Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen und Induktionsspule zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung befasst sich mit einem Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von fer- ritischen Blechen und einer Induktionsspule zur Aus übung des Verfahrens.
Das induktive Erwärmen von ferritischen Blechen in Stück- oder Bandform erfordert bekanntlich dann besondere Massnahmen, wenn es sich darum handelt, Bleche mit geringer Stärke zu erwärmen, und zwar vornehmlich, wenn es sich um Stärken von 0,5 mm und weniger, beispielsweise 0,10-0,35 mm, handelt.
Das Erwärmen von Blechen kann aus den ver schiedensten Gründen notwendig sein; von ganz be sonderer Bedeutung ist diese Massnahme aber bei der Herstellung von verzinnten Blechen. Die Bleche werden galvanisch verzinnt, und die so aufgebrachte Zinnschicht muss anschliessend aufgeschmolzen wer den. Hierzu sind Temperaturen notwendig, die unter 500 C liegen, und zwar insbesondere zwischen 200 und 300 C betragen. Sehr wesentlich ist hierbei, dass die niedergeschmolzene Zinnschicht bis zu dem Augenblick ihrer Erhärtung nicht mit irgendwelchen Teilen in Berührung gerät, weil sonst eine einwand freie, glänzende Zinnoberfläche nicht gewährleistet ist.
Schon frühzeitig ist der Vorschlag gemacht wor den, Blechbänder zum Zwecke des Zinnaufschmel- zens 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 prak tisch ausschliesslich unter Anwendung hochfrequenter Ströme gearbeitet worden.
Da das Band in Achsrich tung der Spulen durch den Induktor hindurchläuft, durchsetzt das magnetische Feld das Band in Vor- schubrichtung 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 ha ben sich für dieses Verfahren Frequenzen in der Grö ssenordnung von<B>100000</B> Hz und höher als notwen dig erwiesen. Es ist also erfreulich, Röhrengenerato ren anzuwenden.
Wenn die Bandgeschwindigkeit während des Aufheizvorganges sehr gross ist, müs sen diese Röhrengeneratoren, um den Produktions bedingungen entsprechen zu können, mit einer Aus gangsleistung von 500 kW und mehr ausgelegt sein. Solche Generatoren herzustellen, bereitet bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten, und ausserdem sind der artige 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 Fre quenzen jedoch überhaupt eine Erwärmung der dün nen Bänder zu ermöglichen, ist die sogenannte Quer felderwärmung angewendet worden. Beiderseits des Bandes wurden Spulen mit Magnetkernen angeord net, und so eine magnetische Durchflutung quer zum Band sichergestellt. Unter Anwendung dieser Mass nahme 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 ein seitig an eine der Magnetspulen herangezogen und gerät mit dieser in Berührung. Dadurch wird die Bandoberfläche beschädigt.
Die Folge dieser Schwierigkeit ist, dass - ob wohl sich das induktive Erhitzen als ganz besonders zweckmässig gerade für das Aufschmelzen der Zinn schichten anbietet - in der Praxis für diesen Zweck nur selten von der Induktionserhitzung Gebrauch ge macht und dem elektrischen Erhitzen im unmittel baren Stromdurchgang der Vorzug gegeben wird. Diese Erhitzungsart hat aber für den gedachten Zweck ebenfalls besondere Nachteile.
Es besteht somit ein ausgesprochenes Bedürfnis dafür, Blechbänder unter Verwendung von Induk tionsspulen, die das Band umfassen, mit solchen An lagen aufzuheizen, die einerseits widerstandsfähig sowie betriebssicher und zum anderen imstande sind, grosse und grösste Leistungen abzugeben.
Mittelfrequenzanlagen, das heisst solche mit einer Frequenz von 1000 bis 20000 Hz, entsprechen die sen Forderungen. Diese Anlagen bei Verwendung einer Frequenz von 5000 oder 10 000 Hz einzuset zen, ist dann möglich, wenn gemäss der überraschen den Erkenntnis der Erfinder mit einer niedrigen Lei stungsdichte gearbeitet wird. Bekanntlich ist es beim Induktionserhitzen ganz allgemein üblich, mit grosser Leistungsdichte zu arbeiten - bei 10 000 Hz mit 1 kW/cm2 und mehr -, weil angenommen wird, dass nur auf diese Weise die Vorzüge des induktiven Er- hitzens in jeder Hinsicht ausgeschöpft werden kön nen.
Von dieser vorgefassten Auffassung weichen die Erfinder ab und schlagen ein Verfahren zum fort schreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen in Stärken von 0,5 mm und weniger auf Temperaturen unter 500 C unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Blech umfassen, vor, wel ches Verfahren sich dadurch auszeichnet, dass unter Anwendung mittelfrequenter Ströme mit einer Lei stungsdichte der das Blech induzierenden Induktoren von höchsens 20 W,!cm2 gearbeitet wird.
Bei einer derartigen Erniedrigung der Leistungsdichte wird, wie ;sich zeigte, die magnetische Permeabilität des ferri- tischen Blechwerkstoffes so weit gesteigert, dass die elektrische Eindringtiefe sehr klein wird und sich trotzdem das Band hinreichend erwärmt, um das Aufschmelzen der Zinnschicht in einwandfreier Weise zu gewährleisten.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Leistungs dichte von 10 W/cm2 unterschritten und eine Fre quenz von<B>10000</B> Hz angewendet wird. Es ergeben sich hierbei erstaunlich gute Wirkungsgrade. Dies ist darauf zurückzuführen, d'ass infolge der geringen Lei stungsdichte eine entsprechende Steigerung der Per meabilität 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 hindurch geleitet wird.
Es ergibt sich mithin ein günstiger elek trischer Kopplungsgrad, das heisst also hoher Wir kungsgrad, verbunden mit einem günstigen ccs p. Selbst bei Blechbändern mit einer Stärke von 0,15 mm kann noch unter Anwendung einer Fre quenz von nur 5000 Hz ein guter Wirkungsgrad beim Erwärmen erzielt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäss der Erfindung wird vorgeschlagen, das auf das Band einwirkende, resultierende Magnetfeld aus Komponenten zusammenzusetzen, die mit der Vor schubrichtung Winkel einschliessen, wobei selbstver ständlich die geringe Leistungsdichte beibehalten wird. Dies hat zur Folge, dass das Band nicht nur längsdurchflutet, sondern zum Teil auch querdurch flutet 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 länger 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 Leiterabschnitte aufweist, 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 Bleches umgeführt sind.
In der Zeichnung ist ein solcher Induktor dar gestellt, und anhand dieser Zeichnung sollen bei spielsweise Ausführungsformen der Erfindungsgegen stände näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt den Induktor in Aufsicht, Fig. 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 Fig. 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 Fig.2 er kennbar. Die Spule stellt mithin praktisch einen Mä ander 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 ein heitliches, von allen Spulenwindungen insgesamt aus gehendes Magnetfeld erzeugt wird, sondern dass jede einzelne Windung ihr eigenes sie umschliessendes Ma gnetfeld erzeugt, wobei nur einzelne wenige Magnet linien 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, wie gefunden wurde, ferritische Bleche und Bänder im fortschrei tenden Verfahren mit geringer installierter Leistung mittels Frequenzen von 10 000 und 5 000 Hz ein wandfrei 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 er reichen, wenn mit Vorschubgeschwindigkeiten von 100 m/min und mehr gearbeitet wird.