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Schaltungsanordnung für umschaltbare Induktionsspulen für Tiegelöfen
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltungsanordnung für umschaltbare Induktionsspulen für
Tiegelöfen zum Schmelzen und bzw. oder Warmhalten von Stählen, Eisen oder Nichteisenmetallen, wobei die Induktionsspule aus wenigstens drei in Reihe geschalteten Teilwicklungen besteht und jede
Teilwicklung über eine mehrere Schalter enthaltende Schaltvorrichtung an die Betriebsspannung angeschlossen werden kann.
Es ist bekannt, in der Ofenbautechnik umschaltbare Spulen für die Steuerung der Badbewegung bzw. zur Veränderung des Ortes der Leistungskonzentration im Einsatzgut zu verwenden. Damit bei der
Umschaltung von einer Spule bzw. Spulengruppe auf die andere die Leistungsaufnahme wenigstens angenähert gleich bleibt, werden jene Spulen bzw. Spulengruppen, welche bei der Umschaltung gegeneinander ausgetauscht werden, mit gleichen Windungszahlen ausgeführt. Üblicherweise ist die Ofenspule als eine den Tiegel umschliessende Zylinderspule ausgebildet, die im ersten und zweiten Wicklungsdrittel mit Anzapfungen versehen ist. Sowohl diese Anzapfungen als auch der Anfang und das Ende der Wicklung führen zu einzeln oder gruppenweise zu betätigenden Schaltern, über die die jeweils gewünschten Wicklungsabschnitte an die Betriebsspannung angeschaltet werden können.
Zwecks Konstanthaltung der Leistungsaufnahme vor und nach dem Umschalten hat es sich als zweckmässig erwiesen, für jeden Betriebsfall zwei benachbarte Wicklungsdrittel an Spannung zu legen und das letzte Drittel leerlaufen zu lassen. Dieses Drittel der Wicklung stellt bei dieser Betriebsart eine leerlaufende Wicklung eines Autotransformators dar, an deren Ende gegenüber dem Spulenanfang eine Spannung auftritt, die mindestens um die Hälfte grösser ist als die Speisespannung an den beiden andern Spulendritteln. Dadurch werden die im Ofenbau an sich bereits schwierigen Isolationsprobleme weiter verschärft. Ausserdem ist der Aufwand an Schaltern beträchtlich, denn die Umschalteeinrichtung benötigt zwei zweipolige oder vier einpolige Schalter, sowie vier Stromzuführungen von der Umschalteeinrichtung zum Ofen bzw. zur Ofenspule.
Da Tiegelöfen, bis auf wenige Sonderausführungen, kippbar gebaut werden, müssen die Stromzuführungen als flexible, eventuell wassergekühlte Anschlusskabel ausgeführt sein, so dass auch der Leitungsaufwand bei den Anlagekosten eine bedeutende Rolle spielt.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, die bei den bekannten umschaltbaren Induktionsspulen für Tiegelöfen auftretenden Schwierigkeiten und Nachteile wesentlich zu reduzieren. Sie geht hiebei von einem Stand der Technik aus, der die Verwendung einer Induktionsspule voraussetzt, die aus wenigstens drei in Reihe geschalteten Teilwicklungen besteht, wobei jede Teilwicklung über eine mehrere Schalter enthaltende Schaltvorrichtung an die Betriebsspannung angeschlossen werden kann.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die in der Mitte der Reihenschaltung liegende Teilwicklung gegenüber den beiden aussen liegenden Teilwicklungen einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweist und die beiden äusseren Teilwicklungen über die Schaltvorrichtung in bezug auf die mittlere Teilwicklung entgegengesetzt gepolt wahlweise an die Betriebsspannung anschaltbar sind.
Die Vorteile, die sich aus der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung ergeben, sind einerseits darin zu erblicken, dass praktisch mit zwei einpoligen Schaltern bzw. mit einem einzigen Umschalter das
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Auslangen gefunden werden kann, da ja die mittlere Spule bzw. Teilwicklung bei jedem Betriebsfall an der Speisespannung liegt und daher für das Umschalten von einem Betriebsfall auf den andern keinen Schalter benötigt. Die bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung erforderliche Umschalteeinrichtung erspart daher gegenüber den bekannten Anordnungen zwei einpolige Schalter bzw. einen Umschalter.
Darüber hinaus bringt die Erfindung noch den Vorteil mit sich, dass zwischen den einzelnen Leitern, die zwischen Umschalteeinrichtung und Induktionsspule notwendig sind, in keinem Falle eine höhere als der Betriebsspannung entsprechende Spannung auftritt. Dies bedeutet eine wesentliche Erleichterung des Isolationsproblems, das insoferne in der Ofentechnik schwierig ist, weil die Verbindungsleitung zwischen Spule und Umschalteeinrichtung im allgemeinen flexibel, gegebenenfalls wassergekühlt ausgeführt werden müssen, ganz abgesehen von den Erfordernissen des rauhen Schmelzbetriebes.
Die Erfindung soll nun nachstehend an Hand der einzigen Figur der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel darstellt, näher erläutert werden.
Mit--A, B, C--sind drei im wesentlichen die gleiche Windungszahl aufweisenden Teilwicklungen der an sich bekannten Induktionsspule bezeichnet. Sie liegen in einer Reihenschaltung
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Schalter--Sldie Schalter--S2 und S3--nicht erforderlich. Sie können daher, wie in der Zeichnung strichliert eingezeichnet ist, durch eine Kurzschlussbrücke ersetzt werden. Erfindungsgemäss besitzt die in der Mitte der Reihenschaltung liegende Teilwicklung--A--einen Wicklungssinn, der zu dem der beiden aussen liegenden Spulen--B, C--entgegengesetzt ist.
Soll der Ort der Leistungskonzentration im Schmelztiegel im Bereich der Spulen-A, B-liegen, so müssen diese beiden Spulen erregt werden. In der Umschalteeinrichtung-SV-müssen daher der Schalter--Sl--und, wenn vorhanden, noch die Schalter--S2 und S3--geschlossen werden. In diesem Zustand der Schaltungsanordnung sind beide Spulen direkt an die Betriebsspannung --U-- angeschaltet, wobei jedoch die Spule--B--in bezug auf die Spule--A--entgegengesetzt gepolt ist. Dennoch sind aber beide magnetische Spulenfelder, die im Einsatzgut zur Wirkung kommen, gleichsinnig gerichtet, da die Spulen entgegengesetzt gewickelt sind.
In der nicht angeschalteten Teilwicklung--C--wird eine Spannung--U2--induziert, die unter Berücksichtigung der allgemein bekannten physikalischen Gesetze nur in der Grössenordnung der Betriebsspannung--U--liegen kann, wenn, wie vorausgesetzt, alle drei Teilwicklungen wenigstens angenähert die gleichen Windungszahlen aufweisen. Ausserdem ist die induzierte Spannung -U2- infolge der erfindungsgemässen Anordnung zu der den beiden Wicklungen-A und B-aufgedrückten Spannung in Gegenphase, so dass zwischen den Kontakten des Schalters--S4--, der zwischen dem freien Ende der Teilwicklung--C--und einem Phasenleiter des Speisennetztes liegt, praktisch keine Potentialdifferenz auftritt.
Wird eine Verlagerung der Leistungskonzentration im Schmelztiegel in den Bereich der Wicklungen--A und C--gewünscht, dann muss, nach vorhergehendem Abschalten der Wicklung --B-- durch öffnen des Schalters--S1--, der Stromkreis über die Wicklung--C--mittels des Schalters--S4--geschlossen werden.
Wie vorher beim gemeinsamen Betrieb der Wicklungen--A und B--, bauen nun in analoger
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und C--aufgedrückten Spannung--U--vektoriell entgegengesetzt ist.
Demnach kann in keinem Betriebsfall zwischen den Leitern, die die Teilwicklungen--A, B und C-mit der Schaltvorrichtung (Schalter Sl bis S4--) verbinden, eine grössere Spannungsdifferenz auftreten, als sie der Netzspannung--U--entspricht. Bezeichnet man alle möglichen Spannungsdifferenzen zwischen den Leitern, wie in der Zeichnung dargestellt, mit--Ul, U2, U3, U4
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drei Teilwicklungen Ul=U2=U3=U4=U4'=U ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war angenommen, dass alle drei Teilwicklungen gleiche Windungszahlen besitzen. Dies ist aber nicht unbedingt erforderlich. So kann beispielsweise die zwischen den äusseren Teilwicklungen der Reihenschaltung liegende Teilwicklung --A-- je nach den Erfordernissen des Betriebes mehr oder weniger Windungen aufweisen als jede der beiden aussenliegenden Spulen--B und C--. Wesentlich für die Erfindung ist, dass diese beiden Wicklungen gleiche Windungszahlen besitzen, da sich ansonsten beim Umschalten nicht nur die
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vollkommene Kompensation der in der jeweils leerlaufenden Teilwicklung induzierten Spannund möglich wäre.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schaltungsanordnung für umschaltbare Induktionsspulen für Tiegelöfen zum Schmelzen und bzw. oder Warmhalten von Stählen, Eisen- oder Nichteisenmetallen, wobei die Induktionsspule aus wenigstens drei in Reihe geschalteten Teilwicklungen besteht und jede Teilwicklung über eine mehrere Schalter enthaltende Schaltvorrichtung an die Betriebsspannung angeschlossen werden kann,
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(A) gegenüber den beiden aussenliegenden Teilwicklungen (B, C) einen entgegengesetzten Wicklungssinn aufweist und die beiden äusseren Teilwicklungen (B, C) über die Schaltvorrichtung (SV) in bezug auf die mittlere Teilwicklung (A) entgegengesetzt gepolt wahlweise an die Betriebsspannung anschaltbar sind.
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