-
Induktor für das partielle Erwärmen langgestreckter Werkstücke in
Längsrichtung Der Induktor für das partielle Erwärmen langgestreckter Werkstücke
in Längsrichtung und insbesondere für das Längsnahtschweißen von Schlitzrohren ist
gemäß Patent 907 roo so aufgebaut, daß ein das Werkstück ganz oder teilweise
umschließender bzw. überdeckender genuteter Körper mit hoher magnetischer Leitfähigkeit
und geringen Eisenverlusten vorgesehen ist. In die Nuten sind die Heizleiter derart
eingelegt, daß die Hälfte in einer dem aufzuheizenden Streifen benachbarten Nut
und die andere Hälfte auf die übrigen Nuten verteilt untergebracht ist.
-
Es hat sich nun gezeigt, daß die Herstellung solcher Induktoren dann
besonders einfach und zweckmäßig ist, wenn der Körper aus zwei Hälften besteht,
die vorzugsweise ,symmetrisch ausgebildet sind. Diese Körperhälften «-erden an einer
Längsnaht zusammengesetzt, und sie enthalten die 1Tuten oder bilden sie beim Zusammensetzen.
Die Nutenwandungen sind dabei so angeordnet, daß die Wicklungen frei in die Nuten
eingleiten können, wenn die Körperhälften über den zur Wicklung aufgebauten Leitern
zusammengesetzt werden.
-
Die Stoßnaht der beiden Körperhälften wird zweckmäßiger verzahnt,
wobei, sofern die Körper aus aufeinandergeschichteten Blechen bestehen, je@,eils
einzelne Bleche verzahnt ineinandergreifen können, oder aber es können ganze Blechgruppen
(Blechpakete) verzahnt ineinandergeschoben werden.
-
Abgesehen von dem vereinfachten Aufbau eines Induktors für das partielle
Erwärmen langgestreckter Werkstücke in Längsrichtung und insbesondere für das Längsnahtschweißen
von Schlitzrohren, soll durch die Vorrichtung gemäß Patent 907 ioo und durch
die vorgeschlagenen Maßnahmen eine größtmögliche Konzentration der
Heizwirkung
in der aufzuheizenden Zone, d. h. also vornehmlich im Bereich des Werkstückschlitzes,
erreicht werden. In weiterer Ausgestaltung der Gesamterfindung in Richtung auf dieses
Ziel wird eine besondere Formgebung der Wickelköpfe vorgeschlagen. Die Wickelköpfe
sind die Bereiche. in denen die Heizleiter von der Nut, gegenüber welcher die Heizwirkung
eintritt, zu den Nuten umgeführt werden, in denen die Leiter liegen, die nur der
Rückleitung des Stromes dienen. Während diese Maßnahmen eine Konzentration in axialer
Richtung, d. h. also eine Beeinflussung der Wirklänge zum Ziel haben, sind weitere
erfinderische Maßnahmen auf eine Konzentration bezüglich der Wirkbreite gerichtet,
indem der Üffnungsspalt der Nut bzw. dessen Ränder polschuhartige Gestaltung unter
Verringerung der Größe des Kopplungsspaltes erfahren. Außerdem kann die konzentrierende
Wirkung erhöht werden, indem in den Öffnungsspalt Leiter besonderer Form eingelegt
werden.
-
In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgedankens
.schematisch dargestellt, und zwar ist Abb. i eine perspektivische - Endansicht
des Nutenkörpers, Abb.2 eine perspektiviische Ansicht der Heizleiterwicklung ohne
Nutenkörper, Abb. 3 ein senkrechter Querschnitt :durch eine andere Ausführungsform
des Nutenkörpers, Abb. 4 ein senkrechter Teilschnitt durch den Öffnungsspalt der
Nut, Abb. 5 ein senkrechter Schnitt du"rch eine Heizleitersonderform und :ebb. 6
ein senkrechter Teilschnitt durch den öffnungsspalt der -Tut bei einer weiteren
Ausführungsform.
-
Das Schlitzrohr i wird von einem Induktorkörper teilweise überdeckt.
Dieser Induktorkörper besteht aus den Hälften 2' und 2", die im gewählten Beispiel
in bezug auf die senkrechte Mittelebene symmetrisch sind, Der Körper enthält die
Nuten 3, 4 und 5, wobei die Nuten q. und 5 in je einer Körperhälfte vollkommen ausgebildet
vorhanden sind. Von der Nut 3 dagegen ist in jeder Körperhälfte nur eine Hälfte
vorhanden. Werden die Körperhälften an der Trennlinie 6 zusammengesetzt, so ist
auch die Nut 3 voll ausgebildet.
-
Die Trennfuge 6 kann glatt sein, vorzugsweise wird jedoch eine Verzahnung
vorgesehen, wie bei 7 angedeutet. Da der Körper 2'-2" in den weitaus meisten Fällen
aus einzelnen Blechen lamelliert aufgebaut sein wird, ist es am einfachsten, die
Bleche jeder Körperhälfte abwechselnd überstehen zu lassen, so daß sie verzahnt
ineinandergreifen können. An Stelle der Verzahnung von einzelnen Blechen kann auch
eine Verzahnung von mehreren Blechen, d. h. also Blechgruppen oder Blechpaketen,
', erfolgen.
-
In dem Bündelungskörper 2 -2" können unter Umständen erhebliche Temperaturen
infolge von (3vsteresisverlu.sten auftreten. Die Wärme kann durch die kühlmitteldurchflossenen
Rohre 9 abgeführt werden. Die Rohre 9 liegen in Außennuten S der Körper 2' und 2"
und können dort eingelötet oder mittels Blei eingepreßt sein.
-
Wie aus Abb. i ersichtlich, sind die Nuten-Wandungen i o, 11, 1:2
und 13 waagerecht geführt und verlaufen parallel zueinander. Auf diese Weise ist
es besonders einfach, die Körperhälften auf die Wicklung aufzuschieben, die in Abb.2
beispielsweise dargestellt ist. Es ist aber ohne weiteres verständlich, daß die
Wandungen auch gegeneinander geneigt sein könnten, wenn sie nur in der Richtung
verlaufen, die mit derjenigen übereinstimmt, unter der die Körperhälften auf die
Wicklung aufgeschoben werden. Im gewählten Ausführungsbeispiel (Abt. i) ist vorgesehen,
daß das Aufschieben in waagerechter Richtung erfolgt.
-
Eine besonders zweckmäßige Art der Wicklung, die formenmäßig einfach
ist und nur eine geringe Isolation benötigt, weil benachbarte Leiter nur geringe
Potentialdifferenz aufweisen, ist in Abb. 2 schematisch dargestellt. Bei 21 und
22 sind die Anschlußschienen des Induktors dargestellt. Von der Anschlußschiene2i
führt der stromführende Leiterast, durch die Pfeile 23 gekennzeichnet, zur linksseitigen
Nut im Schirmkörper. Von dieser linksseitigen Nut aus wird er zur Mittelnut hinaufgeführt
und verläuft, wie durch Pfeil -24 angedeutet, in dieser bis zum Ende 25, von wo
aus er zur rechtsseitigen Nut, wie durch Pfeil a6 angedeutet, geführt wird. Am hinteren
Ende der Nut steigt er bei 27 zur Mittelnut auf und wird bei 28 entlang geführt,
um von dort aus, wie durch Pfeil 29 angedeutet, nunmehr der linksseitigen Nut zugeleitet
zu werden. So wird in abwechselnder Reihenfolge der Leiter, von ,der M ittelnut
kommend, nach Art eines Wickelkopfes einmal der linken und einmal der rechten Nebennut
zugeführt, bis schließlich die Anschlußschiene 22 erreicht ist.
-
Wie ohne weiteres ersichtlich, sind -die Leiter in den einzelnen Nuten
gleichsinnig stromdurchflossen. Trotz der großen Anzahl eckiger Leiter, nicht ganz
einfacher geometrischer Gesamtform, können diese leicht untergebracht werden, weil
die genuteten Körper auf die zur Wicklung aufgebauten Leiter von außen aufgeschoben
werden.
-
An sich ist es möglich, den Induktor durch ein Kühlmittel zu kühlen,
das von Anfang bis Ende den Heizleiter durchströmt. Es ist indes zweckmäßiger, den
gesamten Leiter in einzelne Kühlabschnitte zu unterteilen und diese Abschnitte jeweils
mit besonderen Kühlmittelzu- und -ableitunge-n zu versehen, wie sie bei 3o angedeutet
sind.
-
Mit einem Heizinduktor der Ausführungsform gemäß Abb. 2 kann sich
ein gewisses Mißverhältnis ergeben bezüglich der Wirklänge und Lage der Stelle höchster
Temperaturentwicklung einerseits und anderseits der Stielre, an der die Andruckrollen
beim Längsnahtschweißen von Rohren am Werkstück angreifen. Es ist vielfach erwünscht,
die Länge der Heizzone zu vergrößern, ohne hierdurch gezwungen zu sein, die Andruckrollen
in Achsrichtung weiter abzurücken, oder aber unter
Aufrechterhaltung
einer vorgewählten Heizlänge, die Andruckrollen in Achsrichtung näher an die Stelle
heranzurücken, an der die Höchsttemperatur erreicht wird. Einer solchen Maßnahme
sind aber die Wickelköpfe und insbesondere der Wickelkopf am Auslaufende des Induktors
im Wege. Eis hat sich indes gezeigt, daß der in Achsrichtung gebildete Winkel 31
zwischen der Stromrücklaufnut und den Leiterabschnitten im Wickelkopf nicht, wie
in Abb. 2 gezeigt, 9o° betragen muß; es ist vielmehr möglich, die Leiter im Bereich
des Wickelkopfes zur Vorschubrichtung geneigt anzuordnen, wie dies für einen Leiter
bei 32 in Abb. 2 gestrichelt angedeutet ist. Auf diese Weise wird die axiale Länge
der eigentlichen Heizleiter größer alis die der Rückleiter, und es ist möglich,
den Punkt 33, an dem etwa die Andruckrollen am Werkstück angreifen, um das Verschweißen
des Schlitzes sicherzustellen, relativ näher an den Induktor heranzurücken.
-
Die Wirkung dieser Maßnahme kann noch weiter gefördert werden, indem
nicht, wie in Abb. 2 dargestellt, die einzelnen Leiter im Wickelkopf axial hintereinanderliegen,
sondern indem sie radial zur Achse des Induktors übereinander angeordnet werden.
-
Beide Maßnahmen, die der Verlängerung der nutzbaren aktiven Heizlänge
des Induktors dienen, können, jede für sich, aber auch gemeinsam miteinander angewendet
werden.
-
Insbesondere beim Längsnahtschweißen von Rohren ist es aber nicht
nur wesentlich, daß die axialle Wirklänge des Induktors abgestimmt ist auf die gegebenen
Sonderverhältnisse, es muß vielmehr auch für eine erhöhte Konzentration der Heizwirkung
in der Nähe der zu verschweißenden Ränder gesorgt werden, wobei gleichzeitig verhindert
werden muß, daß sich der übrige Umfang des zum Schlitzrohr gebogenen Werkstückes
nennenswert erwärmt.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe hat es sich als zweckmäßig erwiesen, den
Kopplungsspalt des statorartigen Blechkörpers im Bereich der heizenden Leiter, vorzugsweise
durch polsch,uhartige Ausbildung, zu verringern. Eine solche Ausführungsform ist
in Abb. 3 dargestellt. Der Statorkörper ist aus zwei Hälften 2' und 2" aufgebaut;
es wäre indes auch eine andere Form des Aufbaues möglich. Es sind ferner Kühlrohreg
vorgesehen, wie dies auch bei dem Stator gemäß Abb. i der Fall ist. In der Nut 3
sind die eigentlichen Heizleiter 34 in zwei Reihen senkrecht übereinander angeordnet.
In den Nuten d. und 5 sind die Rückleiter 35 einreihig übereinander vorgesehen.
Selbstverständlich sind hier auch andere Möglichkeiten der Anordnung gegeben.
-
Der Öffnungsspalt 36 der Nut 3 zeigt konisch verjüngte Wänide, und
außerdem springt.der Statorkörper, wie bei 37 angedeutet, in Nachbarschaft des Spaltes
36 zurück. Auf diese Weise entstehen polschuhartige Gebilde 38 mit enger Kopplung
zu den Schlitzrändern des Werkstückes i. Die Folge dieser Anordnung ist eine starke
Konzentration der Heizwirkung in diesem Bereich. Die Konzentration wird erhöht,
wenn in den Abschnitten 37, wo der Kopplungsspalt vergleichsweise groß ist, elektrisch
gut leitende Körper, wie beispielsweise Kupferkörper, eingelegt werden. Die Konzentrationswirkung
erfolgt mittels dieser Körper dadurch, daß die Felder verdrängt werden. Die Körper
können wassergekühlt sein, wodurch auch noch der statorartige Blechkörper 2'-2"
gekühlt wird.
-
Wenn der Öffnungsspalt der Nut 3, wie in Abb. 3 vorgeschlagen, ausgebildet
wird oder eine ähnlich verengte Form zeigt, ist es schwierig, Leiter in den eigentlichen
Spalt einzulegen. An dieser Stelle Leiter vorzusehen, ist aber im Sinne einer Feldkonzentration
erwünscht. Zur Lösung dieser Aufgabe wird, wie aus Abb. q. ersichtlich, vorgeschlagen,
zwei dreieckige Heizleiter 39 in den Spalt 36 einzulegen. An Stelle zweier solcher
Leiter kann auch ein einziger dreieckförmiger Leiter 39' (Abb.5) verwendet werden.
In jedem Falle sind die Dreieckspitzen auf das Werkstück zu richten. Obwohl die
Spaltbreite sehr gering ist, wird trotzdem die günstige Wirkung ausgenutzt, die
durch Anordnung von Heizleitern im Spalt entstehen.
-
In Abwandlung des Vorschlages kann auch so verfahren werden, daß die
beiden unteren Heizleiter 3,4 mit Ansätzen ,4o versehen werden, die durch den Spalt
hindurchragen (Abb. 6). Sinngemäß ist es selbstverständlich denkbar, solche Ansätze
auch an Dreiecksleitern, etwa gemäß Abb. q., vorzusehen oder auch bei einem einzigen
Dreiecksleiter gemäß Abb. 5 anzubringen. Es ergibt sich alsdann eine Anordnung,
wie sie in Abb. 3 bei 39'
und do dargestellt ist. Die Ansätze 4.o können gekühlt
sein, und sie können mit dem dazugehörigen Heizleiter durch- Schweißen, Löten, Nieten
od. dgl. verbunden sein.
-
In manchen Fällen ergibt sich eine günstige Wirkung dann, wenn ein
solcher Ansatz 40, wie insbesondere aus Abb. 3 ersichtlich, so verlängert wird,
daß er in den Schlitz des Werkstückes hineinragt. Die Feldverteilung wird auf diese
Weise eine andere, und( insbesondere die beim Verschweißen aufeinanderstoßenden
Flächen des Schlitzes werden stark erwärmt. In diesem Falle wird das Ansatzstück
zweckmäßig aus einem Blech gebildet, das am untersten Heizleiter angelötet oder
angeschweißt ist. Es ist ferner möglich, diesen Ansatz aus hitzebeständigem und/oder
verschleißfestem Werkstoff herzustellen. Es ist aber auch möglich, Kupfer zu verwenden
und ihn mit einem in der Wärme verschleißfesten und/oder elektrisch isolierenden
Werkstoff zu panzern. Die Panzerung kaivn aus einem hitzebeständigen Stah'1 bestehen;
es kann aber auch ein oxvd- oder metallkeramischer Überzug vorgesehen werden, beispielsweise
aus Speekst@ein, Siliziumkarbid, Hartmetall od,. dgl. Ein so gepanzerter Ansatz
kann auch als Lineal zur Führung des durch die Vorrichtung hindurchlaufenden Werkstückes
dienen.
-
Ein Ansatz do bietet ferner die Möglichkeit, den Induktor an dieser
Stelle zu erden. Dies hat
besondere Vorteile, insbesondere dann,
wenn, rein elektrisch gesehen, dafür gesorgt wird, daß in dem Bereich, wo die Erdung
vorgesehen wird, etwa die Mitte des gesamten Potentialgefälles der Induktionseinrichtung
liegt. Spannungsüberschläge, die Beschädigungen hervorrufen können, werden auf diese
Weise wirksam verhindert. Des weiteren eröffnet ein solcher Ansatz die Möglichkeit,
ein axial in das Werkstück eingeführtes Kupferkühirohr mit diesem zusammenwirken
zu lassen. Dieses Kupferrohr in Abb. 3, bei .li angedeutet, trägt ebenfalls zur
Feldgestaltung bei. Die feldgestaltende Wirkung kann unterstützt werden durch ein
lamelliertes Blechpaket 42. Das Kühlmittel, das aus dem Rohr -.i abgeführt wird,
kann einfach in das fertige Rohr i ablaufen, oder aber es kann der Austritt so gestaltet
werden, daß die Flüssigkeit gegen die geschweißte Naht gespritzt wird, um diese
wirksam zu kühlen und/oder abzuschrecken.
-
Es ist verständlich, daß die in Verbindung mit denn Statorkörper und
seine Wicklungen beschriebenen Maßnahmen jeweils einzeln oder gleichzeitig zu mehreren
angewendet werden können. Welche Maßnahmen in jedem Einzelfalle miteinander zu kombinieren
sind, um den gewünschten Endzl"#veck zu erzielen, wird sich für den Fachmann ohne
weiteres ergeben.