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Eisenloser Induktionsofen.
Den Gegenstand des Patentes Nr. 135142 bildet die Anordnung einer Absehirmvorrichtung zwischen der Primärspule und den den Ofen umgebenden Teilen aus magnetischem Baustoff, die aus nichtmagne- tischem, jedoch elektrisch gut leitendem Werkstoff besteht. Die Absehirmvorriehtung wird vorzugsweise zylindrisch ausgebildet, so dass sie den magnetischen Fluss auf den von ihr eingeschlossenen Raum beschränkt.
Sämtliche ausserhalb der Abschirmvorrichtung befindlichen Gegenstände oder Teile des Ofens aus Eisen, Stahl oder anderem magnetischen Baustoff werden daher von den magnetischen Feldern nicht getroffen, so dass beispielsweise die Bauteile des Ofenrahmens ohne Zwischenschaltung von Isolierplatten od. dgl., wie es bisher üblich war, aus einem gewöhnlichen Eisen-oder Stahlgerüst bestehen können.
Es hat sich nun gezeigt, dass es äusserst wichtig ist, die Abschirmvorrichtung in die richtige relative Lage zur Primärwicklung zu bringen. Lediglich mit Rücksicht auf die Absehirmwirkung wäre es am
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aber die Verluste des Ofens durch die Abschirmung, insbesondere von einem bestimmten Durchmesserverhältnis von Abschirmvorrichtung und Primärwicklung an sehr stark, so dass man einen gewissen Abstand zwischen Primärwicklung und Abschirmvorrichtung mit RÜcksicht auf die Wirtschaftlichkeit des Ofenbetriebes nicht unterschreiten darf. Anderseits kann man die Abschirmung auch nicht beliebig weit von der Primärwicklung abrücken, weil dadurch die Abmessungen des Ofens wachsen, so dass die ganze Anlage unrentabel werden kann.
Abgesehen von der Verteuerung des Ofens, vergrössern sieh dabei die Wärmeverluste infolge stärkerer Wärmeabstrahlung. Gemäss der Erfindung wird nun ein bestimmter Abstandsbereich zwischen dem Durchmesser der Abschirmvorrichtung und dem Durchmesser der Primärspule eingehalten, welcher die Vorteile möglichst günstiger Ofenabmessungen und geringer Abschirmverluste vereinigt. Bezeichnet man das Verhältnis des Durchmessers der Abschirmvorrichtung zum Durch-
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innerhalb der Grenzen von 1'5 bis 1'8.
Zweckmässig wird die Wandstärke der Absehirmvorriehtung gerade so stark gewählt, dass keine magnetischen Felder durch sie hindurchdringen können, anderseits aber auch nicht eine unnötige Materialvergeudung und Verteuerung der Anlage dadurch bewirkt wird, dass man die Absehirmvorriehtung mit stärkeren Wandungen als erforderlich versieht.
Es hat sieh gezeigt, dass mit Rücksicht auf eine einwandfreie Abschirmwirkung die erforderliche Wandungsstärke der Abschirmvorrichtung umgekehrt proportional ist der Quadratwurzel aus der Frequenz, der Permeabilität und der Leitfähigkeit des Absehirmmaterials.
Abgesehen von dieser Bedingung müssen die Abschirmwandungen stark genug sein, so dass eine unzulässige hohe Temperatursteigerung des Abschirmmaterials infolge der Energieaufnahme vermieden wird. Praktisch ist hierauf insbesondere bei Öfen mit gTösseren Abmessungen zu achten. Wenn daher bei grösseren eisenlosen Induktionsöfen eine künstliche Kühlung der Abschirmwandungen nicht vorgesehen ist, ist es erforderlich, die Abschirmwandungen stärker auszuführen, als es allein mit Rücksicht auf die Abschirmwirkung erforderlich ist. Auch ist es möglich, die Absehirmvorriehtung so stark auszu-
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bilden, dass das Aussengehäuse gleichzeitig durch sie ersetzt wird und in Fortfall kommen kann.
Da die erforderliche Wandstärke der Abschirmvorrichtung im reziproken Verhältnis zu der Quadratwurzel aus der Frequenz abnimmt ; so ist es vorteilhaft, mit möglichst hohen Frequenzen zu arbeiten, ohne eine thermische Überbeanspruchung des Abschirmmaterials befürchten zu müssen.
Ein gewisser Teil der dem Ofen insgesamt zugeführten elektrischen Energie geht auch durch die Abschirmvorrichtung verloren. Dieser Energieverlust steht in bestimmtem Verhältnis zur elektrischen Kupplung der Abschirmvorrichtung mit der Primärwicklung ; als Kupplungswert soll das Verhältnis des Durchmessers der Abschirmvorrichtung zum Durchmesser der Primärwicklung verstanden sein.
Die erfindungsgemässe Beziehung zwischen dem Energieverlust durch die Absehirmvorriehtung und der Kupplung ist bei gegebenem Energieverbrauch der Charge aus der Kurve der Zeichnung zu ersehen, in der die Kupplung als Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Abschirmvorrichtung und dem Durchmesser der Primärspule als Abszisse und der Energieverlust durch die Abschirmvorrichtung als Ordinate aufgetragen sind.
Aus der Kurve geht hervor, dass bei abnehmender Kupplung, d. h. für den Fall, dass bei gegebenem Durchmesser der Primärspule der Durchmesser der Absehirmvorriehtung kleiner wird, der Energieverlust durch die Abschirmvorrichtung wächst. Von einem kritischen Wert ab nehmen diese Verluste bei geringer werdender Kupplung sehr stark zu, so dass die Kurve von dieser Stelle-Punkt A-ab scharf nach oben abgebogen ist und sich eine Art Knie an der kritischen Stelle A bildet.
Gemäss der Erfindung wird die Absehirmvorriehtung derart angeordnet, dass die Kupplung angenähert dem kritischen Punkt entspricht, zweckmässig aber einen etwas grösseren Wert besitzt. Demzufolge hat dann der Durchmesser der Abschirmvorrichtung einen um wenig grösseren Wert als der dem kritischen Punkt A entsprechende, so dass er sich auf der Kurve etwas unterhalb des Knies befindet. Zahlenmässig hat sich als am günstigsten ein Wert für die Kupplung erwiesen, der im allgemeinen innerhalb der Grenzen von 1'3 bis 2'2 liegt. Für Abschirmvorrichtungen aus Kupfer hat sich am vorteilhaftesten ein Kupplungwert zwischen 1'5 bis 1'8 ergeben.
Bei solcher Anordnung beschränkt sich der Energieverlust durch die Abschirmvorrichtung auf etwa 3 bis 10% der gesamten Energiezufuhr zum Ofen. Bei einem kleineren eisenlosen Induktionerwärmungsofen, der mit einer Frequenz von 960 Perioden arbeitet und eine Wandstärke hat, die etwas grösser als die lediglich mit Rücksicht auf eine zuverlässige Abschirmwirkung bedingte ist, und eine Kupplung von 1'5 besitzt, beträgt der Energieverlust durch die Abschirmvorrichtung angenähert 6%. Wenn die Eisen-bzw. Stahlbauteile des Ofens ungeschützt blieben, dann würde der prozentuale Energieverlust in diesen Teilen um ein Vielfaches grösser sein.
Darüber hinaus ergeben sich bei einer Festlegung der Abschirmvorrichtung in der erfindungsgemässen Weise nach dem günstigsten Energieverlust in der Abschirmung durchaus brauchbare und zweckmässige Ofenabmessungen. Der Ofen kann also auf diese Weise gleichzeitig mit gutem elektrischen Wirkunggrad und mit praktisch zweckmässigen Abmessungen ausgerüstet werden. Je grösser der Ofen im allgemeinen ist, um so weniger Schwierigkeit besteht darin, die Abmessungen des Ofens in praktisch brauchbaren Grenzen zu halten.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Eisenloser Induktionsofen mit einer Absehirmvorriehtung aus unmagnetischem Baustoff zwischen der Primärspule und den magnetischen Teilen des Ofens gemäss Patent Nr. 135142, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungswert, d. h. das Verhältnis des Durchmessers der Absehirmvorriehtung zum Durchmesser der Primärwicklung, innerhalb der Grenzen von 1'3 bis 2'2 liegt.