DE1044303B - Verfahren zum fortschreitenden Erwaermen von ferritischen Blechen und Induktionsspule zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen, und zwar vornehmlich in der Form von Bändern.

Das induktive Erwärmen von Blechen und Bändern erfordert bekanntlich dann besondere Maßnahmen, wenn es sich darum handelt, Bleche oder Bänder mit geringer Stärke zu erwärmen, und zwar vornehmlich, wenn es sich um Stärken von 0,5 mm und weniger, beispielsweise 0,10 bis 0,35 mm handelt. Das Erwärmen von Blechen und Bändern kann aus den verschiedensten Gründen notwendig sein; von ganz besonderer Bedeutung ist diese Maßnahme aber bei der Herstellung von verzinnten Blechen und Bändern. Die Bänder (unter diesem Ausdruck sollen im Nachfolgenden auch Bleche verstanden werden) werden galvanisch verzinnt, und die so aufgebrachte Zinnschicht muß anschließend aufgeschmolzen werden. Hierzu sind Temperaturen notwendig, die unter 500° C liegen, und zwar insbesondere zwischen 200 und 300° C betragen. Sehr wesentlicht ist hierbei, daß die niedergeschmolzene Zinnschicht bis zu dem Augenblick ihrer Erhärtung nicht mit irgendwelchen Teilen in Berührung gerät, weil sonst eine einwandfreie, glänzende Zinnoberfläche nicht gewährleistet ist.

Schon frühzeitig ist der Vorschlag gemacht worden, die Bänder zum Zwecke des Zinnaufschmelzens induktiv zu erwärmen. Dabei wird das Band durch Induktionsspulen hindurchgeführt, die das Band umfassen. Mit Rücksicht auf die zwischen 0,10 und 0,35 mm liegenden Bandstärken ist bisher praktisch ausschließlich unter Anwendung hochfrequenter Ströme gearbeitet worden. Da das Band in Achsrichtung der Spulen durch den Induktor hindurchläuft, durchsetzt das magnetische Feld das Band in Vorschubrichtung und erzeugt einen Wirbelstrom, der über den Umfang des Bandes fließt. Auf Grund der bekannten Formeln über die Eindringtiefe der Ströme und unter Berücksichtigung der Werkstoffstärken haben sich für dieses Verfahren Frequenzen in der Größenordnung von 100 000 Hz und höher als notwendig erwiesen. Es ist also erforderlich, Röhrengeneratoren anzuwenden. Wenn die Bandgeschwindigkeit während des Aufheizvorganges sehr groß ist, müssen diese Röhrengeneratoren, um den Produktionsbedingungen entsprechen zu können, mit einer Ausgangsleistung von 500 kW und mehr ausgelegt sein. Solche Generatoren herzustellen, bereitet bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten, und außerdem sind derartige Anlagen schwierig zu warten und störanfällig.

Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, mit niedrigeren Frequenzen, z. B. mit Netzfrequenz oder Mittelfrequenz zu arbeiten. Um bei diesen Frequenzen jedoch überhaupt eine Erwärmung der dünnen

von ferritischen Blechen

und Induktionsspule zur Ausübung

des Verfahrens

Anmelder:

Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16,

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,

Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150 und Stahl- und Walzwerke

Rasselstein/Andernach Aktiengesellschaft,

Neuwied/Rhein

Dipl.-Ing. Fritz AIf, Remscheid,

Vincenz Seul und Josef Lenze, Andernach,

sind als Erfinder genannt worden

Bänder zu ermöglichen, ist die sogenannte Ouerfelderwärmung angewendet worden. Beiderseits des Bandes wurden Spulen mit Magnetkernen angeordnet und so eine magnetische Durchflutung quer zum Band sichergestellt. Unter Anwendung dieser Maßnahme ist es möglich, eine angemessene Erwärmung des Bandes herbeizuführen. Es ergibt sich jedoch der Nachteil, daß auf das Band gleichzeitig erhebliche magnetische Kräfte ausgeübt werden. Es muß daher eine solche magnetische Spulenanordnung auf beiden Seiten des' Bandes vorgesehen werden, damit sich die anziehenden Kräfte nach Möglichkeit aufheben. Wenn aber die Anordnung nicht völlig symmetrisch zur Bandachse ausgerichtet ist, wird das Band einseitig an eine der Magnetspulen herangezogen und gerät mit dieser in Berührung. Dadurch wird die Bandoberfläche beschädigt.

Die Folge dieser Schwierigkeiten ist, daß — obwohl sich das induktive Erhitzen als ganz besonders zweckmäßig gerade für das Aufschmelzen der Zinnschichten anbietet — in der Praxis für diesen Zweck nur selten von der Induktionserhitzung Gebrauch gemacht und dem elektrischen Erhitzen im unmittelbaren Stromdurchgang der Vorzug gegeben wird. Diese Erhitzungs-

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art hat aber für den gedachten Zweck ebenfalls besondere Nachteile.

Es besteht somit ein ausgesprochenes Bedürfnis dafür, Blechbänder unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Band umfassen, mit solchen Anlagen aufzuheizen, die einerseits widerstandsfähig sowie betriebssicher und zum anderen imstande sind, große und größte Leistungen abzugeben.

Mittelfrequenzanlagen entsprechen diesen Forderungen. Diese Anlagen bei Verwendung einer Frequenz von 5000 oder 10 000 Hz einzusetzen, ist dann möglich, wenn gemäß der überraschenden Erkenntnis der Erfinder mit einer niedrigen Leistungsdichte gearbeitet wird. Bekanntlich ist es be-im Induktionserhitzen· ganz allgemein üblich, mit großer Leistungsdichte zu arbeiten — bei 10 000 Hz mit 1 kW/cm? und mehr —, weil angenommen wird, daß nur auf diese Weise die Vorzüge des induktiven Erhitzens in jeder Hinsicht ausgeschöpft werden können. Von dieser vorgefaßten Auffassung weichen die Erfinder ab und schlagen vor, die das Blech induzierenden Induktoren mit einer Leistungsdichte von höchstens 20 W/cm² zu betreiben. Bei einer derartigen Erniedrigung der Leistungsdichte, wird die magnetische Permeabilität des ferritischen Blechwerkstoffes so weit gesteigert, daß die elektrische Eindringtiefe sehr klein wird und infolgedessen das Band sich hinreichend erwärmt, um das Aufschmelzen der Zinnschicht in einwandfreier Weise zu gewährleisten.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Leistungsdichte von 10 W/cm² unterschritten und eine Frequenz von 10 000 Hz angewendet wird. Es ergeben sich hierbei erstaunlich gute Wirkungsgrade. Dies ist darauf zurückzuführen, daß infolge der geringen Leistungsdichte eine entsprechende Steigerung der Permeabilität hervorgerufen wird, die die magnetische Leitfähigkeit des Bleches gegenüber der Luft so viel besser macht, daß trotz des schlechten geometrischen Kopplungsgrades der größte Teil des von der Spule ausgehenden Magnetfeldes durch das Band hindurchgeleitet wird. Es ergibt sich mithin ein günstiger elektrischer Kopplungsgrad, d. h. also hoher Wirkungsgrad verbunden mit einem günstigen cos. phi. Selbst bei Blechbändern mit einer Stärke von 0,15 mm kann noch unter Anwendung einer Frequenz von nur 5000 Hz ein guter Wirkungsgrad beim Erwärmen erzielt werden.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, das auf das Band einwirkende, resultierende Magnetfeld aus Komponenten zusammenzusetzen, die mit der Vorschubrieb.-tung Winkel einschließen,wobei selbstverständlich die geringe Leistungsdichte beibehalten wird. Dies hat zur Folge, daß das Band nicht nur längs durchflutet, sondern zum Teil auch quer durchflutet wird. Die vektorielle Addition dieser beiden Komponenten ergibt einen resultierenden Vektor, der entsprechend seiner Größe mehr oder minder geneigt durch die Blechebene verläuft. Dieser Vektor ist auf jeden Fall langer als die =-* Dicke des Bandes, und es liegen mithin für diesen bezüglich der Eindringtiefe günstigere Verhältnisse vor.

Zur Ausübung dieser Maßnahme wird gemäß der Erfindung eine Induktionsspule vorgeschlagen, die aus Leiterabschnitten gebildet ist, welche senkrecht zu den Kanten des Bandes verlaufen und im Bereich der Kanten mit einer Steigung von mehr als 25° von der einen zu der anderen Seite des Bandes umgeführt sind.

In der Zeichnung ist ein solcher Induktor mehr oder minder schematisch dargestellt, und an Hand dieser Ausführungsform soll die Erfindung näher erläutert werden.

Abb. 1 zeigt.den Induktor in Aufsicht,

Abb. 2 im axialen Längsschnitt.

Der Induktor, der das Band 1 umfaßt, besteht aus einzelnen Windungsabschnitten, die abwechselnd der Ober- und Unterseite des Bandes 1 gegenüberstehen. In Abb. 1 liegen die Abschnitte 2 unter dem Band, die Abschnitte 3 über dem Band. Sowohl die Abschnitte 2 als auch die Abschnitte 3 verlaufen senkrecht zur Kante des Bandes 1 und sind durch Umführungen 4 miteinander verbunden, die eine Steigung von mehr als 25° aufweisen, wie insbesondere aus Abb. 2 erkennbar. Die Spule stellt mithin praktisch einen Mäander dar, dessen Querabschnitte so beidseitig aus der Mittelebene herausgehoben sind, daß das Band 1 längs dieser Ebene hindurchgezogen werden kann. Diese Anordnung hat die Folge, daß nicht ein einheitliches, von allen Spulenwindungen insgesamt ausgehendes Magnetfeld erzeugt wird, sondern daß jede einzelne Windung ihr eigenes sie umschließendes Magnetfeld erzeugt, wobei nur einzelne wenige Magnetlinien die gesamte Spule in Längsrichtung durchfluten und umgeben. Auf diese Weise kommen die Vektoren zustande, die mehr oder minder geneigt das Blech durchlaufen.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung, zumal wenn es unter Verwendung des erfindungsgemäßen Induktors betrieben wird, lassen sich ferritische Bleche und Bänder im fortschreitenden Verfahren mit geringer installierter Leistung mittels Frequenzen von 10 000 und 5000 Hz einwandfrei auf Temperaturen erwärmen, die für das Aufschmelzen zuvor aufgebrachter Zinnschichten notwendig sind. Die Temperaturen von 200 bis 300° C lassen sich auch dann noch einwandfrei erreichen, wenn mit Vorschubgeschwindigkeiten von 100 m/min und mehr gearbeitet wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritisclhen Blechen, vornehmlich in Form von Bändern, in Stärken von 0,5 mm und weniger, insbesondere von OyIG bis 0,35 mm, auf Temperaturen unter 500° C, insbesondere auf Temraturen von 200 bis 300° C, unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Blech bzw. Band

,^-fassen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwen-

"^" dung mittelfrequenter Ströme, vorzugsweise von

10 OUO oder 5000Hz, mit einer Leistungsdichte der

""das Blech bzw. Band induzierenden Induktoren von höchstens 20 W/cm² gearbeitet wird.

2. Induktionsspule zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Leiterabschnitten gebildet ist, die senkrecht zu den Kanten des Bleches oder Bandes

"""verlaufen und im Bereich der Kanten mit einer Steigung von mehr als 25° von der einen zur anderen Seite des Bleches oder Bandes umgeführt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 767 369;
USA.-Patentschriften Nr. 2 005 901, 1 646 498;
Buch v. Hartsho>rn: »Radio-FrequencyHeating«, 1949, S. 57, Tab. 2.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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