DE2914277A1 - Einrichtung zum induktiven erwaermen von stangenfoermigen werkstuecken - Google Patents

Description

• Einrichtung zum induktiven Erwärmen von stangenförmigen
• Werkstücken Können Werkstücke auf Grund ihrer Länge nicht über ihre Gesamtlänge vom Induktor erfaßt werden, so ist ein induktives Erwärmen solcher Werkstücke auf eine gleichmäßige Endtemperatur mit den bekannten Einrichtungen nicht möglich, weil ein Teil der Wärme durch Wärmeleitung in den nicht vom Induktor erfaßten Werkstückbereich abfließt und diese Wärmeableitung auch von der Länge des nicht vom Induktor erfaßten Werkstückabschnitts abhängt. Ein geringeres Volumen kann selbstverständlich nur eine kleinere Wärmemenge aufnehmen als ein größeres Volumen. Diese Abhängigkeit der Wärmeableitung aus dem bereits induktiv aufgeheizten Werkstückbereich in den daran anschließenden Bereich spielt naturgemäß bei Werkstoffen mit einer guten Wärmeleitfähigkeit eine größere Rolle, so daß Stangenmaterial aus solchen Werkstoffen bisher nicht induktiv erwärmt werden konnten, weder kontinuierlich, noch abschnittsweise.
• Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe auch stangenförmige Werkstücke induktiv auf eine gleichmäßige Endtemperatur erwärmt werden können, so daß es möglich wird, Induktionsöfen in Verbindung mit einer Blockschere oder einer anderen Weiterbehandlung zu verwenden.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch einen wenigstens zwei voneinander getrennt anspeisbare Wicklungsabschnitte aufweisenden Induktor bzw. wenigstens zwei in Werkstückvorschubrichtung hintereinander angeordnete Induktoren, wobei zumindest der bezüglich des Werkstückvorschubes hintere Wicklungsabschnitt bzw. der hintere Induktor in seiner Leistungszufuhr in Abhängigkeit von der Werkstücktemperatur in seinem Bereich steuerbar ist. Durch die Aufteilung in wenigstens zwei Erwärmungsbereiche, von denen zumindest der hintere bezüglich der Leistungszufuhr steuerbar ist, kann über den hinteren Erwärmungsbereich die in Abhängigkeit vom Volumen des noch nicht vom Induktionsofen erfaßten Werkstückteiles unterschiedliche Wärmeabfuhr durch entsprechend geregelte Leistungszufuhr ausgeglichen werden, so daß sich für die Erwärmung im vorderen Bereich konstante Verhältnisse ergeben, die auch eine gleichmäßige Endtemperatur am Austrittsende des -Induktionsofens sicherstellen. Da durch die erfindungsgemäße Einrichtung das Werkstück-bereichsweise unterschiedlich aufgewärmt werden kann, eignet sich diese Einrichtung auch für die Erwärmung von Werkstücken, die über ihre Länge ein bestimmtes Temperaturgefälle aufweisen sollen.
• Wesentlich für die erfindungsgemäße Einrichtung ist also, daß zumindest der bezüglich der Werkstückvorschubrichtung letzte Abschnitt derer sich speisbaren Induktorabschnitte bzw. der letzte von mehreren Induktoren hinsichtlich seiner Heizleistung steuerbar ist. Diese Leistungssteuerung könnte unter Umständen über einen entsprechenden Leistungsregler kontinuierlich erfolgen. Besonders einfache und günstige Verhältnisse ergeben sich Jedoch, wenn die Leistungszufuhr durch wiederholtes Zu- und Abschalten der vollen Leistung gesteuert wird, weil durch ein solches taktweises Schalten der Leistung der unterschiedliche Erwärmungsverlauf zwischen Kern und Außenschicht des Werkstückes in besonders günstiger Weise berücksichtigt wird. Während der Abschaltperioden wird nämlich die Außenschicht gegenüber dem Kern stärker abgekühlt, so daß sich ein Ausgleich gegenüber der Erwärmungaperiode ergibt, in der auf Grund des Skineffektes die Außenschicht wesentlich stärker erwärmt wird.
• Die gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes unterstützt dabei diesen Ausgleichsvorgang erheblich.
• Da übliche Leistungsschalter für das Schalten höherer Leistungen in vergleichsweise kurzen Intervallen ungeeignet sind, wird, ausgehend von einer Einrichtung mit wenigtens einem gegebenenfalls über einen Transformator an ein Speisenetz angeschlossenen Induktor und einem zum Induktor bzw. zur Primärwicklung des Transformators parallelgeschalteten Kompensationskondensator, vorgeschlagen, daß der aus dem Kompensationskondensator und dem Induktor bzw. der Transformatorwicklung bestehenden Parallelschaltung ein Thyristo schalter vorgeschaltet ist, der über eine Steuereinrichtung jeweils im Bereich des Spannungsnulldurchganges betätigbar ist und daß in Serie mit dem Thyristorschalter und dem Kompensationskondensator ein kurzschließbarer, nur während des Ein-und Ausschaltvorganges eingeschalteter Vorwiderstand liegt.
• Wegen der gegenüber der Frequenz des Speisenetzes hohen Frequenz der Ausgleichsvorgänge beim Ein- und Ausschalten des Induktors bzw. des Wicklungsabschnittes ergibt sich über den Kompensationskondensator praktisch ein Kurzschluß, so daß der auftretende Stoßkurzschlußstrom vom Zeitwert der anliegenden Spannung bestimmt wird. Durch das Verlegen des Einschaltzeitpunktes in den Bereich des Spannungsnulldurchganges kann folglich im Zusammenhang mit dem in Serie geschalteten Vorwiderstand der Einschaltstrom auf ein für den Thyristorschalter tragbares Maß reduziert werden. Der Vorwiderstand dämpft dabei den gegenüber den Netzperioden kurzen Ausgleichsvorgang und bewirkt eine zusätzliche Verbesserung des Phasenwinkels. Damit dieser Vorwiderstand aber keine Verlustleistung bedingt, wird er nur während des Ein- und Ausschaltvorganges eingeschaltet, in der übrigen Zeit aber kurzgeschlossen.
• Wegen der kurzen Belastungszeit kann dieser Vorwiderstand auch thermisch klein bemessen werden.
• In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung zum induktiven Erwärmen von stangenförmigen Werkstücken im Blockschaltbild und Fig. 2 eine für das taktweise Ein- und Ausschalten der vollen Heizleistung geeignete Schalteinrichtung, ebenfalls im Blockschaltbild.
• Wie der Fig. 1 deutlich entnommen werden kann, ist der Induktor 1 in drei Wicklungsabschnitte la, Ib und 1c unterteilt, die voneinander getrennt an ein elektrisches Dreiphasennetz angeschlossen sind. Während für den in Werkstückvorschubrichtung vorderen Wicklungsabschnitt 1a keine besondere Regelung hinsichtlich der Leistungszufuhr vorhanden ist, ist für die Abschnitte 1b und 1c jeweils ein Leistungsregler 2 vorgesehen, der die dem jeweiligen Abschnitt zugeführte Leistung in Abhängigkeit von der Werkstücktemperatur in diesem Abschnitt steuert. Zu diesem Zweck sind entsprechende Istwertgeber 3 vorgesehen.
• Die Werkstücktemperatur im Bereich des nicht steuerbaren Wicklungsabschnittes 1a wird über einen entsprechenden Istwertgeber 4 zwar ebenfalls erfaßt und einer Einrichtung 5 für einen Soll-Istwertvergleich zugeführt, doch dient diese Einrichtung 5 lediglich dazu, eine tjberhitzung des Werkstückes 6 am Ausgang des Induktors 1 zu verhindern, indem der Wicklungsabschnitt 1a über den Schalter 7 abgeschaltet wird.
• Durch die Steuerung der den Wicklungsabschnitten 1b und 1c zugeführten Leistung kann eine gleichmäßige Enitemperatur am Ausgang des Induktors erreicht werden, weil die unterschiedliche Wärmeableitung in den noch nicht vom Induktor 1 erfaßten Werkstückabschnitt 8 ausgeglichen werden kann.
• Die Leistungaregelung erfolgt gemäß Fig. 2 durch ein taktweises Zu-. und Abschalten der Leistung. Zu diesem Zweck ist ein Thyristorschalter 9 vorgesehen, der der aus dem Wicklungsabschnitt 1c und dem zugeordneten Kompensationskondensator 10 bestehenden Parallelschaltung vorgeordnet ist. Dieser Thyristorschalter 9 wird über eine Steuereinrichtung 11 gezündet, und zwar vorzugsweise im Augenblick des Nulldurchganges der Spannung. Zu diesem Zweck wird die Steuereinrichtung 11 auch über eine Steuerleitung 12 mit der Netzfrequenz beaufschlagt. Durch die Wahl des Schaltzeitpunktes wird der auftretende Ein- bzw. Ausschaltstrom beschränkt. Eine zusätzliche Begrenzung ergibt sich durch einen ohmschen Vorwiderstand 13, der in Serie mit dem Thyristorschalter 9 und dem Kompensationskondensator 10 liegt. Parallel zu diesem Vorwiderstand 13 ist ein Schalter 14 vorgesehen, über den der Vorwiderstand 13 kurzgeschlossen werden kann. Dieser Schalter 14 ist notwendig, um die Verlustleistung durch den Vorwider--stand 13 klein zu halten. Der Vorwiderstand 13 braucht nämlich nur während des Ein- und Ausschaltvorganges angeschaltet zu sein. Die gesteuerte Betätigung des Schalters 14 wird in der Zeichnung durch die Steuerleitung 15 angedeutet. Über den Istwertgeber 3 kann nach einem Soll-Istwertvergleich durch die Steuereinrichtung 11 die Schaltfrequenz für den Thyristorschalter 9 und damit die Leistungszufuhr zum Wicklungsabschnitt 1c in erwünschter Weise gesteuert werden.
• Mit Hilfe der beschriebenen Einrichtung lassen sich vor allem Werkstücke mit größeren Längserstreckungen induktiv erwärmen. Durch die gezielte Leistungszufuhr können insbesondere Werkstücke mit einer guten Leitfähigkeit behandelt werden. Die vorgeschlagene Einrichtung läßt sich daher in besonders vorteilhafter Weise zur kontinuierlichen oder abschnittsweisen Erwärmung von stangenförmigen Werkstücken aus Aluminium verwenden. Es ist aber auch das sogenannte Kopferwärmen von Aluminiumblöcken möglich, bei dem ein vorbestimmtes Temperaturgefälle über die Werkstcklänge erreicht werden soll. Schließlich sei noch erwähnt, daß die Einrichtung auch beim Drahtziehen eingesetzt werden kann, um den zu ziehenden Draht auf eine entsprechende, gleichmäßige Arbeitstemperatur zu bringen.

Claims (3)

1. Patentansprüche: Einrichtung zum induktiven Erwärmen von stangenförmigen Werkstücken, gekennzeichnet durch einen wenigstens zwei voneinander getrennt anspeisbare Wicklungsabschnitte (la, ?b,lc) aufweisenden Induktor (1) bzw. wenigstens zwei in Werkstückvorschubrichtung hintereinander angeordnete Induktoren, wobei zumindest der bezüglich des Werkstückvorschubes hintere Wicklungsabschnitt (lc) bzw. der hintere Induktor in seiner Leistungszufuhr in Abhängigkeit von der Werkstücktemperatur in seinem Bereich steuerbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungszufuhr durch wiederholtes Zu- und Abschalten der vollen Leistung steuerbar ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2 mit wenigstens einemgebenenfa7ls über einen Transformator an ein Speisenetz angeschlossenen Induktor und einem zum Induktor bzw. zur Primärwicklung des Transformators parallelgeschalteten KompensationsT kondensator, dadurch gekennzeichnet, daß der aus dem Kompensationskondensator (10) und dem Induktor (ic) bzw. der Transformatorwicklung bestehenden Parallelschaltung ein Thyristorschalter (9) vorgeschaltet ist, der über eine Steuereinrichtung (11) jeweils im Bereich des Spannungsnulldurchganges betätigbar ist, und daß in Serie mit dem Thyristorschalter (9) und dem Kompensationskondensator (10) ein kurzschließbarer, nur während des Ein- und Ausschaltvorganges eingeschalteter Vorwiderstand liegt.