Ofen zur. Erwärmung von metallischen Teilen Die Erfindung bezieht sich auf .einen Ofen zur Erwärmung von metallischen Teilen mittels eines um laufenden mechanisch angetriebenen Magnetsystems mit von Pol zu Pol wechselnder Polarität unter Ausnutzung des Wirbelstrom- und/oder Hysterese- effektes.
Das Prinzip, das Aufheizen von Metallen zur Warmverformung mit Hilfe von Wirbelströmen vor zunehmen, ist bereits seit langem bekannt. Hierbei ruht das zu erwärmende Werkstück, während die Magnete, die .der Form der aufzuheizenden Metall stücke angepasst sind, rotieren.
Bei diesen Wirbelstromerhitzern tritt die Schwie rigkeit auf, dass das die Wirbelströme erzeugende Magnetsystem durch die bei ider Erhitzung auftreten den hohen Temperaturen in Mitleidenschaft gezogen werden kann. Insbesondere verlieren die Magnete ihren Magentismus, wenn sie durch diese hohen Temperaturen über ihren Curie-Punkt hinaus, der bei verschiedenen Magnetwerkstoffen schon bei 450 C liegt, erhitzt werden.
Ausserdem werden empfindliche elektrische Teile, wie beispielsweise die Spulenkörper und,die Spulenwicklung, zerstört. Man musste deshalb zwischen den zu erhitzenden Teilen und dem Dauermagnetsystem beachtliche Luftspalte vorsehen. Durch diese Luftspalte fällt jedoch die magnetische Feldstärke sehr steil ab. Diesen Nachteil versucht man durch höhere Umlaufgeschwindigkeiten des Magnetsystems: oder durch sehr starke Erreger ströme für die Elektromagnete auszugleichen.
Durch diese Massnahme wird jedoch das ganze System un wirtschaftlich und unhandlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und einen Ofen zur wirt schaftlichen Erwärmung von metallischen Teilen durch rotierende Magnete zu schaffen, ider es ge stattet, auch hohe Temperaturen in thermisch zu behandelndem Gut zu erzeugen, ohne dass die Ma gnete oder andere Teile des Magnetsystems durch eine schädliche Temperatureinwirkung beschädigt oder gar zerstört wenden.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, durch besondere Ausbildung der Magnetsysteme mit grossen Luftspalten bei technisch üblichen Umfangsgeschwin digkeiten und geringem Aufwand einen Ofen zu schaffen, der eine lange Lebensdauer bei übersicht lichem Aufbau und geringen Wartungskosten be sitzt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass eine Wärmeisolationskamuner vorgesehen ist, die das zu behandelnde Gut umschliesst und dass die Magnetfelder des umlaufenden Magnetsystems durch die Kammerwand hindurch das thermisch zu behandelnde Gut erwärmen und dass Mittel vorhan den sind, um dieses Gut kontinuierlich in Längs richtung des Ofens zu bewegen.
Durch diese Massnahme wird es ermöglicht, den Ofen für idie verschiedensten Erwärmungzwecke zu verwenden, beispielsweise zum Emaillieren, zum Trocknen von lackierten oder mit Kunststoff zu über ziehenden Teilen oder Blechen, wobei die Gegen stände !selbst aus elektrisch leitfähigem Material bestehen müssen, damit sich in den Teilen dis Wirbel ströme ausbilden können, sowie ganz allgemein zum Aufheizen und Glühen von Metallstücken, Bändern, Stangen,
Rohren, zum Verzinnen und idergleichen. Ausserdem ist es möglich, die Wärmebehandlung unter einer besonderen Atmosphäre, wie beispiels weise einer neutralen oder reduzierenden, vorzuneh men, weil durch die :erfindungsgemäss vorgeschlagene Wärmeisolationskammer das thermisch zu behan delnde Gut von der Aussenatmosphäre vollkommen abgeschlossen werden kann. Die Wärmebehandlung kann aber auch unter Vakuum erfolgen. Die Wärmeisolationskammer, die das zu erhit zende Gut von dem umlaufenden Magnetsystem trennt, ist z.
B. aus einem elektrisch und magnetisch nicht leitenden, hitzebeständigen Werkstoff herge stellt; vorzugsweise wird man einen keramischen Werkstoff verwenden.
Die zur Erzeugung der Wirbelströme erforder lichen starken Magnetfelder können durch Dauer magnete oder durch Elektromagnete hervorgerufen werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von anisotropen Dauermagneten, die senkrecht zu ihrer Magnetisierungsachse eine geringere P:ermea- bilität aufweisen als in Magnetisierungsrichtung.
Durch diesen Vorschlag wind ,der Streufluss zwi schen zwei benachbarten Polen weitgehend vermin dert, so dass es gelingt, selbst bei einem grossen Luftspalt noch ein starkes Feld zu erzeugen, welches die Wärmeisolationskammer nahezu senkrecht @durch- dringt und eine gleichmässige Erwärmung des in ihr befindlichen Gutes garantiert.
Bei Verwendung von Dauermagneten zur Er zeugung ;der Wirbelströme können diese zusätzlich mit einer Erregerspule, die ,eine verhältnismässig ge ringe Anzahl von Windungen besitzt, versehen wer den. Durch ein Kondfensatorendadegesäte kann in die sen Windungen ein starker Stromstoss erzeugt werden, um diese Dauermagnete mehr oder weniger zu ma gnetisieren bzw. zu entmagnetisieren.
Auf diese Weise kann man die magnetische Induktion der Dauer magnete in der gewünschten Art und Weisse erhöhen oder verringern, um die gewünschte Temperatur zur Erwärmung der metallischen Teile einzustellen.
Wer den nur Elektromagnete verwendet, wird die T:empe- raturregulierungdurch eine Erhöhung oder Erniedri gung des Erregerstromes herbeigeführt, jedoch ist der Stromverbrauch gegenüber der Regulierung, bei. der Dauermagnete mehr oder weniger durch kurze Stromstösse ausmagnetisiert werden, wesentlich höher.
Bei der Verwendung von Dauermagneten, idie voll aufmagnetisiert sind, @d. h. ohne zusätzliche Erregung durch Gleichstrom, kann die Feldstärke durch Ver änderung des Abstandes der Magnete zum erwärmen den Gut reguliert werden.
Die Magnete können in einer zweckmässigen Ausgestaltung der Erfindung auf einen scheiben- förmigen, vorzugsweise aus ferromagnetischem Werk stoff bestehenden Trägerkörper; der mit der mecha nisch angetriebenen Antriebswelle verbunden ist; an gebracht werden.
Die Magnete können aber- auch auf einem topf- oder zylinderförmig ausgebildeten Ro- tationskörper befestigt sein.
Diese Ausbildung richtet sich nach :der Form ides zu erwärmenden Werk stückes und der Gestalt der Wärmeisolationskammer. Die topfförmige Gestaltung hat den Vorzug, dass die Wandstärke der Wärmeisolationskammer inner- halb ,des Topfes verstärkt wenden kann. Ausserdem können Metallarmaturen zur Halterung der Wärme isolationskammer angebracht werden, da diese nicht im Einflussbereich der rotierenden Magnetfelder ste hen.
Die Befestigung kann in einem solchen Falle durch die vorzugsweise hohl ausgebildete Antriebs welle der umlaufenden Magnetsystems erfolgen.
Es ist vorteilhaft, zur Erzielung einer hohen magnetischen Feldstärke bei einem grossen Luft spalt zwei rotierende Magnetsysteme gegenüberlie gend anzuordnen, so dass deren Achsen auf ,einer Mittellinie liegen. In diesem Falle müssen die beiden Magnetsysteme synchron laufen und gleiche Polzahl aufweisen, wobei die Pole mit ungleichnamigen Vor zeichen gegenüberstehen.
Auf diese Weise gelingt es, ein Feld zu erzeugen, das durch die Ofenkammer nahezu senkrecht auf das zu erwärmende Gut ein wirkt. Je nach Durchlaufgdschwindigkeit und der gewünschten Temperatur können auch mehrere @der- artige Magnetsysteme hintereinander, bei grosser Breite des zu erwärmenden Gutes auch nebeneinan der, odar versetzt angeordnet sein.
Man kann auch derartige Magnetsysteme so an ordnen, dass ihr Luftspalt nicht parallel ist und somit die Mittellinien der Drehachsen im Winkel zuein ander stehen. Durch diese Massnahme wird idie Feld stärke an der engen Zone ,erhöht, an der weiteren verringert. Dies hat zur Folge, idass in dem engen Luftspalt eine höhere Wärmemenge dem zu behan delnden Gut zugeführt wird.
Solche Massnahmen sind vorteilhaft, wenn Gegenstände mit verschieden artigem Querschnitt zu erwärmen sind, aber auch bei gleichem Querschnitt kann eine solche Anordnung vorteilhaft sein, insbesondere dann, wenn mehrere Scheiben Verwendung finden, um eine gleichmässige Erwärmung des- Gutes sicherzustellen.
Eine derartige Anordnung, bei der idie Mittel linien der Drehachsen von mehreren Systemen im Winkel zueinander stehen, ist auch idenn vorteilhaft anwendbar, wenn Gegenstände erwärmt werden sol- len, die keine parallelen Flüchen besitzen.
So wird man beispielsweise bei .der Erwärmung von Rohren drei derartige Magnetsysteme vorsehen, deren An triebsachsen jeweils 1m Winkel von 120 zueinander stehen.
Für verschiedene Erwärmungszwecke, insbeson- dere bei geringer Höhe der Erwärmungszone, genügt es aber- auch, wenn die rotierenden Magnete nur auf einer Seite vorgesehen sind.
Man kann aber auch die Magnete auf einer Seite anordnen und auf der der Wärmeisolationskannmer gegenüberliegenden Seite ein Kraftlinienrückschlussjoch aus ferromagne- bsch gut- leitendem Werkstoff, das mit den gegen überliegenden Magneten rotiert, vorsehen.
Auf alle Fälle- muss angestrebt werden, dass die Kraftlinien senkrecht oder nahezu senkrecht die Wärmeiisolations- kamner und' damit auch das zu erwärmende Gut !durchdringen. Das ;setzt voraus, @dass der Streufluss zwischen zwei benachbarten Violen gering ist.
Zu diesem Zweck wird bei Verwendung von zwei @syn- chron rotierenden, sich gegenüberstehenden Magnet systemen der Polabstand' zweier benachbarter Pole gleich oder grösser als der Abstand der sich gegen überstehenden rotierenden Wirbelstromerzeugern ge wählt:
Bei Verwendung von nur einem rotierenden Ma gnetsystem soll der Polabstand zweier auf dem Ma gnetsystem sich befindender benachbarter Pole gleich oder grösser -sein als der maximale Abstand zwischen diesem.
Es kann auch das thermisch zu behandelnde Gut kontinuierlich in Längsrichtung des Ofens durch die Wärmeisolationskammer bewegt werden, während .die Magnetfelder durch die Kammerwand auf das zu behandelnde Gut -einwirken.
Zu @diesem Zweck können die thermisch zu behandelnden Teile auf einer Fördereinrichtung aus magnetisch und elek trisch nicht leitendem, wärmebeständigem Werkstoff oder mit Rollen, Führungsstücken oder :dergleichen durch (die Wärm@elsolationskammer geführt werden.
Vielfach ist es: erwünscht, die zu erwärmenden Profile, Bandei, Rohre und\ dergleichen ohne Je gliche Berührung mit den zur Beförderung dienenden Mitteln durch die Behandlungszone hindurchzufüh- ren, weit durch eine derartige Berührung eine Be- schädigung d er Oberflächen der hoch erhitzten Teile eintreten könnte.
Insbesondere ist eine Beschädigung dann zu befürchten, wenn,die Gegenstände mit einer Lackschicht überzogen sind oder beim Emaillieren. Vielfach .sollen auch beide Seiten .mit einer Schutz schicht überzogen werden, :so dass ,eine berührungs freie Durchführung durch die Erwärmungszone unbe dingt erforderlich ist.
In diesem Falle können die durch rotierende Magnetfelder hervorgerufenen ponderomotorischen Kräfte dazu ausgenutzt werden, die thermisch zu be handelnden Teile, die aus einem Werkstoff bestehen müssen, der elektrisch gut leitend ist, jedoch keine ferromagnetischen Eigenschaften nufweiA, während des Durchlaufes im Schwebezustand halten.
Zu idie- sem Zweck können die oder mehrere mit Polen wechselnder Polarität versehene, mechanisch ange triebene Scheiben. unterhalb oder Wärmelsolations- kammer ausserhalb der Erwärmungszone angeordnet werden.
Innerhalb der Wärmezone wird der Schwebezu stand des zu erhitzenden Gutes durch die zu beiden Seiten der Wärmeisolationskammer angeordneten ro tierenden Magnete erreicht, wobei gleichzeitig die Erhitzung des Bandes durch die von den rotierenden Magneten wechselnder Polarität im zu erhitzenden Gut mnduziert@en Wirbelströme. erfolgt.
Die "m der Kühlzone eingebauten Magnetanord nungen dienen lediglich dazu, den Schwebezustand zu sichern. Da hierfür nur eine geringe Leistung erforderlich ist, erfolgt dementsprechend auch nur eine geringe Wärme des im Schwebezustand zu haltenden Teiles. Falls diese Erwärmung noch stört; kann sie leicht durch bekannte Mittel, wie z. B. Kühlluft, abgeführt werden.
Ein derartiger Ofen, der es gestattet, eine thernü- sche Behandlung durch von rotierenden Magneten in den zu behandelnden Teilen induzierte Wirbel ströme vorzunehmen- und gleichzeitig einen Schwebe- zustand zu ermöglichen, kann bei der Herstellung von Metallbändern, vorzugsweise von Alu-Bändern, vorteilhaft zwischen die einzelnen Walzvorgänge ein geschaltet werden,
wodurch ein kontinuierlicher Ar- beitsprozess erreicht wird, der eühe beachtliche Ver ringerung der Herstellungskosten sowie- eine Ver- kleinerung des Abfalles ermöglicht.
Weitere Einzelheiten sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen: Fig.l einen senkrechten Längsschnitt durch einen Wärmeofen, Fig.2 horizontalen Längsschnitt nach der Link 1-I der Fig. 1.
An dem schematisch dargestellten Ofengestell 1 des in Fig. 1 dargestellten Wärmeofens ist (die Wär- meisolationskammer 2 mit Hilfe von Stahlbandagen 3 aufgehängt. Die Wärmeisolationskammer 2, die das thermisch zu behandelnde bandförmige Gut 14 allseitig umgibt, ist aus keramischem Werkstoff her gestellt.
Zu beiden Seiten der Wärmeisolationskam- mer sind die mechanisch mit asynchroner Drehzahl angetriebenen Magnetsysteme zur Erhitzung des in .der Wärmeisolationskammer befindlichen Gutes- an geordnet. Jedes dieser Systeme besitzt eine im Ofen gestell mittels Kugellager 4 gelagerte hohl ausge bildete Antriebswelle 5, die durch einen nicht darge- stellten Antrieb mothr in rotierende Bewegung ver setzt wird.
Durch :die hohl ausgebildete Antriebswelle kann, in vorteilhafter Weise eine weitere Stahlbandage 3 zur Halterung der Wärmeisolationakammer ge führt wenden.
An der Antriebswelle ist der topfförmig ausge bildete, rotationssymmetrische Körper 6 befestigt. Dieser besitzt einen verbreiterten Topfrand 7, auf dem die. Magnete, im vorliegenden Fall die Dauer- magnet-- 8, angeordnet ,sind. Die Dauermagnete sind mit einer Wicklung 9 geringer Windungszahl um geben. Die Stromzuführungsleitungen 10 der einzel neu Wicklungen sind an Schleifringe 11 geführt.
Durch ein Kondensatorentladegerät 12 werden die Dauermagnete mittels elektrischer Stromimpulse ent sprechender Grösse und Richtung mehr oder weniger stark auf- bzw.
entmagnetisiert, um so auf einfache Weise eine Temperaturregulierung des durch den Ofen geführten Gutes herbeizuführen. Durch einen Umschalter 13 können die um die Dauermagnete gelegten Wicklungen auch mit Gleichsitrom erregt werden.
Die Wärmeisolationskammer 2 ist mit einer ringförmigen Nut 32 versehen, in ;der die Dauer magnete B rotieren. Damit wird erreicht, @dass das wirksame Feld möglichst nahe am zu erhitzenden Gut erzeugt wird: Zur Kühlung der rotierenden Magnetsysteme sind innerhalb des topfförmig ausgebildeten, rotations- symmetrischen Körpers 6 Lüfterflügel 33 angebracht.
Durch diese Lüfterflügel wird die: Kaltluft durch die in dem topfförmigen Körper angeordneten Öffnungen 34 angesaugt und um die in der Nut 32 der Wärme- Isolationskammer rotierenden Dauermagnete 8 he rumgeleitet. Dieser Kühlluftverlauf ist durch die an gegebenen Pfeile veranschaulicht.
Durch die hoble Antriebswelle 5 der Magnet .systeme bzw. durch den hohl anisgebildeten Schaft der Stahlbandage sowie .durch die Bohrung 28 der Wärmeisalationskammer kann ein Wärmemessfühler 29 zwecks Kontrolle bzw. Einregulierung der Behand lungstemperatur bis an das zu erwärmende Gut herangeführt werden.
Durch die rotierenden Magnetsysteme werden in dem elektrisch leitenden Gut, welches im vor liegenden Ausführungsbeispiel bandförmig ausgebil det ist, Wirbelströme erzeugt,
welche die Erhitzung desselben bewirken. Gleichzeitig wird das Band -durch von Wirbelströmen hervorgerufene ponderomotori sehe Kräfte im Schwebezustand innerhalb der Wär- meisolationskammer gehalten.
In der Kühlzone 15 wird der Schwebezustand des thermisch behandelten Bandes durch rotierende Magnetpolscheiben 16 aufrecht erhalten. Die An- triebswellen 17 dieser Magnetpolscheiben sind in einem Lagergehäuse 18 mittels Kugellager 19 ge lagert. Das Lagergehäuse 18 ist auf Führungssäulen 20 senkrecht zur Rotationsebene der Magnetpol scheiben verschiebbar angeordnet.
Mit Hilfe der Schubstange 21 über Kniehebel 22 kann auf einfache Weise der Abstand der ro tierenden Magnetpolscheiben zur Wärmeisolations- kammer verändert und danüt die gewünschte Schwe behöhe einreguliert werden. Der Antrieb der rotieren den Magnetpolscheiben 16 erfolgt durch Aden An triebsmotor 23 über die Zahnräder 24, 25, 26, 27.
Fig. 2 zeigt den unterhalb der Wärmeisolations- kammer 2 angeordneten topfförmig ausgebildeten rotationssymmetrischen Körper 6, auf dem die Dauermagnete 8 mit wechselnder Polfolge ange bracht sind. Der Polabstand zweier benachbarter Ma gnete 8 soll. hierbei gleich oder grösser sein,
als der gegenseitige Abstand ider ,sich gegenüberstehenden Magnete der topfförmig ausgebildeten rotationssym metrischen.
Innerhalb der Wärmeisolationskammer 2 wird das. zu behandelnde bandförmige Gut 14 über dass Magnetsystem hinweggeführt.
Fernerhin ist aus Fig. 2 die Anordnung 4er rotierenden Magnetpolscheiben 16 ersichtlich, die das zu behandelnde bandförmige Gut im Schwebe zustand halten. Die auf den Magnetpolscheiben 16 eingezeichneten Pfeile geben die Drehrichtung id'er- selben an.
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind idie auf der Scheibe befestigten Dauermagnete 30 schei benförmig ausgebildet und - wie besser aus Fig. 1 hervorgeht - auf einer Weicheisenzückschlussplatte 31 befestigt.
Durch das von den rotierenden Magnetscheiben hervorgerufene magnetische Feld werden in Odem bandförmigen Gut 14 Wirbelströme erzeugt, die die- ses, da das Band in seitlicher Richtung nicht aus gelenkt werden kann, im Schwebezustand halten.