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Elektrischer Induktionsschmelzofen.
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Induktionsschmelzofen, bei welchem die motorischen Wirkungen von elektrischen Induktionsströmen, die in entgegengesetzter Richtung fliessen, auf dicht nebeneinanderliegende Teile eines geschmolzenen Leiters einwirken, welcher sich in einem einen spitzen Winkel bildenden Kanal befindet, wobei das heissere Metall dieses Leiters in einen mit ihm verbundenen Sammelraum strömt.
Die die flüssigen Leiter durchfliessenden Ströme von entgegengesetzter Richtung erzeugen elektrodynamische Kräfte, welche das Bestreben haben, die Leiter zu teilen. Diese Kräfte ändern sich in um- gekehrtem Verhältnis zur Entfernung zwischen den beeinflussten Teilen des flüssigen Leiters. Bei nicht parallelen Leitern entstehen daher von Punkt zu Punkt längs der Leiter verschiedene elektrodY11amische Kräfte, wodurch entsprechend geänderte hydrodynamische Kräfte erzeugt werden. die eine Bewegung des flüssigen Metalles parallel zur Längsrichtung der Leiter bewirken. Die motorische Wirkung wächst dabei ungefähr in dem Mass der Verringerung des von den beiden Leitern eingeschlossenen Winkels.
Es schliessen daher erfindungsgemäss die Heizkanalschenkel einen spitzen Winkel miteinander ein, u. zw. beträgt dieser zweckmässigerweise weniger als 60 , wobei die beiden Sehenkel zweckentsprechend gleichgemacht werden. Bei derart scharfer Abbiegung findet nicht eine einfache Zirkulation des flüssigen Metalles von dem einen Schenkel in den ändern statt, also ein Kreislauf, der hintereinander beide Kanalräume umfasst, sondern es ist in jedem Schenkel eine vom ändern Schenkel getrennte Zirkulation vorhanden.
. Der mit dem den geschmolzenen Leiter einschliessenden Kanal verbundene, erheblich grössere Sammelrallm liegt oberhalb des Kanals, auf dessen ganzer Länge der Induktionsstrom einwirkt. Das in dem Kanal enthaltene, durch Induktion erhitzte Metall wird durch die erwähnte motorische Wirkung längs der Aussenseite eines jeden Kanals in den Sammelraum bewegt, um das dort befindliche geschmolzene Metall zu erhitzen und aufzurühren. Ein weiteres Aufrühren erfolgt dadurch, dass das kühlere Metall aus dem Sammelraum entlang der inneren Seite jedes Kanalarmes fliesst. Die aus den beiden Kanälen ausfliessende Mengen des geschmolzenen Metalles können entweder gegeneinander gerichtet werden oder im wesentlichen parallel laufen.
Sie können entweder gegen den Sammelraum scharf abgegrenzt oder mit dem Inhalt des Sammelraumes vermischt werden, je nach der Gestalt der Auslassöffnungen.
Zweckmässigerweise werden die Auslassöffnungen in einer querlaufenden Vertiefung angebracht, die einen Teil des Bodens des Schmelzraumes bildet, damit der elektrische Strom bei möglichst grosser Entleerung des Sammelraumes nicht unterbrochen wird.
Die Verbindung der Enden des Kanals mit dem Sammelraum erfolgt in der Weise, dass an den
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elektrische Strom, der zwischen den Kanal und den Sammelraum eintritt, an diesen Enden des Kanals nicht störende Strömungen des geschmolzenen Metalles erzeugen kann. Diese Anordnung erscheint zweck- mässig, snvol1l wel1n die Richtung der aus dem Kanal austretenden Ströme im wesentlichen senkrecht 'ist, um den unteren Teil des Sammelraumes aufzurühren, als auch wenn sie im wesentlichen wagrecht
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Ferner ist es gleichgültig, ob die Enden des Kanals nahe am Umfang des Sammelraumes in ihn eintreten oder nicht. Die verschiedenen Vorteile der verschiedenen Ausführungsformen bestimmen, welche Art für den einzelnen Fall zu wählen ist.
Für jede benutzte Stromphase kann ein einen spitzen Winkel bildender, geschmolzener Sekundärleiter vorgesehen werden oder sie können, je nachdem die Grösse und die Form des Behälters es erfordert. verbunden werden, um zu verhindern, dass eine mehrphasige Zuführung unausgeglichen bleibt.
Zwischen dem Gehäuse des Sammelraumes und dem Gehäuse des Kanals wird ein Transformator eingebaut, der einen Teil des Rahmens bilden kann.
In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist eine Seitenansicht und Fig. 2 eine Vorderansicht einer im praktischen Betriebe bewährten Ausführungsform der Erfindung. Fig.. 3 und 4 zeigen in Oberansicht und Seitenansicht eine zweite Aus- fiihrungsform. Fig. 4a und 4c zeigen in Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eine Abänderung der Ausfnhrungsform nach Fig. 4. Fig. 4b zeigt im Schnitt einen Einzelteil einer weiteren Abänderung. Fig. Ï und 6 zeigen in Vorderansicht und im Grundriss die in Fig. 3 und 4 dargestellte Einrichtung. Fig. 7,8 und 9 sind ein Horizontalsehnitt, eine Seitenansicht und ein Schnitt (nach Linie 10-10 in Fig. 7) einer andern Ausführungsform. Fig. 10 zeigt den Teil eines Horizontalschnittes einer Einrichtung ähnlich der in Fig. 7 dargestellten.
Fig. 1 Oa ist eine Hinteransicht einer Ausführung ähnlich der in Fig. 10 dargestellten.
Fig. 11 und 12 sind Oberansichten, teilweise im Schnitt, von ändern Ausführungsformen der Erfindung Fig. 13 zeigt in Hinteransicht einen Teil der in Fig. 12 dargestellten Anordnung. Fig. 14,15, 16 und 18 zeigen schematisch in Oberansieht weitere Ausführungsformen. Fig. 17 ist ein Holizontalsehnitt unter-
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halb des Sammelbehälters der in Fig. 16 dargestellten Einrichtung. Fig. 19 ist eine Vorderansicht eines Schmelzofen, bei dem der Kanal schräg zwischen der senkrechten und der horizontalen Achse angeordnet ist.
Der Schmelzofen kann sowohl für Metalle als auch Metallegierungen benutzt werden und auch zum Schmelzen von Bohr-, Hobel- und Drehspänen sowie andern kleinen Teilen von Messing und andern Legierungen, welche bisher schwierig zu schmelzen bzw. zu giessen waren, weil die einzelnen Teile sehr klein sind und weil Metalle vorhanden sind, deren Verdampfungspunkt unterhalb des Schmelzpunktes der Legierungen liegt. Es ist notwendig, die Legierung mehrere 1000 C Über ihren Schmelzpunkt zu erhitzen, um gute und verkäufliche Gussstücke zu erzielen. Bei den früheren Einrichtungen waren der Verlust an Wärme, die Verdampfung des Metalles, der Wechsel der Zusammensetzung der Legierung und andere Schwierigkeiten mit Bezug auf das Endergebnis sehr erheblich. Aus diesem Grunde war die Verwendung des elektrischen Stromes zum Schmelzen auf ein enges Gebiet beschränkt.
Der vorliegende Schmelzofen kann ein metallenes Gehäuse für die Kanäle und den Sammelraum oder für einen dieser Teile haben ; es können diese Gehäuse aber auch fortfallen. Es kann ferner ein besonderer Schmelztiegel verwendet werden oder nur eine feuersichere Auskleidung eines Behälters. Die Masse, aus welcher die Kanäle hergestellt sind, kann entweder Leiter der Elektrizität sein oder nicht.
Der Kanal oder die Kanäle können entweder wagrecht oder senkrecht oder in einer Zwischenrichtung mit Bezug auf den Sammelraum angeordnet sein. Es können einphasige oder mehrphasige Ströme verwendet werden ; der Strom kann in Reihe oder in Vielfachschaltung angewendet werden, wenn mehrere Kanäle benutzt werden. Einer oder mehrere der Kanäle können mit Strom von einem einzigen Transformator oder von einer einzigen Phase versorgt werden.
Bei der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform besteht der elektrische Ofen aus einem Hauptkörper 1 und einem senkrecht darunter angeordneten, den Kanal enthaltenden Teil 2, die durch einen Transformator 3 miteinander verbunden sind. Der ganze Ofen kann um Drehzapfen 4, die in geeigneter Weise gelagert sind, mittels eines Schneckenrades 5 gedreht werden. Die Lagerung des Schmelzofens und die Vorrichtung zum Drehen sind an sieh bekannt und deshalb nicht besonders dargestellt.
Der Schmelzofen besteht aus einer äusseren Umkleidul1g 6, die mit einer Ausfütterung 7 versehen ist und am oberen Ende eine Ausgussöffnung 8 trägt. Der obere Teil des Behälters ist zum Teil durch einen lingförmigen Ziegel 9 geschlossen, der in einer Umhüllung 10 gehalten wird und eine kegelförmige mittlere Öffnung besitzt. In diese greift ein entsprechender Kegel 11 ein, der in dem bei 13 drehbar gelagerten Deckel 12 befestigt ist. Das Gehäuse 10 ist an der Umhüllung 6 durch Ohren 14 und Bolzen 15 befestigt.
Bei der dargestellten Konstruktion ist das den Kanal enthaltende Gehäuse zweekmässigerweise nicht unmittelbar mit dem Gehäuse des Hauptteiles verbunden, sondern es ist der Transformator dazwischen geschaltet, so dass ein Teil des Kanals innerhalb des Transformators liegt. Der Transformator ist hier also eingebaut und bildet einen Teil des Rahmens, so dass die Metallteile verringert werden und dadurch auch die elektrischen Verluste sowie die Verluste an Hitze während der Arbeit des Ofens. Durch Winkel-
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sehen sind, werden der Hauptkörper, der Transformator und das Gehäuse 16 fest miteinander verbunden.
Am unteren Ende des Hauptkörpers ist ein Paar Abstandsplatten 22 vorgesehen.
Der dargestellte Transformator ist ein einphasiger Manteltransformator. Der geblätterte magnetische Stromkreis besitzt einen mittleren Schenkel 23 und Endschenkel 24 und 25. Die Kanten des mittleren Schenkels sind bei 26 (Fig. 4c) fortgeschnitten, um die Anordnung von dicht umschliessenden ringförmigen Primärwindungen zu ermöglichen, die in Form von parallelen ringförmig gewickelten Bändern 27 angeordnet sind. Zweckmässigerweise werden flache Metallstreifen verwendet, die mit isolierendem Asbestband umwickelt werden.
Beim Ausfüttern des Ofens wird zweckmässigerweise eine zweiteilige Form benutzt, die an geeigneter Stelle (28) "geteilt ist. so dass der untere Teil des Futters eingebracht und festgestampft werden kann. bevor der obere Teil hergestellt wird.
In dem verbleibenden Raum zwischen dem Gehäuse, dem Transformator und dem Boden des Ofens wird dann zweckmässigerweise isolierende Asbestpaste eingestampft und das Futter hierauf all- mählich getrocknet. Die Zustellung wird dann ausgebrannt.
Der Kanal 30 ist mit einer spitzwinkligen Biegung versehen, die zweckmässigerweise in. der Mitte bei 31 liegt. Der Kanal ist flach und hat zweckmässigerweise einen nahezu rechteckigen Querschnitt.
Die flachen Seiten liegen parallel zur Achse der Transformatorwindungen. Bei den Verbindungen der Enden des Kanals mit dem Sammelraum 37 werden spitze Winkel vermieden, z. B. durch Abrunden der Innenseiten. In Fig. 1 und 2 münden die Enden der Kanäle in den Sammelraum nahezu senkrecht ein. wodurch eine sehr wirksame Rührwirkung erzielt wird.
Bei den in Fig. 3,4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen findet sieh im wesentlichen die gleiche Anordnung wie in Fig. 1 und 2. Das Gehäuse 181 erstreckt sich aber durch den Transformator und das Metall des Gehäuses ist durch Verbindungsflanschen 38 und 39 unterbrochen. Dies genügt bei der zur Verwendung kommenden geringen Spannung von annähernd 4 Volt, um schädliche magnetische Ströme in dem Gehäuse zu verhindern. Die flache Form der Kanäle, die sieh eng dem Transformator
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anschmiegen, ist für die magnetischen Linien günstig. In den andern Figuren kann gewünschtenfalls ein Gehäuse benutzt werden wie das in Fig. 1 dargestellte.
Bei den in den Fig. 3-6 dargestellten Ausführungsformen sind die Kanäle mit geraden Mündungen 40, 41 versehen, die in den sich erweiternden Teil 42 übergehen. Hiedurch werden die Strömungslinien des aus den Kanälen austretenden Metalles gerade gerichtet, bevor das Metall den Sammelraum erreicht. In diesen Figuren und in Fig. 9 sind die Strömungslil1ien annähernd eingezeichnet. wobei die Köpfe der Pfeile das heisse Metall anzeigen.
: Natürlich könnten bei den verschiedenen Ausführungsformen auch besondere Schmelztiegel mit oder ohne tragende Gehäuse verwendet werden, die so eingerichtet sind, dass ein Transformator eingeschaltet wird.
- Fig. 4a ist ähnlich Fig 4. Hier ist aber kein Gehäuse verwendet, sondern der ganze Ofen besteht aus einem Sehmelztiegel 44 aus feuerfestem Material. Es wird dabei ein Transformator verwendet, welcher nur einen Zweig des Kanals einschliesst. Natürlich können verschiedene Arten von Transformatoren bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung benutzt werden.
Fig. 4b ist ähnlich der Fig. 4, nur das obere Ende eines jeden Teiles des Kanals ,. . 3 ist bei-M nach innen gekrümmt, um die Ströme des heissen Metalles, die aus den Enden der beiden Kanäle austreten, gegeneinander zu richten wie bei der Ausführungsform nach Fig. 4c.
Nach Fig. 4c kann der Schmelztiegel 41/aus feuerfestem Material gewünschtenfalls auch für sich benutzt und angeordnet werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird er von einem Metallgehäuse getragen, welches ihn gegen ungünstiges Verziehen und gegen äussere Beschädigungen schützt. Das Metall-
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die den Kanal mit dem Sammelraum verbinden, zweckmässigerweise in ungefähr derselben Höhe. aber beträchtlich unterhalb des beabsichtigten Spiegels des geschmolzenen Metalles liegen.
Bei den in Fig. 7,8, 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen liegt der Kanal wagreeht und wesentlich tiefer als der beabsichtigte Spiegel im Sammelbehälter, so dass das Metall in nahezu wagrechte
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In Fig. 10a ist in Endansicht eine Ausfuhrungsform dargestellt, die im wesentlichen derjenigen nach Fig. 8 entspricht. Hier sind ein Schmelztiegel ohne äusseres Gehäuse und ein Transformator der nur einen Teil des Kanals umfasst, dargestellt.
Der in Fig. 11 dargestellte Ofen hat zwei Kanäle, von denen jeder mit einem spitzen Winkel') i versehen ist. Die einander zugekehrten Schenkel dieser Kanäle treffen sich ungefähr in der Mitte des Sammelraumes und beide Kanäle werden von einem einphasigen Manteltransformator 32 beeinflusst, der einen Teil je eines vollständigen Kanals umschliesst. Der allgemeine Charakter der Strömungen des geschmolzenen Metalles ist durch Pfeile angedeutet. Für die Darstellung ist ein Schmelztiegel ohne Gehäuse gewählt, obgleich natürlich auch ein Gehäuse zur Verwendung kommen könnte. Es ist klar, dass mehrfache Kanäle verwendet werden können, die mehr oder weniger unmittelbar unter einem Sammelbehälter wie in Fig. 1 und 2 liegen.
In Fig. 12 und 13 ist eine Mehrheit von vollständigen Kanälen 47, 48 veranschaulicht, von denen jeder einen spitzen Winkel und einen unabhängigen Kanalteil hat, während die einander benachbarten Kanalteile zu einem gemeinsamen Kanal 49 zusammengefasst sind. Hier sind besondere Transformatoren- verwendet, die auch bei der Ausführungsform nach Fig. 11 zur Verwendung kommen könnten. Diese Transformatoren können durch denselben einphasigen Wechselstromkreis gespeist werden, wobei sie ent-
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weder hintereinander oder parallel geschaltet sind, oder es können die beiden Kanäle von verschiedenen Seiten eines Zweiphasenstromkreises gespeist werden, wobei zweckmässigerweise der Zweiphasenshromkreih ausgeglichen wird.
In Fig. 14 und 15 sind schematisch wagrecht angeordnete winkelige Kanäle dargestellt von der allgemeinen Form entsprechend Fig. 7-10 und 4 a. Es sind aber die beiden Kanäle an verschiedenen Seiten des Sammelraumes angeordnet, u. zw. einander gegenüber. Der Sammelraum hat einen Spiegel. der erheblich oberhalb des Punktes liegt, an welchem die Kanäle in ihn einmünden.
Nach Fig. 14 sind für die verschiedenen Seiten eines Zweiphasenstromkreises verschiedene elektrische Verbindungen dargestellt, während nach Fig. 15 die Transformatorspulen in Reihe auf eine einzelne Phase oder Seite eines Stromkreises geschaltet sind.
In Fig. 16 hat der Sammelraum drei im Dreieck zueinander angeordnete, mit einem spitzen Winkel versehene Kanäle, die unter dem Sammelraum liegen, von denen jeder im allgemeinen der Anordnung nach Fig. 1-6 entspricht. Diese drei Kanäle geben eine vorteilhafte Rührwirkung infolge des Umstandes. dass sich die aus den Kanälen austretenden Ströme der sechs Kanalmündungen wirksam miteinander mischen. Diese Anordnung ist für Vielphasenarbeit zweckmässig. Ein Schnitt eines Transformators mit Sternschaltung für Dreiphasenstrom ist in Fig. 17 dargestellt.
In Fig. 18 ist in Oberansicht ein Ofen dargestellt mit drei mit spitzem Winkel versehenen Kanälen 4a, 4b, 4c, die in Vielfachschaltung angeordnet sind, wobei die Mündungen der Kanäle an den beiden Seiten in einer Linie liegen. Jeder Kanal hat im wesentlichen die Anordnung nach den Fig. 1-6.
Die Transformatoren können entweder getrennt oder gemeinsam miteinander auf einem Ein-oder Dreiphasenstrom oder einem Ein-und Zweiphasenstrom betätigt werden, wie in der Transformatorentechnik üblich. Bei der dargestellten Einrichtung sind die Transformatoren an ein Dreiphasennetz angeschaltet.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Elektrischer Induktionsschmelzofen mit einem mit dem Sammelraum des Ofens verbundenen. abgebogenen engen Heizkanal. auf den die Induktionsströme einwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschenkel in einer gewissen Entfernung vom Sammelraum untereinander einen spitzen Winkel einschliessen, so dass das flüssige Metall in jedem der beiden Schenkeln des spitzen Winkels einen selbständigen Umlauf besitzt.