DE2914277A1

DE2914277A1 - DEVICE FOR INDUCTIVE HEATING OF ROD-SHAPED WORKPIECES

Info

Publication number: DE2914277A1
Application number: DE19792914277
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: VERTINA ANSTALT
Current assignee: VERTINA ANSTALT
Priority date: 1978-04-11
Filing date: 1979-04-09
Publication date: 1979-10-25
Also published as: CH642505A5; ATA252378A; AT368824B

Abstract

In order to be able to heat elongated workpieces (6) inductively to a uniform final temperature, either an inductor (1) is provided, which has at least two winding sections (1a, 1b, 1c) which can be supplied separately from one another, or at least two inductors are arranged one behind the other in the workpiece feed direction, at least that winding section (1c) which is at the rear in the workpiece feed direction, or the rear inductor being supplied with power which can be controlled as a function of the workpiece temperature in its region. <IMAGE>

Description

Einrichtung zum induktiven Erwärmen von stangenförmigenDevice for inductive heating of rod-shaped

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. Workpieces Due to their length, workpieces cannot exceed their The total length of the inductor is detected, so is an inductive heating of such workpieces a uniform final temperature with the known devices is not possible, because part of the heat is conducted through heat conduction into the workpiece area not covered by the inductor flows away and this heat dissipation also from the length of the not covered by the inductor Workpiece section depends. A lower volume can of course only absorb a smaller amount of heat than a larger volume. This dependency the heat dissipation from the already inductively heated workpiece area into the The adjoining area naturally plays a role in materials with good thermal conductivity a larger role, so that bar material made of such materials has not been possible so far could be heated inductively, neither continuously nor in sections.

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. The invention is therefore based on the object of a device to create, with the help of which rod-shaped workpieces inductively to a uniform Final temperature can be heated so that it becomes possible to connect induction furnaces to be used with log scissors or other further treatment.

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. The invention solves the problem posed by at least two inductor or inductor that can be fed separately from one another at least two inductors arranged one behind the other in the workpiece feed direction, at least with respect to the workpiece feed rear winding section or the power supply of the rear inductor as a function of the workpiece temperature is controllable in its area. By dividing it into at least two heating areas, of which at least the rear one can be controlled with regard to the power supply over the rear heating area depending on the volume of the not yet by the induction furnace detected workpiece part different heat dissipation by accordingly regulated power supply are compensated, so that there is for the heating in result in constant conditions in the front area, which also ensure a uniform end temperature at the outlet end of the induction furnace. Since by the invention Device that can be warmed up differently in different areas of the workpiece, this device is also suitable for heating workpieces that are above their Length should have a certain temperature gradient.

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. It is therefore essential for the device according to the invention that at least the last section of those that can be fed with regard to the workpiece feed direction Inductor sections or the last of several inductors with regard to its heating power is controllable. This power control could possibly have a corresponding Power regulator take place continuously. Particularly simple and favorable conditions arise, however, when the power supply is switched on and off repeatedly the full power is controlled, because by such a clocked switching of the Performance of the different heating processes between the core and the outer layer of the Workpiece is taken into account in a particularly favorable manner. During the shutdown periods namely, the outer layer is cooled more than the core, so that a compensation compared to the warming period results in due to the skin effect the outer layer is heated much more strongly.

Die gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffes unterstützt dabei diesen Ausgleichsvorgang erheblich.The good thermal conductivity of the material supports this Compensation process considerably.

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. As common circuit breakers for switching higher power are unsuitable in comparatively short intervals, starting from a Set up with at least one, possibly via a transformer, to a feed network connected inductor and one to the inductor or the primary winding of the transformer parallel-connected compensation capacitor, proposed that the compensation capacitor and the inductor or the transformer winding existing parallel connection Thyristo switch is connected upstream, via a control device in each case The area of the voltage zero crossing can be actuated and that in series with the thyristor switch and the compensation capacitor a short-circuitable, only during the switching on and off switched on series resistor is.

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.Because of the high frequency of the compared to the frequency of the supply network Compensation processes when switching the inductor or the winding section on and off there is practically a short circuit across the compensation capacitor, so that the occurring surge short-circuit current is determined by the time value of the applied voltage. By moving the switch-on time to the area of the voltage zero crossing can consequently reduce the inrush current in connection with the series resistor can be reduced to a level that is acceptable for the thyristor switch. The series resistor at the same time dampens the equalization process, which is short compared to the network periods, and effects it an additional improvement in the phase angle. But with this series resistance does not cause any power loss, it is only activated during the switch-on and switch-off process switched on, but short-circuited the rest of the time.

Wegen der kurzen Belastungszeit kann dieser Vorwiderstand auch thermisch klein bemessen werden.Because of the short load time, this series resistor can also be thermal be made small.

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. In the drawing, the subject matter of the invention is in one embodiment shown schematically. 1 shows a device according to the invention for inductive heating of rod-shaped workpieces in the block diagram and Fig. 2 one suitable for switching the full heating output on and off in cycles Switching device, also in the block diagram.

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. As can be clearly seen from FIG. 1, the inductor 1 is divided into three winding sections la, Ib and 1c, which are separated from each other are connected to a three-phase electrical network. While for the in workpiece feed direction front winding section 1a no special regulation with regard to the power supply is available, a power regulator 2 is provided for each of sections 1b and 1c, the power supplied to the respective section as a function of the workpiece temperature controls in this section. Corresponding actual value transmitters 3 are provided for this purpose.

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. The workpiece temperature in the area of the non-controllable winding section 1a is also detected via a corresponding actual value transmitter 4 and one Device 5 supplied for a target / actual value comparison, but this device is used 5 only serves to prevent overheating of the workpiece 6 at the output of the inductor 1 to prevent the winding section 1a being switched off via the switch 7 will.

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. By controlling the supplied to the winding sections 1b and 1c Power can achieve a uniform end temperature at the output of the inductor because the different heat dissipation in the not yet from the inductor 1 detected workpiece section 8 can be compensated.

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. The power regulation takes place according to FIG. 2 by a clockwise addition. and switching off the power. A thyristor switch 9 is provided for this purpose, the one from the winding section 1c and the associated compensation capacitor 10 existing parallel connection is upstream. This thyristor switch 9 is ignited via a control device 11, preferably at the moment of Zero crossing of the voltage. For this purpose, the control device 11 is also acted upon by a control line 12 with the mains frequency. By choosing the The switch-on or switch-off current that occurs is limited. One additional limitation results from an ohmic series resistor 13, which in Series with the thyristor switch 9 and the compensation capacitor 10 is located. Parallel a switch 14 is provided for this series resistor 13, via which the series resistor 13 can be short-circuited. This switch 14 is necessary to reduce the power dissipation to keep 13 small by the series resistance. The series resistor 13 needs namely only to be switched on during the switch-on and switch-off process. The controlled Actuation of the switch 14 is indicated in the drawing by the control line 15. Via the actual value transmitter 3, after a setpoint / actual value comparison by the control device 11 the switching frequency for the thyristor switch 9 and thus the power supply to the winding portion 1c can be controlled in a desired manner.

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. With the help of the device described, above all workpieces Inductively heat with larger longitudinal extensions. Through the targeted power supply In particular, workpieces with good conductivity can be treated. the proposed device can therefore be used in a particularly advantageous manner continuous or section-wise heating of rod-shaped workpieces use made of aluminum. But it is also the so-called head heating of aluminum blocks possible at which a predetermined temperature gradient is reached over the length of the workpiece shall be. Finally, it should be mentioned that the device can also be used for wire drawing can be used to pull the wire to be drawn on an appropriate, even Bring working temperature.

Claims

Claims: Device for inductive heating of rod-shaped Workpieces, characterized by at least two separately feedable Winding sections (la,? B, lc) having inductor (1) or at least two in Workpiece feed direction one behind the other arranged inductors, with at least the rear winding section (lc) or the rear one with respect to the workpiece feed Inductor in its power supply depending on the workpiece temperature in is controllable in its area.

2. Device according to claim 1, characterized in that the power supply can be controlled by repeatedly switching the full power on and off.

3. Device according to claim 1 and 2 with at least one given case via a transformer to a feed network connected inductor and to Inductor or compensation T connected in parallel to the primary winding of the transformer capacitor, characterized in that the one from the compensation capacitor (10) and the inductor (ic) or the transformer winding existing parallel connection a thyristor switch (9) is connected upstream, which is controlled by a control device (11) can be actuated in each case in the area of the voltage zero crossing, and that in series with the thyristor switch (9) and the compensation capacitor (10) a short-circuitable, The series resistor is only switched on during the switch-on and switch-off process.