, for example in an operationally reliable manner.
  • an induction heating device designed according to the invention can also have two or more capacitor devices 8, which increases the design effort.
  • a longitudinal field induction in the working area 25 could also be advantageously realized cumulatively.
  • Both coils 6 and 41 are arranged here independently of one another and also independently of the common capacitor device 8, each displaceably mounted in both the horizontal direction 14 and the vertical direction 16 on the third induction heating device 200.
  • the two coils 6 and 41 can alternatively be mounted as a structural unit or synchronously with each other so that they can move.
  • the capacitor device 8 is still only mounted so as to be displaceable in the horizontal direction 14.
  • the electrical connection device 36 between the common capacitor device 8 and the first, upper coil 6 and the second, lower coil 41 consists on the one hand of the first electrical cables 12, which lead from the common capacitor device 8 to the first, upper coil 6, and on the other hand of further electrical cables 42, which lead from the common capacitor device 8 to the second, lower coil 41.
  • the energy supply device 10 also has, as an alternative to an electrical cable connection, electrical busbar elements 44, by means of which the capacitor device 8 can interact electrically with the energy supply device 10 in a structurally simple manner.
  • the energy supply devices 10 of the above-described induction heating devices 1, 100 or 200 can cumulatively be equipped with inverters (not explicitly shown here) and/or rectifiers (also not explicitly shown here), wherein the inverters or rectifiers can preferably be positively coupled to the respective capacitor device 8, so that a movement in the horizontal direction 14 can be carried out immediately together with the capacitor device 8.
  • Each of the embodiments has at least one capacitor device 8 and at least one rectifier 51 and at least one inverter 52.
  • mains connections 50, rectifier 51, inverter 52 and capacitor devices 8 are electrically connected to one another by means of an electrical connection device 36.
  • one rectifier 51 and one inverter 52 are provided for a single capacitor device 8.
  • each capacitor device 8 is assigned a rectifier 51 and an inverter 52, wherein the rectifiers 51 are each arranged on a mains connection 50.
  • a mains connection 50 is present and a rectifier 51 is connected to this, with two inverters 52 being electrically connected to the rectifier 51.
  • Each inverter 52 is assigned exactly one capacitor device 8.
  • the fourth embodiment shown has a mains connection 50 to which a rectifier 51 with an inverter 52 are connected, wherein the inverter 52 is electrically connected to two capacitor devices 8.
  • the fifth embodiment shown comprises two mains connections 50, to which a rectifier 51 is connected to each. Both rectifiers 51 are electrically connected to a single inverter 52, which feeds a single capacitor device 8.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung 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, welche einen ersten Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, und eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des ersten Schwingkreises mit elektrischer Energie aufweist, wobei der erste Schwingkreis eine erste Spule und eine Kondensatoreinrichtung aufweist, insbesondere eine erste Kondensatoreinrichtung, wobei die erste Spule und die Kondensatoreinrichtung mit zumindest einem Kabel elektrisch verbunden sind, wobei die erste Spule in einer horizontalen Ebene und/oder in einer vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist, wobei die Kondensatoreinrichtung unabhängig von der ersten Spule angeordnet ist, und wobei sich die Induktionsheizvorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung in der horizontalen Ebene verschiebbar gelagert ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung 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 einen ersten Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, und eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des ersten Schwingkreises mit elektrischer Energie, wobei der erste Schwingkreis eine erste Spule und eine Kondensatoreinrichtung aufweist, insbesondere eine erste Kondensatoreinrichtung, wobei die erste Spule und die Kondensatoreinrichtung mit zumindest einem Kabel elektrisch verbunden sind, wobei die erste Spule in einer horizontalen Ebene und in einer vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren 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-Werkstoff.
  • Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung.
  • Außerdem betrifft die Erfindung noch ein Verfahren zum Betreiben einer Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, bei welchem die metallischen Güter mittels wenigstens eines zumindest eine Spule und zumindest eine Kondensatoreinrichtung umfassenden Schwingkreises der Induktionsheizvorrichtung erwärmt wird.
  • Gattungsgemäße Induktionsheizvorrichtungen speziell im Zusammenhang mit Produktionslinien zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Halbzeugen und/oder Vorprodukten und/oder Zwischenprodukten und/oder Produkten aus Eisen-, Stahl- und/oder Nichteisenmetall-Werkstoffen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Gattungsgemäße Produktionslinien zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Halbzeugen und/oder Vorprodukten und/oder Zwischenprodukten und/oder Produkten aus Eisen-, Stahl- und/oder Nichteisenmetall-Werkstoffen bestehen in der Regel aus mehreren Vorrichtungen, in denen das Vorprodukt und/oder das Zwischenprodukt und/oder das Produkt jeweils einem oder mehreren Verfahrensschritten unterzogen wird. Die Vorrichtungen können beispielsweise Beheizungs- 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.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Induktionsheizvorrichtung 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, gelöst, welche einen ersten Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, und eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des ersten Schwingkreises mit elektrischer Energie aufweist, wobei der erste Schwingkreis eine erste Spule und eine Kondensatoreinrichtung aufweist, insbesondere eine erste Kondensatoreinrichtung, wobei die erste Spule und die Kondensatoreinrichtung mit zumindest einem Kabel elektrisch verbunden sind, wobei die erste Spule in einer horizontalen Ebene und/oder in einer vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist, wobei die Kondensatoreinrichtung unabhängig von der ersten Spule angeordnet ist, und wobei die Kondensatoreinrichtung in der horizontalen Ebene verschiebbar gelagert ist.
  • Bei bisher im Stand der Technik bekannten Induktionsheizvorrichtungen sind Spule und Kondensatoreinrichtung meist durch feste, unflexible Verbindungen verbunden. Jede Form der Bewegung, wie beispielsweise eine Bewegung in eine Produktionslinie hinein oder aus einer Produktionslinie heraus, wird von der gesamten Einheit ausgeführt. Dadurch müssen stets große Massen bewegt werden, die ferner auch meist leistungsstarke und/oder besonders versteift ausgeführte Verfahrantriebe erfordern.
  • Dies führte bisher dazu, dass die gesamte Induktionsheizvorrichtung in ihrer Bauform größer und reaktionsträger wurde, was insbesondere mit Blick auf eine schnelle Einstellung auf sich ändernde oder zu ändernde Produktionsbedingen kontraproduktiv war.
  • Die nun unabhängig und zumindest in der horizontalen Ebene verschiebbar gelagerte Kondensatoreinrichtung ermöglicht, dass die Kondensatoreinrichtung einer Bewegung der ersten Spule nahezu uneingeschränkt folgen kann, sei es einer Bewegung der ersten Spule in horizontaler Bewegungsrichtung und/oder in vertikaler Bewegungsrichtung.
  • Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Spule und die ihr zugeordnete Kondensatoreinrichtung nicht nur unabhängig voneinander angeordnet sind, sondern sogleich auch unabhängig voneinander verschiebbar, insbesondere in horizontaler Richtung unabhängig voneinander bewegbar.
  • Hierbei kann in einer außergewöhnlichen Situation die Kondensatoreinrichtung beispielsweise horizontal sogar gegenläufig zu einer Spule bzw. einer Spulenbewegung bewegt werden. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, kurz bevor eine Spule massiv in horizontaler Richtung auf die Kondensatoreinrichtung zu bewegt werden muss, um rechtzeitig gegenüber einer an dem metallischen Gut detektierten thermischen Senke platziert werden zu können.
  • Dabei kann die Kondensatoreinrichtung mit einem von der Spule unabhängigen Verfahrantrieb wirkverbunden sein.
  • Die Kondensatoreinrichtung und die Spule können mit einer flexiblen längenausgleichenden Energieübertragung elektrisch verbunden sein, vorzugsweise mit einem Kabel und/oder mit einer teleskopartig verlängerbaren Stromschiene, wobei die Energieübertragung einen Freiheitsgrad in der Bewegung zwischen der ersten Spule und der Kondensatoreinrichtung erlaubt.
  • Hierdurch kann eine Verbindungslänge der Energieübertragung, insbesondere der elektrischen Kabelverbindung, mittels welcher die erste Spule und die Kondensatoreinrichtung elektrisch verbunden sind, signifikant verkürzt werden.
  • Insofern kann an der Induktionsheizvorrichtung keine oder zumindest erheblich weniger Kabelreserve zwischen der ersten Spule und der zugehörigen Kondensatoreinrichtung vorgesehen werden, damit sich die erste Spule im Rahmen der Betriebsanforderungen frei bewegen kann.
  • Neben einer vorteilhaften Materialeinsparung und einer damit einhergehenden erstrebenswerten Kostenreduzierung hinsichtlich der elektrischen Kabelverbindung, ist es von besonderem Vorteil, dass eine Verkürzung der elektrischen Energieübertragung, insbesondere des Kabels, eine vorteilhafte Reduzierung von elektrischen Verlusten zwischen der Kondensatoreinrichtung und der ersten Spule bewirkt.
  • Die elektrische Verbindung kann hierbei mittels eines einzigen elektrischen Kabels oder mehrerer elektrischer Kabel realisiert sein.
  • Alternativ kann auch eine andere kabelfreie Verbindung vorgesehen sein, wenngleich aus Gründen der Vereinfachung im Weiteren ausschließlich von Kabeln als Verbindung gesprochen wird, ohne die Alternativen auszuschließen.
  • Darüber hinaus wird durch die Separierung der Kondensatoreinrichtung von der ihr elektrisch zugeordneten Spule eine Gewichtsreduzierung bezüglich der ersten Spule erzielt, insbesondere da diese anderenfalls mit der Kondensatoreinrichtung starr verbunden wäre. Hierdurch kann das gesamte System hinsichtlich der Verstellmechanik zur Verstellung der ersten Spule gegenüber dem metallischen Gut wesentlich dynamischer agieren und damit auf dynamische Betriebsanforderungen verbessert reagieren.
  • Ferner wird durch die erzielte Gewichtsreduzierung wesentlich weniger Hilfsenergie zum Verschieben der ersten Spule benötigt.
  • Allein aus den vorstehend genannten Gründen ist es vorteilhaft, dass die erste Spule des ersten Schwingkreises gegenüber der Kondensatoreinrichtung des ersten Schwingkreises beweglich, insbesondere verschieblich, gelagert ist.
  • Jedenfalls sind bei dem vorliegenden Schwingkreis die erste Spule und die Kondensatoreinrichtung unabhängig beweglich, insbesondere verschiebbar, voneinander angeordnet gelagert.
  • Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Kondensatoreinrichtung und die ihr elektrisch zugeordnete Spule, wie insbesondere die vorliegende erste Spule, strukturell, insbesondere räumlich, voneinander getrennt an der Induktionsheizvorrichtung angeordnet sind.
  • Damit sowohl die erste Spule als auch die Kondensatoreinrichtung vor äußerlichen thermischen und/oder mechanischen Einflüssen besonders gut geschützt sind, können die Spule durch eine erste Einhausung und die Kondensatoreinrichtung durch eine andere Einhausung, welche von der ersten Einhausung verschieden bzw. auch beabstandet ist, zumindest teilweise umgeben sein. Insbesondere kann hierdurch eine räumliche Trennung gut erzielt werden.
  • Eine derartige strukturelle Trennung von Kondensatoreinrichtung und Spule ermöglicht insbesondere, dass die Spule im Raum unabhängig von einer Bewegung der Kondensatoreinrichtung verschoben werden kann, also gegenüber der Kondensatoreinrichtung allgemein und insbesondere auch gegenüber dem metallischen Gut.
  • Im Folgenden werden Bewegungen im Raum beschrieben, die als vertikale und horizontale Bewegungen ausgeführt werden können.
  • Unter einer vertikalen Bewegung im Sinne der Erfindung verstehen sich Bewegungsrichtungen, die in Richtung der Dickenerstreckung des metallischen Gutes verlaufen.
  • Unter einer horizontalen Bewegung verstehen sich Bewegungsrichtungen, die in Breitenerstreckung des metallischen Gutes verlaufen. Das heißt, die geometrische Erstreckung und Ebene des metallischen Gutes definiert die Bewegungsrichtungen für die Spule(n) und/oder Kondensatoreinrichtung(en).
  • Die Induktionsheizvorrichtung baut besonders einfach, wenn die Kondensatoreinrichtung vertikal fixiert ist.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht somit vor, dass die Kondensatoreinrichtung vertikal fixiert ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Kondensatoreinrichtung in vertikaler Richtung nicht oder nur vernachlässigbar gering verlagerbar gelagert ist.
  • Somit ist die Kondensatoreinrichtung in vertikaler Richtung gesehen ortsfest fixiert, also fest gelagert, und damit im Gegensatz zu der ersten Spule in vertikaler Richtung unverschieblich angeordnet.
  • Damit hält die Kondensatoreinrichtung der ersten Spule selbst dann ihre vertikale Position bei, wenn die erste Spule vertikal verschoben wird.
  • Somit wohnt der Kondensatoreinrichtung bevorzugt eine starre vertikale Position inne, während die Kondensatoreinrichtung in horizontaler Richtung bzw. entlang einer horizontalen Ebene verschiebbar ist.
  • Eine strukturelle Trennung von Kondensatoreinrichtung und Spule ist konstruktiv gut erzielbar, wenn die beiden Komponenten an oder mit unterschiedlichen bzw. voneinander verschiedenen Bauteilträgern verschieblich gelagert angeordnet sind.
  • Eine räumliche Trennung kann im Sinne der Erfindung baulich besonders einfach erzielt werden, wenn die Kondensatoreinrichtung und die erste Spule mehr als 500 mm, vorzugsweise von mehr als 1000 mm, oder besonders bevorzugt von mehr als 1500 mm voneinander entfernt an der Induktionsheizvorrichtung angeordnet sind.
  • Eine räumliche Trennung kann sich darüber hinaus noch durch eine Trennwand zwischen der Kondensatoreinrichtung und der ersten Spule auszeichnen.
  • Durch die hier vorgeschlagene Trennung kann die Kondensatoreinrichtung besonders gut etwa von negativen thermischen Belastungen des erwärmten bzw. erhitzen metallischen Guts geschützt werden.
  • Die Wirkung des elektromagnetischen Streufeldes der Spulen auf die Kondensatoreinrichtungen kann durch die räumliche Trennung bestmöglich reduziert werden, idealerweise minimiert werden.
  • Die horizontale Verschieblichkeit der Kondensatoreinrichtung kann auf vielfältige Weise bewerkstelligt werden.
  • Beispielsweise umfasst die Induktionsheizvorrichtung Verschiebemittel, mittels welcher die Kondensatoreinrichtung verbunden ist, wobei die Verschiebmittel derart ausgestaltet sind, dass die Kondensatoreinrichtung in der horizontalen Ebene verschiebbar ist.
  • Beispielsweise können die Verschiebemittel vorzugsweise auch mit einer Spule, insbesondere mit der ersten Spule, wirkverbunden sein.
  • Die Verschiebemittel können hierbei unterschiedlich konstruiert sein, insbesondere translatorisch verschieblich.
  • Beispielsweise können die Verschiebemittel eine Traverse umfassen, an welcher ein Schlittenteil in der horizontalen Ebene linear verschieblich gelagert ist, wobei das Schlittenteil die Kondensatoreinrichtung trägt. Das Schlittenteil kann hierbei mittels einer Gleitlagerung an der Traverse gelagert sein.
  • Alternativ kann die Kondensatoreinrichtung auch an einem in der horizontalen Ebene verschieblichen Wagenteil angeordnet sein, welches entlang einer Bahn verschieblich gelagert ist.
  • In einem baulich sehr einfachen Fall können Gleitelemente oder Rollenelemente, wie Räder oder dergleichen, an dem Gehäuse der Kondensatoreinrichtung angeordnet sein.
  • Insofern ist es auch unabhängig von den übrigen Merkmalen der Erfindung vorteilhaft, wenn die Verschiebemittel eine Verschiebeeinrichtung zum Verschieben einer Kondensatoreinrichtung gegenüber einer Spule aufweist, wobei die Kondensatoreinrichtung und die Spule einem gemeinsamen Schwingkreis zugehörig sind, wobei die Verschiebeeinrichtung ferner eine Aufnahme zum Aufnehmen der Kondensatoreinrichtung, insbesondere Kondensatoren hiervon, aufweist, so dass die Kondensatoreinrichtung mittels der Verschiebeeinrichtung gegenüber der Spule unabhängig verschieblich gelagert ist, insbesondere horizontal unabhängig verschieblich.
  • Bevorzugt ist die Kondensatoreinrichtung gegenüber der Spule translatorisch verschieblich gelagert angeordnet.
  • Darüber hinaus ist die Kondensatoreinrichtung vorzugsweise entlang einer horizontalen Ebene verschieblich gelagert angeordnet.
  • Um bei einer Beschleunigung der Spule die zu bewegenden Massen zu verringern, ist es zweckmäßig, wenn die Kondensatoreinrichtung die Spule eines gemeinsamen Schwingkreises unabhängig voneinander jeweils verschieblich gelagert angeordnet sind, insbesondere horizontal unabhängig voneinander jeweils verschieblich.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Verschiebeeinrichtung einen Antrieb aufweist, mittels welchem die Kondensatoreinrichtung aktiv verschieblich gelagert angeordnet ist, insbesondere gegenüber der elektrisch zugehörigen Spule.
  • Hierdurch kann die Kondensatoreinrichtung aus einer Ruheposition heraus einer Bewegung der Spule automatisch vorauseilen oder nachgeführt werden.
  • Nun sei an dieser Stelle noch erwähnt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung unter einer "Induktionsheizvorrichtung" eine Vorrichtung verstanden wird, welche zur induktiven Erwärmung eines metallischen Guts unter Verwendung von elektrischer Energie eingerichtet ist.
  • Die Erhöhung der Temperatur des Vorprodukts und/oder des Zwischenprodukts und/oder des Produkts ist für viele Verfahrensschritte oftmals zwingend erforderlich und stellt somit einen wesentlichen Verfahrensschritt bei der Behandlung des metallischen Guts dar.
  • Hierzu können unter anderem Induktionsheizvorrichtungen gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt werden, wobei die vorliegende Induktionsheizvorrichtung an verschiedenen Stellen innerhalb der Produktionslinie eingesetzt werden kann.
  • Bei der Induktionserwärmung mittels einer Induktionsheizvorrichtung wird der Schwingkreis zu Schwingungen angeregt, insbesondere im Mittelfrequenzbereich.
  • Üblicherweise wird dazu zunächst eine Netzspannung, zum Beispiel eine Einphasen- oder Mehrphasen-Wechselspannung, gleichgerichtet, geglättet und die Gleichspannung einem Wechselrichter zugeführt, der den Schwingkreis anregt.
  • Vorteilhaft kann durch die vorliegende Induktionsheizvorrichtung also 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.
  • Die Begrifflichkeit "metallisches Gut" beschreibt vorliegend jegliches Produkt aufweisend einen elektrisch leitfähigen Eisenwerkstoff, einen Stahlwerkstoff und/oder einen Nichteisenmetall-Werkstoff. Insbesondere kann unter einem metallischen Gut jegliches Halbzeug und/oder jegliches Vorprodukt und/oder jegliches Zwischenprodukt und/oder jegliches Produkt verstanden werden, welches elektrisch leitfähig ist.
  • Eine Spule der Induktionsheizvorrichtung 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 Wechselfeld kann durch Längsfeldinduktion und/oder durch Querfeldinduktion herbeigeführt werden. Die magnetischen Feldlinien verlaufen bei Längsfeldinduktion 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 metallischen Gut etwa um ein Blech, so können die magnetischen Feldlinien bei Querfeldinduktion im Wesentlichen in Dickenrichtung des Blechs in das Blech eintreten und wieder in Dickenrichtung aus dem Blech austreten.
  • Unter der Bezeichnung "Schwingkreis" versteht man im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zum induktiven Erwärmen eines metallischen Guts. Hierbei umfasst der Schwingkreis wenigstens eine Spule und eine Kondensatoreinrichtung.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Ausdruck "erster Schwingkreis" einen Schwingkreis, welcher bevorzugt oberhalb eines zu erwärmenden metallischen Guts bzw. oberhalb einer diesbezüglichen Transportstrecke bzw. eines Rollgangs angeordnet ist, entlang welcher das metallische Gut transportiert wird.
  • Insofern ist die erste Spule der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung vorzugsweise entsprechend oberhalb des zu erwärmenden metallischen Guts angeordnet.
  • Die Begriffe "oberhalb" und "unterhalb" sind in Dickenrichtung zu betrachten, beziehen sich auf eine erste Oberflächenseite eines metallischen Gutes, beziehungsweise auf eine zweite Oberflächenseite eines metallischen Gutes.
  • Unter dem Begriff "Energieversorgungseinrichtung" wird im Sinne der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie für den Betrieb zumindest eines Schwingkreises bereitzustellen, insbesondere mit elektrischem Strom geeigneter Stromstärke, geeigneter Spannung und/oder geeigneter Frequenz.
  • Die vorliegende 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.
  • Die vorliegende Energieversorgungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie zur Bereitstellung für den Schwingkreis für einen effizienzoptimalen Betrieb eines Schwingkreises aufzubereiten und bereitzustellen, insbesondere mit der optimalen Frequenz und/oder der optimalen Phasenlage zu der Phasenlage des Schwingkreises.
  • Die vorliegende Energieversorgungsvorrichtung kann dazu ausgebildet sein, etwaige Rückwirkungen auf eine elektrische Stromversorgung, die durch den Betrieb eines Schwingkreises entstehen, zu verhindern oder zu vermindern.
  • Die vorliegende Energieversorgungsvorrichtung ist zum Anschluss an eine elektrische Stromversorgung ausgebildet.
  • Unter einer elektrischen Stromversorgung kann ein dreiphasiges Stromversorgungsnetz verstanden werden.
  • Eine geeignete elektrische Stromversorgung kann eine Wechselstromversorgung oder eine Gleichstromversorgung sein.
  • Eine geeignete 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.
  • Es versteht sich, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinrichtung und einem oder mehreren Schwingkreisen der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung konstruktiv unterschiedlichst ausgestaltet sein kann, beispielsweise in bekannter Weise mittels geeigneter Stromschienen oder dergleichen. Aber auch kabelgebundene elektrische Zuleitungen sind bei geeignet gewählter Anschlusskonstruktion möglich.
  • Auch die vorliegende Kondensatoreinrichtung kann unterschiedlich eingerichtet sein. Beispielsweise ist die Kondensatoreinrichtung mit einem einzigen Kondensator oder einer Vielzahl an Kondensatoren ausgerüstet. Bei letzterer Variante können dann mehrere Kondensatoren bevorzugt parallel zueinander geschaltet sein.
  • Die vorliegende Induktionsheizvorrichtung kann vorliegend eine einzelne Kondensatoreinrichtung aufweisen, welche mit einer Spule oder alternativ auch mit mehreren Spulen elektrisch wirkverbunden ist.
  • Insbesondere bei mehreren Spulen können auch mehrere Kondensatoreinrichtungen an der Induktionsheizvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ist jeder Spule genau eine Kondensatoreinrichtung zugeordnet, wobei diese Kondensatoreinrichtung wiederum einen einzigen Kondensator oder mehrere, vorzugsweise parallel verschaltete Kondensatoren aufweisen kann.
  • Alternativ können einem Kondensator auch mehrere Spulen zugeordnet sein.
  • Auch Konstruktionen, bei welchen einer Kondensatoreinrichtung genau eine Spule elektrisch zugeordnet ist und kumulativ einer weiteren Kondensatoreinrichtung mehrere Spulen elektrisch zugeordnet sind, können an der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung vorteilhaft realisiert sein.
  • Hierbei können je nach Anwendungsbedürfnis unterschiedliche Anordnungsvariationen realisiert sein.
  • Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Induktionsheizvorrichtung eine zweite Spule aufweist, wobei die zweite Spule in der horizontalen Ebene und/oder in der vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist, wobei die zweite Spule und die Kondensatoreinrichtung mit zumindest einem Kabel elektrisch verbunden sind, oder wobei die zweite Spule und eine zweite Kondensatoreinrichtung elektrisch verbunden sind.
  • Vorteilhafterweise kann die vorliegende Induktionsheizvorrichtung wenigstens eine weitere, nämlich eine zweite Spule, aufweisen, mittels welcher das metallische Gut zusätzlich behandelt bzw. erwärmt werden kann.
  • Hierbei können die erste und die zweite Spule gemeinsam mit einer einzigen Kondensatoreinrichtung elektrisch wechselwirken, nämlich mit der Kondensatoreinrichtung der ersten Spule, wodurch die Anzahl der erforderlichen Kondensatoreinrichtungen reduzierbar ist.
  • Alternativ kann der zweiten Spule eine eigene Kondensatoreinrichtung elektrisch zugeordnet sein.
  • Bei dieser alternativen Ausführungsvariante kann in einer ersten beispielhaften konstruktiven Ausführung die zweite Kondensatoreinrichtung analog zu der ersten Kondensatoreinrichtung gelagert angeordnet sein.
  • Gemäß einer zweiten beispielhaften konstruktiven Ausführung kann die zweite Kondensatoreinrichtung und die zweite Spule unmittelbar miteinander elektrisch wirkverbunden sein, etwa mittels Stromschienenelementen oder dergleichen. Hierbei ist es vorteilhaft, dass etwa durch elektrische Kabel verursachte elektrische Verluste vermeidbar sind, da elektrische Kabel durch elektrische Stromschienenverbindungen ersetzt sind.
  • Eine derartige elektrische Verbindung kann dann besonders vorteilhaft eingesetzt werden, wenn die zweite Spule etwa nur in der horizontalen Ebene verschiebbar gelagert ist, da die zusätzliche Masse der zweiten Kondensatoreinrichtung hierbei nicht vertikal bewegt werden muss.
  • Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die zweite Spule unmittelbar unterhalb der Ebene der Transportstrecke bzw. des Rollgangs gelagert ist. Hierbei ist die zweite Spule unterhalb des zu erwärmenden metallischen Guts platziert.
  • Alternativ kann die zweite Spule zusätzlich auch vertikal verschiebbar gelagert angeordnet sein, wenn dies anwendungsbezogen vorteilhaft ist.
  • Ferner ist es möglich, dass die zweite Spule und die diesbezügliche Kondensatoreinrichtung durch eine Vielzahl an elektrischen Kabeln elektrisch miteinander verbunden sein können.
  • Insbesondere sind hinsichtlich der Zuordnung bezüglich Spulen und Kondensatoren die unterschiedlichen Konstellationen möglich, welche bereits vorstehend ausführlich im Zusammenhang mit der ersten Spule beschrieben sind und insofern hinsichtlich der zweiten Spule nicht nochmals erläutert ist.
  • Um das elektrische Kabel möglichst kurz halten zu können, kann eine Verschiebung zwischen der Kondensatoreinrichtung und insbesondere der ersten Spule nicht beliebig weit erfolgen. Das liegt unter anderem auch daran, dass eine erste Komponente dieser Komponenten (Kondensatoreinrichtung, Spule) nicht beliebig ohne die andere Komponente dieser Komponenten etwa in der horizontalen Ebene verschoben werden kann.
  • Insofern ist es vorteilhaft, wenn die Kondensatoreinrichtung und die erste Spule eine maximale relative Verschiebung von kleiner oder gleich 4 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,0 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1,5 m oder von kleiner oder gleich 1,0 m.
  • Je nach Leistung der Induktionsheizvorrichtung ist es vorteilhaft, wenn alternativ die Kondensatoreinrichtung und die erste Spule eine maximale relative Verschiebung von kleiner oder gleich 3 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 1,25 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,75 m.
  • Eine diesbezügliche maximal mögliche Verschiebung kann hierbei auf unterschiedliche Weise erreicht werden, beispielsweise mittels der Wahl der Kabellänge des elektrischen Kabels, und/oder mittels einer geeigneten mechanisch gekoppelten Lagerung, und/oder mittels einer elektronischen Steuerung der Verschiebung in der horizontalen Ebene, um an dieser Stelle nur einige Möglichkeiten beispielhaft zu nennen.
  • Insofern ist es vorteilhaft, wenn ein elektrisches Kabel, insbesondere die elektrischen Kabel eine Länge von kleiner oder gleich 4 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,0 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1,5 m oder von kleiner oder gleich 1,0 m.
  • Erstens, können durch eine solche gewählte Länge die durch ein elektrisches Kabel verursachten elektrischen Verluste eingeschränkt bzw. reduziert werden.
  • Zweitens, sind durch derartige Kabellängen sogleich die maximal mögliche relative Verschiebung zwischen der Kondensatoreinrichtung und der zugehörigen Spule baulich einfach vorgebbar.
  • Entsprechend vorteilhaft sind auch Werte hinsichtlich der Kabellänge von kleiner oder gleich 3 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 1,25 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,75 m.
  • Um die Gefahr zu verringern oder zur Gänze ausschließen zu können, dass ein maximal möglicher Abstand zwischen der Kondensatoreinrichtung und der Spule nicht überschritten werden kann, ist es vorteilhaft, wenn die Kondensatoreinrichtung und die erste Spule hinsichtlich einer Bewegung in der horizontalen Ebene zwangsgekoppelt sind.
  • Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die erste Spule zur Erwärmung des metallischen Gutes mittels Querfeldinduktion eingerichtet ist, und/oder wenn die erste Spule und die zweite Spule zur Erwärmung des metallischen Gutes mittels Querfeldinduktion und/oder Längsfeldinduktion eingerichtet sind.
  • Eine Querfeldinduktion ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn nur eine einzige, insbesondere erste bzw. obere, Spule zur Verfügung steht, um das metallische Gut zu erwärmen.
  • Eine Längsfeldinduktion in Kombination mit einer ersten oberhalb des designiert zu erwärmenden metallischen Gutes angeordneten Spule und einer zweiten unterhalb des designiert zu erwärmenden metallischen Gutes angeordneten Spule kann vorteilhaft erreicht werden, wenn die erste Spule und die zweite Spule mit einem Phasenversatz zueinander schwingen, insbesondere mit einem Phasenversatz von 180°.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsvarianten ist es vorteilhaft, wenn die Energieversorgungseinrichtung einen Wechselrichter aufweist, insbesondere einen ersten Wechselrichter, wobei der Wechselrichter mit der Kondensatoreinrichtung gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der Wechselrichter und die Kondensatoreinrichtung mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen elektrisch miteinander verbunden, und/oder wobei die Energieversorgungseinrichtung einen zweiten Wechselrichter aufweist, wobei der zweite Wechselrichter mit der zweiten Kondensatoreinrichtung gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der zweite Wechselrichter und die zweite Kondensatoreinrichtung mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen elektrisch miteinander verbunden, oder wobei der Wechselrichter mit der Kondensatoreinrichtung elektrisch verbunden ist, und wobei der Wechselrichter mit der zweiten Kondensatoreinrichtung elektrisch verbunden ist, und wobei der Wechselrichter mit der der Kondensatoreinrichtung oder der zweiten Kondensatoreinrichtung gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen.
  • Um eine Verschiebung einer Spule gegenüber einem metallischen Gut bzw. einer Transportstrecke hierfür bzw. einem diesbezüglichen Rollgang weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn auch der Wechselrichter gegenüber der Spule unabhängig angeordnet ist, ähnlich wie die Kondensatoreinrichtung.
  • Eine entsprechend verschiebbar gelagerte Anordnung kann baulich einfach realisiert sein, wenn der Wechselrichter mit der Kondensatoreinrichtung beispielsweise zwangsgekoppelt ist, so dass der Wechselrichter einer Verschiebungsbewegung der zugehörigen Kondensatoreinrichtung stets folgt.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Verschiebung des Wechselrichters in der horizontalen Ebene, wodurch besonders kurze elektrische Verbindungen zu der Spule erzielt werden können.
  • Geeignete Kabellängen von elektrischen Kabeln der elektrischen Verbindungen sind vorstehend bereits beschrieben.
  • Weist die Induktionsheizvorrichtung mehr als eine Spule bzw. mehr als eine Kondensatoreinrichtung auf, ist es vorteilhaft, wenn auch mehr als ein Wechselrichter vorgesehen ist. Beispielsweise können zwei Wechselrichter eingesetzt werden, wenn die Induktionsheizvorrichtung zwei Kondensatoreinrichtungen aufweist.
  • Sind der Wechselrichter und die Kondensatoreinrichtung beispielsweise miteinander elektrisch zwangsgekoppelt, kann eine derartige elektrische Zwangskopplung baulich vorteilhaft mittels Stromschienen bewerkstelligt werden. Beispielsweise kann eine diesbezügliche elektrische Verbindung zu einer weiteren Kondensatoreinrichtung mittels eines elektrischen Kabels baulich einfach verwirklicht sein.
  • Ein "Wechselrichter" ist vorliegend ein leistungselektronisches Gerät oder eine elektrische Schaltung, die dazu eingerichtet ist, einen Gleichstrom (DC) in einen Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Die sich daraus ergebende Wechselstromfrequenz hängt vom Schaltalgorithmus des Wechselrichters ab.
  • Eine Wechselrichterschaltung kann etwa durch Anwendung eines Algorithmus zur Pulsweitenmodulation gesteuert werden.
  • Insbesondere kann der Wechselrichter für den Betrieb eines spezifischen Schwingkreises ausgelegt sein. Bei der Verwendung unterschiedlicher Schwingkreise können vorteilhaft auch auf die unterschiedlichen Schwingkreise spezifisch abgestimmte unterschiedliche Wechselrichter verwendet werden, wobei ein Gleichrichter und/oder eine Glättungsschaltung und/oder ein Transformator und/oder ein Trennschalter für eine Mehrzahl unterschiedlicher Schwingkreise gleich ausgeführt sein können.
  • Insofern ist es zweckmäßig, wenn die Energieversorgungseinrichtung einen Gleichrichter aufweist, insbesondere einen Dreiphasen-Gleichrichter, insbesondere einen ersten Gleichrichter, wobei der Gleichrichter mit dem Wechselrichter gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der Gleichrichter und der Wechselrichter mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen elektrisch miteinander verbunden, und/oder wobei die Energieversorgungseinrichtung einen zweiten Gleichrichter aufweist, wobei der zweite Gleichrichter mit dem ersten Wechselrichter oder dem zweiten Wechselrichter gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen elektrisch miteinander verbunden ist.
  • Um eine Verschiebung einer Spule gegenüber einem metallischen Gut bzw. einer Transportstrecke hierfür bzw. einem diesbezüglichen Rollgang weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn auch der Gleichrichter gegenüber der Spule unabhängig angeordnet ist, ähnlich wie die Kondensatoreinrichtung.
  • Eine derart verschiebbar gelagerte Anordnung kann baulich einfach realisiert sein, wenn der Gleichrichter mit der Kondensatoreinrichtung beispielsweise zwangsgekoppelt ist, so dass der Gleichrichter einer Verschiebungsbewegung der zugehörigen Kondensatoreinrichtung stets folgt.
  • Vorteilhafterweise erfolgt die Verschiebung des Gleichrichters in der horizontalen Ebene, wodurch besonders kurze elektrische Verbindungen zu der Spule erzielt werden können.
  • Geeignete Kabellängen von elektrischen Kabeln für diese elektrischen Verbindungen sind vorstehend bereits beschrieben.
  • Weist die Induktionsheizvorrichtung mehr als eine Spule bzw. mehr als eine Kondensatoreinrichtung auf, ist es vorteilhaft, wenn auch mehr als ein Gleichrichter vorgesehen ist. Beispielsweise können zwei Gleichrichter eingesetzt werden, wenn die Induktionsheizvorrichtung zwei Kondensatoreinrichtungen aufweist.
  • Sind der Gleichrichter und die Kondensatoreinrichtung beispielsweise miteinander elektrisch zwangsgekoppelt, kann eine derartige elektrische Zwangskopplung baulich vorteilhaft mittels Stromschienen realisiert sein. Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung zu einer weiteren Kondensatoreinrichtung mittels eines elektrischen Kabels baulich einfach verwirklicht sein.
  • Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem zumindest einen Gleichrichter und dem zumindest einen Wechselrichter, eine Glättungsschaltung aufweist.
  • Eine Glättungsschaltung kann durch einen parallel zu dem Wechselrichter geschalteten Kondensator und/oder durch eine in Reihe zu einem Wechselrichter geschaltete Induktivität realisiert sein.
  • Beispielsweise kann eine Glättungsschaltung zwischen jedem Wechselrichter und dem elektrisch damit verbundenen Gleichrichter angeordnet sein.
  • Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn die Induktionsheizvorrichtung zumindest einen Trennschalter zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung an eine elektrische Stromversorgung aufweist.
  • Bevorzugt ist der Trennschalter offen, wenn der Trennungsschalter selbst spannungsfrei ist. Dies bedeutet in der Praxis, dass ein elektrisch spannungsfrei, also stromfrei, gestellter Trennschalter automatisch die Energieversorgungseinrichtung der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung spannungsfrei schaltet und insofern auch den Schwingkreis elektrisch deaktiviert. Vorteilhaft ist dies beispielsweise für die sichere Durchführung von Wartungsarbeiten oder dergleichen.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnet der Begriff "Trennschalter" also ein Schaltelement, welches dazu eingerichtet ist, einen Stromkreis zu schließen oder spannungsfrei zu schalten, insbesondere für Service- und/oder Wartungsarbeiten oder Betriebsunterbrechungen. Ein Trennschalter kann als Leistungsschalter für hohe Ströme ausgebildet sein.
  • Optional umfasst etwa die Energieversorgungsvorrichtung der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung einen einphasigen Trennschalter oder einen Dreiphasen-Trennschalter. Gemäß dieser Variante ist der Trennschalter zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung an eine Wechselstromversorgung eingerichtet, wobei die Energieversorgungseinrichtung zwischen dem Trennschalter und dem zumindest einen Wechselrichter zumindest einen Gleichrichter zur Umwandlung eines Wechselstroms in einen Gleichstrom zur Energieversorgung des zumindest einen Wechselrichter aufweist.
  • Mittels der hier vorgeschlagenen Trennschalter kann also sichergestellt werden, dass insbesondere die Energieversorgungsvorrichtung betriebssicher spannungsfrei geschaltet werden kann.
  • Vorzugsweise verbindet ein Trennschalter die Energieversorgungseinrichtung in geöffneter Stellung mit dem Erdpotential. Dadurch kann die Sicherheit gegen Stromschläge erhöht werden.
  • Darüber hinaus kann der Trennschalter zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung optional an eine Gleichstromversorgung eingerichtet sein.
  • 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 wiederum so ausgebildet sein, dass sie mittelbar mit der Gleichstromversorgung verbunden werden können, vorzugsweise also mit einer Mittelspannungsgleichspannung oder einer Niederspannungsgleichspannung gespeist werden können.
  • Eine Niederspannung kann größer oder gleich 120 V sein, vorzugsweise größer oder gleich 220 V und besonders bevorzugt größer oder gleich 240 V.
  • Eine Niederspannung kann kleiner oder gleich 1.500 V und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1.000 V sein.
  • Ferner sei begrifflich noch Folgendes erläutert:
    Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie "ein", "zwei" usw. im Regelfall als "mindestens"-Angaben zu verstehen sein sollen, also als "mindestens ein...", "mindestens zwei ..." usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich 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.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einer 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, gelöst, welche sich durch eine Induktionsheizvorrichtung gemäß einem der hier beschrieben Merkmale auszeichnet.
  • Ein mit der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung ausgestattete Produktionslinie ist wesentlich effektiver betreibbar.
  • Insbesondere können metallische Güter mittels einer durch die vorliegende Induktionsheizvorrichtung ausgerüstete Produktionslinie gezielter und präziser unmittelbar vor Bearbeitungsvorrichtungen, wie etwas Walzvorrichtungen oder dergleichen, wärmebehandelt werden.
  • Es versteht sich, dass an der vorliegenden Produktionslinie eine das metallische Gut mechanisch bearbeitende Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen sein kann, oder aber mehrere gleich oder unterschiedlich arbeitende Bearbeitungsvorrichtungen.
  • Hierzu wird das metallische Gut entlang einer Transportstrecke der Produktionslinie bzw. eines entsprechend eingerichteten Rollgangs transportiert.
  • Es versteht sich, dass die Produktionslinie noch weitere Behandlungs- bzw. Bearbeitungsvorrichtungen, wie etwa Trennvorrichtungen, Wickelvorrichtungen, Vereinzelungsvorrichtungen oder dergleichen aufweisen kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch noch von einer Verwendung der der Erfindung zugrunde liegenden Induktionsheizvorrichtung nach einem der hier beschriebenen Merkmale und/oder der hier beschriebenen Produktionslinie gelöst.
  • Es versteht sich, dass es hinsichtlich der Ausgestaltung der vorliegenden Induktionsheizvorrichtung eine Vielzahl an möglichen technischen Konstellationen an einer Produktionslinie zum Erwärmen von metallischen Gütern gibt.
  • Stellvertretend für diese Vielzahl sind nachfolgend erste mögliche Ausführungsformen kurz erläutert.
  • Bei einer ersten möglichen Ausführungsform umfasst die vorliegende Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen eines metallischen Guts eine einzige, erste Spule, welche oberhalb eines wirksamen Arbeitsbereichs der Induktionsheizvorrichtung, wie einer Transportstrecke für das metallische Gut, angeordnet ist, und eine einzige, erste Kondensatoreinrichtung sowie zusätzlich einen Wechselrichter und einen Gleichrichter, wobei die Kondensatoreinrichtung, der Wechselrichter und der Gleichrichter physikalisch getrennt von der Spule angeordnet sind, so dass sich die Spule im Raum gegenüber einem zu erwärmenden Gut einerseits und gegenüber der Kondensatoreinrichtung, der Wechselrichter und der Gleichrichter andererseits unabhängig bewegen kann. Im konkreten bedeutet dies, dass die Spule horizontal und vertikal verschieblich gelagert an der Induktionsheizvorrichtung angeordnet ist, während die Kondensatoreinrichtung, der Wechselrichter und der Gleichrichter lediglich horizontal verschieblich an der Induktionsheizvorrichtung gelagert angeordnet sind, und ansonsten vertikal unverschieblich sind, höchstens in einem nicht nennenswerten Rahmen, welcher beispielsweise konstruktionsbedingt ist, etwa um eine horizontale Verschiebung zu ermöglichen. Hierbei können die Kondensatoreinrichtung, der Wechselrichter und der Gleichrichter getrennt voneinander angeordnet sein, oder bevorzugt zu einer kompakten Baueinheit gemeinsam miteinander verbunden sein, etwa durch ein gemeinsames Trägerbauteil. Insbesondere sind der Wechselrichter und der Gleichrichter miteinander zwangsgekoppelt, etwa fest, aber lösbar durch eine geeignete mechanische Verbindung. Elektrisch sind der Gleichrichter und der Wechselrichter etwa mit Stromschienen wirkverbunden, während elektrische Verbindungen hinsichtlich der Kondensatoreinrichtung und der Spule durch elektrische Kabel einer geeigneten elektrischen Kabelverbindung realisiert sein können. Es ist alternativ aber auch möglich, dass die Kondensatoreinrichtung beispielsweise mit dem Wechselrichter ebenfalls mittels Stromschienen miteinander elektrisch wirkverbunden ist. Aufgrund der einzigen, ersten Spule ist eine derart konstruktiv ausgebildete Induktionsheizvorrichtung jedoch lediglich im Rahmen einer Querfeldinduktion einsetzbar.
  • Bei einer zweiten möglichen Ausführungsform, welche im Wesentlichen auf der ersten möglichen Ausführungsform aufbaut, umfasst die Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen eines metallischen Guts beispielsweise zwei Spulen, bei welcher die erste Spule der zwei Spulen oberhalb und die zweite Spule der zwei Spulen unterhalb des wirksamen Arbeitsbereichs, in welchem das metallische Gut erwärmbar ist, der Induktionsheizvorrichtung angeordnet sind. Ferner umfasst die Induktionsheizvorrichtung wieder eine einzige, erste Kondensatoreinrichtung, einen Wechselrichter und einen Gleichrichter. Um Wiederholungen zu vermeiden wird ansonsten auf die Beschreibung von der vorstehend erläuterten ersten möglichen Ausführungsform verwiesen. Jedenfalls ist aufgrund der einzigen, ersten Kondensatoreinrichtung wieder nur eine Querfeldinduktion möglich.
  • Bei einer dritten möglichen Ausführungsform, welche im Wesentlichen auf der zweiten möglichen Ausführungsform aufbaut, sind an der Induktionsheizvorrichtung ebenfalls wieder zwei Spulen vorhanden. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auch hier wieder auf die Beschreibung der vorherigen Ausführungsformen verwiesen. Außerdem umfasst die Induktionsheizvorrichtung gemäß der dritten möglichen Ausführungsform nun auch zwei Kondensatoreinrichtungen, so dass jeder Spule eine eigene Kondensatoreinrichtungen zugeordnet ist. Ferner sind zwei Wechselrichter und zwei Gleichrichter an dieser Induktionsheizvorrichtung vorhanden, wobei jeder Kondensatoreinrichtung genau ein Wechselrichter und genau ein Gleichrichter zugeordnet ist. Die elektrischen Verbindungsmöglichkeiten können hierbei von den vorstehend bereits beschriebenen elektrischen Verbindungen abgeleitet werden, und sind insofern nicht nochmals erläutert.
  • Eine vierte mögliche Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der dritten möglichen Ausführungsform, insofern werden hier nur die Unterschiede zu dieser dritten möglichen Ausführungsform beschrieben, welche sich im Wesentlichen darauf beschränken, dass anstelle von zwei Gleichrichtern nur ein einziger Gleichrichter vorhanden ist.
  • Eine fünfte mögliche Ausführungsform entspricht im Wesentlichen der vierten möglichen Ausführungsform mit dem Unterschied, dass neben den zwei Spulen und den zwei Kondensatoreinrichtungen lediglich ein einziger Wechselrichter sowie auch lediglich ein einziger Gleichrichter vorhanden sind.
  • Bei den Konstellationen von dritter, vierter und fünfter Ausführungsform sind vorteilhafterweise sowohl eine Querfeldinduktion als auch eine Längsfeldinduktion möglich.
  • Es versteh sich, dass an einer Produktionslinie mehrere solcher Induktionsheizvorrichtungen angeordnet sein können, sei es mit identisch ausgerüsteten Induktionsheizvorrichtungen und/oder mit unterschiedlich ausgerüsteten Induktionsheizvorrichtungen.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Betreiben einer Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern gelöst, bei welchem die metallischen Güter mittels wenigstens eines zumindest eine Spule und zumindest eine Kondensatoreinrichtung umfassenden Schwingkreises der Induktionsheizvorrichtung erwärmt wird, und bei welchem die zumindest eine Spule gegenüber der zumindest einen Kondensatoreinrichtung in horizontaler Richtung und/oder in vertikaler Richtung verschoben wird, um eine Position der Spule gegenüber den metallischen Gütern bedarfsweise zu verändern, wobei die Kondensatoreinrichtung in horizontaler Richtung zusätzlich verschoben wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der zusätzlichen Verschiebung der Kondensatoreinrichtung gelingt es auf baulich sehr einfache Weise, dass die Kondensatoreinrichtung einer Bewegung der Spule nahezu uneingeschränkt folgen kann, sei es bei einer Bewegung der Spule in einer horizontalen Bewegungsrichtung oder in einer vertikalen Bewegungsrichtung.
  • Der Ausdruck "gegenüber" beschreibt im Sinne der Erfindung, dass eine Verschiebung der Spule und eine Verschiebung der Kondensatoreinrichtung in einem gemeinsamen Schwingkreis unabhängig voneinander erfolgen kann, speziell in horizontaler Richtung.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile wird auf die vorstehende Beschreibung der beanspruchten Induktionsheizvorrichtung verwiesen, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • Vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Verschiebung der Kondensatoreinrichtung mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer Verschiebung der Spule gesteuert wird. Beispielsweise kann die Verschiebung der Kondensatoreinrichtung hierbei synchron oder zeitlich versetzt zu der Verschiebung der Spule erfolgen.
  • In jedem Fall ist durch die Funktion der Steuereinrichtung vorliegend gewährleistet, dass ein Abstand zwischen der Spule und der Kondensatoreinrichtung einen kritischen Maximalwert nicht erreicht bzw. nicht überschreitet, wenn die Spule gegenüber einem metallischen Gut eingestellt wird.
  • Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Kondensatoreinrichtung in horizontaler Richtung verschoben wird, wenn die Spule in vertikaler Richtung und/oder in horizontaler Richtung verschoben wird, da durch eine Horizontalbewegung der Kondensatoreinrichtung ein Erreichen oder Überschreiten eines kritischen Abstandes zwischen Kondensatoreinrichtung und Spule verhindert werden kann, egal ob die Spule horizontal und/oder vertikal insbesondere gegenüber der Kondensatoreinrichtung verschoben wird.
  • An dieser Stelle sei noch beansprucht, dass das hier beschriebene Verfahren auch noch durch weitere erläuterte technische Merkmale, insbesondere durch Merkmale der Induktionsheizvorrichtung, ergänzt werden kann, um das Verfahren vorteilhaft weiterzuentwickeln bzw. Verfahrensspezifikationen noch präziser darstellen bzw. formulieren zu können.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Effekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können.
  • Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich zusätzlich aus den nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispielen.
  • Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sein, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren beziffert und erläutert sein müssen.
  • In der Zeichnung zeigen:
    • Figur 1:
    schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern;
    Figur 2:
    schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei dieses weitere Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen entspricht und in einer Produktionslinie zum Herstellen und/oder Verarbeiten von metallischen Gütern integriert noch detaillierter beschrieben ist; und
    Figur 3
    schematisch eine Ansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer zusätzlichen Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei die zusätzliche Induktionsheizvorrichtung zwei Spulen und nur eine Kondensatoreinrichtung umfasst;
    Figur 4:
    schematisch eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern;
    Figur 5:
    schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei ein erster und ein zweiter Gleichrichter, ein erster und ein zweiter Wechselrichter und eine erste und eine zweite Kondensatoreinrichtung verwendet werden;
    Figur 6:
    schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei ein Gleichrichter, ein erster und ein zweiter Wechselrichter und eine erste und eine zweite Kondensatoreinrichtung verwendet werden;
    Figur 7:
    schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei ein Gleichrichter, ein Wechselrichter und eine erste und eine zweite Kondensatoreinrichtung verwendet werden; und
    Figur 8:
    schematisch eine Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Energieversorgungseinrichtung für eine Induktionsheizvorrichtung zum Erwärmen von metallischen Gütern, wobei ein erster und ein zweiter Gleichrichter, ein Wechselrichter und eine Kondensatoreinrichtung verwendet werden.
  • Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer sehr einfach aufgebauten Induktionsheizvorrichtung 1 mit einem einzigen Schwingkreis 2 zum Erzeugen eines Magnetfelds (nicht gezeigt), mittels welchem ein metallisches Gut 4 erwärmbar ist.
  • Das metallische Gut 4 kann beispielsweise ein Halbzeug, ein Vorprodukt oder ein Zwischenprodukt sein. Es kann aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstoff hergestellt sein.
  • Der einzige Schwingkreis 2 ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel in einer sehr einfachen Ausgestaltung lediglich durch eine einzige Spule 6 und durch eine einzige Kondensatoreinrichtung 8 gebildet.
  • Ferner weist die Induktionsheizvorrichtung 1 eine Energieversorgungseinrichtung 10 zur Versorgung des ersten Schwingkreises 2 mit elektrischer Energie auf.
  • Die Spule 6 und die Kondensatoreinrichtung 8 sind mit elektrischen Kabeln 12 im Sinne einer flexiblen, längenausgleichenden Energieübertragungseinrichtung elektrisch verbunden.
  • Um die Spule 6 gegenüber dem metallischen Gut 4 nahezu beliebig verstellen zu können, beispielsweise um die Induktionsheizvorrichtung 1 an unterschiedliche metallische Güter 4 anpassen zu können, ist die Spule 6 zum einen in einer horizontalen Richtung 14 und insofern in einer horizontalen Ebene 15, und zum anderen in einer vertikalen Richtung 16 verschiebbar gelagert.
  • Die Kondensatoreinrichtung 8 hingegen ist lediglich in horizontaler Richtung 14 entlang der horizontalen Ebene 15 verschiebbar gelagert.
  • Die Kondensatoreinrichtung 8 ist in vertikaler Richtung 16 jedoch nicht verschiebbar, sondern hinsichtlich einer vertikalen Verschiebung festgelegt bzw. fixiert, so dass nur eine horizontale Verschiebung der Kondensatoreinrichtung 8 möglich ist.
  • Die Spule 6 und die Kondensatoreinrichtung 8 sind hierbei unabhängig voneinander angeordnet, so dass die Kondensatoreinrichtung 8 von einer Bewegung der Spule 6 weitestgehend unabhängig ist, aber bedarfsweise eine Horizontalbewegung durchführen kann, sollte beispielsweise die Kabellänge der Kabel 12 zwischen der Spule 6 und der Kondensatoreinrichtung 8 bei einer größeren Verschiebung der Spule 6 in horizontaler und/oder vertikaler Richtung 14 bzw. 16 nicht ausreichen.
  • Figur 2 zeigte ein zweites, etwas detaillierter beschriebenes Ausführungsbeispiel einer zweiten Induktionsheizvorrichtung 100, welche im Wesentlichen der ersten Induktionsheizvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels entspricht und im Zusammenhang mit einer hier nicht näher beschriebenen Produktionslinie 20 zum Herstellen und/oder Verarbeiten von metallischen Gütern 4 gezeigt ist.
  • Insofern sind gleiche bzw. gleichwirkende Komponenten der weiteren Induktionsheizvorrichtung 100 mit gleichen Bezugszeichen versehen wie bei der ersten Induktionsheizvorrichtung 1.
  • Hinsichtlich der Produktionslinie 20 sei nur erläutert, dass sie einen Rollgang 21 umfasst, welche eine Transportstrecke 22 formuliert, entlang welcher die metallischen Güter 4 vorwärts transportiert werden, um an einzelnen Stationen (nicht gezeigt) der Produktionslinie 20 vorbeigeführt werden zu können, wie eben auch vorbei an einer Induktionsheizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die zweite Induktionsheizvorrichtung 100 weist hinsichtlich der Spule 6 einen Arbeitsbereich 25 auf, welcher unterhalb der Spule 6 angeordnet ist, und in welchem das durch die Spule 6 initiierten Magnetfeld (nicht gezeigt) an der Transportstrecke 22 dort wirkt, wo sich die metallischen Güter 4 befinden, wenn diese insbesondere entlang der Transportstrecke 22 vorwärts transportiert werden.
  • Wie bereits vorstehend beschrieben, sind die Spule 6 des einzigen Schwingkreises 2 und auch die Kondensatoreinrichtung 8 des einzigen Schwingkreises 2 voneinander unabhängig angeordnet und hierbei insbesondere strukturell voneinander beabstandet angeordnet.
  • Genauer gesagt ist die Spule 6 von einem ersten Trägerbauteil 28 getragen, während die Kondensatoreinrichtung 8 von einem weiteren Trägerbauteil 30 getragen ist, wobei die beiden Trägerbauteile 28 und 30 voneinander derart verschieden sind, dass die Spule 6 auch ohne die Kondensatoreinrichtung 8 an der zweiten Induktionsheizvorrichtung 100 verschoben werden kann.
  • Die Trägerbauteile 28 und 30 umfassen in diesem zweiten Ausführungsbeispiel jeweils eine Gleitlagerung (nicht explizit gezeigt), mittels welcher die Spule 6 sowohl horizontal als auch vertikal und die Kondensatoreinrichtung 8 nur horizontal verschieblich sind.
  • Somit sind die Spule 6 und die Kondensatoreinrichtung 8 unabhängig voneinander beweglich an der zweiten Induktionsheizvorrichtung 100 gelagert angeordnet.
  • Dies ermöglicht insbesondere eine schnellere Verschiebbarkeit der Spule 6 gegenüber der Kondensatoreinrichtung 8 und speziell auch gegenüber den metallischen Gütern 4.
  • Die Spule 6 und die Kondensatoreinrichtung 8 sind durch einen Abstand 32 räumlich voneinander getrennt an der zweiten Induktionsheizvorrichtung 100 angeordnet.
  • Der Abstand 32 zwischen der Spule 6 und der Kondensatoreinrichtung 8 ist hierbei variabel, insbesondere aktiv variabel verstellbar, speziell dadurch, dass die Spule 6 gegenüber dem Kondensator 8 verschieblich gelagert ist.
  • Der Abstand 32 zwischen der Spule 6 und der Kondensatoreinrichtung 8 ist ferner variabel, insbesondere aktiv variabel verstellbar, da auch die Kondensatoreinrichtung 8 gegenüber der Spule 6 verschieblich gelagert ist.
  • Für eine aktive Verstellbarkeit von Spule 6 und Kondensatoreinrichtung 8 zueinander weist sowohl das erste Trägerbauteil 28 als auch das zweite Trägerbauteil 30 einen motorischen Antrieb 33 bzw. 34 auf.
  • Der maximale Abstand 32 entspricht hierbei einer maximalen relativen Verschiebung zwischen der Spule 6 und der Kondensatoreinrichtung 8, wobei die maximale relative Verschiebung in diesem zweiten Ausführungsbeispiel 1,5 m ist.
  • Die Kabellänge der zwei elektrischen Kabel 12 der hier gezeigten elektrischen Verbindungseinrichtung 36 beträgt 2 m.
  • Außerdem weist die Kondensatoreinrichtung 8 in diesen zweiten Ausführungsbeispiel einen einzelnen Kondensator 38 auf, wobei in anderen Konstellationen auch mehrere solcher Kondensatoren 38 an der Kondensatoreinrichtung 8 vorhanden sein können.
  • Figur 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer weiteren Induktionsheizvorrichtung 200, wobei die weitere Induktionsheizvorrichtung 200 gegenüber den vorstehend beschriebenen Induktionsheizvorrichtungen 1 und 100 nicht nur einen Schwingkreis 2 aufweist, sondern darüber hinaus noch einen zweiten Schwingkreis 40.
  • Auch bezüglich diesem dritten Ausführungsbeispiel sind gleiche bzw. gleichwirkende Komponenten der beispielhaft beschriebenen Induktionsheizvorrichtungen 1, 100 und 200 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Der erste Schwingkreis 2 der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 weist eine erste Spule 6 auf, welche wieder oberhalb der metallischen Güter 4 angeordnet ist.
  • Der zweite Schwingkreis 40 der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 weist eine zweite Spule 41 auf, welche unterhalb der metallischen Güter 4 angeordnet ist.
  • Das bedeutet, dass die erste Spule 6 des ersten Schwingkreises 2 oberhalb des Arbeitsbereichs 25 der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 und die zweite Spule 41 des zweiten Schwingkreises 40 unterhalb des Arbeitsbereichs 25 der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 angeordnet sind.
  • Die dritte Induktionsheizvorrichtung 200 weist des Weiteren eine Kondensatoreinrichtung 8 auf, welche in diesem dritten Ausführungsbeispiel beiden Schwingkreisen 2 und 40 zugeordnet ist.
  • Dementsprechend nutzen die beiden Schwingkreise 2 und 40 der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 eine gemeinsame Kondensatoreinrichtung 8, wobei diese gemeinsame Kondensatoreinrichtung 8 mehr als einen Kondensator 38 (nur exemplarisch beziffert) umfasst, um an beiden Schwingkreisen 2 und 40 beispielsweise betriebssicher ausreichend elektrische Energie bereitstellen zu können.
  • Alternativ kann eine gemäß der Erfindung ausgeführte Induktionsheizvorrichtung aber auch zwei oder mehrere Kondensatoreinrichtungen 8 aufweisen, wodurch der konstruktive Aufwand zwar zunimmt. Jedoch ließe sich hierdurch neben einer Querfeldinduktion vorteilhafterweise kumulativ auch eine Längsfeldinduktion im Arbeitsbereich 25 realisieren.
  • Beide Spulen 6 und 41 sind hier unabhängig voneinander und auch unabhängig gegenüber der gemeinsamen Kondensatoreinrichtung 8 jeweils sowohl in horizontaler Richtung 14 als auch in vertikaler Richtung 16 an der dritten Induktionsheizvorrichtung 200 verschieblich gelagert angeordnet.
  • Die beiden Spulen 6 und 41 können alternativ etwa als bauliche Einheit aber auch synchron miteinander verschieblich gelagert sein.
  • Die Kondensatoreinrichtung 8 hingegen ist nach wie vor lediglich in horizontaler Richtung 14 verschieblich gelagert.
  • Die elektrische Verbindungseinrichtung 36 zwischen der gemeinsamen Kondensatoreinrichtung 8 und der ersten, oberen Spule 6 und der zweiten, unteren Spule 41 besteht hierbei einerseits aus den ersten elektrischen Kabeln 12, welche von der gemeinsamen Kondensatoreinrichtung 8 zu der ersten, oberen Spule 6 führen, und andererseits aus weiteren elektrischen Kabeln 42, welche von der gemeinsamen Kondensatoreinrichtung 8 zu der zweiten, unteren Spule 41 führen.
  • Somit reicht für zwei Schwingkreise 2 und 40 konstruktiv einfach nur eine Kondensatoreinrichtung 8 aus.
  • In diesem dritten Ausführungsbeispiel verfügt die Energieversorgungseinrichtung 10 ebenfalls alternativ zu einer elektrischen Kabelverbindung über elektrische Stromschienenelemente 44, mittels welchen die Kondensatoreinrichtung 8 konstruktiv einfach elektrisch mit der Energieversorgungseinrichtung 10 wechselwirken kann.
  • Die Energieversorgungseinrichtungen 10 der vorstehend beschriebenen Induktionsheizvorrichtungen 1, 100 bzw. 200 können kumulativ noch durch Wechselrichter (hier nicht explizit gezeigt) und/oder durch Gleichrichter (hier ebenfalls explizit nicht gezeigt) ausgerüstet sein, wobei die Wechselrichter bzw. die Gleichrichter bevorzugt mit der jeweiligen Kondensatoreinrichtung 8 zwangsgekoppelt sein können, so dass eine Bewegung in horizontaler Richtung 14 sogleich gemeinsam mit der Kondensatoreinrichtung 8 durchgeführt werden kann.
  • An dieser Stelle sei explizit noch darauf hingewiesen, dass die Merkmale der vorstehend bzw. in den Ansprüchen und/oder Figuren beschriebenen Lösungen gegebenenfalls auch kombiniert werden können, um die erläuterten Merkmale, Effekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw. erzielen zu können.
  • Gemäß den Darstellungen nach den Figuren 4 bis 8 sind verschiedene Ausführungsbeispiele zu möglichen Energieversorgungseinrichtungen 10 nochmals detaillierter bezüglich eines Netzanschlusses 50 gezeigt.
  • Jedes der Ausführungsbeispiele weist wenigstens eine Kondensatoreinrichtung 8 und wenigstens einen Gleichrichter 51 sowie wenigstens einen Wechselrichter 52 auf.
  • Hierbei sind die Netzanschlüsse 50, Gleichrichter 51, Wechselrichter 52 und Kondensatoreinrichtungen 8 mittels einer elektrischen Verbindungseinrichtung 36 miteinander elektrisch verbunden.
  • Gemäß der Darstellung nach der Figur 4 ist an dem ersten Ausführungsbeispiel je ein Gleichrichter 51 und ein Wechseleinrichter 52 für eine einzige Kondensatoreinrichtung 8 vorgesehen.
  • Gemäß der Darstellung nach der Figur 5 sind hinsichtlich des zweiten Ausführungsbeispiels zwei Kondensatoreinrichtungen 8 vorhanden und jeder Kondensatoreinrichtung 8 ist je ein Gleichrichter 51 und ein Wechseleinrichter 52 zugeordnet, wobei die Gleichrichter 51 jeweils an einem Netzanschluss 50 angeordnet sind.
  • Gemäß der Darstellung nach der Figur 6 ist bezüglich des dritten Ausführungsbeispiels ein Netzanschluss 50 vorhanden und hieran ist ein Gleichrichter 51 angeschlossen, wobei mit dem Gleichrichter 51 zwei Wechselrichter 52 elektrisch wirkverbunden sind. Jedem Wechselrichter 52 ist genau eine Kondensatoreinrichtung 8 zugeordnet.
  • Gemäß der Darstellung nach der Figur 7 weist das gezeigte vierte Ausführungsbeispiel einen Netzanschluss 50 auf, an welchem ein Gleichrichter 51 mit einem Wechselrichter 52 angeschlossen sind, wobei der Wechselrichter 52 mit zwei Kondensatoreinrichtungen 8 elektrisch verbunden ist.
  • Gemäß der Darstellung nach der Figur 8 umfasst das gezeigte fünfte Ausführungsbeispiel zwei Netzanschlüsse 50, an welchen jeweils ein Gleichrichter 51 angeschlossen ist. Beide Gleichrichter 51 sind gemeinsam mit einem einzigen Wechselrichter 52 elektrisch wirkverbunden, welcher eine einzige Kondensatoreinrichtung 8 speist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Induktionsheizvorrichtung
    2
    Schwingkreis
    4
    metallisches Gut
    6
    Spule
    8
    Kondensatoreinrichtung
    10
    Energieversorgungseinrichtung
    12
    Energieversorgungseinrichtung bzw. elektrische Kabel
    14
    horizontale Richtung
    15
    horizontale Ebene
    16
    vertikale Richtung
    20
    Produktionslinie
    21
    Rollgang
    22
    Transportstrecke
    25
    Arbeitsbereich
    28
    erstes Trägerbauteil
    30
    weiteres Trägerbauteil
    32
    Abstand
    33
    erster motorische Antrieb
    34
    weiterer motorischer Antrieb
    36
    elektrische Verbindungseinrichtung
    38
    Kondensator
    40
    zweiter Schwingkreis
    41
    zweite Spule
    42
    weitere elektrische Kabel
    44
    elektrische Stromschienenelemente
    50
    Netzanschluss
    51
    Gleichrichter
    52
    Wechselrichter
    100
    zweite Induktionsheizvorrichtung
    200
    weitere Induktionsheizvorrichtung

Claims (15)

  1. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) zur Erwärmung eines metallischen Gutes (4), insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstoff, aufweisend:
    • einen ersten Schwingreis (2) zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes (4), und
    • eine Energieversorgungseinrichtung (10) zur Versorgung des ersten Schwingkreises (2) mit elektrischer Energie,
    wobei der erste Schwingkreis (2) eine erste Spule (6) und eine Kondensatoreinrichtung (8) aufweist,
    wobei die erste Spule (6) und die Kondensatoreinrichtung (8) elektrisch verbunden sind,
    wobei die erste Spule (6) in einer horizontalen Ebene (15) und/oder in einer vertikalen Richtung (16) verschiebbar gelagert ist,
    wobei die Kondensatoreinrichtung (8) unabhängig von der ersten Spule (6) angeordnet ist,
    wobei die Kondensatoreinrichtung (8) in der horizontalen Ebene (15) verschiebbar gelagert ist.
  2. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) eine zweite Spule (41) aufweist, wobei die zweite Spule (41) in der horizontalen Ebene (15) und/oder in der vertikalen Richtung (16) verschiebbar gelagert ist,
    • wobei die zweite Spule (41) und die Kondensatoreinrichtung (8) mit zumindest einem Kabel (12, 42) elektrisch verbunden sind, oder
    • wobei die zweite Spule (41) und eine zweite Kondensatoreinrichtung elektrisch verbunden sind.
  3. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (8) und die erste Spule (6) eine maximale relative Verschiebung von kleiner oder gleich 4 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,0 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1,5 m.
  4. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Kabel, insbesondere die elektrischen Kabel eine Länge von kleiner oder gleich 4 m aufweisen, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,0 m und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 1 m.
  5. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (8) und die erste Spule (6) hinsichtlich einer Bewegung in der horizontalen Ebene (15) zwangsgekoppelt sind.
  6. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    • die erste Spule (6) zur Erwärmung des metallischen Gutes (4) mittels Querfeldinduktion eingerichtet ist, und/oder
    • die erste Spule (6) und die zweite Spule (41) zur Erwärmung des metallischen Gutes (4) mittels Querfeldinduktion und/oder Längsfeldinduktion eingerichtet sind.
  7. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (10) einen Wechselrichter (52) aufweist, insbesondere einen ersten Wechselrichter (52),
    • wobei der Wechselrichter (52) mit der Kondensatoreinrichtung (8) gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der Wechselrichter (52) und die Kondensatoreinrichtung (8) mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen (44) elektrisch miteinander verbunden, und/oder
    • wobei die Energieversorgungseinrichtung (10) einen zweiten Wechselrichter (52) aufweist, wobei der zweite Wechselrichter (52) mit der zweiten Kondensatoreinrichtung (8) gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der zweite Wechselrichter (52) und die zweite Kondensatoreinrichtung (8) mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen (44) elektrisch miteinander verbunden,
    oder
    • wobei der Wechselrichter (52) mit der Kondensatoreinrichtung (8) elektrisch verbunden ist, und wobei der Wechselrichter (52) mit der zweiten Kondensatoreinrichtung (8) elektrisch verbunden ist, und wobei der Wechselrichter (52) mit der der Kondensatoreinrichtung (8) oder der zweiten Kondensatoreinrichtung (8) gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere mittels elektrischer Kabel und/oder Stromschienen (44) .
  8. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (10) einen Gleichrichter (51) aufweist, insbesondere einen Dreiphasen-Gleichrichter (51), insbesondere einen ersten Gleichrichter (51),
    • wobei der Gleichrichter (51) mit dem Wechselrichter (52) gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere sind der Gleichrichter (51) und der Wechselrichter (52) mittels elektrischen Kabeln und/oder Stromschienen (44) elektrisch miteinander verbunden, und/oder
    • wobei die Energieversorgungseinrichtung (10) einen zweiten Gleichrichter (51) aufweist, wobei der zweite Gleichrichter (51) mit dem ersten Wechselrichter (52) oder dem zweiten Wechselrichter (52) gekoppelt, insbesondere zwangsgekoppelt, ist, insbesondere mittels elektrischen Kabeln und/oder Stromschienen (44) elektrisch miteinander verbunden ist.
  9. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinrichtung (10) zwischen dem zumindest einen Gleichrichter (51) und dem zumindest einen Wechselrichter (52), eine Glättungsschaltung aufweist.
  10. Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) zumindest einen Trennschalter zum Anschluss der Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) an eine elektrische Stromversorgung aufweist.
  11. Produktionslinie (20) zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes (4), 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 (1; 100; 200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.
  12. Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 und/oder einer Produktionslinie (20) gemäß Anspruch 11.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) zum Erwärmen von metallischen Gütern (4), bei welchem die metallischen Güter (4) mittels wenigstens eines zumindest eine Spule (6, 41) und zumindest eine Kondensatoreinrichtung (8) umfassenden Schwingkreises (2, 40) der Induktionsheizvorrichtung (1; 100; 200) erwärmt wird, und bei welchem die zumindest eine Spule (6, 41) gegenüber der zumindest einen Kondensatoreinrichtung (8) in horizontaler Richtung (14) und/oder in vertikaler Richtung (16) verschoben wird, um eine Position der Spule (6, 41) gegenüber den metallischen Gütern (4) bedarfsweise zu verändern, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (8) in horizontaler Richtung (14) zusätzlich verschoben wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Kondensatoreinrichtung (8) mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von einer Verschiebung der Spule (6, 41) gesteuert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensatoreinrichtung (8) in horizontaler Richtung (14) verschoben wird, wenn die Spule (6, 41) in vertikaler Richtung (16) und/oder in horizontaler Richtung (14) verschoben wird.
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