EP4721515A1 - Induktionsheizvorrichtung, betriebsverfahren, produktionslinie, verwendung einer derartigen induktionsheizvorrichtung, verwendung eines derartigen betriebsverfahrens sowie verwendung einer derartigen produktionslinie - Google Patents

Induktionsheizvorrichtung, betriebsverfahren, produktionslinie, verwendung einer derartigen induktionsheizvorrichtung, verwendung eines derartigen betriebsverfahrens sowie verwendung einer derartigen produktionslinie

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EP4721515A1
EP4721515A1 EP24728958.0A EP24728958A EP4721515A1 EP 4721515 A1 EP4721515 A1 EP 4721515A1 EP 24728958 A EP24728958 A EP 24728958A EP 4721515 A1 EP4721515 A1 EP 4721515A1
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EP
European Patent Office
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coil
metallic material
induction heating
metallic
heating device
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Application number
EP24728958.0A
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Wolfgang Lenz
Thomas Daube
Matthias Peters
Ralf Seidel
Markus LANGEJÜRGEN
Martin Lagac
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    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes mit einem Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes, wobei der Schwingkreis zumindest eine Spule aufweist wobei die Spule in einer vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist, mit einer Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des Schwingkreises mit elektrischer Energie, mit einer Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Lage der Spule entlang der vertikalen Richtung, mit einer Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes an einer mit der Spule korrespondierenden Seite des metallischen Gutes, wobei ein Wirkbereich der Sensoreinrichtung bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes vor der Spule angeordnet ist, und mit einer Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule, wobei die Steuereinrichtung mit der Sensoreinrichtung datenverbunden ist, wobei sich die Induktionsheizvorrichtung dadurch auszeichnet, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, unter Berücksichtigung des Geometrieprofils des metallischen Gutes einen minimalen Abstand zwischen dem metallischen Gut und der Spule einzustellen.

Description

Induktionsheizvorrichtung , Betriebsverfahren , Produktionslinie , Verwendung einer derartigen Induktionsheizvorrichtung , Verwendung eines derartigen Betriebsverfahrens sowie Verwendung einer derartigen Produktionslinie
Die Erfindung betri f ft eine Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f .
Die Erfindung betri f ft ferner ein Betriebsverfahren zum Betrieb einer Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f .
Die Erfindung betri f ft ebenso noch eine Produktionslinie zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f .
Die Erfindung betri f ft auch eine Verwendung einer solchen Induktionshei zvorrichtung .
Die Erfindung betri f ft außerdem eine Verwendung eines derartigen Betriebsverfahrens . Die Erfindung betri f ft zudem eine Verwendung einer derartigen Produktionslinie .
Gattungsgemäße Induktionshei zvorrichtungen 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-Werkstof fen sind aus dem Stand der Technik bekannt .
Hierbei sind die bekannten Induktionshei zvorrichtungen zum Erwärmen von durchlaufenden metallischen Gütern mit gegenüber den metallischen Gütern feststehenden und/oder insbesondere vertikal zu einer Förderrichtung des metallischen Guts verstellbaren Spulen ausgerüstet , wobei die metallischen Güter in Maschinenrichtung der Induktionshei zvorrichtung an der j eweiligen Spule vorbeigeführt werden .
Bei Induktionshei zvorrichtungen mit feststehenden Spulen ist der Abstand zwischen den feststehenden Spulen und den metallischen Gütern in der Regel so ausgelegt , dass selbst metallische Güter mit größtmöglichen Abmessungen, quer zu der Förderebene der j eweiligen Induktionshei zvorrichtung gesehen, nicht mit den feststehenden Spulen kollidieren . Das bedeutet , dass die Spulen immer in einem größtmöglichen Sicherheitsabstand von den metallischen Gütern beabstandet angeordnet sind, sodass ungewollte Beschädigungen vermieden werden können . Jedoch hat dieser vorgesehene Sicherheitsabstand zur Folge , dass der elektrische Wirkungsgrad der j eweiligen Induktionshei zvorrichtung erheblich herabgesetzt ist .
Um diesbezügliche Nachteile zu überwinden, besitzen andere Induktionshei zvorrichtungen vertikal gegenüber der Förderrichtung des metallischen Guts verstellbare Spulen . Derart vertikal verstellbare Spulen werden insbesondere bei diskontinuierlich zu erwärmenden metallischen Gütern wie Brammen, bevor das metallische Gut die j eweilige Spule erreicht , in eine Sicherheitsposition hinein verfahren, in welcher sichergestellt ist , dass das metallische Gut nicht mit der j eweiligen Spule kollidiert , unabhängig davon, welche Lage- und/oder Formtoleranzen dem metallischen Gut innewohnen . Oftmals verhält es sich nämlich so, dass insbesondere der Kopfbereich des metallischen Gutes , etwa in Folge von vorangegangenen Fertigungsprozessen usw . , kritische Form- Abweichungen aufweisen kann, welche insbesondere von der restlichen Geometrie des metallischen Gutes erheblich abweichen können, beispielsweise aufgrund von zuvor erfolgten ur- und/oder umformenden Prozessen oder ähnlichem .
Insofern wird an Induktionshei zvorrichtungen mit verstellbaren Spulen prophylaktisch ein zusätzlicher Sicherheitsabstand hinsichtlich der Spule gegenüber der Oberflächenseite des metallischen Gutes eingestellt ( Sicherheitsposition) , bis zumindest der Kopfbereich des metallischen Gutes die j eweilige Spule bzw . den Arbeitsbereich hiervon durchlaufen hat . Erst nachdem der Kopfbereich des metallischen Gutes die j eweilige Spule passiert hat , wird die Spule einmal in ihre eigentliche Betriebsposition verlagert . Nachteilig hierbei ist es , dass der Betriebsabstand zwischen Spule und metallischen Gut stark schwanken kann, etwa in Folge von weiteren, wenn auch geringeren unvorteilhaften Lage- und/oder Formtoleranzen hinter dem Kopfbereich des metallischen Gutes , sodass das von der Spule erzeugte Magnetfeld das metallische Gut nicht stetig mit einem gewünschten, insbesondere optimalen, elektrischen Wirkungsgrad homogen erwärmen kann .
Speziell das anfängliche Verschieben der Spule in die Sicher- heitsposition hinein führt fast immer zu einer anderen, mei st schwächeren, Erwärmung des Kopfbereichs als im mittleren Bereich des metallischen Gutes , der sich an dem Kopfbereich anschließt . Gleiches tri f ft auch auf den Fußbereich des metallischen Gutes zu, welcher sich wiederum dem mittleren Bereich des metalli schen Gutes anschließt . Auch hier werden die verstellbaren Spulen regelmäßig wieder in die Sicherheitsposition verfahren .
Somit ist das metallische Gut meist partiell inhomogen erwärmt , welches üblicherweise bereits mit einem etwas kälteren Kopfbereich beziehungsweise Fußbereich in die Produktionslinie einläuft . Das kann wiederum zur Folge haben, dass das Material des Kopfbereichs bzw . des Fußbereichs minderwertig gegenüber dem mittleren Bereich ist , und eine vorher bestehende Inhomogenität nicht nur bestehen bleibt , sondern verstärkt wird, sodass das Material viel fach als Ausschuss deklariert werden muss .
Ferner sind gattungsgemäße Produktionslinien zur Herstellung und/oder Verarbeitung von Halbzeugen und/oder Vorprodukten und/oder Zwischenprodukten und/oder Produkten aus Eisen- , Stahl- und/oder Nichteisenmetall-Werkstof fen ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt . In der Regel bestehen diese aus mehreren Vorrichtungen, in denen das Vorprodukt und/oder das Zwischenprodukt und/oder das Produkt j eweils einem oder mehreren Verfahrensschritten unterzogen wird . Die Vorrichtungen können beispielsweise Behei zungs- oder Kühlvorrichtungen, Transportvorrichtungen, Vorrichtungen zur Formgebung, Reinigungsvorrichtungen, chemische Behandlungsvorrichtungen, Oberflächenbeschichtungsvorrichtungen, Trenn- oder Fügevorrichtungen sowie Kombinationen hieraus sein . Die Verfahrensschritte können beispielsweise die Temperaturerhöhung oder Temperaturverringerung, der Transport , die Umformung, die Reinigung, die chemische Behandlung, die Beschichtung der Oberfläche , Trennen oder Fügen sowie Kombinationen hieraus sein . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen . Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde , die Ausbringleistung von Gutteilen bzw . Gutmaterial an gattungsgemäßen Induktionshei zvorrichtungen vorteilhaft zu erhöhen .
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung von einer Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall- Werkstof f , mit
• einem Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes , insbesondere einen ersten Schwingkreis , wobei der Schwingkreis zumindest eine Spule aufweist , insbesondere eine erste Spule , wobei die Spule in einer vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist ,
• einer Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des Schwingkreises mit elektrischer Energie ,
• einer Verstelleinrichtung zur Verstel lung einer Lage der Spule , insbesondere einer Lage der ersten Spule , entlang der vertikalen Richtung, insbesondere eine erste Verstelleinrichtung, mit
• einer Sensoreinrichtung zur Erfas sung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes , insbesondere eines ersten Geometrieprofils , an einer mit der Spule korrespondierenden Seite des metallischen Gutes insbesondere zur Erfassung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes gegenüber einer Referenzebene , insbesondere gegenüber einer Referenzebene einer Fördereinrichtung zur Förderung des metalli schen Gutes , wobei ein Wirkbereich, insbesondere ein erster Wirkbereich, der Sensoreinrichtung bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes vor der Spule angeordnet ist , und • einer Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule , wobei die Steuereinrichtung mit der Sensoreinrichtung datenverbunden ist , gelöst , wobei sich die Induktionshei zvorrichtung dadurch auszeichnet , dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist , entlang des metallischen Gutes unter Berücksichtigung des Geometrieprofils des metallischen Gutes einen minimalen Abstand, insbesondere einen ersten minimalen Abstand, zwischen dem metallischen Gut und der Spule einzustellen, insbesondere kontinuierlich einzustellen .
Mittels der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung kann ein Abstand zwischen der Spule und dem metallischen Gut nicht nur partiell eingestellt werden, sondern in gewünschter Weise über die gesamte Länge des metallischen Gutes , sodass insbesondere Form- und Lagetoleranzen über die gesamte Länge des metalli schen Gutes berücksichtigt und mittels geeigneter Verschiebung der Spule gegenüber dem metallischen Gut vorteilhaft ausgeglichen werden können .
Vorteilhafterweise gelingt es durch die vorliegende Induktionshei zvorrichtung insofern, bereits im Kopfbereich des metallischen Gutes einen gewünschten, insbesondere einen optimalen bzw . minimalen Abstand, zwischen der Spule und dem metallischen Gut einzustellen, sodass das metallische Gut insbesondere auch an seinen Endbereichen, genauer gesagt an seinem Kopfbereich und gegebenenfalls auch seinem Fußbereich möglichst homogen erwärmt werden kann, insbesondere in Bezug auf den mittleren Bereich .
Vorzugsweise ist die Induktionshei zvorrichtung vorliegend bereits vor oder mit dem Einlaufen des metallischen Gutes in die Induktionshei zvorrichtung hinein, insbesondere vor oder mit dem Einlaufen in einen Wirkbereich der wenigstens einen Spule , induktiv aktiviert ist . Idealerweise kann die Spule gegenüber dem metallischen Gut entlang seiner gesamten Länge optimal eingestellt werden, sodass ein optimaler Abstand zwischen der Spule und dem metalli schen Gut für einen optimalen elektri schen Wirkungsgrad in dem Gut nicht erst hinter einem gegebenenfalls kritisch deformierten Kopfbereich einstellbar ist .
Hierdurch gelingt es , das s das metalli sche Gut möglichst über seiner gesamten Länge mit einem gleichmäßigen Wärmeeintrag beaufschlagt werden kann, wodurch sich die Menge an Material-Aus- schuss signi fikant reduzieren lässt .
Mit anderen Worten bedeutet dies , dass hinsichtlich des die Induktionshei zvorrichtung durchlaufenden Gutes der Schwingkreis der Induktionshei zvorrichtung, im Speziellen die Spule hiervon, in Abhängigkeit von der Geometrie des metallischen Gutes stets in einem optimalen Abstand zu dem metallischen Gut gehalten werden kann, und zwar über die gesamte Länge des metallischen Gutes .
In anderen Worten, die Spule folgt dem Verlauf des Oberflächengeometrieprofils des metallischen Gutes bei weitgehend konstantem minimalem Abstand, sodass selbst bei Störungen bzgl . der Geometrie ( kritische Form- und/oder Lageabweichungen) des metallischen Gutes ein minimaler Abstand gut und betriebssicher eingehalten werden kann, insbesondere innerhalb eines Wal zenstichs . Hierdurch ist es möglich, dass eine auf eine bestimmte Gutdicke voreingestellte Induktionshei zvorrichtung innerhalb der Gesamtlänge des metallischen Gutes zwischen einer kopfseitigen Stirnfläche des metalli schen Gutes und einer fußseitigen Stirnfläche des metallischen Gutes auf unbeabsichtigte Form- und/oder Lageränderungen des metallischen Gutes kontinuierlich reagieren kann, insbesondere kontinuierlich nachgeregelt werden kann, sodass stets der minimale Abstand eingeregelt werden kann . Der Begri f f „weitgehend konstant" trägt hierbei dem Umstand Rechnung, dass die Spule eine gewisse Längserstreckung aufweist , sodass bauartbedingt beim Nachfahren eines ungünstigen Geometrieprofils , wie etwa einem Ski , im Bereich eines solchen Geometrieprofils eine kleinere inkonstante Behandlungs zone kommen kann, welche oftmals aber als vernachlässigbar angesehen werden kann .
Der Begri f f „Geometrieprofil" beschreibt hierbei eine Formabweichung, insbesondere eine unregelmäßig Formabweichung, wie insbesondere eine Erhebung, eine Verformung, wie etwa ein welliges Profil oder dergleichen . Eine derartige Formabweichung kann hierbei speziell auch dann vorliegen, wenn die Dicke des metallischen Gutes über seine Länge gesehen gleich ist oder nur vernachlässigbar gering abweicht .
Dadurch ist die Spule der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung derart regelbar bzw . steuerbar, dass sie gegenüber dem metallischen Gut stets in einem gewünschten bzw . optimalen Abstand einstellbar bzw . haltbar ist , und zwar über die gesamte Länge des metallischen Gutes .
Hierdurch kann die Induktionsheizvorrichtung speziell an ein unregelmäßiges Geometrieprofil kontinuierlich angepasst werden, selbst wenn eine diesbezügliche Unregelmäßigkeit nur partiell hinsichtlich der Gesamtlänge des metallischen Gutes auf tritt .
Somit kann die Lage der Spule , insbesondere die Höhenlage in vertikaler Richtung, gegenüber dem metallischen Gut kontinuierlich korrigiert werden, um im Sinne der Erfindung stets den minimalen Abstand beibehalten zu können .
Insofern kann vorliegend eine kontinuierliche Korrektur der Lage der Induktionshei zvorrichtung gegenüber dem metallischen Gut in Abhängigkeit von dem Geometrieprofil des metallischen Gutes vorgenommen werden, um im Sinne der Erfindung stets den minimalen Abstand beibehalten zu können .
In diesem Zusammenhang ist es auch vorteilhaft , wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist , dass die Lage der Induktionshei zvorrichtung, insbesondere deren Spule , gegenüber dem metallischen Gut bzw . einer Referenzebne in Abhängigkeit von dem Geometrieprofil des metallischen Gutes korrigierbar ist , um im Sinne der Erfindung stets den minimalen Abstand beibehalten zu können .
Der Begri f f „gesamte Länge" umfasst im Sinne der Erfindung nicht nur einen mittleren Bereich zwischen einem Kopfbereich und einem Fußbereich des metallischen Gutes , sondern schließt diesen Kopf- bzw . Fußbereich von der kopfseitigen Stirnfläche bis zur fußseitigen Stirnfläche des metallischen Gutes mit ein .
Unter metallischen Gütern im Sinne der Erfindung verstehen sich Brammen, Knüppel , Vorbänder, Zwischenbänder, Drähte , Bänder und dergleichen, welche eine deutlich erhöhte Längenerstreckung im Vergleich zur Breiten- und Dickenerstreckung aufweisen .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich die vorliegende Lehre auch auf metalli sche Güter mit einer unendlichen Längserstreckung erstreckt , insbesondere auf metallische Knüppel , Brammen und/oder Bänder, insbesondere auf metallische Knüppel , Brammen und/ oder Bänder, welche am Anfang einer Produktionslinie zu einem endlosen metallischen Band gefügt und am Ende einer Produktionslinie wieder aufgetrennt werden . In diesem Zusammenhang bezieht sich der Begri f f „gesamte Länge" mit den etwaigen notwendigen Änderungen auf die Länge eines kontinuierlichen Erwärmungsprozesses . Im Sinne der Erfindung bezeichnet die Begri f f lichkeit „minimaler Abstand" einen Betriebsabstand ( insbesondere Kopf- und Fußabstand) zwischen der j eweiligen Spule und dem zu behandelnden metallischen Gut , welcher insbesondere mittels volatilen Betriebspositionen der Spule an der Induktionshei zvorrichtung bzw . Lage- und/oder Formtoleranzen folgenden Betriebspositionen so weitgehend konstant gehalten werden kann .
Der Abstand zwischen der Spule und dem metallischen Gut beeinflusst den Wirkungsgrad der Induktionshei zvorrichtung .
Da Formtoleranzen eines metallischen Gutes und/oder Lagetoleranzen eines metallischen Gutes gegenüber der Spule im Produktionsbetrieb auftreten können, kann der minimale Abstand als Sicherheitsabstand verstanden werden, welcher einen Kompromiss zwischen einem idealen Wirkungsgrad der Induktionshei zvorrichtung und der auf tretenden Form und/oder Lagetoleranz des metallischen Guts darstellt . Mit anderen Worten kann der minimale Abstand einen optimalen Wirkungsgrad der Induktionshei zvorrichtung bei gleichzeitiger relativer Sicherheit einer Kontaktierung zwischen metallischem Gut und der Spule ermöglichen .
Vorzugsweise kann der minimale Abstand als der Abstand verstanden werden, welcher unter Berücksichtigung aller Randbedingungen des Produktionsprozesses einen optimalen Wirkungsgrad der Induktionshei zvorrichtung ermöglicht . Somit kann der minimale Abstand auch als „optimaler Abstand" verstanden werden und/oder als solcher bezeichnet werden .
Insofern ermöglicht die vorliegende Induktionshei zvorrichtung der Spule gegenüber dem metalli schen Gut eine Viel zahl von unterschiedlichen Betriebspositionen einzunehmen, um einen gewünschten minimalen Abstand ständig einregeln und somit einhalten zu können, um hierdurch wiederum einen möglichst homogenen Wärmeeintrag in einem möglich großen Längenabschnitt entlang des metallischen Gutes zu erzielen .
Hierbei ist es vorteilhaft , wenn ein Betriebsabstand (Kopfabstand) im Kopfbereich und ein Betriebsabstand im hieran anschließenden mittleren Bereich vorzugsweise weniger als 20% , vorzugsweise weniger als 15% und besonders bevorzugt weniger al s 10% oder weniger als 5% voneinander abweichen .
Dies gilt auch hinsichtlich Betriebsabstände ( Fußabstand) zwischen dem Fußbereich und dem mittleren Bereich des metallischen Gutes .
Der Ausdruck „Kopfbereich" kennzeichnet vorliegend einen in Förderrichtung gesehen vorderen Bereich des metallischen Gutes .
Die Größe bzw . die Länge eines derartigen Kopfbereiches kann unterschiedliche aus fallen . Beispielsweise kann sich die Länge des Kopfbereiches in Abhängigkeit von der Materialdicke des metallischen Guts ergeben .
Zum Beispiel besitzt der Kopfbereich von der vorderen Stirnseite des metallischen Gutes aus gemes sen eine Länge von 100 mm oder von 150 mm oder mehr .
Beispielsweise kann die Größe bzw . Länge des Kopfbereiches auch von der Art einer Deformation abhängen, etwa hervorgerufen durch einen Trennvorgang an einem Materialstrang . Insbesondere kann der Kopfbereich auch eine Ski-Verformung oder dergleichen aufweisen .
Der Ausdruck „Fußbereich" kennzeichnet vorliegend einen in Förderrichtung gesehen hinteren Bereich des metallischen Gutes . Die Ausgestaltung kann wie zuvor beim Kopfbereich auftreten und kann sich ausgehend von einer hinteren Stirnseite des metallischen Gutes gemessen eine Länge von 100 mm oder von 150 mm oder mehr erstrecken .
Aufgrund dieser Analogie wird im Weiteren vereinfachend lediglich vom Kopfbereich gesprochen, auch wenn gleichermaßen der Fußbereich mit umfasst ist .
Ein besonders homogener elektrischer Wirkungsgrad kann entlang des metallischen Gutes erzielt werden, wenn Betriebsabstände zwischen der Spule und der Oberf lächengutseite entlang des metallischen Gutes identisch sind .
Somit kann gewährleistet werden, dass die Spule das metallische Gut sowohl im Kopfbereich als auch im hieran anschließenden mittleren Bereich stets mit einem homogenen elektrischen Wirkungsgrad vorteilhaft behandeln kann .
Dies gilt auch hinsichtlich Betriebsabstände zwischen dem Fußbereich und dem mittleren Bereich des metallischen Gutes .
Hierdurch kann das metallische Gut sowohl im Kopfbereich al s auch im hieran anschließenden mittleren Bereich äußerst homogen erwärmt werden .
Dies wiederum führt zu einer signi fikanten Verringerung von Ausbringungsverlusten an der vorliegenden Induktionsvorrichtung .
Der Begri f f „Referenzebene" beschreibt im Sinne der Erfindung eine Arbeitsebene an der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung, entlang welcher das metallische Gut an der j eweiligen Spule vorbei bewegt wird . Diese Arbeitsebene erstreckt sich vorzugsweise in und entlang der Maschinenrichtung der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung und bevorzugt auch durch einen Arbeitsbereich der Spule der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung hindurch .
Vorzugsweise fällt die Arbeitsebene der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung mit einer Förderebene einer Transportstrecke bzw . eines diesbezüglichen Rollgangs einer entsprechend ausgerüsteten Produktionslinie zusammen .
Insofern kann die Referenzebene durch eine solche Förderebene definiert sein .
Die Förderebene kann beispiel sweise letztlich auch durch einen Bandzug bei einer Bandanlage realisiert sein, oder ähnlichem .
Die Referenzebene kann aber auch in Abhängigkeit von dem an der Induktionshei zvorrichtung zu behandelnden metallischen Gut variabel festgelegt werden . So kann die Referenzebene insbesondere in der Mitte des metallischen Gutes oder auch an der Unterkante des metallischen Gutes positioniert sein .
Die Referenzebene kann hierbei vorteilhaft beispielsweise einer Umwandlung von absoluten Koordinaten in relative Koordinaten dienen .
Die Referenzebene kann alternativ auch von einer Ebene der Sensoreinrichtung und/oder einer Ebene der Verstelleinrichtung und/oder einer Ebene einer Spule und/oder einer Ebene in Abhängigkeit eines relevanten Geometrieparameters des metallischen Gutes , insbesondere einer Dicke des metallischen Gutes oberhalb einer Fördereben des metalli schen Gutes , oder dergleichen ausgehen, wobei vorzugsweise eine Umwandlung absoluter Koordinaten einer Produktionslinie in relative Koordinaten der Produktionslinie anhand der Referenzebene erfolgen kann . Weiter sei erläutert , dass gemäß der vorliegenden Erfindung unter einer „Induktionshei zvorrichtung" eine Vorrichtung verstanden wird, welche zur induktiven Erwärmung eines metallischen Gutes 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 Gutes dar .
Hierzu können unter anderem Induktionshei zvorrichtungen gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt werden, wobei die j eweilige Induktionshei zvorrichtung an verschiedenen Stellen innerhalb einer Produktionslinie zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes bzw . an einem Rollgang der Produktionslinie eingesetzt werden kann .
Vorteilhaft kann durch die vorliegende Induktionshei zvorrichtung also eine unmittelbare Erwärmung des metallischen Gutes erreicht werden, da die Wärme in dem metallischen Gut selbst entsteht und nicht über die Oberfläche des metallischen Gutes von außen durch Wärmeleitung, Konvektion und/oder Strahlung eingebracht werden muss .
Bei der Induktionserwärmung mittels einer Induktionshei zvorrichtung wird der Schwingkreis zu Schwingungen angeregt , insbesondere im Mittel frequenzbereich .
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 . Insofern versteht man unter der Bezeichnung „Schwingkreis" im Sinne der Erfindung eine Einrichtung zum induktiven Erwärmen eines metallischen Gutes . Hierbei umfasst der Schwingkreis wenigstens eine Spule und eine Kondensatoreinrichtung .
Im Sinne der Erfindung kann hierbei zumindest ein erster Schwingkreis oberhalb eines zu erwärmenden metallischen Gutes bzw . oberhalb einer diesbezüglichen Transportstrecke bzw . eines Rollgangs angeordnet sein, entlang welcher das metallische Gut transportiert wird .
Hierbei zeichnet sich der Schwingkreis zudem noch durch einen Arbeitsbereich bzw . einen elektrischen Wirkbereich aus , in welchem das Magnetfeld mit dem metalli schen Gut wechselwirken kann .
Insofern ist eine derartige erste Spule eine obere Spule der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung und entsprechend oberhalb des Arbeitsbereichs bzw . des zu erwärmenden metallischen Gutes angeordnet .
Darüber hinaus kann die vorliegende Induktionshei zvorrichtung zumindest einen zweiten Schwingkreis mit wenigstens einer zweiten Spule umfassen, welche unterhalb des Arbeitsbereichs bzw . des zu erwärmenden metallischen Gutes angeordnet sind und damit unterhalb des ersten Schwingkreises sowie auch unterhalb der diesbezüglichen Transportstrecke bzw . des Rollgangs .
Eine Spule der Induktionshei zvorrichtung kann weniger als eine vollständige Windung, eine vollständige Windung und/oder mehr als eine vollständige Windung aufweisen, insbesondere mehr oder gleich zwei Windungen, mehr oder gleich drei Windungen oder mehr oder gleich vier Windungen . Der auf das metallische Gut wirkende Teil der Spule besitzt bevorzugt eine mäanderförmige , bzw . u- förmige oder haarnadelförmige Geometrie .
Jedenfalls ist die j eweilige Spule gegenüber dem zu erwärmenden Gut einseitig angeordnet und kann ferner relativ zum metallischen Gut angestellt bzw . verfahren werden, um den gewünschten elektrischen Wirkungsgrad speziell über den Abstand zum metallischen Gut auf ein gewünschtes , optimales Niveau exakter einstellen zu können .
Vorliegend kann eine elektrische Wirkverbindung zwischen einem metallischen Gut und einem magnetischen Wechsel feld durch Längs- f eldinduktion und/oder durch Querf eldinduktion herbeige führt werden . Die magnetischen Feldlinien verlaufen bei Längs feldin- duktion im Wesentlichen in Längserstreckungsrichtung des metallischen Gutes . Bei Querf eldinduktion 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 .
Die Begri f f lichkeit „metallisches Gut" beschreibt vorliegend j egliches Produkt aufweisend einen elektrisch leitfähigen Eisenwerkstof f , einen Stahlwerkstof f und/oder einen Nichteisenmetall-Werkstof f . Insbesondere kann unter einem metallischen Gut j egliches Halbzeug und/oder j egliches Vorprodukt und/oder j egliches Zwischenprodukt und/oder j egliches Produkt verstanden werden, welches elektrisch leitfähig ist .
Handelt es sich bei dem metallischen Gut etwa um ein Blech oder eine Bramme , 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 dem Begri f f „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 .
Es versteht sich, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Energieversorgungseinrichtung und einem oder mehreren Schwingkreisen der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung 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 . So kann die Kondensatoreinrichtung mit einem einzigen Kondensator oder mit einer Viel zahl an Kondensatoren ausgerüstet sein . Bei letzterer Variante können dann mehrere Kondensatoren bevorzugt parallel zueinander geschaltet sein .
Die vorliegende Induktionshei zvorrichtung kann vorliegend eine einzelne Kondensatoreinrichtung aufweisen, welche mit einer Spule oder alternativ auch mit mehreren Spulen elektrisch wirk- verbunden ist .
Insbesondere bei mehreren Spulen können auch mehrere Kondensatoreinrichtungen an der Induktionshei zvorrichtung vorgesehen sein, beispielsweise ist j eder 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 Induktionshei zvorrichtung vorteilhaft realisiert sein .
Hierbei können j e nach Anwendungsbedürfnis unterschiedliche Anordnungsvariationen realisiert sein .
Die Begri f f lichkeit „Verstelleinrichtung" beschreibt vorliegend eine Einrichtung, mittels welcher die Spule gegenüber dem metallischen Gut bzw . gegenüber einem Arbeitsbereich bzw . Wirkbereich der Induktionshei zvorrichtung bedarfsweise verlagert werden kann .
Insbesondere ist die j eweilige Spule gegenüber dem metallischen Gut , insbesondere gegenüber dessen Dickenerstreckung, höhenverstellbar gelagert angeordnet , wobei für eine derartige Höhenverstellung die Spule quer zu dem metalli schen Gut bzw . bevorzugt orthogonal zu dem metallischen Gut bzw . einer Transports trecke bzw . Förderstrecke bzw . eines Rollgangs verschieblich gelagert ist , insbesondere linear verschieblich gelagert ist .
Die Verstelleinrichtung kann zur Betätigung mit einem oder mehreren Hydraulikzylindern oder Zahnstangenantrieb oder Kniehebel oder dergleichen zur linearen Verstellung ausgestattet sein . Der Begri f f „Höhenverstellung" beschreibt hierbei eine Querverlagerung der j eweiligen Spule unabhängig von der räumlichen Ausrichtung einer Transportstrecke , entlang welcher das metallische Gut transportiert wird .
Besonders bevorzugt ist eine Spule zur Einstellung etwa eines minimalen Abstandes in vertikaler Richtung quer zu der Maschinenrichtung gelagert .
Insofern beschreibt der Begri f f „vertikal" im Sinne der Erfindung eine Richtung quer zur Maschinenrichtung, welche in Hauptförderrichtung des metallischen Gutes zeigt .
Des Weiteren beschreibt der Begri f f „Sensoreinrichtung" eine Einrichtung zum Detektieren einer Relativlage des metallischen Gutes , insbesondere einer Oberflächenseite des metallischen Gutes , gegenüber der Induktionshei zvorrichtung, insbesondere gegenüber einer Spule der Induktionshei zvorrichtung bzw . einer Relativlage in einem durch wenigstens eine Spule formulierten Arbeitsbereich der Induktionshei zvorrichtung .
Somit kann die Sensoreinrichtung ein Geometrieprofil des metallischen Gutes , insbesondere auch ein unregelmäßiges Geometrieprofil , exakt ermitteln, selbst wenn das metallische Gut hierbei eine konstante Dicke aufweisen sollte .
Die Sensoreinrichtung kann hierbei unterschiedlich realisiert sein, beispielsweise optisch, insbesondere laseroptisch, akustisch, induktiv, mechanisch tastend oder dergleichen .
Vorzugsweise kann hierbei ein Oberflächenprofil bzw . ein Geometrieprofil mittels eines bildgebenden Verfahrens , gegebenenfalls bereits vor der j eweiligen Spule , ermittelt werden . Anhand dieses ermittelten Oberflächenprofils bzw . Geometrieprofils kann dann die j eweilige Spule gegenüber dem metallischen Gut vorteilhaft angestellt werden, um etwa einen optimalen elektrischen Wirkungsgrad bezüglich des metalli schen Gutes erzielen zu können .
Kumulativ oder alternativ kann auch ein kontinuierliches Abtasten der Oberflächenseite erfolgen, wodurch ein Oberflächenprofil bzw . Geometrieprofil des metallischen Gutes besonders exakt , bevorzugt in Echtzeit an oder kurz vor der j eweiligen Spule erstellt werden kann .
Gegebenenfalls reicht es für ein Ermitteln eines hinreichend genauen Geometrieprofils bereits aus , wenn die Sensoreinrichtung diskontinuierlich arbeitet .
Um beispielsweise kritische Lageabweichungen an einem Kopfbereich eines metallischen Gutes , etwa hinsichtlich einer sogenannten Ski-Verformung oder dergleichen, frühzeitig ermitteln zu können, kann auch ein Detektieren einer Relativlage einer Kurzseite , insbesondere einer Kopfseite , vorteilhaft sein, sodass durch eine solche Detektion zumindest eine Voreinstellung einer Spule gegenüber dem zu erwärmenden Gut vorgenommen werden kann, um die Spule im Anschluss hieran schneller gegenüber der Langseite einstellen zu können .
Jedenfalls ist mittels der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung gewährleistet , dass idealerweise an j eder Stelle einer Langseite des metallischen Gutes und zu j edem Zeitpunkt stets ein vorteilhafter Abstand zwischen Spule und metallischem Gut derart einstellbar ist , dass an dem metallischen Gut stets ein optimaler elektrischer Wirkungsgrad eingestellt werden kann .
Die Sensoreinrichtung kann hierbei unmittelbar an der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung angeordnet sein, etwa an einem Gestellteil hiervon, einem Gehäuseteil hiervon oder dergleichen, und insofern beispielsweise auch mit der Spule kontaktiert sein . Alternativ kann die Sensoreinrichtung aber auch in Transportrichtung gesehen vor der Spule angeordnet sein, wobei hier auch beide Möglichkeiten verwirklicht sein können .
Insbesondere unter dem Ausdruck „Wirkbereich" hinsichtlich der Sensoreinrichtung soll gemäß der Erfindung eine Wirkverbindung zwischen der Sensoreinrichtung und dem metallischen Gut verstanden sein, wobei der Wirkbereich den Bereich des metalli schen Gutes beschreiben kann, welcher mit der Sensoreinrichtung abgetastet und/oder vermessen werden kann .
Der Ausdruck „Geometrieprofil" hinsichtlich des metallischen Gutes , beschreibt im Sinne der Erfindung das Profil des metallischen Gutes , wobei unter diesem Ausdruck sowohl Verformungen, wie eine Wellenprofilierung oder ähnliches , als auch geringfügigere Störstellen unmittelbar an der Oberfläche des metallischen Gutes erfasst sind, die von der hier beschriebenen Sensoreinrichtung erfasst werden können .
Ausdrücklich kann der Begri f f „Geometrieprofil" insbesondere einen mittleren Bereich des metallischen Gutes umfassen, also den Bereich zwischen einem Kopfbereich und einem Fußbereich des metallischen Gutes . Insofern ist das Geometrieprofil nicht zwingend allein auf einen Kopfbereich bzw . einen Fußbereich des metallischen Gutes beschränkt , wobei der Kopfbereich den einlaufenden Anfang und der Fußbereich das auslaufende Ende des metallischen Gutes in Bezug auf die Spule beschreibt .
Vorteilhaft ist es , wenn der Sollwert des für den Betriebsabstand relevanten Betriebsparameter hinsichtlich des metallischen Gutes , wie zum Beispiel die Dicke des metallischen Gutes ermittelt wird und/oder anderweitig der Steuereinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann . Dieser Sollwert kann insofern vorzugsweise die Dicke einer Bramme , die Dicke eines Knüppels , die Dicke eines Metallbandes oder dergleichen sein .
Unter anderem kann dies durch eine geeignet eingerichtete bzw . angeordnete Sensoreinrichtung geschehen, welche vor bzw . stromauf der Spule angeordnet ist und/oder deren Wirkbereich vor bzw . stromauf der Spule angeordnet ist , oder kumulativ oder alternativ auch etwa mittels Prozessdaten von stromaufwärts erfolgten Bearbeitungsprozessen . Entsprechende Daten zu dem Sollwert können j edoch auch von Produktionsplanungsdaten stammen .
So kann eine vorteilhafte Anstellung der Spule gegenüber einer Oberflächenseite des metallischen Gutes unter einer Annahme des Sollwerts von relevanten Geometrieparametern des metallischen Gutes erfolgen, insbesondere gegenüber der Dicke des metallischen Gutes .
Falls eine ermittelte Abweichung des relevanten Geometrieparameters einen kritischen Toleranzwert erreicht oder unterschreitet , kann das metallische Gut an einer, aus Sicht des elektrischen Wirkungsgrads , optimalen Position befindlichen Spule vorbeigeführt werden .
Falls die ermittelte Abweichung des relevanten Geometrieparameters einen kritischen Toleranzwert j edoch erreicht oder überschreitet , wird die Spulenposition in geeigneter Weise verstellt , um eine kollisions freie Durchfahrt des Gutabschnitts mit der Geometrieabweichung zu ermöglichen .
Zudem ist unter der „korrespondierenden Seite" des metallischen Gutes , diej enige Oberflächenseite des metallischen Gutes verstanden, welche der j eweiligen Sensoreinrichtung bzw . der j eweiligen Spule unmittelbar gegenüberliegt . Das bedeutet , dass etwa der oberen Spule der Induktionshei zvorrichtung die Oberseite des metallischen Gutes unmittelbar gegenüberliegt und der unteren Spule der Induktionshei zvorrichtung entsprechend die Unterseite des metallischen Gutes gegenüberliegt .
Auch wenn vorliegend die Begri f fe Kopfbereich und Fußbereich des metallischen Gutes wiederholt verwendet werden, so sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die hier vorgeschlagene Induktionshei zvorrichtung auch für die Erwärmung von metallischen Bändern, insbesondere endlosen metallischen Bändern, verwendet werden kann . In diesem Fall kann durch die Sensoreinrichtung ebenfalls eine ermittelte Abweichung des relevanten Geometrieparameters des metallischen Gutes ermittelt werden, welche zur Verstellung der Spule verwendet wird .
Eine bevorzugte Aus führungsvariante sieht vor, dass die Steuereinrichtung ferner dazu eingerichtet ist , in einem mittleren Bereich zwischen einem Kopfbereich und einem Fußbereich des metallischen Gutes einen minimalen Abstand, insbesondere einen ersten minimalen Abstand, zwischen dem metallischen Gut und der Spule einzustellen, insbesondere kontinuierlich einzustellen .
Insbesondere in einem mittleren Bereich des metallischen Gutes wird eine optimale Abstandseinstellung der Spule gegenüber dem metallischen Gut bisher vernachlässigt . Vorteilhafterweise kann mittels der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung j edoch auch im mittleren Bereich des metallischen Gutes ein vorteilhafter Abstand eingestellt werden, um so stets einen optimalen elektrischen Wirkungsgrad an dem metalli schen Gut zu erzielen . Hierdurch kann eine besonders homogene Erwärmung entlang der gesamten Länge des metallischen Gutes erzielt werden . Dies gilt umso mehr, wenn die Sensoreinrichtung kontinuierlich arbeitet , da hierdurch im mittleren Bereich j ede Störung hinsichtlich des metallischen Gutes zuverlässig detektiert und/ o- der berücksichtigt werden kann, insbesondere ausgeregelt , bzw . vorgesteuert werden kann, insbesondere kontinuierlich, sodass eine homogene Erwärmung auch in diesem Bereich noch zuverlässiger gewährleistet werden kann .
Das metallische Gut kann noch vorteilhafter erwärmt werden, insbesondere homogener wärmebehandelt werden, wenn die Induktionshei zvorrichtung zusätzlich aufweist :
• eine zweite Spule , insbesondere eine zweite Spule eines zweiten Schwingkreises zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes , wobei die zweite Spule in der vertikalen Richtung verschiebbar gelagert ist , wobei die zweite Spule von der Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden kann,
• eine Verstelleinrichtung zur Verstel lung einer Lage der zweiten Spule entlang der vertikalen Richtung, insbesondere eine zweite Verstelleinrichtung,
• eine Sensoreinrichtung aufweisend einen zweiten Wirkbereich, der bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes vor der zweiten Spule angeordnet ist , insbesondere eine zweite Sensoreinrichtung, insbesondere ist die zweite Sensoreinrichtung bezogen auf die Förderrichtung des metallischen Gutes vor der zweiten Spule angeordnet , insbesondere ist die zweite Sensoreinrichtung mit der Steuereinrichtung datenverbunden, zur Erfassung eines zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes an einer mit der zweiten Spule korrespondierenden Seite des metalli schen Gutes , insbesondere zur Erfassung eines zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes gegenüber einer Referenzebene , wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der zweiten Spule eingerichtet ist , und wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist , entlang des metallischen Gutes , insbesondere in dem mittleren Bereich des metallischen Gutes , unter Berücksichtigung des zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes einen zweiten minimalen Abstand zwischen dem metallischen Gut und der zweiten Spule einzustellen, insbesondere kontinuierlich einzustellen .
Die zweite Verstelleinrichtung kann hierbei als eine eigenständige Einrichtung an der Induktionshei zvorrichtung realisiert sein, oder aber diese zweite Verstelleinrichtung ist alternativ ein baulicher Bestandteil der ersten Verstelleinrichtung .
Ähnlich verhält es sich hinsichtlich der zweiten Sensoreinrichtung, welche entweder eine eigenständige Einrichtung an der Induktionshei zvorrichtung ist oder alternativ als ein baulicher Bestandteil der ersten Sensoreinrichtung ausgelegt ist .
Die zweite Spule kann hierbei bevorzugt gegenüberliegend der mit der ersten Spule korrespondierenden Seite des metallischen Gutes angeordnet sein .
Auch das zweite Geometrieprofil kann hierbei in Bezug auf die bereits vorstehend beschriebene Referenzebene vorteilhaft bezogen sein .
Die vorliegende Induktionshei zeinrichtung kann mit einem besonders vorteilhaften elektrischen Wirkungsgrad betrieben werden, wenn der minimale Abstand, insbesondere der erste minimale Abstand und/oder der zweite minimale Abstand, entlang des metallischen Gutes , insbesondere auch in dem mittleren Bereich des metallischen Gutes , kleiner oder gleich 50 mm ist , bevorzugt kleiner oder gleich 40 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30 mm ist . I st der minimale Abstand kleiner oder gleich 20 mm, bevorzugt kleiner oder gleich 15 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10 mm, kann die Induktionshei zeinrichtung noch ef fektiver betrieben werden . Insofern kann hierdurch eine besonders ef fiziente Erwärmung des metallischen Gutes erzielt werden, was unter anderem an dem noch geringen Luftspalt zwischen der Spule und dem metallischen Gut liegt .
Darüber hinaus ist es besonders günstig, wenn der minimale Abstand, insbesondere der erste minimale Abstand und/oder der zweite minimale Abstand, entlang des metallischen Gutes , insbesondere in dem mittleren Bereich des metallischen Gutes , größer als 0 mm ist , bevorzugt größer oder gleich 2 mm und besonders bevorzugt größer oder gleich 5 mm . Hierdurch kann letztlich die Sicherheit der Induktionshei zvorrichtung gegenüber Kollisionen mit dem metallischen Gut gewährleistet werden, wobei eine größere Sicherheit durch einen entsprechend größer eingestellten minimalen Abstand auch stets mit einem geringeren elektri schen Wirkungsgrad einhergeht .
Unterscheiden sich der erste minimale Abstand und der zweite minimale Abstand um weniger oder gleich 5 mm, bevorzugt um weniger oder gleich 3 mm und besonders bevorzugt um weniger oder gleich 1 mm, kann eine besonders homogene Erwärmung des metallischen Gutes erreicht werden .
Dies liegt im Wesentlichen daran, dass vorteilhafterweise beidseitig des metallischen Gutes im Wesentlichen gleiche minimale Abstände einstellbar sind, wodurch beidseits des metallischen Gutes vergleichbare Magnetfelder auf das metallische Gut einwirken können, sodass beidseitig auch vergleichbare Erwärmungen an dem metallischen Gut erzielt werden können . Des Weiteren ist es vorteilhaft , wenn die erste Spule zur Erwärmung des metallischen Gutes mittels Querf eldinduktion eingerichtet ist , und/oder die erste Spule und die zweite Spule zur Erwärmung des metallischen Gutes mittels Querf eldinduktion und/oder Längs f eldinduktion eingerichtet sind .
Bei einer einzigen ersten Spule , welche lediglich an einer Seite des metallischen Gutes angeordnet ist , kann die Induktionshei zvorrichtung kompakter gebaut werden . Jedoch ist hierbei nur eine Querf eldinduktion realisierbar .
Bei einem Einsatz von zwei Spulen können sowohl eine Querfeldinduktion als auch eine Längs f eldinduktion bzw . eine Mischform erreicht werden, beispielsweise indem die erste Spule und die zweite Spule mit einem Phasenversatz von 0 ° bis 180 ° zueinander schwingen . Dies kann bevorzugt über eine Phasenverschiebung von 180 ° erfolgen .
Eine bevorzugte Aus führungsvariante sieht vor, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, in dem Kopfbereich ( des metallischen Gutes einen minimalen Kopfabstand, insbesondere einen ersten minimalen Kopf abstand und/oder einen zweiten minimalen Kopfabstand, zwischen dem metalli schen Gut und einer Spule , insbesondere der ersten Spule und/oder der zweiten Spule , einzustellen .
Hierdurch kann eine homogene Erwärmung des Kopfbereiches des metallischen Gutes nochmals verbes sert werden in Bezug auf restliche Bereiche des metallischen Gutes , wodurch eine konstantere Qualität des aus dem metallischen Gut gefertigten Produkts erzielt werden kann . Insbesondere kann somit auch eine Ausschussquote signi fikant verringert werden .
Ähnlich wie auch in einem Fußbereich des metallischen Gutes gibt es im Kopfbereich des metalli schen Gutes nahezu immer größere erwartbare Verformungsabweichungen, etwa durch das Abschneiden des Gießstranges mittels einer Schneideinrichtung, oder dergleichen .
Dies ist insbesondere bei diskontinuierlichen Produktionen, wie etwa in einem Batch-Betrieb meistens der Fall , in welchem intermittierend ein metallisches Gut behandelt wird, insbesondere thermisch behandelt , und Letzteres dann die Induktionsvorrichtung entsprechend batchweise passiert .
Kritische Verformungsabweichungen können j edoch auch durch andere Verformungsbilder bedingt sein, wie beispielsweide Ski- Verformungen im Kopf- bzw . Fußbereich des metallischen Gutes und/oder Wellen-Verf ormungen insbesondere im mittleren Bereich des metallischen Gutes .
Ebenso ist es vorteilhaft , wenn die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist , in dem Fußbereich des metallischen Gutes einen minimalen Fußabstand, insbesondere einen ersten minimalen Fußabstand und/oder einen zweiten minimalen Fußabstand, zwischen dem metallischen Gut und einer Spule , insbesondere der ersten Spule und/oder der zweiten Spule , einzustellen .
Hierdurch kann eine homogenere Erwärmung auch des Fußbereiches des metallischen Gutes verbessert werden in Bezug auf restliche Bereiche des metallischen Gutes , wodurch eine konstantere Qualität des aus dem metallischen Gut gefertigten Produkts erzielt werden kann . Insbesondere kann somit auch eine Ausschussquote signi fikant verringert werden .
Auch die Kollisionssicherheit hinsichtlich der vorliegenden Induktionshei zeinrichtung kann nochmals verbessert werden, wenn der minimale Kopfabstand, insbesondere der erste minimale Kopfabstand und/oder der zweite minimale Kopf abstand, in dem Kopfbereich und/oder der minimale Fußabstand, insbesondere der erste minimale Fußabstand und/oder der zweite minimale Fußabstand, in dem Fußbereich des metallischen Gutes um einen Faktor von 1 , 1 größer ist als der minimale Abstand, insbesondere der erste minimale Abstand und/oder der zweite minimale Abstand, in dem mittleren Bereich des metallischen Gutes , bevorzugt um einem Faktor 1 , 2 und besonders bevorzugt um den Faktor 1 , 3 .
Ein derartig gewählter Faktor ist besonders vorteilhaft , da insbesondere in dem Kopfbereich und in dem Fußbereich größere Geometrieprofilabweichungen erwartbar sind als in einem dazwischen liegenden mittleren Bereich des metallischen Gutes . Mithin kann hierdurch eine höhere Produktionsverfügbarkeit erreicht werden .
Eine nochmals verbesserte Kollisionssicherheit kann mit höheren Faktorwerten, wie etwa 1 , 4 oder 1 , 5 oder 1 , 75 erzielt werden, was j edoch zu Lasten eines gleichmäßig erzielbaren elektrischen Wirkungsgrads entlang des metallischen Gutes geht .
Eine gleichmäßigere homogene Erwärmung des metallischen Gutes kann günstig beeinflusst werden, wenn der Kopfbereich kleiner oder gleich 15 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes umfasst , bevorzugt kleiner oder gleich 10 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 7 , 5 % .
Ähnlich verhält es sich, wenn der Kopfbereich kleiner oder gleich 12 , 5 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes umfasst , bevorzugt kleiner oder gleich 5 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 2 , 5 % ist .
Genauso vorteilhaft ist es , wenn der Fußbereich kleiner oder gleich 15 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes umfasst , bevorzugt kleiner oder gleich 10 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 7 , 5 % . Ähnlich verhält es sich, wenn der Fußbereich kleiner oder gleich 12 , 5 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes umfasst , bevorzugt kleiner oder gleich 5 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 2 , 5 % ist .
Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung auch von einem Betriebsverfahren zum Betrieb einer Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , mittels einer Spule , insbesondere mittels einer ersten Spule , insbesondere einer Induktionsheizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung gelöst , welches die nachfolgenden Schritte aufweist :
• Bestimmung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes , insbesondere eines ersten Geometrieprofils , mit einer Sensoreinrichtung, insbesondere mit einer ersten Sensoreinrichtung, an einer mit der Spule korrespondierenden Seite des metallischen Gutes , insbesondere Bestimmung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes gegenüber einer Referenzebene , insbesondere gegenüber einer Referenzebene einer Fördereinrichtung zur Förderung des metallischen Gutes , insbesondere Bestimmung einer Solldicke des metallischen Gutes , wobei ein Wirkbereich, insbesondere ein erster Wirkbereich, der Sensoreinrichtung bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes vor der Spule angeordnet ist , und
• Verstellung, insbesondere kontinuierliche Verstellung, einer Lage der Spule , insbesondere einer Lage der ersten Spule , entlang einer vertikalen Richtung, mit einer Verstelleinrichtung, insbesondere einer ersten Verstelleinrichtung, insbesondere in einem mittleren Bereich zwischen einem Kopfbereich und einem Fußbereich des metallischen Gutes , unter Berücksichtigung des Geometrieprofils des metallischen Gutes zur Einstellung eines minimalen Abstands , insbesondere eines ersten minimalen Abstands , zwischen dem metallischen Gut und der Spule .
Durch das hier beschrieben Verfahren kann die Ausbringleistung an Gutteilen bzw . Gutmaterial hinsichtlich eines durch eine Induktionshei zvorrichtung induktiv wärmebehandelten metallischen Gutes signi fikant verbessert werden, wie vorstehend bereits hinreichend beschrieben ist .
Insbesondere kann der minimale Abstand auch gleich dem optimalen Abstand zur Erzielung eines aus Sicht des elektrischen Wirkungsgrades optimalen Ergebnisses sein .
Besonders vorteilhaft ist es , dass der minimale Abstand gegenüber dem metallischen Gut, insbesondere gegenüber dem Kopfbereich bzw . dem Fußbereich des metalli schen Gutes , bereits vor und/oder während des Einlaufens des metallischen Gutes , insbesondere dessen Kopfbereichs , an der Spule eingestellt wird . Hierdurch ist gewährleistet , dass auch der Kopfbereich mit einem optimalen elektrischen Wirkungsgrad beaufschlagt werden kann .
Eine vorteilhafte Verfahrensvariante sieht ein Betriebsverfahren zum Betrieb einer Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes vor, wobei die Induktionshei zvorrichtung eine zweite Spule aufweist , bei welchem das alternative Betriebsverfahren die folgenden Schritte aufweist :
• Bestimmung eines zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes mit einer Sensoreinrichtung, insbesondere mit einer zweiten Sensoreinrichtung, an einer mit der zweiten Spule korrespondierenden Seite des metalli schen Gutes , insbesondere Bestimmung eines zweiten Geometrieprof ils des metallischen Gutes gegenüber einer Referenzebene , insbesondere gegenüber der Referenzebene der Fördereinrichtung zur Förderung des metallischen Gutes , wobei ein zweiter Wirkbereich der Sensoreinrichtung bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes vor der zweiten Spule angeordnet ist ,
• Verstellung, insbesondere kontinuierliche Verstellung, einer Lage der zweiten Spule entlang einer vertikalen Richtung, mit einer Verstelleinrichtung, insbesondere einer zweiten Verstelleinrichtung, insbesondere in dem mittleren Bereich des metallischen Gutes , unter Berücksichtigung des zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes zur Einstellung eines zweiten minimalen Abstands zwischen dem metallischen Gut und der zweiten Spule .
Mittels dieser Verfahrensvariante kann das metallische Gut noch vorteilhafter erwärmt werden, insbesondere noch homogener wärmebehandelt werden .
Insbesondere bei einem Einsatz von zwei Spulen können sowohl eine Querf eldinduktion als auch eine Längs f eldinduktion vorgenommen werden, beispielsweise indem die erste Spule und die zweite Spule mit einem Phasenversatz zueinander schwingen, insbesondere mit einem Phasenversatz von 180 ° .
Ein im Sinne der vorliegenden Erfindung vorteilhafter minimaler Abstand kann verfahrenstechnisch einfach und präzise an dem Kopfbereich eingestellt werden, wenn sich das vorliegende Betriebsverfahren ferner noch durch folgenden Verfahrensschritt aus zeichnet :
• Verstellung, insbesondere kontinuierliche Verstellung, einer Lage der ersten Spule und/oder der zweiten Spule entlang einer vertikalen Richtung, mit einer Verstelleinrichtung, insbesondere einer ersten Verstelleinrichtung und/oder einer zweiten Verstelleinrichtung, in dem Kopfbereich des metallischen Gutes unter Berücksichtigung des ersten Geometrieprofils und/oder des zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes zur Einstel lung eines minimalen Kopfabstandes , insbesondere eines ersten minimalen Kopf abstandes und/oder eines zweiten minimalen Kopf abstandes .
Ebenso vorteilhaft ist es , wenn sich das vorliegende Betriebsverfahren noch durch folgenden weiteren Verfahrensschritt auszeichnet :
• Verstellung, insbesondere kontinuierliche Verstellung, einer Lage der ersten Spule und/oder der zweiten Spule entlang einer vertikalen Richtung, mit einer Verstelleinrichtung, insbesondere einer ersten Verstelleinrichtung und/oder einer zweiten Verstelleinrichtung, in dem Fußbereich des metallischen Gutes unter Berücksichtigung des ersten Geometrieprofils und/oder des zweiten Geometrieprofils des metallischen Gutes zur Einstellung eines minimalen Fußabstandes , insbesondere eines ersten minimalen Fußabstandes und/oder eines zweiten minimalen Fußabstandes .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Die Aufgabe der Erfindung wird nach einem dritten Aspekt der Erfindung auch noch von einer Induktionshei zvorrichtung zur Erwärmung eines metallischen Gutes , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen- , Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstof f , gelöst ,
• wobei die Induktionshei zvorrichtung einen Schwingreis zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes aufweist ,
• wobei der Schwingkreis eine Kondensatoreinrichtung und eine Spule aufweist , • wobei die Induktionshei zvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung des Schwingkreises mit elektrischer Energie aufweist ,
• wobei die Induktionshei zvorrichtung eine Verstelleinrichtung zur Verstellung einer Lage der Spule entlang der vertikalen Richtung aufweist ,
• wobei die Induktionshei zvorrichtung eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Geometrieprofils des metallischen Gutes aufweist ,
• wobei die Induktionshei zvorrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule aufweist , wobei die Steuereinrichtung mit der Sensoreinrichtung datenverbunden ist , wobei die Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule eingerichtet ist ,
• wobei die Induktionshei zvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eingerichtet ist .
Mittels einer derartigen vorteilhaften Induktionshei zvorrichtung können die eingangs beschriebenen Ef fekte und Vorteile ebenfalls erzielt werden .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Die Aufgabe der Erfindung wird darüber hinaus gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung 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-Werkstof f , gelöst , aufweisend die erfindungsgemäße Induktionshei zvorrichtung gemäß dem ersten und/oder dem dritten Aspekt der Erfindung .
An einer mit der vorliegenden Induktionshei zvorrichtung ausgestatteten Produktionslinie können metallische Güter signi fikant homogener wärmebehandelt werden, und zwar über die gesamte Länge des j eweiligen metallischen Gutes .
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 Transports trecke der Produktionslinie bzw . eines entsprechend eingerichteten Rollgangs transportiert .
Es versteht sich, dass die Produktionslinie noch weitere Behand- lungs- bzw . Bearbeitungsvorrichtungen, wie etwa Trennvorrichtungen, Wickelvorrichtungen, Vereinzelungsvorrichtungen oder dergleichen aufweisen kann .
Die Vorteile einer Induktionsvorrichtung gemäß dem ersten und/oder dem dritten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, erstrecken sich auf eine Produktionslinie aufweisend eine Induktionsvorrichtung nach dem ersten und/oder dem zweiten Aspekt der Erfindung .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ . Die Aufgabe der Erfindung wird nach einem fünften Aspekt der Erfindung auch noch von einer Verwendung der der Erfindung zugrunde liegenden Induktionshei zvorrichtung nach einem der hier beschriebenen Merkmale und/oder des hier beschriebenen Betriebsverfahrens , und/oder der hier beschriebenen Produktionslinie gelöst .
An dieser Stelle sei noch beansprucht , dass das hier beschriebene Verfahren auch noch durch weitere hier erläuterte technische Merkmale , insbesondere durch Merkmale der Vorrichtung, ergänzt werden kann, um das Verfahren vorteilhaft weiterzuentwickeln bzw . Verfahrensspezi fikationen noch präziser darstellen bzw . formulieren zu können, insbesondere hinsichtlich einer kontinuierlichen Anpassung des minimalen Abstands zwischen einer Spule und dem metallischen Gut , selbst bei gleichbleibender Dicke des metallischen Gutes .
Allgemein können die Merkmale der vorstehend bzw . in den Ansprüchen beschriebenen Lösungen auch kombiniert werden, um die vorliegend erzielbaren Vorteile und Ef fekte entsprechend kumuliert umsetzen zu können .
Ferner sei darauf hingewiesen, das s im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und unbestimmte Zahlenangaben wie „ein..." , „zwei..." usw . im Regel fall als mindestens- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei..." usw . , sofern sich nicht etwa aus dem Kontext oder dem konkreten Text einer bestimmten Stelle ergibt , das s etwa dort nur „genau ein..." , „genau zwei..." usw . gemeint sein soll .
An dieser Stelle sei noch erwähnt , dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen sei , dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Ausdruck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu verstehen . Weitere Vorteile , Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich zusätzlich aus den nachfolgend erläuterten Aus führungsbeispielen .
Komponenten, welche in den einzelnen Figuren wenigstens im Wesentlichen hinsichtlich ihrer Funktion übereinstimmen, können hierbei mit gleichen Bezugs zeichen gekennzeichnet sein, wobei die Komponenten nicht in allen Figuren bezi f fert und erläutert sein müssen .
In der Zeichnung zeigen :
Figur 1 : schematisch eine erste Ansicht einer Induktionshei zvorrichtung zum Erwärmen eines metallischen Gutes , bei welcher das metallische Gut vor einem Einlaufen in die Induktionshei zvorrichtung dargestellt ist ; und
Figur 2 : schematisch eine weitere Ansicht der in der Figur 1 gezeigten Induktionshei zvorrichtung, bei welcher das metallische Gut während des Durchlaufens in die Induktionshei zvorrichtung dargestellt ist .
In der nun folgenden Beschreibung wird eine wiederholende Beschreibung vermieden . Ferner sind einzelne Merkmale , die in Zusammenhang mit einer Aus führungs form beschrieben wurden, auch separat in anderen Aus führungs formen verwendbar .
Die in den Figuren 1 und 2 gezeigte Induktionshei zvorrichtung 1 zur Erwärmung eines metalli schen Gutes 2 weist zwei Schwingkreise 3 und 4 zur Erzeugung eines Magnetfeldes (nicht gezeigt ) zur Erwärmung des metallischen Gutes 2 mit j eweils einer Spule 6 und 7 . Die beiden Schwingkreis 3 und 4 werden durch eine geeignete Energieversorgungseinrichtung 5 der Induktionshei zvorrichtung 1 mit elektrischer Energie versorgt .
Der besseren Übersichtlichkeit halber sind sämtliche Kabelverbindungen an der Induktionshei zeinrichtung 1 , insbesondere auch hinsichtlich der Energieversorgung und Datenleitungen zwischen einzelnen Komponenten, nicht expli zit gezeigt .
Bei der ersten Spule 6 handelt es sich um eine obere Spule (nicht nochmals bezi f fert ) , welche insofern oberhalb einer Referenzebene 9 angeordnet ist , und bei der zweiten Spule 7 handelt es sich um eine untere Spule (nicht nochmals bezi f fert ) , welche dementsprechend unterhalb der Referenzebene 9 angeordnet ist .
Die Referenzebene 9 ist zwischen den beiden Spulen 6 und 7 angeordnet und entlang dieser Referenzebene 9 wird das metalli sche Gut 2 in Transportrichtung bzw . Förderrichtung 10 durch die Induktionshei zvorrichtung 1 vorwärts transportiert , gemäß den Figuren 1 und 2 also von links nach rechts .
Die Referenzebene 9 ist hierbei durch die Arbeitsebene (nicht nochmals bezi f fert ) der Induktionshei zeinrichtung 1 definiert , wobei die Referenzebene 9 alternativ auch durch eine Rollgangsebene (nicht gezeigt ) eines ebenfalls nicht gezeigten Rollgangs , oder durch eine Fördereinrichtung ( ebenfalls nicht gezeigt ) zum Fördern des metallischen Gutes 2 einer hier nicht näher illustrierten Produktionslinie 12 definiert sein kann .
Die Referenzebene 9 verläuft bei der hier gezeigten beispielhaften Aus führungs form exemplarisch entlang der Mittellinie des metallischen Gutes 2 . Abhängig von einem metallischen Gut 2 kann die Lage der Referenzebene 9 aber auch anders verortet sein . Die Spulen 6 und 7 sind j eweils unabhängig voneinander in vertikaler Richtung 14 verschieblich gelagert und somit höhenverstellbar .
Zur Höhenverstellung der Spulen 6 und 7 weist die Induktionshei zvorrichtung 1 Verstelleinrichtungen 16 auf .
Das metallische Gut 2 weist in diesem beispielhaft dargestellten Aus führungsbeispiel eine normale Solldicke 2A sowie ein unstetiges Geometrieprofil 18 mit Formabweichungen 19 im Kopfbereich 21 des metallischen Gutes 2 einerseits und mit einer weiteren Formabweichung 22 im mittleren Bereich 24 des metallischen Gutes 2 andererseits auf , welcher sich dem Kopfbereich 21 anschließt .
Die Induktionshei zvorrichtung 1 weist zudem noch Sensoreinrichtungen 26 auf , welche in Transportrichtung 10 gesehen vor der j eweiligen Spule 6 bzw . 7 platziert sind .
Insofern kann mit diesen Sensoreinrichtungen 26 das Geometrieprofil 18 des metallischen Guts 2 an dessen Oberflächenseite 28 und 30 zuverlässig detektieren, und zwar noch vor dem Einlaufen des metallischen Guts 2 mit seinem Kopfbereich 21 in den Spulenbereich der Spulen 6 und 7 .
Hierzu können die Sensoreinrichtungen 26 mit ihren j eweiligen Wirkbereichen 32 und 33 die j eweils hiermit korrespondierende Oberflächenseiten 28 bzw . 30 „abtasten" und hierbei das Geometrieprofil 18 des metallischen Gutes 2 mit allen Höhendi f ferenzen 34 exakt erfassen .
Vorteilhafterweise weist die Induktionshei zvorrichtung 1 eine Steuereinrichtung 40 zur Steuerung und/oder Regelung vertikaler Lagen der Spulen 6 bzw . 7 auf , wobei die Steuereinrichtung 40 mit der Sensoreinrichtung 26 datenverbunden ist , um Daten zu dem Geometrieprofil 18 des metallischen Gutes 2 zu erhalten . Die Steuereinrichtung 40 ist hierbei dazu eingerichtet , entlang des metallischen Gutes 2 unter Berücksichtigung des Geometrieprofils 18 des metalli schen Gutes 2 einen möglichst minimalen Abstand 42 zwischen dem metallischen Gut 2 und der j eweiligen Spule 6 bzw . 7 einzustellen .
Ein besonders exakter elektrischer Wirkungsgrad bezüglich der Spulen 6 und 7 kann reali siert werden, wenn die Spulen 6 und 7 hierbei kontinuierlich eingestellt werden .
Gemäß der Darstellung nach der Figur 1 sind die Spulen 6 und 7 mittels Daten zu der Solldicke 2A des metallischen Gutes 2 mit einem minimalen Abstand 42A gegenüber den Oberflächenseiten 28 bzw . 30 des metallischen Gutes 2 eingestellt , und zwar noch bevor das metallische Gut 2 mit seiner Kopfseite 21 in den Spulenbereich einläuft , sodass das metalli sche Gut 2 beidseits möglichst ef fektiv induktiv erwärmt werden kann .
Gemäß der Darstellung nach der Figur 2 s ind die Spulen 6 und 7 in Abhängigkeit von dem detektierten Geometrieprofil 18 , insbesondere aufgrund der Formabweichungen 19 im Kopfbereich 21 , bereits vertikal in Richtung 44 vom metallischen Gut ent fernend verlagert , also nach radial außen, um so mit einem minimalen Abstand 42B gegenüber den Formabweichungen 19 eingestellt werden zu können .
Während die ersten Spule 6 ihre Lagepos ition aufgrund der weiteren Formabweichung 22 im mittleren Bereich 24 wieder angepasst hat , verschiebt sich die untere Spule 7 gemäß einer an das metallische Gut 2 annähernd gerichtete Richtung 46 , also nach radial innen, in den weiteren minimalen Abstand 42B . Die erste Spule 6 wird ebenfalls wieder in den minimalen Abstand verlagert , sobald die weitere Formabweichung 22 die erste Spule 6 passiert hat . Insgesamt gelingt es hierdurch mit der Induktionshei zvorrichtung 1 eine besonders homogene Erwärmung des metallischen Gutes 2 über seine Gesamtlänge , wobei der Fußbereich des metallischen Gutes 2 hier nicht dargestellt ist . An dieser Stelle sei expli zit 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 , Ef fekte und Vorteile entsprechend kumuliert umsetzen bzw . erzielen zu können .
Bezugszeichenliste
1 Induktionshei zvorrichtung
2 metallisches Gut
2A Solldicke
3 erster ( oberer ) Schwingkreis
4 zweiter (unterer ) Schwingkreis
5 Energieversorgungseinrichtung
6 erste ( obere ) Spule
7 zweite (untere ) Spule
9 Referenzebene
10 Transportrichtung bzw . Förderrichtung
12 Produktionslinie
14 vertikale Richtung
16 Verstelleinrichtungen
18 Geometrieprofile
19 Formabweichungen
21 Kopfbereich
22 weitere Formabweichung
24 mittlerer Bereich
26 Sensoreinrichtungen
28 erste ( obere ) Oberflächenseite
30 zweite (untere ) Oberflächenseite
32 erster ( oberer ) Wirkbereich
33 zweiter (unterer ) Wirkbereich
34 Höhendi f ferenzen
40 Steuereinrichtung
42A minimaler Abstand bzw . Betriebsabstand
42B weiterer minimaler Abstand bzw . Betriebsabstand
44 Richtung vom metallischen Gut entfernend
46 Richtung an das metallische Gut annähernd innen

Claims

Patentansprüche
1. Induktionsheizvorrichtung (1) zur Erwärmung eines metallischen Gutes (2) , 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 Schwingreis (3, 4) zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes (2) , wobei der Schwingkreis (3, 4) zumindest eine Spule (6, 7) aufweist, wobei die Spule (6, 7) in einer vertikalen Richtung (14) verschiebbar gelagert ist,
• eine Energieversorgungseinrichtung (5) zur Versorgung des Schwingkreises (3, 4) mit elektrischer Energie,
• eine Verstelleinrichtung (16) zur Verstellung einer Lage der Spule (6, 7) entlang der vertikalen Richtung (14) ,
• eine Sensoreinrichtung (26) zur Erfassung eines Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) an einer mit der Spule (6, 7) korrespondierenden Seite (28, 30) des metallischen Gutes (2) , wobei ein Wirkbereich (32, 33) der Sensoreinrichtung (26) bezogen auf eine Förderrichtung des metallischen Gutes (2) vor der Spule (6, 7) angeordnet ist,
• eine Steuereinrichtung (40) zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule (6, 7) , wobei die Steuereinrichtung (40) mit der Sensoreinrichtung (26) datenverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, entlang des metallischen Gutes (2) unter Berücksichtigung des Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) einen minimalen Abstand (42A, 42B) zwischen dem metallischen Gut (2) und der Spule (6, 7) einzustellen.
2. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, in einem mittleren Bereich (24) zwischen einem Kopfbereich (21) und einem Fußbereich des metallischen Gutes (2) einen minimalen Abstand (42A, 42B) zwischen dem metallischen Gut (2) und der Spule (6, 7) einzustellen.
3. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsheizvorrichtung (1) zusätzlich aufweist:
• eine zweite Spule (7) , wobei die zweite Spule (7) in der vertikalen Richtung (14) verschiebbar gelagert ist, wobei die zweite Spule (7) von der Energieversorgungseinrichtung (5) mit elektrischer Energie versorgt werden kann,
• eine Verstelleinrichtung (16) zur Verstellung einer Lage der zweiten Spule (7) entlang der vertikalen Richtung (14) ,
• eine Sensoreinrichtung (26) aufweisend einen zweiten Wirkbereich (33) , der bezogen auf eine Förderrichtung (10) des metallischen Gutes (2) vor der zweiten Spule (7) angeordnet ist, zur Erfassung eines zweiten Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) an einer mit der zweiten Spule (7) korrespondierenden Seite (30) des metallischen Gutes (2) , wobei die Steuereinrichtung (40) zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der zweiten Spule (7) eingerichtet ist und wobei die Steuereinrichtung (40) dazu eingerichtet ist, entlang des metallischen Gutes (2) unter Berücksichtigung des zweiten Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) einen zweiten minimalen Abstand (42A, 42B) zwischen dem metallischen Gut (2) und der zweiten Spule (7) einzustellen.
4. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand
(42A, 42B) kleiner oder gleich 50 mm ist, bevorzugt kleiner oder gleich 40 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 30 mm ist .
5. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Abstand (42A, 42B) größer als 0 mm aufweist, bevorzugt größer oder gleich 2 mm und besonders bevorzugt größer oder gleich 5 mm ist.
6. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster minimaler Abstand (42A, 42B) und ein zweiter minimaler Abstand (42A, 42B) um weniger oder gleich 5 mm unterscheiden, bevorzugt um weniger oder gleich 3 mm und besonders bevorzugt um weniger oder gleich 1 mm.
7. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
• die erste Spule (6) zur Erwärmung des metallischen Gutes (2) mittels Querf eldinduktion eingerichtet ist, und/oder
• die erste Spule (6) und die zweite Spule (7) zur Erwärmung des metallischen Gutes (2) mittels Querf eldinduktion und/oder Längsf eldinduktion eingerichtet sind.
8. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung
(40) dazu eingerichtet ist, in dem Kopfbereich (21) des metallischen Gutes (2) einen minimalen Kopfabstand zwischen dem metallischen Gut (2) und einer Spule (6, 7) einzustellen.
9. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung
(40) dazu eingerichtet ist, in dem Fußbereich des metallischen Gutes (2) einen minimalen Fußabstand zwischen dem metallischen Gut (2) und einer Spule (6, 7) einzustellen.
10. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Kopf abstand in dem Kopfbereich (21) und/oder der minimale Fußabstand in dem Fußbereich des metallischen Gutes (2) um einen Faktor von 1,1 größer ist als der minimale Abstand (42A, 42B) in dem mittleren Bereich (24) des metallischen Gutes (2) , bevorzugt um einem Faktor 1,2 und besonders bevorzugt um den Faktor 1,3.
11. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopfbereich (21) kleiner oder gleich 15 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes (2) umfasst, bevorzugt kleiner oder gleich 10 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 7,5 %.
12. Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußbereich kleiner oder gleich 15 % einer Längserstreckung des metallischen Gutes (2) umfasst, bevorzugt kleiner oder gleich 10 % und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 7,5 %.
13. Betriebsverfahren (1) zum Betrieb einer Induktionsheizvorrichtung (1) zur Erwärmung eines metallischen Gutes (2) , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstoff, mittels einer Spule (6, 7) , insbesondere einer Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend die nachfolgenden Schritte :
• Bestimmung eines Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) mit einer Sensoreinrichtung (26) an einer mit der Spule (6, 7) korrespondierenden Seite (28, 30) des metallischen Gutes (2) , wobei ein Wirkbereich (32, 33) der Sensoreinrichtung (26) bezogen auf eine Förderrichtung (10) des metallischen Gutes (2) vor der Spule (6, 7) angeordnet ist,
• Verstellung einer Lage der Spule (6, 7) entlang einer vertikalen Richtung (14) mit einer Verstelleinrichtung (16) , insbesondere in einem mittleren Bereich (24) zwischen einem Kopfbereich (21) und einem Fußbereich des metallischen Gutes (2) , unter Berücksichtigung des Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) zur Einstellung eines minimalen Abstands (42A, 42B) zwischen dem metallischen Gut (2) und der Spule (6, 7 ) .
14. Betriebsverfahren gemäß Anspruch 13 zum Betrieb einer Induktionsheizvorrichtung (1) zur Erwärmung eines metallischen Gutes (2) , wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) eine zweite Spule (7) aufweist, gekennzeichnet durch die nachfolgenden Schritte :
• Bestimmung eines zweiten Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) mit einer Sensoreinrichtung (26) an einer mit der zweiten Spule (7) korrespondierenden Seite (30) des metallischen Gutes (2) wobei ein zweiter Wirkbereich (33) der Sensoreinrichtung (26) bezogen auf eine Förderrichtung (10) des metallischen Gutes (2) vor der zweiten Spule (7) angeordnet ist,
• Verstellung einer Lage der zweiten Spule (7) entlang einer vertikalen Richtung (14) , mit einer Verstelleinrichtung (16) , insbesondere in dem mittleren Bereich (24) des metallischen Gutes (2) unter Berücksichtigung des Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) zur Einstellung eines minimalen Abstands (42A, 42B) zwischen dem metallischen Gut (2) und der zweiten Spule (7) .
15. Betriebsverfahren gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, gekennzeichnet durch den nachfolgenden Schritt:
• Verstellung einer Lage der ersten Spule (6) und/oder der zweiten Spule (7) entlang einer vertikalen Richtung (14) , mit einer Verstelleinrichtung (16) in dem Kopfbereich (21) des metallischen Gutes (2) unter Berücksichtigung des Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) zur Einstellung eines minimalen Kopf abstandes .
16. Betriebsverfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch den nachfolgenden Schritt:
• Verstellung einer Lage der ersten Spule (6) und/oder der zweiten Spule (7) entlang einer vertikalen Richtung (14) , mit einer Verstelleinrichtung (16) in dem Fußbereich des metallischen Gutes (2) unter Berücksichtigung des Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) zur Einstellung eines minimalen Fußabstandes.
17. Induktionsheizvorrichtung (1) zur Erwärmung eines metallischen Gutes (2) , insbesondere eines Halbzeugs und/oder eines Vorprodukts und/oder eines Zwischenprodukts und/oder eines Produkts aus Eisen-, Stahl- und/oder einem Nichteisenmetall-Werkstoff,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) einen Schwingreis (3, 4) zur Erzeugung eines Magnetfeldes zur Erwärmung des metallischen Gutes (2) aufweist,
• wobei der Schwingkreis (3, 4) eine Kondensatoreinrichtung und eine Spule (6, 7) aufweist,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) eine Energieversorgungseinrichtung (5) zur Versorgung des Schwingkreises (3, 4) mit elektrischer Energie aufweist,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) eine Verstelleinrichtung (16) zur Verstellung einer Lage der Spule (6, 7) entlang der vertikalen Richtung (14) aufweist,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) eine Sensoreinrichtung (26) zur Erfassung eines Geometrieprofils (18) des metallischen Gutes (2) aufweist,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) eine Steuereinrichtung (40) zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule (6, 7) aufweist, wobei die Steuereinrichtung (40) mit der Sensoreinrichtung (26) datenverbunden ist, wo- bei die Steuereinrichtung (40) zur Steuerung und/oder Regelung einer vertikalen Lage der Spule (6, 7) eingerichtet ist,
• wobei die Induktionsheizvorrichtung (1) zum Durchführen ei- nes Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 eingerichtet ist.
18. Produktionslinie (12) zur Herstellung und/oder Verarbeitung eines metallischen Gutes (2) , 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) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 oder 16. 19. Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 oder 17 und/oder eines Betriebsverfahrens gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16 und/oder einer Produktionslinie (12) gemäß Anspruch 18.
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