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Einrichtung zur Erhitzung einer aus ferromagnetischem Material bestehenden Ofenmuffel mittels
Induktion.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erhitzung einer Ofenmuffel mittels Induktion auf eine selbsttätig konstant gehaltene Temperatur, die mit jener Temperatur übereinstimmt, bei welcher der Magnetismus des einem induzierenden Felde unterworfenen Materials verschwindet.
Die Einrichtung gemäss der Erfindung besteht darin, dass die zu erhitzende Muffel aus aneinandergereihten, einzelnen, wahlweise ersetzbaren Stücken aus verschiedenen magnetischen Materialien besteht, die unter sich verschiedene Temperaturen für das Verschwinden des Magnetismus aufweisen, um die Verteilung der Wärme auf die einzelnen Muffelteile entsprechend der jeweils gewünschten Erhitzungstemperatur zu erreichen, ohne die Induktionswicklungen des Ofens verändern zu müssen.
Die Wirkung der erfindungsgemässen Einrichtung beruht grundsätzlich auf folgenden, im Ofen vor sich gehenden Vorgängen : Unter dem Einfluss des Induktionsfeldes steigt die Temperatur der Muffel rasch infolge der Wirkung der in ihr induzierten Ströme und durch die Hysteresisarbeit, u. zw. um so mehr, je höher der Permeabilität-und Widerstandskoeffizient der Hysteresisarbeit des Muffelmaterials liegt. Wenn die Temperatur, bei welcher der Magnetismus des Muffelmaterials verschwindet, erreicht ist, verliert die Muffel schrittweise ihre magnetischen Eigenschaften. Da sich die Permeabilität und die Hysteresis ihres Materials verringern, wird auch die in der Muffel freiwerdende Wärme geringer.
Es tritt ein Moment ein, wo diese Wärmemenge gleich ist den kalorischen Verlusten der Muffel, und von diesem Augenblick an erhält sich die Temperatur konstant und die Umwandlung des Muffelmaterials gelangt zum Stillstand. Wenn sich aus irgendeiner Ursache die kalorischen Verluste der Muffel vergrössern sollten, beginnt die Temperatur derselben zu sinken. Aus diesem Grunde wird ein Teil des Magnetismus der Muffel wieder auftreten, wobei die entwickelte Wärmemenge steigt und das Gleichgewicht zwischen der von der Muffel abgegebenen und aufgenommenen Wärme sich selbsttätig wiederherstellt. Der umgekehrte Vorgang tritt ein, wenn sich die kalorischen Verluste der Muffel vermindern.
Die Muffel erhält sich auf der Temperatur, die dem Verschwinden des Magnetismus entspricht, wie Versuche bewiesen haben.
Als magnetisches Muffelmaterial wird man entsprechend der gewünschten Temperatur, die im Ofen konstant zu halten ist, Eisen verwenden können, weiters Kobalt und seine Legierungen, Nickel und seine Legierungen und alle andern bekannten magnetischen Materialien, insofern sie den übrigen Anforderungen für diesen Verwendungszweck entsprechen.
Die oberflächliche Oxydation eines einer solchen unterliegenden Muffelmaterials kann dadurch vermieden werden, dass man die Oberfläche der Muffel mit einer Schichte eines bei der Verwendungstemperatur unoxydierbaren Überzuges versieht.
Man kann gegebenenfalls auch Polschuhe aus Blechlamellen vorsehen, um den magnetischen Kraftlinienfluss in der Muffel zu schliessen und dermassen das Feld zu verstärken. Ein gemäss der Erfindung ausgestalteter Induktionsofen ist besonders für die verschiedenen thermischen Behandlungen der Metalle oder Legierungen beim Schmelzen, Härten, Wiederglühen, Anlassen usw. geeignet, ferner auch zur Erhitzung chemischer Substanzen, um Reaktionen bei konstanter Temperatur, gewöhnliche oder fraktionierte Destillationen, Schmelzungen, Verdampfungen, Verdunstungen usw. durchzuführen.
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Auf gleiche Weise kann man einen metallischen Gegenstand auf konstante Temperatur erhitzen, indem man ihn z. B. direkt in das magnetische Wechselfeld bringt. Natürlich muss der betreffende Gegenstand aus einem magnetischen Metall bestehen, dessen Temperatur, bei welcher der Magnetismus verschwindet, mit der konstanten Temperatur übereinstimmt, auf die man den Gegenstand zu bringen und bei der man ihn zu erhalten wünscht. Ausserdem muss man die Charakteristiken des Induktionsstromes und des Gegenstandes passend regeln bzw. wählen.
In der Zeichnung ist schematisch ein Axialschnitt durch einen Ofen mit der Einrichtung gemäss der Erfindung dargestellt. Mit 1 ist die aus einzelnen aneinandergereihten Stücken 2 bestehende Ofenmuffel und mit 3 eine feuerfeste, um die Muffel 1 angeordnete wärmeisolierende Séhichte bezeichnet, die von möglichst geringer Dicke ist, um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen. Die Muffel kann beispielsweise an einem Ende durch einen in der Zeichnung nicht dargestellten Verschlussdeckel und an dem andern Ende durch einen Boden abgeschlossen sein, der aus einem Stück mit der wärmeisolierenden Schicht 3 besteht. Um die wärmeisolierende Schichte 3 ist ein Solenoid 4 angeordnet, das z. B. aus Windungen rechteckigen Querschnittes und aus einem Metall mit hoher Leitfähigkeit besteht.
Mit 5 ist eine Wechselstromstelle bezeichnet, welche durch Leitungen 6 an die beiden Enden des Solenoids angeschlossen ist.
Die aufeinanderfolgenden Windungen des Solenoids sind durch eine dünne Isolierschichte 7 voneinander getrennt. Mit 8 ist ein die-Windungen des Solenoids durchsetzender Kanal bezeichnet, der dazu dient, die Zirkulation einer Kühlflüssigkeit im Innern der Windungen zu ermöglichen.
Die in der Zeichnung nicht dargestellten zu erhitzenden Stücke bzw. Substanzen werden in das Innere der Muffel gebracht.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Muffel aus Ringen 2 gebildet, die aus magnetischen Metallen oder Legierungen verschiedener Natur bestehen und die wärmedicht durch feuerfeste Verbindungen 9 voneinander isoliert sind. Diese Ringe können gegebenenfalls von verschiedener Stärke sein. Bei der dargestellten Einrichtung weist jeder Ring 2 der Muffel eine genau festgelegte Temperatur auf, die gleich ist derjenigen, bei welcher die magnetische Umwandlung einsetzt. Durch diese'Anordnung wird es möglich, die Verteilung der Heiztemperatur entlang der Höhe der Muffel in jedem einzelnen Falle durch die wahlweise Ersetzung der einzelnen Stücke 2 festzulegen, ohne dass dabei die Induktionswicklung des Ofens verändert werden muss.