WO2024038073A1 - Device and method for heating rod-shaped metal workpieces - Google Patents

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WO2024038073A1
WO2024038073A1 PCT/EP2023/072513 EP2023072513W WO2024038073A1 WO 2024038073 A1 WO2024038073 A1 WO 2024038073A1 EP 2023072513 W EP2023072513 W EP 2023072513W WO 2024038073 A1 WO2024038073 A1 WO 2024038073A1
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heating
bolts
heated
preheating
temperature control
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PCT/EP2023/072513
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Inventor
Klaus Schmitz
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Otto Junker Gmbh
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    • F27D99/0001—Heating elements or systems
    • F27D99/0006—Electric heating elements or system
    • F27D2099/0015—Induction heating

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for heating rod-shaped metallic workpieces, in particular bolts made of aluminum or copper and their alloys, with an induction furnace for inductive heating, the induction coils of the induction furnace using a cooling device, and with a preheating device for preheating the workpieces, as well as a corresponding method for heating such rod-shaped metallic workpieces.
  • Such devices are also referred to as “inductive stud heating systems (IBE)”. These are used to heat metallic press bolts and have proven themselves for decades for numerous reasons.
  • IBE inductive stud heating systems
  • a generic device is known, for example, from WO 2010/031503 A1. The very high heat output enables high throughput with a small space requirement.
  • gas-heated preheating leads to CO2 emissions, which can only be avoided by using renewable hydrogen as fuel gas.
  • the present invention is based on the object of designing and developing the device mentioned at the beginning and previously described in more detail and the corresponding method in such a way that a gas-heated preheating oven for preheating the rod-shaped workpieces can be dispensed with .
  • inductive bolt heating should increase energy efficiency in order to minimize or completely avoid energy losses.
  • the cooling device uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and that the workpieces are passed through the heated temperature control medium in the T H / lh 220723WO before entering the induction furnace 7 .
  • August 2023 Preheating device can be heated. In this way, the unused residual heat from the induction furnace can be fully used to preheat the workpieces . It is possible to directly heat the workpieces (bolts) with the temperature control medium of the cooling device.
  • the problem is also solved procedurally in that the cooling device uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and in that the workpieces are heated by the heated temperature control medium in the preheating device before entering the induction furnace.
  • a further teaching of the invention provides that the cooling circuit has a heat exchanger.
  • a treatment medium carried in a second circuit can be heated indirectly via the heat exchanger with the temperature control medium of the cooling device of the induction furnace and used for the direct heating of the bolts supplied to the preheating device.
  • Another preferred embodiment of the invention provides that an intermediate heating device is provided between the preheating device and the induction furnace . This is always useful if a sufficient temperature level of the workpieces/bolts cannot be achieved through preheating.
  • the preheating device can preferably have a basin for preheating the bolts using the temperature control medium.
  • Devices for mixing the temperature control medium and/or for increasing the heat transfer can be arranged in the basin . Such mixing devices can include nozzles or circulation units.
  • a spray/shower chamber can also be provided as a preheating device for preheating the bolts, which brings about intensive contact of the treatment medium with the bolt surface.
  • T H/lh 220723WO 7 . August 2023 it is advantageous if the preheating device has devices for cleaning and/or descaling the bolts.
  • the bolts can be cleaned mechanically and, for example, driven brushes can be provided within the preheating device.
  • a further teaching of the invention provides that devices for drying or blowing off the temperature control medium from the bolts are provided between the preheating device and the induction furnace so that they can be fed to the induction furnace as dry as possible.
  • Water is preferably used as the temperature control medium and/or treatment medium ; the water can be mixed with chemical additives. It is also possible to use a thermal oil as a temperature control medium and/or treatment medium instead of water, whereby an increase in the temperature level can be achieved. According to a further teaching of the invention, it is provided that the cooling circuit of the cooling device is separated into different circles and only one circle, or several individual circles, are used for preheating the bolts. According to a preferred embodiment of the invention, the inductive heating of the bolts can be preceded and/or followed by fuel-heated heating. Such fuel-heated heating can be gas-heated, whereby the heating can be carried out in particular using hydrogen or natural gas. However , it is also possible for the fuel-fired heating to occur using liquid fuel.
  • the inductive heating of the bolts can also be preceded and/or followed by electrical (resistance-heated) heating, with the T H/lh 220723WO 7 . August 2023 Heat can be transferred to the bolts by means of convection or radiation .
  • the inductive heating of the bolts can also be preceded and/or followed by exhaust gas-heated heating.
  • it is advisable if the preheating of the bolts is controlled using a mathematical model.
  • Such a mathematical model records the preheating temperature and optimally adapts the inductive heating in the inductive stud heating system to the desired target temperature based on modeling of the entire heating process. This is also referred to as a “digital twin”. Optimization for maximum performance or maximum energy savings is possible.
  • FIG. 1 an inductive stud heating system according to the prior art in a schematic representation , 4 another embodiment of the invention.
  • August 2023 Fig. 1 shows schematically the structure of an inductive billet heating system (IBE) in which a metallic, non-ferritic pressed billet (for example made of aluminum or copper) is inductively heated in an induction furnace 2, which is only indicated .
  • IBE inductive billet heating system
  • a cooling device 5 which is only indicated, uses a liquid temperature control medium that is guided in a cooling circuit, which absorbs the unused heat (about 40% of the electrical energy supplied) from the induction coil 3 removed from the induction furnace 2 .
  • waste heat also arises in the electrical control 4, which is also dissipated via the temperature medium and fed to a heat exchanger 7.
  • the further circuit takes the heat supplied to the heat exchanger and can be used, for example, to heat buildings for heating domestic water .
  • a pump 6 ensures that the temperature control medium is fed back to the induction furnace 2 or the electrical control 4 for cooling purposes after leaving the heat exchanger 7.
  • FIG. 2 A first exemplary embodiment of the device according to the invention is now shown schematically in FIG. 2 , the further circuit behind the heat exchanger 7 having a line 8 which is fed to a preheating device 9.
  • This can have a basin 10 for receiving the treatment medium carried in the second circuit, with the supplied bolts 1 coming into complete contact with the treatment medium in order to heat the bolts 1.
  • a spray /shower chamber 11 or a sprinkler device (only shown schematically) in the area of the preheating device 9 .
  • a pump 12 ensures that the treatment medium cooled during preheating is fed back to the heat exchanger 7 to complete the second circuit.
  • FIG. 3 shows only the schematic representation of a second exemplary embodiment of the invention, with no heat exchanger being present.
  • the heat of the temperature control medium taken from the induction furnace 2 and also the electrical control 4 is fed directly to the preheating device 9 via a line 8 by means of a heat pump 6 ' , which has the same structure as the device according to FIG. 2.
  • the basin 10 becomes then the temperature control medium is supplied to the cooling device 5 in the cooled state by means of the pump 6, as already described above.
  • FIG. 4 a modification of the device according to FIG. 2 is shown in FIG. 4, in which an intermediate heating device, only indicated, can be provided between the preheating device 9 and the induction furnace 2. As described in the subclaims , this can be heated with different forms of energy. T H/lh 220723WO 7 . August 2023

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Abstract

The invention relates to a device for heating rod-shaped metal workpieces (1), in particular bolts made of aluminium or copper and alloys thereof, the device comprising an induction furnace (2) for inductive heating, the induction coils (3) of the induction furnace (2) being cooled by means of a cooling apparatus (5), and comprising a pre-heating apparatus (9) for pre-heating the workpieces (1). The invention also relates to a method for heating rod-shaped metal workpieces using such a device. To be able to dispense with a gas-heated pre-heating furnace for pre-heating the rod-shaped workpieces and to achieve an increase in energy efficiency during inductive bolt heating in order to minimise as much as possible or to completely avoid energy losses, according to the invention the cooling apparatus (5) uses a liquid temperature-control medium which is guided in a cooling circuit and the workpieces (1) are heated by the heated temperate-control medium in the pre-heating apparatus (9) before entering into the induction furnace (2).

Description

7. August 2023 Vorrichtung und Verfahren zum Erwärmen stangenförmiger metallischer Werkstücke Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen stangenförmiger metallischer Werkstücke, insbesondere Bolzen aus Aluminium oder Kupfer sowie deren Legierungen, mit einem Induktionsofen zur induktiven Erwärmung, wobei die Induktionsspulen des Induktionsofens mittels einer Kühleinrichtung gekühlt werden, und mit einer Vorwärmeinrichtung zum Vorwärmen der Werkstücke, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Erwärmen solcher stangenförmiger metallischer Werkstücke. Solche Vorrichtungen werden auch als „Induktive Bolzenerwärmungsanlagen (IBE)“ bezeichnet. Diese dienen zur Erwärmung von metallischen Pressbolzen und haben sich seit Jahrzehnten aus zahlreichen Gründen bewährt. Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 2010/031503 A1 bekannt. Die sehr hohe Wärmeleistung ermöglicht hohen Durchsatz bei geringem Platzbedarf. Mit Hilfe einer solchen hohen Wärmeleistung kann ein gezieltes Temperaturprofil im Bolzen eingestellt werden, was Vorteile in der sich anschließenden Verarbeitung bietet. Dass die induktive Beheizung auf Strom basiert, macht das System in der aktuellen Zeit zusätzlich interessant, da bei Verwendung von regenerativ hergestelltem Strom CO2- freie Energie verwendet werden kann. Gegenüber Pressbolzen aus ferritischen Materialien ergeben sich bei der Erwärmung nicht-ferritischer Materialien wie insbesondere Aluminium und Kupfer, sowie deren Legierungen, schlechtere Wirkungsgrade. Dies ist in der unterschiedlichen magnetischen Ankopplung des Induktionsfeldes begründet. Aufgrund der eingangs genannten Vorteile ist die Verwendung aber durchaus für beispielsweise Aluminium und Kupfer üblich. Bei der magnetischen Ankopplung und somit bei der induktiven Wärmeübertragung kommt es daher insbesondere bei nicht-ferritischen Einsatzmaterialen zu Wirkungsgradverlusten. Dies erfordert eine Kühlung der Induktionsspulen des Induktionsofens, die meist als Wasserkühlung ausgeführt wird. Mit dieser Kühlung wird gleichzeitig auch die Wärmeabstrahlung der vorgewärmten Bolzen auf die Induktionsspule/n abgeführt. In geringerem Umfang entsteht auch Abwärme in der elektrischen Ansteuerung, die ebenfalls über das Kühlwasser abgeführt wird. Der Gesamt-Wirkungsgrad liegt in der Größenordnung von ca. 60 %, so dass ca. 40 % der zugeführten elektrischen Energie überwiegend über das Kühlwasser abgeführt werden müssen. Zur Einsparung von Primärenergie werden den induktiven Bolzenerwärmungsanlagen häufig gasbeheizte Vorwärmöfen vorgeschaltet. Hier erfolgt eine Vorwärmung auf ein Temperatur-Grundniveau. Oberhalb dieses Niveaus erfolgt die prozesstechnisch notwendige, sehr schnelle Resterwärmung mit der induktiven Bolzenerwärmungsanlage. In der aktuellen Entwicklung ist zu beachten, dass eine gasbeheizte Vorwärmung zu einem CO2-Ausstoß führt, der sich nur mit Verwendung von regenerativ erzeugtem Wasserstoff als Brenngas vermeiden lässt. Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Vorrichtung und das entsprechende Verfahren so auszugestalten und weiterzubilden, dass auf einen gasbeheizten Vorwärmofen zur Vorwärmung der stangenförmigen Werkstücke verzichtet werden kann. Insbesondere soll bei der induktiven Bolzenerwärmung eine Energieeffizienzsteigerung erfolgen, um Energieverluste möglichst zu minimieren oder gänzlich zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die Kühleinrichtung ein flüssiges, in einem Kühlkreislauf geführtes Temperiermedium verwendet und dass die Werkstücke vor dem Eintritt in den Induktionsofen durch das aufgeheizte Temperiermedium in der TH/lh 220723WO 7. August 2023 Vorwärmeinrichtung erwärmt werden. Auf diese Weise kann die ungenutzte Restwärme aus dem Induktionsofen vollständig für die Vorwärmung der Werkstücke genutzt werden. Dabei ist eine direkte Erwärmung der Werkstücke (Bolzen) mit dem Temperiermedium der Kühleinrichtung möglich. Auch verfahrensmäßig erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, dass die Kühleinrichtung ein flüssiges, in einem Kühlkreislauf geführtes Temperiermedium verwendet und dass die Werkstücke vor dem Eintritt in den Induktionsofen durch das aufgeheizte Temperiermedium in der Vorwärmeinrichtung erwärmt werden. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher aufweist. Dabei kann ein in einem zweiten Kreislauf geführtes Behandlungsmedium indirekt über den Wärmetauscher mit dem Temperiermedium der Kühleinrichtung des Induktionsofens erwärmt werden und für die direkte Erwärmung der der Vorwärmeinrichtung zugeführten Bolzen eingesetzt werden. Eine andere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Vorwärmeinrichtung und dem Induktionsofen eine Zwischenerwärmungseinrichtung vorgesehen ist. Dies ist immer dann zweckmäßig, wenn durch die Vorwärmung kein ausreichendes Temperaturniveau der Werkstücke/Bolzen erreicht werden kann. Bevorzugt kann die Vorwärmungseinrichtung ein Becken zum Vorwärmen der Bolzen durch das Temperiermedium aufweisen. Dabei können im Becken Einrichtungen zur Vermischung des Temperiermediums und/oder zur Erhöhung des Wärmeübergangs angeordnet sein. Solche Einrichtungen zur Vermischung können Düsen oder Aggregate zur Umwälzung umfassen. Alternativ dazu oder auch zusätzlich kann zur Vorwärmung der Bolzen als Vorwärmungseinrichtung auch eine Spritz-/Duschkammer vorgesehen sein, die einen intensiven Kontakt des Behandlungsmediums mit der Bolzenoberfläche bewirkt. TH/lh 220723WO 7. August 2023 In jedem Fall ist es nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn die die Vorwärmeinrichtung Einrichtungen zur Reinigung und/oder Entzunderung der Bolzen aufweist. Dabei kann die Reinigung der Bolzen mechanisch erfolgen und dazu können beispielsweise angetriebene Bürsten innerhalb der Vorwärmeinrichtung vorgesehen sein. Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Vorwärmeinrichtung und dem Induktionsofen Einrichtungen zur Trocknung oder Abblasung des Temperiermediums von den Bolzen vorgesehen sind, damit diese dem Induktionsofen möglichst trocken zugeführt werden können. Bevorzugt wird als Temperiermedium und/oder Behandlungsmedium Wasser verwendet, dabei kann das Wasser mit chemischen Zusätzen versetzt sein. Es ist auch möglich, als Temperiermedium und/oder Behandlungsmedium an Stelle von Wasser ein Thermoöl einzusetzen, wodurch eine Erhöhung des Temperaturniveaus erreicht werden kann. Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf der Kühleinrichtung in verschiedene Kreise separiert wird und nur ein Kreis, oder mehrere einzelne Kreise, für die Vorerwärmung der Bolzen genutzt werden. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann der induktiven Erwärmung der Bolzen eine brennstoffbeheizte Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet sein. Eine solche brennstoffbeheizte Erwärmung kann gasbeheizt sein, wobei die Erwärmung insbesondere mittels Wasserstoff oder Erdgas erfolgen kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die brennstoffbeheizte Erwärmung mit Flüssigbrennstoff erfolgt. Der induktiven Erwärmung der Bolzen kann auch eine elektrische (widerstandbeheizte) Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet sein, wobei die TH/lh 220723WO 7. August 2023 Wärme mittels Konvektion oder auch mittels Strahlung auf die Bolzen übertragen werden kann. In einer weiteren Alternative kann der induktiven Erwärmung der Bolzen auch eine abgasbeheizte Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet sein. In jedem Fall ist es zweckmäßig, wenn die Regelung der Vorerwärmung der Bolzen mit Hilfe eines mathematischen Modells erfolgt. Ein solches mathematisches Modell erfasst die Vorwärmtemperatur und passt die induktive Erwärmung in der induktiven Bolzenerwärmungsanlage basierend auf einer Modellierung des gesamten Erwärmungsprozesses optimal auf die gewünschte Zieltemperatur an. Hierbei spricht man auch von einem „digitalen Zwilling“. Dabei ist eine Optimierung nach maximaler Leistung oder auch maximaler Energieeinsparung möglich. Auch können Umwelteinflüsse (beispielsweise Luft-Temperatur oder Kühlwasser-Temperatur) oder auch Prozesseinflüsse (beispielsweise Stillsetzen der nachfolgenden Presslinie) möglich. Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen, alle schematisch, Fig. 1 eine induktive Bolzenerwärmungsanlage nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung eines Wärmetauschers, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. TH/lh 220723WO 7. August 2023 Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer induktiven Bolzenerwärmungsanlage (IBE) bei dem ein metallischer, nicht-ferritischer Pressbolzen (beispielsweise aus Aluminium oder Kupfer) in einem nur angedeuteten Induktionsofen 2 induktiv erwärmt wird. Man erkennt dazu die schematisch dargestellte Induktionsspule des Induktionsofens 2 und eine dazu notwendige elektrische Ansteuerung 4. Eine nur angedeutete Kühleinrichtung 5 verwendet ein flüssiges, in einem Kühlkreislauf geführtes Temperiermedium, welches die nicht genutzte Wärme (etwa 40 % der zugeführten elektrischen Energie) der Induktionsspule 3 aus dem Induktionsofen 2 abführt. In geringerem Umfang entsteht auch Abwärme in der elektrischen Ansteuerung 4, welche ebenfalls über das Temperaturmedium abgeführt und einem Wärmetauscher 7 zugeführt wird. Dabei ist nicht dargestellt, dass der weitere Kreislauf die dem Wärmetauscher zugeführte Wärme entnimmt und beispielsweise für das Beheizen von Gebäuden für die Brauchwassererwärmung eingesetzt werden kann. Eine Pumpe 6 sorgt dafür, dass das Temperiermedium nach Verlassen des Wärmetauschers 7 wieder dem Induktionsofen 2 bzw. der elektrischen Ansteuerung 4 zu Kühlzwecken zugeführt wird. In Fig. 2 ist nun schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, wobei der weitere Kreislauf hinter dem Wärmetauscher 7 eine Leitung 8 aufweist, welche einer Vorwärmeinrichtung 9 zugeführt wird. Diese kann ein Becken 10 für die Aufnahme des im zweiten Kreislauf geführten Behandlungsmediums aufweisen, wobei die zugeführten Bolzen 1 vollständig mit dem Behandlungsmedium in Kontakt kommen, um die Bolzen 1 zu erwärmen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich im Bereich der Vorwärmeinrichtung 9 eine Spritz- /Duschkammer 11 oder eine Sprinklereinrichtung (nur schematisch dargestellt) vorzusehen. Eine Pumpe 12 sorgt dafür, dass das bei der Vorerwärmung abgekühlte Behandlungsmedium wieder dem Wärmetauscher 7 zugeführt wird, um den zweiten Kreislauf zu vervollständigen. TH/lh 220723WO 7. August 2023 Fig. 3 zeigt nur die schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei kein Wärmetauscher vorhanden ist. Die aus dem Induktionsofen 2 und auch der elektrischen Ansteuerung 4 entnommene Wärme des Temperiermediums wird mittels einer Wärmepumpe 6‘ über eine Leitung 8 unmittelbar der Vorwärmeinrichtung 9 zugeführt, welche den gleichen Aufbau hat wie bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2. Aus dem Becken 10 wird dann das Temperiermedium mittels der Pumpe 6 im abgekühlten Zustand der Kühleinrichtung 5 zugeführt wie bereits zuvor beschrieben. Schließlich ist in Fig. 4 eine Abwandlung der Vorrichtung gemäß Fig. 2 gezeigt, bei der zwischen der Vorwärmeinrichtung 9 und dem Induktionsofen 2 noch eine nur angedeutete Zwischenerwärmungseinrichtung vorgesehen sein kann. Diese kann, wie in den Unteransprüchen beschrieben mit unterschiedlichen Energieformen beheizt werden. TH/lh 220723WO 7. August 2023 August 7, 2023 Device and method for heating rod-shaped metallic workpieces The present invention relates to a device and a method for heating rod-shaped metallic workpieces, in particular bolts made of aluminum or copper and their alloys, with an induction furnace for inductive heating, the induction coils of the induction furnace using a cooling device, and with a preheating device for preheating the workpieces, as well as a corresponding method for heating such rod-shaped metallic workpieces. Such devices are also referred to as “inductive stud heating systems (IBE)”. These are used to heat metallic press bolts and have proven themselves for decades for numerous reasons. A generic device is known, for example, from WO 2010/031503 A1. The very high heat output enables high throughput with a small space requirement. With the help of such a high heat output, a targeted temperature profile can be set in the bolt, which offers advantages in the subsequent processing. The fact that inductive heating is based on electricity makes the system even more interesting these days , as CO2- free energy can be used when using electricity produced from renewable sources. Compared to press bolts made of ferritic materials, the heating of non-ferritic materials such as aluminum and copper, as well as their alloys, results in poorer efficiencies. This is due to the different magnetic coupling of the induction field. However, due to the advantages mentioned at the beginning, its use is quite common for aluminum and copper, for example. With magnetic coupling and thus with inductive heat transfer, there are losses in efficiency, especially with non-ferritic feed materials. This requires cooling of the induction coils of the induction furnace, which is usually carried out using water cooling. With this cooling, the heat radiation from the preheated bolts is also dissipated onto the induction coil(s). To a lesser extent, waste heat is also generated in the electrical control, which is also dissipated via the cooling water. The overall efficiency is in the order of approx. 60%, so that approx. 40% of the electrical energy supplied has to be dissipated predominantly via the cooling water . To save primary energy, gas-fired preheating furnaces are often installed upstream of inductive billet heating systems. Here, preheating to a basic temperature level takes place. Above this level, the very rapid residual heating required by the process is carried out using the inductive bolt heating system. In current developments, it should be noted that gas-heated preheating leads to CO2 emissions, which can only be avoided by using renewable hydrogen as fuel gas. Proceeding from this, the present invention is based on the object of designing and developing the device mentioned at the beginning and previously described in more detail and the corresponding method in such a way that a gas-heated preheating oven for preheating the rod-shaped workpieces can be dispensed with . In particular, inductive bolt heating should increase energy efficiency in order to minimize or completely avoid energy losses. This object is achieved in a device with the features of the preamble of claim 1 in that the cooling device uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and that the workpieces are passed through the heated temperature control medium in the T H / lh 220723WO before entering the induction furnace 7 . August 2023 Preheating device can be heated. In this way, the unused residual heat from the induction furnace can be fully used to preheat the workpieces . It is possible to directly heat the workpieces (bolts) with the temperature control medium of the cooling device. The problem is also solved procedurally in that the cooling device uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and in that the workpieces are heated by the heated temperature control medium in the preheating device before entering the induction furnace. A further teaching of the invention provides that the cooling circuit has a heat exchanger. A treatment medium carried in a second circuit can be heated indirectly via the heat exchanger with the temperature control medium of the cooling device of the induction furnace and used for the direct heating of the bolts supplied to the preheating device. Another preferred embodiment of the invention provides that an intermediate heating device is provided between the preheating device and the induction furnace . This is always useful if a sufficient temperature level of the workpieces/bolts cannot be achieved through preheating. The preheating device can preferably have a basin for preheating the bolts using the temperature control medium. Devices for mixing the temperature control medium and/or for increasing the heat transfer can be arranged in the basin . Such mixing devices can include nozzles or circulation units. Alternatively or additionally, a spray/shower chamber can also be provided as a preheating device for preheating the bolts, which brings about intensive contact of the treatment medium with the bolt surface. T H/lh 220723WO 7 . August 2023 In any case, according to a further preferred embodiment of the invention , it is advantageous if the preheating device has devices for cleaning and/or descaling the bolts. The bolts can be cleaned mechanically and, for example, driven brushes can be provided within the preheating device. A further teaching of the invention provides that devices for drying or blowing off the temperature control medium from the bolts are provided between the preheating device and the induction furnace so that they can be fed to the induction furnace as dry as possible. Water is preferably used as the temperature control medium and/or treatment medium ; the water can be mixed with chemical additives. It is also possible to use a thermal oil as a temperature control medium and/or treatment medium instead of water, whereby an increase in the temperature level can be achieved. According to a further teaching of the invention, it is provided that the cooling circuit of the cooling device is separated into different circles and only one circle, or several individual circles, are used for preheating the bolts. According to a preferred embodiment of the invention, the inductive heating of the bolts can be preceded and/or followed by fuel-heated heating. Such fuel-heated heating can be gas-heated, whereby the heating can be carried out in particular using hydrogen or natural gas. However , it is also possible for the fuel-fired heating to occur using liquid fuel. The inductive heating of the bolts can also be preceded and/or followed by electrical (resistance-heated) heating, with the T H/lh 220723WO 7 . August 2023 Heat can be transferred to the bolts by means of convection or radiation . In a further alternative, the inductive heating of the bolts can also be preceded and/or followed by exhaust gas-heated heating. In any case, it is advisable if the preheating of the bolts is controlled using a mathematical model. Such a mathematical model records the preheating temperature and optimally adapts the inductive heating in the inductive stud heating system to the desired target temperature based on modeling of the entire heating process. This is also referred to as a “digital twin”. Optimization for maximum performance or maximum energy savings is possible. Environmental influences (for example air temperature or cooling water temperature) or process influences (for example stopping the subsequent press line) can also be possible. The invention is explained in more detail below with reference to a drawing which merely shows preferred exemplary embodiments of the invention. The drawings show, all schematically, Fig. 1 an inductive stud heating system according to the prior art in a schematic representation , 4 another embodiment of the invention. T H/lh 220723WO 7 . August 2023 Fig. 1 shows schematically the structure of an inductive billet heating system (IBE) in which a metallic, non-ferritic pressed billet (for example made of aluminum or copper) is inductively heated in an induction furnace 2, which is only indicated . You can see the schematically shown induction coil of the induction furnace 2 and an electrical control 4 necessary for this. A cooling device 5, which is only indicated, uses a liquid temperature control medium that is guided in a cooling circuit, which absorbs the unused heat (about 40% of the electrical energy supplied) from the induction coil 3 removed from the induction furnace 2 . To a lesser extent, waste heat also arises in the electrical control 4, which is also dissipated via the temperature medium and fed to a heat exchanger 7. It is not shown that the further circuit takes the heat supplied to the heat exchanger and can be used, for example, to heat buildings for heating domestic water . A pump 6 ensures that the temperature control medium is fed back to the induction furnace 2 or the electrical control 4 for cooling purposes after leaving the heat exchanger 7. A first exemplary embodiment of the device according to the invention is now shown schematically in FIG. 2 , the further circuit behind the heat exchanger 7 having a line 8 which is fed to a preheating device 9. This can have a basin 10 for receiving the treatment medium carried in the second circuit, with the supplied bolts 1 coming into complete contact with the treatment medium in order to heat the bolts 1. Alternatively or additionally, it is also possible to provide a spray /shower chamber 11 or a sprinkler device (only shown schematically) in the area of the preheating device 9 . A pump 12 ensures that the treatment medium cooled during preheating is fed back to the heat exchanger 7 to complete the second circuit. T H/lh 220723WO 7 . August 2023 Fig. 3 shows only the schematic representation of a second exemplary embodiment of the invention, with no heat exchanger being present. The heat of the temperature control medium taken from the induction furnace 2 and also the electrical control 4 is fed directly to the preheating device 9 via a line 8 by means of a heat pump 6 ' , which has the same structure as the device according to FIG. 2. The basin 10 becomes then the temperature control medium is supplied to the cooling device 5 in the cooled state by means of the pump 6, as already described above. Finally, a modification of the device according to FIG. 2 is shown in FIG. 4, in which an intermediate heating device, only indicated, can be provided between the preheating device 9 and the induction furnace 2. As described in the subclaims , this can be heated with different forms of energy. T H/lh 220723WO 7 . August 2023

Claims

7. August 2023 P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Vorrichtung zum Erwärmen stangenförmiger metallischer Werkstücke (1), insbesondere Bolzen aus Aluminium oder Kupfer sowie deren Legierungen, mit einem Induktionsofen (2) zur induktiven Erwärmung, wobei die Induktionsspulen (3) des Induktionsofens (2) mittels einer Kühleinrichtung (5) gekühlt werden, und mit einer Vorwärmeinrichtung (9) zum Vorwärmen der Werkstücke (1), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Kühleinrichtung (5) ein flüssiges, in einem Kühlkreislauf geführtes Temperiermedium verwendet und dass die Werkstücke (1) vor dem Eintritt in den Induktionsofen (2) durch das aufgeheizte Temperiermedium in der Vorwärmeinrichtung (9) erwärmt werden. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kühlkreislauf einen Wärmetauscher (7) aufweist und dass ein in einem zweiten Kreislauf geführtes Behandlungsmedium indirekt über den Wärmetauscher (7) mit dem Temperiermedium der Kühleinrichtung (5) des Induktionsofens (2) erwärmt wird und für die direkte Erwärmung der der Vorwärmeinrichtung (9) zugeführten Werkstücke (1) eingesetzt wird. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zwischen der Vorwärmeinrichtung (9) und dem Induktionsofen (2) eine Zwischenerwärmungseinrichtung (13) vorgesehen ist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, - 2 - d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Vorwärmungseinrichtung (9) ein Becken (10) zum Vorwärmung der Bolzen (1) durch das Temperiermedium aufweist. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s im Becken (10) Einrichtungen zur Vermischung des Temperiermediums und/oder zur Erhöhung des Wärmeübergangs angeordnet sind. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Einrichtungen zur Vermischung Düsen oder Aggregate zur Umwälzung aufweist. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s zur Vorwärmung der Bolzen eine Spritz-/Duschkammer (11) vorgesehen ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Vorwärmeinrichtung Einrichtungen zur Reinigung und/oder Entzunderung der Bolzen aufweist. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Reinigung der Bolzen mechanisch erfolgt und dass dafür angetriebene Bürsten innerhalb der Vorwärmeinrichtung vorgesehen sind. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s TH/lh 220723WO 7. August 2023 - 3 - zwischen der Vorwärmeinrichtung und dem Induktionsofen Einrichtungen zur Trocknung oder Abblasung des Temperiermediums von den Bolzen vorgesehen sind. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Temperiermedium und/oder das Behandlungsmedium Wasser ist. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Wasser mit chemischen Zusätzen versetzt ist. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s das Temperiermedium und/oder das Behandlungsmedium Thermoöl ist. 14. Verfahren zum Erwärmen stangenförmiger metallischer Werkstücke, insbesondere Bolzen aus Aluminium oder Kupfer sowie deren Legierungen mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Kühleinrichtung ein flüssiges, in einem Kühlkreislauf geführtes Temperiermedium verwendet und dass die Werkstücke vor dem Eintritt in den Induktionsofen durch das aufgeheizte Temperiermedium in der Vorwärmeinrichtung erwärmt werden. 15. Verfahren nach Anspruch 14 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der Kühlkreislauf der Kühleinrichtung in verschiedene Kreise separiert wird und nur ein Kreis oder mehrere einzelne Kreise für die Vorerwärmung der Bolzen verwendet werden. TH/lh 220723WO 7. August 2023 - 4 - 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der induktiven Erwärmung der Bolzen eine brennstoffbeheizte Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet ist. 17. Verfahren nach Anspruch 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die brennstoffbeheizte Erwärmung gasbeheizt ist, insbesondere mittels Wasserstoff oder Erdgas beheizt wird. 18. Verfahren nach Anspruch 16 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die brennstoffbeheizte Erwärmung flüssigbrennstoffbeheizt ist. 19. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der induktiven Erwärmung der Bolzen eine elektrische widerstandbeheizte Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet ist. 20. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Wärme mittels Konvektion auf die Bolzen übertragen wird. 21. Verfahren nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die Wärme mittels Strahlung auf die Bolzen übertragen wird. 22. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s der induktiven Erwärmung der Bolzen eine abgasbeheizte Erwärmung vor- und/oder nachgeschaltet ist. TH/lh 220723WO 7. August 2023 - 5 - 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 22, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Regelung der Vorerwärmung der Bolzen mit Hilfe eines mathematischen Modells. TH/lh 220723WO 7. August 2023 August 7, 2023 Patent claims 1. Device for heating rod-shaped metallic workpieces (1), in particular bolts made of aluminum or copper and their alloys, with an induction furnace (2) for inductive heating, the induction coils (3) of the induction furnace (2 ) are cooled by means of a cooling device (5) , and with a preheating device (9) for preheating the workpieces (1), characterized in that the cooling device (5) uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and that the workpieces (1) be heated by the heated temperature control medium in the preheating device (9) before entering the induction furnace (2) . 2. Device according to claim 1, characterized in that the cooling circuit has a heat exchanger (7) and that a treatment medium guided in a second circuit is heated indirectly via the heat exchanger (7) with the temperature control medium of the cooling device (5) of the induction furnace (2). and is used for the direct heating of the workpieces (1) fed to the preheating device (9). 3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that an intermediate heating device (13) is provided between the preheating device (9) and the induction furnace (2) . 4. Device according to one of claims 1 to 3, - 2 - characterized in that the preheating device (9) has a basin (10) for preheating the bolts (1) by the temperature control medium. 5. Device according to claim 4, characterized in that devices for mixing the temperature control medium and / or for increasing the heat transfer are arranged in the basin (10). 6. Device according to claim 5, characterized in that the mixing devices have nozzles or units for circulation . 7. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a spray/shower chamber (11) is provided for preheating the bolts. 8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the preheating device has devices for cleaning and / or descaling the bolts. 9. Device according to claim 8, characterized in that the cleaning of the bolts is carried out mechanically and that driven brushes are provided within the preheating device. 10. Device according to one of claims 1 to 9, characterized in that T H / lh 220723WO 7 . August 2023 - 3 - Between the preheating device and the induction furnace, devices are provided for drying or blowing off the temperature control medium from the bolts . 11. Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the temperature control medium and / or the treatment medium is water. 12. The device according to claim 11, characterized in that the water is mixed with chemical additives. 13. Device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the temperature control medium and / or the treatment medium is thermal oil. 14. A method for heating rod-shaped metallic workpieces, in particular bolts made of aluminum or copper and their alloys, by means of a device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cooling device uses a liquid temperature control medium guided in a cooling circuit and that the workpieces before entering are heated in the induction furnace by the heated temperature control medium in the preheating device. 15. The method according to claim 14 , characterized in that the cooling circuit of the cooling device is separated into different circles and only one circle or several individual circles are used for preheating the bolts . T H/lh 220723WO 7 . August 2023 - 4 - 16. Method according to claim 14 or 15, characterized in that the inductive heating of the bolts is preceded and/or followed by fuel-heated heating. 17. The method according to claim 16, characterized in that the fuel-heated heating is gas-heated, in particular heated using hydrogen or natural gas. 18. The method according to claim 16 , characterized in that the fuel-heated heating is liquid fuel-heated. 19. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the inductive heating of the bolts is preceded and/or followed by electrical resistance-heated heating. 20. The method according to claim 18, characterized in that the heat is transferred to the bolts by means of convection. 21. The method according to claim 18, characterized in that the heat is transferred to the bolts by means of radiation. 22. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the inductive heating of the bolts is preceded and/or followed by exhaust gas-heated heating. T H/lh 220723WO 7 . August 2023 - 5 - 23. Method according to one of claims 14 to 22, characterized by a control of the preheating of the bolts with the aid of a mathematical model. T H/lh 220723WO 7 . August 2023
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