WO2017021373A2 - Induktor und induktoranordnung - Google Patents

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WO2017021373A2
WO2017021373A2 PCT/EP2016/068336 EP2016068336W WO2017021373A2 WO 2017021373 A2 WO2017021373 A2 WO 2017021373A2 EP 2016068336 W EP2016068336 W EP 2016068336W WO 2017021373 A2 WO2017021373 A2 WO 2017021373A2
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inductor
inductors
main winding
winding part
main
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Jens-Uwe Mohring
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TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG
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    • 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 inductor for induction heating with a supply conductor and a return conductor and a Schowindungsteil having at least one main turn with a first direction of rotation.
  • the invention relates to an inductor arrangement with at least two inductors for induction heating, each having a supply conductor and a return conductor and a main winding part, which has at least one main winding with a first direction of rotation.
  • Inductors of this or similar type are known, for example, from: US3, 108,169, DE11 2011 102 681 T5, DE69 319 311 T4, US Pat.
  • the invention relates to a method for inductive heating of several objects with several each to a separate
  • Excitation unit connected inductors Inductors are used for a variety of industrial applications, such as melting, evaporating or operating an induction evaporator.
  • the operation of adjacent inductors often leads to disturbances on the generators, ie the excitation units, since the inductors are magnetically coupled. This leads to a mutual influence of the connected generators, the performance of which can not be controlled arbitrarily.
  • the object of the present invention is to provide an inductor and an inductor arrangement, so that the proper operation of two or more inductors, which are arranged at a small distance from one another, is made possible.
  • the object is achieved by an inductor for induction heating with a supply conductor and a return conductor and a main winding part, the at least one
  • Main turn having a first direction of rotation, wherein the main winding part at both ends of a Jacobwindungsabexcellent connected to the first direction of rotation opposite direction of rotation followed.
  • Main winding member is directly connected to the Schmidtwindungsabitesen by a series connection.
  • the main winding part has more turns than at least one opposite winding section. This will be the
  • the main winding part is preferably for the inductive
  • the main winding member is configured to have a sufficiently large inner diameter so that a body to be heated may be disposed therein.
  • At least one counter-winding section may have one or more partial or complete turns.
  • One or more partial turns have the advantage that ranges of action of
  • the main winding part in particular the main winding part together with at least one opposite winding section, can be helical
  • main winding part or main winding part and counter winding part may have a rectangular or square cross section.
  • the Hauptwindungsteil and the Gegenwindungsabites may also be conical or elliptical or have a different shape.
  • Main winding part and / or the Gegenwindungsabites be designed so that they are suitable for receiving a melt or
  • At least one counter-winding section may have at least the same or a larger diameter than the main winding part.
  • main winding part and the Gegenwindungsabitese should retain a substantially cylindrical shape.
  • the main winding part may be provided with at least one
  • Main turning portion flowing alternating current with the same phase also flows in the Schmidtwindungsabites, whereby the propagation of the magnetic field of the Hauptwindungsteilils in the outer space of the inductor is changed maximum.
  • the main winding part may have more turns than at least one
  • the inductor is particularly suitable to perform an inductive heating.
  • the feeder and the return conductor can be parallel, in particular
  • Return conductor may be arranged an insulator.
  • an isolator other than air or vacuum is not mandatory.
  • Supply line can be minimized.
  • the stray field can be reduced.
  • the voltage losses can be reduced. Furthermore, a limitation of the unwanted field of the leads can be done in the smallest possible space.
  • flashovers can be avoided. In particular, by using an insulator, a defined distance between the feed conductor and the return conductor can be realized.
  • the feeder and / or the return conductor can with a
  • the inductor section may extend approximately at right angles to the supply conductor and / or the return conductor.
  • the inductor section can be arranged outside the main winding part.
  • the body to be heated can be disposed inside the main winding part without disturbing the inductor portion.
  • the inductor may have a coating to prevent corrosion.
  • the coating may be a
  • the inductor may be formed of a tube. As a result, it is suitable for flowing through coolant, in particular cooling water. Joule losses can be dissipated in this case by the cooling water.
  • the inductor may be formed of copper. The ohmic resistance of the inductor is thereby minimized. The Joule losses in the
  • Cooling water of the inductor can be minimized.
  • connection for connection to an excitation unit At the ends of the feeder and the return conductor can be provided in each case a connection for connection to an excitation unit.
  • Coolant in particular cooling water
  • the connections for connection to an excitation unit can also be designed as cooling fluid connections.
  • an inductor arrangement with at least two inductors for induction heating, each with a supply conductor and a return conductor and a Schowindungsteil having at least one main turn with a first direction of rotation to which at least one end of a Jacobwindungsabexcellent opposite to the first direction of rotation Turning connects, with the
  • Inductors are each connected to an excitation unit and their axes preferably have a mutual distance of less than 5 times the value of the diameter or the length of an inductor, whichever is greater. With the diameter is the
  • Inductor is the axial length of the inductor including the counterwinding section and including the length of the inductor
  • At least one of the inductors may be designed as an inductor according to the invention, i. have a Jacobwindungsabêt at both ends of the main winding part.
  • the supply and return conductors of the at least two inductors can run parallel to one another. Thereby, the advantages can be achieved, which are also achieved when the supply and return of an inductor parallel to each other.
  • connections of at least two inductors can be in one
  • connection plane is an imaginary surface located at the beginning of the feed line or at the end of the return line of an inductor. The distance from the
  • Terminal level to Hauptwindungsteil the inductor may be equal to or less than the length of the supply line or return line.
  • the main winding parts of at least two inductors may be arranged at different distances from the connection plane.
  • At least one excitation unit may have an outer circuit, which has at least one capacitor and is configured such that the capacitor together with the to the excitation unit
  • Parallel resonant circuit allows the excitation unit to supply a smaller current than the inductor current.
  • the excitation units associated with adjacent inductors may be configured such that the adjacent inductors operate at different frequencies.
  • the frequency of one excitation unit can be about twice the frequency of the other
  • Excitation unit in particular more than 2.5 times, or advantageously more than three times the frequency of the other
  • the frequency may typically be in the range between 2 kHz and 50 kHz, in particular between 5 kHz and 25 kHz. Particularly preferably, the frequency can be at exactly 8.2 kHz or 22 kHz.
  • the excitation unit at the resonant frequency only has to deliver the active power required for heating.
  • the reactive power to build up the electromagnetic field is provided by the resonant circuit itself.
  • crucibles may be arranged for melting and in particular for evaporating metal.
  • the scope of the invention also includes a method for inductively heating a plurality of objects with a plurality of inductors each connected to a separate excitation unit, wherein the
  • Inductors in each case a supply conductor and a return conductor and a
  • Main turning part having at least one main turn with a first direction of rotation.
  • a first excitation unit is operated at a frequency and a second excitation unit is operated at a second frequency deviating from the first frequency.
  • the second frequency may be at least twice the first frequency.
  • the first frequency in a range 2 to 15 kHz, preferably from 5 to 10 kHz, most preferably exactly at 8.2 kHz.
  • the second frequency can be in the range 15 to 50 kHz,
  • Two adjacent inductors can be operated at different frequencies. If the inductors are designed as inductors according to the invention, the inductors can be operated at different frequencies without significantly influencing each other.
  • At least two inductors can be operated alternately at different frequencies.
  • Inductors which are arranged at the same distance from the connection plane, can be operated at the same frequency.
  • Inductors whose main winding parts are arranged at different distances from the connection plane, can be at different
  • Fig. 1 shows an embodiment of an inductor in one
  • FIG. 2 shows a plan view of the inductor according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is an inductor.
  • the main winding part 2 has main windings 5 with a first direction of rotation.
  • the main windings 5 of the main winding part 2 and the Schmidtwindungsabitese 3, 4 have the same diameter. However, it is also conceivable that the Jacobwindungsabitese 3, 4 a larger diameter than the main winding 5 of the main winding part 2. However, the main winding part 2 and the Jacobwindungsabitese 3, 4 have a substantially cylindrical shape.
  • the inductor 1 has a length I, which is the
  • Main winding part 2 and the Schmidtwindungsabroughe 3, 4 comprises.
  • Embodiment an almost complete turn. However, it is also conceivable that the Jacobwindungsabitese 3, 4 have only a portion of a turn.
  • the Schmidtwindungsabitese 3, 4 are in an electrical
  • Main winding part 5 are connected by inductor sections 6, 7, which cause a deflection by 180 °.
  • the Schmidtungsabites 4 is connected to a feeder 8 and the
  • the feed conductor 8 and the return conductor 10 are connected to terminals 11, 12, which are used for connection to an excitation unit but also for connection to a coolant circuit substantially perpendicular to the extension direction of the return conductor 10 and outside of the main winding part.
  • an insulator 14 may be arranged between the feeder 8 and the return conductor 10.
  • the main winding part 2 together with the counter-winding sections 3, 4 is essentially cylindrical.
  • the main winding part 2 has more turns than the opposite winding sections 3, 4.
  • Both the inductor section 9 and the inductor section 15, via which the feeder 8 is connected to the counterwinding section 4, run parallel to the longitudinal axis of the main winding part 2.
  • FIG. 3 shows an inductor arrangement 100 which is shown in FIG. 3
  • Embodiment three inductors 1, la, lb has.
  • the inductors 1, 1a, 1b are formed as shown in FIG. However, they could also be designed so that only one Jacobwindungsabêt is provided at one end of Hauptwindungsteils 5.
  • the inductors 1, 1a, 1b may be formed differently, i. For example, it may be provided an inductor 1, the two
  • Main windings has. Furthermore, an inductor may be provided which only at one end of the main winding part a
  • Hassselsabites and it may for example be provided a third inductor having no Gegenwindungsabites.
  • a third inductor having no Gegenwindungsabites may be provided.
  • at least one of the inductors should have at least one counter-winding section in order to reduce the stray field and to be able to arrange the inductors 1 close to one another.
  • the distance d between the longitudinal axes of the main windings 2 of two adjacent inductors 1 and la or la and lb is thereby preferably less than five times the diameter D of a
  • Return conductors 8, 10 of the inductors 1, 1a, 1b run in parallel, i. not only the feeder 8 and return conductor 10 of an inductor 1 but also all feeders 8 and all return conductors 10 are parallel to each other.
  • the inductors 1, 1a, 1b are each connected to an excitation unit 101, 102, 103. By the excitation units 101 to 103, the inductors 1, la, lb are also supplied with cooling liquid.
  • Excitation units 101 to 103 operate independently of each other and can generate an alternating current with different excitation frequency.
  • the excitation unit 101 can generate a first excitation frequency and the excitation unit 102 can generate a second excitation frequency.
  • the second excitation frequency may be approximately twice the first excitation frequency.
  • the excitation units 101 to 103 are all arranged in the same connection plane e.
  • the main winding parts 2 of adjacent inductors 1 and 1 a and 1 a and 1 b are at different distances from each other
  • Connection level e arranged. The farther away from each other
  • main windings 2 of the inductors 1 and lb are arranged at the same distance from the connection plane e.
  • the excitation unit 101 has an outer circle 104, which has a capacitor and is configured in such a way that the capacitor together with the one connected to the excitation unit 101
  • Inductor 1 at least a part of a resonant circuit, in particular one Parallel resonant circuit, forms. All excitation units 101 to 103 may have such an outer circle.
  • crucibles 110 to 112 are arranged within the inductors 1, 1a, 1b for melting metal.

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Abstract

Ein Induktor (1) zur Induktionserwärmung mit einem Zuleiter (8) und einem Rückleiter (10) sowie einem Hauptwindungsteil (2), der zumindest eine Hauptwindung (5) mit einem ersten Drehsinn aufweist, wobei sich an den Hauptwindungsteil (2) an beiden Enden ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) mit zum ersten Drehsinn entgegengesetztem Drehsinn anschließt und der Hauptwindungsteil (2) mehr Windungen als zumindest ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) aufweist, und wobei die Gegenwindungsabschnitte (3, 4) und der Hauptwindungsteil (2) konzentrisch zueinander angeordnet sind und sie gemeinsam eine zylindrische Form aufweisen, wobei der Hauptwindungsteil (2) mit den Gegenwindungsabschnitten (3, 4) durch eine Reihenschaltung direkt miteinander verbunden ist.

Description

Induktor und Induktoranordnung
Die Erfindung betrifft einen Induktor zur Induktionserwärmung mit einem Zuleiter und einem Rückleiter sowie einem Hauptwindungsteil, der zumindest eine Hauptwindung mit einem ersten Drehsinn aufweist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Induktoranordnung mit zumindest zwei Induktoren zur Induktionserwärmung mit jeweils einem Zuleiter und einem Rückleiter sowie einem Hauptwindungsteil, der zumindest eine Hauptwindung mit einem ersten Drehsinn aufweist.
Induktoren dieser oder ähnlicher Art sind beispielsweise bekannt aus: US3, 108,169, DE11 2011 102 681 T5, DE69 319 311 T4,
US2007/0068457 AI .
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur induktiven Erwärmung mehrerer Objekte mit mehreren jeweils an eine separate
Anregungseinheit angeschlossenen Induktoren. Induktoren werden für unterschiedliche industrielle Anwendungen eingesetzt, z.B. zum Aufschmelzen, Verdampfen oder zum Betrieb eines Induktionsverdampfes. Der Betrieb von benachbarten Induktoren führt oftmals zu Störungen an den Generatoren, d.h. den Anregungseinheiten, da die Induktoren magnetisch verkoppelt sind. Dadurch kommt es zu einer gegenseitigen Beeinflussung der angeschlossenen Generatoren, deren Leistung dadurch nicht mehr beliebig geregelt werden kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Induktor und eine Induktoranordnung bereit zu stellen, so dass der einwandfreie Betrieb von zwei oder mehr Induktoren, welche in geringem Abstand zueinander angeordnet sind, ermöglicht wird.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch einen Induktor zur Induktionserwärmung mit einem Zuleiter und einem Rückleiter sowie einem Hauptwindungsteil, der zumindest eine
Hauptwindung mit einem ersten Drehsinn aufweist, wobei sich an den Hauptwindungsteil an beiden Enden ein Gegenwindungsabschnitt mit zum ersten Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn anschließt. Der
Hauptwindungsteil ist mit den Gegenwindungsabschnitten durch eine Reihenschaltung direkt miteinander verbunden. Die
Gegenwindungsabschnitte und der Hauptwindungsteil sind konzentrisch zueinander angeordnet. Die Gegenwindungsabschnitte und der
Hauptwindungsteil weisen dabei gemeinsam eine im Wesentlichen zylindrische Form auf. Der Hauptwindungsteil weist mehr Windungen als zumindest ein Gegenwindungsabschnitt auf. Dadurch wird dem
magnetischen Feld des Hauptwindungsteils ein entgegengesetzt
gerichtetes Magnetfeld überlagert. Die Ausbreitung des Magnetfelds des Hauptwindungsteils wird im Außenraum des Induktors verändert, insbesondere am Ort des Gegenwindungsabschnitts. Dadurch wird das Streufeld im Außenraum des Induktors deutlich geschwächt. Die
Gegeninduktivität zwischen benachbarten Induktoren wird verringert.
Der Hauptwindungsteil ist dabei vorzugsweise für die induktive
Erwärmung eines Körpers geeignet, insbesondere entsprechend
ausgestaltet. Vorzugsweise ist der Hauptwindungsteil so ausgestaltet, dass er einen ausreichend großen Innendurchmesser aufweist, so dass ein zur Erwärmung vorgesehener Körper darin angeordnet werden kann.
Zumindest ein Gegenwindungsabschnitt kann eine oder mehrere teilweise oder vollständige Windungen aufweisen. Eine oder mehrere teilweise Windungen haben den Vorteil, dass Wirkungsbereiche des
Gegenwindungsabschnitts einstellbar sind. Eine Ausführung mit mehreren Windungen ermöglicht eine Verstärkung der Wirkung des
Gegenwindungsabschnitts. Insbesondere kann ein
Gegenwindungsabschnitt ausgelegt sein, das Streufeld im Außenraum des Induktors herabzusetzen.
Der Hauptwindungsteil, insbesondere der Hauptwindungsteil zusammen mit zumindest einem Gegenwindungsabschnitt, kann helixförmig
ausgestaltet sein. Alternativ kann der Hauptwindungsteil oder können Hauptwindungsteil und Gegenwindungsabschnitt einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben. Sowie der Hauptwindungsteil als auch der Gegenwindungsabschnitt können auch kegelförmig oder ellipsenförmig sein oder eine andere Form aufweisen. Insbesondere können der
Hauptwindungsteil und/oder der Gegenwindungsabschnitt so ausgebildet sein, dass sie geeignet sind zur Aufnahme eines Schmelz- oder
Verdampfertiegels.
Außerdem ist es möglich, rechteckige oder quadratische zu erwärmende Körper mit konstantem Koppelspalt aufzunehmen. Zumindest ein Gegenwindungsabschnitt kann wenigstens den gleichen oder einen größeren Durchmesser als der Hauptwindungsteil aufweisen. Dabei sollen aber Hauptwindungsteil und die Gegenwindungsabschnitte eine im Wesentlichen zylindrische Form behalten. Durch einen größeren Durchmesser des Gegenwindungsabschnitts kann die Ausbreitung des Magnetfelds des Hauptwindungsteils im Außenraum des Induktors noch stärker verändert werden.
Der Hauptwindungsteil kann mit zumindest einem
Gegenwindungsabschnitt durch eine Reihenschaltung verbunden sein, d.h. der Gegenwindungsabschnitt und der Hauptwindungsteil können elektrisch in Reihe geschaltet sein. Dies hat den Vorteil, dass der im
Hauptwindungsteil fließende Wechselstrom mit der gleichen Phasenlage auch in den Gegenwindungsabschnitt fließt, wodurch die Ausbreitung des Magnetfelds des Hauptwindungsteils im Außenraum des Induktors maximal verändert wird.
Der Hauptwindungsteil kann mehr Windungen als zumindest ein
Gegenwindungsabschnitt aufweisen. Somit ist der Induktor besonders geeignet, eine induktive Erwärmung durchzuführen.
Der Zuleiter und der Rückleiter können parallel, insbesondere
abschnittsweise mit einem Abstand kleiner 1 cm, geführt sein.
Insbesondere kann der Abstand zwischen Zuleiter und Rückleiter
möglichst klein ausgeführt sein. Zwischen dem Zuleiter und dem
Rückleiter kann ein Isolator angeordnet sein. Allerdings ist ein anderer Isolator als Luft oder Vakuum nicht zwingend erforderlich.
Durch die parallele Führung von Zuleiter und Rückleiter kann die
Zuleitungslänge begrenzt werden. Dadurch entstehen weniger Streufelder und entsprechend weniger Verluste in der Zuleitung. Durch einen geringen Abstand zwischen Zuleiter und Rückleiter kann die Induktivität der
Zuleitung minimiert werden. Das Streufeld kann verringert werden.
Ebenfalls können die Spannungsverluste verringert werden. Weiterhin kann eine Begrenzung des unerwünschten Feldes der Zuleitungen auf einem möglichst kleinen Raum erfolgen. Durch die Verwendung eines Isolators können Überschläge vermieden werden. Insbesondere kann durch die Verwendung eines Isolators ein definierter Abstand zwischen Zuleiter und Rückleiter realisiert werden.
Der Zuleiter und/oder der Rückleiter können mit einem
Gegenwindungsabschnitt durch einen Induktorabschnitt verbunden sein, der sich parallel zur Längsachse des Hauptwindungsteils erstreckt.
Insbesondere kann sich der Induktorabschnitt etwa rechtwinklig zu dem Zuleiter und/oder dem Rückleiter erstrecken.
Dabei kann der Induktorabschnitt außerhalb des Hauptwindungsteils angeordnet sein. Somit kann der zu erwärmende Körper innerhalb des Hauptwindungsteils angeordnet werden, ohne dass der Induktorabschnitt stört.
Der Induktor kann eine Beschichtung zur Vermeidung von Korrosion aufweisen. Insbesondere kann es sich bei der Beschichtung um ein
Polymer handeln.
Der Induktor kann aus einem Rohr ausgebildet sein. Dadurch ist er geeignet, von Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, durchströmt zu werden. Joule'sche Verluste können in diesem Fall durch das Kühlwasser abgeführt werden. Der Induktor kann aus Kupfer ausgebildet sein. Der ohmsche Widerstand des Induktors wird dadurch minimiert. Die Joule'schen Verluste im
Kühlwasser des Induktors können dadurch minimiert werden.
An den Enden des Zuleiters und des Rückleiters kann jeweils ein Anschluss zur Verbindung mit einer Anregungseinheit vorgesehen sein. Dabei kann die Anregungseinheit auch eine Vorrichtung zum Zuführen von
Kühlflüssigkeit, insbesondere Kühlwasser, aufweisen. Entsprechend können die Anschlüsse zur Verbindung mit einer Anregungseinheit auch als Kühlflüssigkeitsanschlüsse ausgebildet sein.
Über die Anschlüsse kann der Induktor an einen Generator, insbesondere eine Anregungseinheit, angeschlossen werden. Er kann somit über die Anschlüsse sowohl mit Wechselstrom als auch mit Kühlwasser versorgt werden.
In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine Induktoranordnung mit zumindest zwei Induktoren zur Induktionserwärmung mit jeweils einem Zuleiter und einem Rückleiter sowie einem Hauptwindungsteil, der zumindest eine Hauptwindung mit einem ersten Drehsinn aufweist, an den sich an zumindest einem Ende ein Gegenwindungsabschnitt mit zum ersten Drehsinn entgegengesetzten Drehsinn anschließt, wobei die
Induktoren jeweils an eine Anregungseinheit angeschlossen sind und ihre Achsen vorzugsweise einen Abstand zueinander von weniger als den 5- fachen Wert des Durchmessers oder der Länge eines Induktors aufweisen, je nachdem, welcher Wert größer ist. Mit dem Durchmesser ist der
Durchmesser des Hauptwindungsteils gemeint. Bei der Länge des
Induktors handelt es sich um die axiale Länge des Induktors einschließlich des Gegenwindungsabschnitts und einschließlich der Länge des
Hauptwindungsteils in axialer Richtung Mit einer solchen Induktoranordnung ist es möglich, die Induktoren relativ nahe beieinander anzuordnen, ohne dass die Anregungseinheiten, die an die Induktoren angeschlossen sind, wesentlich beeinflusst werden. Die Leistung der Anregungseinheiten bleibt dadurch regelbar.
Wenigstens einer der Induktoren kann als erfindungsgemäßer Induktor ausgebildet sein, d.h. an beiden Enden des Hauptwindungsteils einen Gegenwindungsabschnitt aufweisen.
Die Zu- und Rückleiter der zumindest zwei Induktoren können parallel zueinander verlaufen. Dadurch können die Vorteile erzielt werden, die auch erzielt werden, wenn die Zu- und Rückleitung eines Induktors parallel zueinander verlaufen.
Die Anschlüsse von zumindest zwei Induktoren können in einer
Anschlussebene angeordnet sein. Insbesondere können die
Hauptwindungsteile von zumindest zwei Induktoren mit dem gleichen Abstand zur Anschlussebene angeordnet sein. Eine Anschlussebene ist eine gedachte Fläche, die sich am Beginn der Zuleitung oder am Ende der Rückleitung eines Induktors befindet. Der Abstand von der
Anschlussebene zum Hauptwindungsteil des Induktors kann gleich oder kleiner als die Länge der Zuleitung oder Rückleitung sein.
Alternativ oder zusätzlich können die Hauptwindungsteile von zumindest zwei Induktoren mit unterschiedlichem Abstand zur Anschlussebene angeordnet sein.
Zumindest eine Anregungseinheit kann einen Außenkreis aufweisen, der zumindest einen Kondensator aufweist und derart ausgestaltet ist, dass der Kondensator zusammen mit dem an die Anregungseinheit
angeschlossenen Induktor zumindest einen Teil eines Schwingkreises, insbesondere eines Parallelschwingkreises, bildet. Der Betrieb des
Induktors in einem Schwingkreis, insbesondere in einem
Parallelschwingkreis, ermöglicht es, dass die Anregungseinheit einen kleineren Strom als den Induktorstrom liefern muss.
Die Anregungseinheiten, die benachbarten Induktoren zugeordnet sind, können derart ausgestaltet sein, dass die benachbarten Induktoren bei verschiedenen Frequenzen arbeiten. Dabei kann die Frequenz der einen Anregungseinheit etwa das Doppelte der Frequenz der anderen
Anregungseinheit betragen. Alternativ kann die Frequenz der einen
Anregungseinheit mehr als das Doppelte der Frequenz der anderen
Anregungseinheit betragen, insbesondere mehr als das 2,5-fache, oder vorteilhafterweise mehr als das Dreifache der Frequenz der anderen
Anregungseinheit betragen
Die Anregungseinheit kann so ausgestaltet sein, bei einer
Anregungsfrequenz zu arbeiten, die der Resonanzfrequenz des
Schwingkreises entspricht. Die Frequenz kann dabei typischerweise im Bereich zwischen 2 kHz und 50 kHz liegen, insbesondere zwischen 5 kHz und 25 kHz. Besonders bevorzugt kann die Frequenz bei exakt 8,2 kHz oder 22 kHz liegen.
Wenn die Anregungsfrequenz der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht, muss die Anregungseinheit bei der Resonanzfrequenz nur die Wirkleistung liefern, die zur Erwärmung erforderlich ist. Die Blindleistung zum Aufbau des elektromagnetischen Feldes liefert der Schwingkreis selbst.
Innerhalb der Induktoren, insbesondere innerhalb des Hauptwindungsteils, können Tiegel zum Aufschmelzen und insbesondere zum Verdampfen von Metall angeordnet sein. In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein Verfahren zum induktiven Erwärmen mehrerer Objekte mit mehreren jeweils an eine separate Anregungseinheit angeschlossenen Induktoren, wobei die
Induktoren jeweils einen Zuleiter und einen Rückleiter sowie einen
Hauptwindungsteil aufweisen, der zumindest eine Hauptwindung mit einem ersten Drehsinn aufweist. Dabei wird eine erste Anregungseinheit bei einer Frequenz betrieben und eine zweite Anregungseinheit wird bei einer zweiten, von der ersten Frequenz abweichenden Frequenz betrieben. Die zweite Frequenz kann zumindest das Zweifache der ersten Frequenz sein. Insbesondere kann die erste Frequenz in einem Bereich 2 bis 15 kHz, vorzugsweise von 5 bis 10 kHz, ganz besonders bevorzugt exakt bei 8,2 kHz liegen. Die zweite Frequenz kann im Bereich 15 bis 50 kHz,
insbesondere 18 bis 25 kHz, vorzugsweise exakt bei 22 kHz liegen.
Es können zwei benachbarte Induktoren bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Wenn die Induktoren als erfindungsgemäße Induktoren ausgebildet sind, können die Induktoren bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, ohne sich gegenseitig wesentlich zu beeinflussen.
Zumindest zwei Induktoren können abwechselnd bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden.
Induktoren, die mit dem gleichen Abstand zur Anschlussebene angeordnet sind, können bei der gleichen Frequenz betrieben werden.
Induktoren, deren Hauptwindungsteile mit unterschiedlichem Abstand zur Anschlussebene angeordnet sind, können bei unterschiedlichen
Frequenzen betrieben werden. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die dort gezeigten
Merkmale sind nicht notwendig maßstäblich zu verstehen und derart dargestellt, dass die erfindungsgemäßen Besonderheiten deutlich sichtbar gemacht werden können. Die verschiedenen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.
In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen :
Fig. 1 eine Ausführungsform eines Induktors in einer
perspektivischen Darstellung;
Fig. 2 eine Draufsicht auf den Induktor gemäß der Figur 1 ;
Fig. 3 eine Induktoranordnung.
Die Figur 1 zeigt einen Induktor 1 mit einem Hauptwindungsteil 2 und zwei Gegenwindungsabschnitten 3, 4. Der Hauptwindungsteil 2 weist Hauptwindungen 5 mit einem ersten Drehsinn auf. Die
Gegenwindungsabschnitte 3, 4 weisen den entgegengesetzten Drehsinn auf. Die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 befinden sich an den
gegenüberliegenden Enden des Hauptwindungsteils 2. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel weisen die Hauptwindungen 5 des Hauptwindungsteils 2 und die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 denselben Durchmesser auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 einen größeren Durchmesser aufweisen als die Hauptwindung 5 des Hauptwindungsteils 2. Dabei sollen aber der Hauptwindungsteil 2 und die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweisen. Der Induktor 1 weist eine Länge I auf, die den
Hauptwindungsteil 2 und die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 umfasst.
Die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 weisen im gezeigten
Ausführungsbeispiel eine nahezu vollständige Windung auf. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 nur einen Teil einer Windung aufweisen.
Die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 sind in einer elektrischen
Reihenschaltung mit dem Hauptwindungsteil 2 verbunden. Dies wird dadurch erreicht, dass die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 mit dem
Hauptwindungsteil 5 durch Induktorabschnitte 6, 7 verbunden sind, die eine Umlenkung um 180° bewirken.
Der Gegenwindungsabschnitt 4 ist mit einem Zuleiter 8 und der
Gegenwindungsabschnitt 3 ist über einen Induktorabschnitt 9 mit dem Rückleiter 10 verbunden. Der Induktorabschnitt 9 verläuft im
Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Rückleiters 10 und außerhalb des Hauptwindungsteils 5. Der Zuleiter 8 und der Rückleiter 10 sind an Anschlüsse 11, 12 angeschlossen, die zum Anschluss an eine Anregungseinheit aber auch zum Anschluss an einen Kühlmittelkreislauf dienen.
Insbesondere aus der Figur 2, die eine Draufsicht auf die Figur 1 zeigt, ist zu erkennen, dass der Zuleiter 8 und der Rückleiter 10 nahe beieinander angeordnet sind und zu einem wesentlichen Teil parallel zueinander verlaufen. Außerdem ist zu erkennen, dass die Gegenwindungsabschnitte 3, 4 und der Hauptwindungsteil 2 konzentrisch zueinander angeordnet sind. In einem Innenraum 13 kann ein zu erwärmender Körper oder ein Schmelztiegel angeordnet werden.
Zwischen dem Zuleiter 8 und dem Rückleiter 10 kann ein Isolator 14 angeordnet sein. Außerdem ist den Figuren 1 und 2 zu entnehmen, dass der Hauptwindungsteil 2 gemeinsam mit den Gegenwicklungsabschnitten 3, 4 im Wesentlichen zylindrisch ausgestaltet ist. Der Hauptwindungsteil 2 weist mehr Windungen auf als die Gegenwindungsabschnitte 3, 4. Sowohl der Induktorabschnitt 9 als auch der Induktorabschnitt 15, über den der Zuleiter 8 mit dem Gegenwindungsabschnitt 4 verbunden ist, verlaufen parallel zur Längsachse des Hauptwindungsteils 2.
Die Figur 3 zeigt eine Induktoranordnung 100, die im gezeigten
Ausführungsbeispiel drei Induktoren 1, la, lb aufweist. Die Induktoren 1, la, lb sind ausgebildet wie in der Figur 1 dargestellt. Sie könnten jedoch auch so ausgebildet sein, dass lediglich ein Gegenwindungsabschnitt an einem Ende des Hauptwindungsteils 5 vorgesehen ist. Außerdem können die Induktoren 1, la, lb unterschiedlich ausgebildet sein, d.h. es kann beispielsweise ein Induktor 1 vorgesehen sein, der zwei
Gegenwindungsabschnitte an gegenüberliegenden Enden des
Hauptwindungsteils aufweist. Weiterhin kann ein Induktor vorgesehen sein, der lediglich an einem Ende des Hauptwindungsteils einen
Gegenwindungsabschnitt aufweist und es kann beispielsweise ein dritter Induktor vorgesehen sein, der keinen Gegenwindungsabschnitt aufweist. Hier sind beliebige Variationen möglich. Zumindest einer der Induktoren sollte jedoch zumindest einen Gegenwindungsabschnitt aufweisen, um das Streufeld zu reduzieren und die Induktoren 1 nahe beieinander anordnen zu können.
Der Abstand d zwischen den Längsachsen der Hauptwindungsteile 2 zweier benachbarter Induktoren 1 und la bzw. la und lb beträgt dabei vorzugsweise weniger als das Fünffache des Durchmessers D eines
Hauptwindungsteils 2 eines Induktors 1, la, lb oder der Länge I eines Induktors 1.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist zu sehen, dass die Zu- und
Rückleiter 8, 10 der Induktoren 1, la, lb parallel verlaufen, d.h. nicht nur der Zuleiter 8 und Rückleiter 10 eines Induktors 1 sondern auch sämtliche Zuleiter 8 und sämtliche Rückleiter 10 verlaufen parallel zueinander. Die Induktoren 1, la, lb sind jeweils an eine Anregungseinheit 101, 102, 103 angeschlossen. Durch die Anregungseinheiten 101 bis 103 werden die Induktoren 1, la, lb auch mit Kühlflüssigkeit versorgt. Die
Anregungseinheiten 101 bis 103 arbeiten unabhängig voneinander und können einen Wechselstrom mit unterschiedlicher Anregungsfrequenz erzeugen. Dabei kann beispielsweise die Anregungseinheit 101 eine erste Anregungsfrequenz erzeugen und die Anregungseinheit 102 eine zweite Anregungsfrequenz erzeugen. Die zweite Anregungsfrequenz kann insbesondere etwa das Doppelte von der ersten Anregungsfrequenz sein. Insbesondere können die Anregungseinheiten 101 bis 103
unterschiedliche Anregungsfrequenzen erzeugen.
Die Anregungseinheiten 101 bis 103 sind alle in derselben Anschlussebene e angeordnet Die Hauptwindungsteile 2 von benachbarten Induktoren 1 und la sowie la und lb sind mit unterschiedlichem Abstand zur
Anschlussebene e angeordnet. Die weiter entfernt voneinander
angeordneten Hauptwindungsteile 2 der Induktoren 1 und lb sind in gleichem Abstand zur Anschlussebene e angeordnet.
Die Anregungseinheit 101 weist einen Außenkreis 104 auf, der einen Kondensator aufweist und derart ausgestaltet ist, dass der Kondensator zusammen mit dem an die Anregungseinheit 101 angeschlossenen
Induktor 1 zumindest einen Teil eines Schwingkreises, insbesondere eines Parallelschwingkreises, bildet. Alle Anregungseinheiten 101 bis 103 können einen solchen Außenkreis aufweisen.
Angedeutet ist in der Figur 3, dass innerhalb der Induktoren 1, la, lb Tiegel 110 bis 112 zum Aufschmelzen von Metall angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Induktor (1, la, lb) zur Induktionserwärmung mit einem Zuleiter (8) und einem Rückleiter (10) sowie einem Hauptwindungsteil (2), der zumindest eine Hauptwindung (5) mit einem ersten Drehsinn aufweist, wobei sich an den Hauptwindungsteil (2) an beiden Enden ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) mit zum ersten Drehsinn entgegengesetztem Drehsinn anschließt und der Hauptwindungsteil (2) mehr Windungen als zumindest ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) aufweist, und wobei die Gegenwindungsabschnitte (3, 4) und der Hauptwindungsteil (2) konzentrisch zueinander angeordnet sind und sie gemeinsam eine zylindrische Form aufweisen, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hauptwindungsteil (2) mit den
Gegenwindungsabschnitten (3, 4) durch eine Reihenschaltung direkt miteinander verbunden ist.
2. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) eine oder mehrere teilweise oder vollständige Windungen aufweist.
3. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Hauptwindungsteil (2), insbesondere der Hauptwindungsteil (2) zusammen mit zumindest einem
Gegenwindungsabschnitt (3, 4), helixförmig ausgestaltet ist.
4. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) wenigstens den gleichen oder einen größeren Durchmesser als der Hauptwindungsteil (2) aufweist.
5. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptwindungsteil (2) mit den
Gegenwindungsabschnitten (3, 4) durch Induktorabschnitte 6, 7 verbunden ist, die eine Umlenkung um 180° bewirken.
6. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Gegenwindungsabschnitt (4) mit einem Zuleiter (8) und der andere Gegenwindungsabschnitt (3) über einen Induktorabschnitt (9) mit dem Rückleiter 10 verbunden ist, wobei insbesondere der Induktorabschnitt (9) im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Rückleiters (10) und außerhalb des Hauptwindungsteils (5) verläuft.
7. Induktoranordnung (10) mit zumindest zwei Induktoren (1, la, lb) zur Induktionserwärmung mit jeweils einem Zuleiter (8) und einem Rückleiter (10) sowie einem Hauptwindungsteil (2), der zumindest eine Hauptwindung (5) mit einem ersten Drehsinn aufweist, an den sich an zumindest einem Ende ein Gegenwindungsabschnitt (3, 4) mit zum ersten Drehsinn entgegengesetztem Drehsinn anschließt, wobei die Induktoren (1) jeweils an eine Anregungseinheit (101 - 103) angeschlossen sind und ihre Achsen vorzugsweise einen
Abstand (d) zueinander von weniger als dem fünffachen Wert des Durchmessers (D) eines Hauptwindungsteils (2) oder der Länge eines Induktors (1) aufweisen, je nachdem, welcher Wert größer ist.
8. Induktoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Induktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet ist.
9. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (11, 12) von zumindest zwei Induktoren (1) in einer Anschlussebene (e) angeordnet sind.
10. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hauptwindungsteile (2) von zumindest zwei Induktoren (1) mit dem gleichen Abstand zur Anschlussebene (e) angeordnet sind.
11. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hauptwindungsteile (2) von zumindest zwei Induktoren (1) mit unterschiedlichem Abstand zur Anschlussebene (e) angeordnet sind.
12. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anregungseinheit (101 - 103) einen Außenkreis (104) aufweist, der zumindest einen Kondensator aufweist, und derart ausgestaltet ist, dass der Kondensator zusammen mit dem an die Anregungseinheit (101 - 103) angeschlossenen Induktor (1) zumindest einen Teil eines Schwingkreises, insbesondere eines Parallelschwingkreises, bildet.
13. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anregungseinheiten (101 - 103), die benachbarten Induktoren (1, la, lb) zugeordnet sind, derart ausgestaltet sind, dass die
benachbarten Induktoren (1, la, lb) bei verschiedenen Frequenzen arbeiten.
14. Induktoranordnung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Anregungseinheit (101 - 103) ausgestaltet ist, bei einer
Anregungsfrequenz zu arbeiten, die der Resonanzfrequenz des Schwingkreises entspricht.
15. Verfahren zum induktiven Erwärmen mehrerer Objekte mit mehreren jeweils an eine separate Anregungseinheit (101 - 103) angeschlossenen Induktoren (1, la, lb) nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, insbesondere nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste
Anregungseinheit (101 - 103) bei einer ersten Frequenz betrieben wird und eine zweite Anregungseinheit (101 - 103) bei einer von der ersten Frequenz abweichenden zweiten Frequenz betrieben wird.
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