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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsschmelzofen mit einem Ofenkopf, einer Ofenbasis, einem Tiegel mit vertikaler Achse und einem diesen umgebenden ringförmigen Spulenaufbau zwischen Ofenkopf und Ofenbasis, der einen Aktivspulenabschnitt aufweist, wobei sich zwischen dem Aktivspulenabschnitt und dem Ofenkopf ein ringförmiger Überbrückungsabschnitt befindet.
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Induktionsschmelzöfen sind bekannt und beispielsweise in der
DE 43 36 384 A1 beschrieben. Sie weisen einen Tiegel zur Aufnahme des zu schmelzenden Gutes auf, der aus einem Feuerfestmaterial besteht. Der Tiegel ist etwa zylindrisch ausgebildet und weist einen seine Zylinderwand umgebenden ringförmigen Spulenaufbau auf, mittels dem die zum Schmelzen des Materiales erforderliche Wärmeenergie induktiv erzeugt wird. Zur Führung des magnetischen Flusses außerhalb des Tiegels und zur Verringerung von Streufeldern werden entlang dem Spulenaufbau Pakete aus lamellierten Blechen angeordnet. Diese Blechpakete werden von außen an die Spule angestellt und stützen so zudem den Spulenaufbau in radialer Richtung. Bei dem in der vorstehend genannten Veröffentlichung beschriebenen Tiegelschmelzofen erstreckt sich der Spulenaufbau nahezu über die gesamte Höhe der Zylinderwand des Tiegels und ist in mehrere Spulenabschnitte aufgeteilt.
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Bei anderen Induktionsschmelzöfen, die der eingangs beschriebenen Art entsprechen, befindet sich der Spulenaufbau zwischen einem Ofenkopf und einer Ofenbasis. Ofenkopf und Ofenbasis bestehen in der Regel aus einem geeigneten Betonmaterial, und der ringförmige Spulenaufbau setzt sich aus einem stromdurchflossenen Aktivspulenabschnitt und einem nicht stromdurchflossenen, aber wassergekühlten Überbrückungsabschnitt zusammen, der sich zwischen dem Aktivspulenabschnitt und dem Ofenkopf bzw. der Ofenbasis befindet. Der Überbrückungsabschnitt ist erforderlich, um eine Druckaufbringung des Ofenkopfes auf den Spulenaufbau zu ermöglichen, damit der Spulenaufbau in axialer Richtung verspannt werden kann. Man hat bei solchen Öfen den Überbrückungsabschnitt als Kühlspule mit Wasserkühlung ausgebildet, um eine optimale Verspannung des Aktivspulenabschnittes in vertikaler Richtung sicherzustellen und somit zu garantieren, dass die Spannkraft vom Ofenkopf direkt auf die Aktivspule übertragen wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform solcher Öfen wird der Überbrückungsabschnitt zwischen Aktivspulenabschnitt und Ofenbasis durch Verfüllen mittels geeignetem Feuerfestbeton nach vorausgegangener Montage der Ofenbasis und der Spule hergestellt. Nachteilig bei dieser Lösung ist die mit dem Beton eingebrachte Feuchtigkeit sowie die die Montagedauer verlängernde Abbinde- und Aushärtezeit des Feuerfestbetons.
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Der Überbrückungsabschnitt zwischen Ofenkopf und Spule wird bei dieser weiteren Ausführungsform durch einen nach unten verlängerten Ofenkopf erreicht. Nachteilig hierbei ist der Umstand, dass der Bereich im Überbrückungsabschnitt aus Festigkeitsgründen breiter sein muss als der Aktivspulenabschnitt und dass der Ofenkopf erst nach erfolgter Spulenmontage hergestellt werden kann, wodurch die Abbinde- und Aushärtezeit des Ofenkopfbetons die Montagedauer verlängert.
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Die Länge der zuvor genannten Blechpakete wird üblicherweise größer gewählt als die Länge des Aktivspulenabschnittes. Hierdurch wird die magnetische Flussdichte an den Blechpaketenden und die damit einhergehende Erwärmung durch induzierte Wirbelströme verringert. Im Fall, dass der obere Überbrückungsabschnitt durch den verlängerten Ofenkopf gebildet wird, wird das Blechpaket mit einer Anschrägung versehen, um Raum für den breiteren Überbrückungsabschnitt zu schaffen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsschmelzofen der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der besonders einfach und kostengünstig ausgebildet und betreibbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Induktionsschmelzofen der angegebenen Art dadurch gelöst, dass der Überbrückungsabschnitt als vom Aktivspulenabschnitt und vom Ofenkopf getrenntes einstückiges oder mehrstückiges Bauteil aus Feuerfestmaterial ausgebildet ist.
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Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass eine spezielle Kühlspule mit Wasserkühlung, die beispielsweise aus einem Kühlgefäß, vorzugsweise aus Cu oder antimagnetischem Stahl besteht, wie sie beim vorstehend aufgezeigten Stand der Technik Verwendung findet, nicht mehr erforderlich ist, um eine einwandfreie Funktionsweise des Induktionsschmelzofens zu ermöglichen. Vielmehr kann der Spulenaufbau auf den eigentlichen Aktivspulenabschnitt beschränkt werden. Als Überbrückungsabschnitt zwischen Ofenkopf und Aktivspulenabschnitt findet erfindungsgemäß ein getrenntes Bauteil Verwendung, bei dem es sich um ein einstückiges oder mehrstückiges Bauteil aus Feuerfestmaterial handelt. Mit diesem Bauteil, das erfindungsgemäß zwischen Ofenkopf und Aktivspulenabschnitt, d. h. auf der Oberkante des Aktivspulenabschnittes, angeordnet ist, wird eine einwandfreie Verspannung des Spulenaufbaus in Vertikalrichtung sichergestellt, da die entsprechende Gewichtskraft (Spannkraft) des Ofenkopfes auf das als Überbrückungsglied wirkende Bauteil und von diesem auf die Oberkante des Aktivspulenabschnittes übertragen und von dort zur Ofenbasis weitergeleitet wird.
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Das als Überbrückungsglied dienende Bauteil kann einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein. Es kann beispielsweise einstückig in der Form eines Ringes ausgebildet sein oder sich aus einer Vielzahl von aneinandergesetzten einzelnen Segmentbausteinen zusammensetzen, die zusammen einen Ring bilden. Die Querschnittsform des Bauteiles richtet sich nach den jeweiligen Anwendungsbedingungen und ist vorzugsweise rechteckig oder quadratisch, wobei beispielsweise auch trapezförmige Ausgestaltungen Anwendung finden können. Vorzugsweise besitzt das Bauteil im Wesentlichen die gleiche Breite wie der darunter befindliche Aktivspulenabschnitt, so dass sich eine kostenaufwendige Anschrägung der Blechpakete erübrigt.
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Das Bauteil besteht aus Feuerfestmaterial, d. h. einem Material, das für die in einem derartigen Ofen auftretenden hohen Temperaturen geeignet ist und darüber hinaus nicht elektrisch leitfähig und nicht magnetisierbar ist, da im Bereich dieses Bauteiles keine Wärme erzeugt werden soll. Solche Feuerfestmaterialien umfassen insbesondere auch Feuerbeton, der für diesen Einsatzzweck besonders bevorzugt wird. Entsprechende Materialien, die für den hier beschriebenen Einsatzzweck geeignet sind, können vom Fachmann aufgrund seines Fachwissens ausgewählt werden.
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Das Bauteil weist vorzugsweise eine geeignete Bewehrung auf, um den entsprechenden mechanischen Beanspruchungen gerecht zu werden. Eine solche Bewehrung kann beispielsweise aus Fasern, Nadeln oder eingelegten Gitternetzen bestehen, welche aus geeigneten Materialien, wie Metallen, Kunststoffen u. dgl., bestehen können. Es versteht sich, dass das Bauteil durch die Bewehrung nicht elektrisch leitfähig wird.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bauteil um ein Fertigbauteil, das in den Ofen eingebaut wird. Auf diese Weise lässt sich der Überbrückungsabschnitt mit hoher Präzision gestalten.
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In Weiterbildung der Erfindung weist der erfindungsgemäß ausgebildete Induktionsschmelzofen einen Überbrückungsabschnitt zwischen Aktivspulenabschnitt und Ofenbasis auf, der als einstückiges oder mehrstückiges Bauteil aus Feuerfestmaterial ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung kommt daher zusätzlich zu dem über dem Aktivspulenabschnitt angeordneten Bauteil ein unter dem Aktivspulenabschnitt zwischen dessen unterem Ende und der Ofenbasis angeordnetes Bauteil zur Anwendung. Dieses Bauteil kann entsprechend ausgebildet sein wie das vorstehend beschriebene Bauteil am oberen Ende und besteht vorzugsweise ebenfalls aus Feuerbeton. Das Bauteil ist vorzugsweise im Schnitt trapezförmig ausgebildet und weist hierbei eine zum Tiegel benachbarte schräge Innenwand auf, die sich vom Aktivspulenabschnitt zur Ofenbasis erstreckt. Auch dieses Bauteil besteht vorzugsweise aus einzelnen Segmentbausteinen, die aneinandergesetzt sind und einen Ring bilden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Hiervon zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch einen Induktionsschmelzofen; und
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2 eine Abwicklung des Aktivspulenabschnittes mit entsprechenden Überbrückungsabschnitten.
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Der in 1 im Längsschnitt dargestellte Induktionsschmelzofen 1 ist als Schmelztiegelofen ausgebildet und besitzt einen einen Hohlraum zur Aufnahme des zu schmelzenden Materiales aufweisenden Schmelztiegel 4, der aus Feuerfestmaterial besteht oder eine entsprechende Auskleidung aufweist. Der Schmelztiegel 4 ruht mit seinem Boden auf einer Ofenbasis 3. Der Schmelztiegel 4 ist etwa zylindrisch ausgebildet und weist an der Außenseite seiner Zylinderwand einen Spulenaufbau auf, der den Schmelztiegel 4 umgibt. Der Spulenaufbau besitzt einen Aktivspulenabschnitt 5, mittels dem die erforderliche Wärmeenergie zum Schmelzen des im Hohlraum des Tiegels befindlichen Materiales erzeugt wird.
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Der Induktionsschmelzofen 1 besitzt ferner einen Ofenkopf 2, der ringförmig ausgebildet ist und wie die Ofenbasis ebenfalls aus Beton besteht. Der Ofenkopf 2 ruht auf einem als Überbrückungsabschnitt dienenden Bauteil 6, das sich aus einer Vielzahl von Segmentsteinen 8 zusammensetzt, welche zusammen einen Ring bilden, der in der Breite der Breite des Aktivspulenabschnittes 5 entspricht. Der Ofenkopf 2 ruht auf dem ringförmigen Bauteil 6 und übt auf diese Weise auf das Bauteil 6 sowie den darunter befindlichen Aktivspulenabschnitt 5 einen Druck aus, so dass der Aktivspulenabschnitt 5 in geeigneter Weise in Vertikalrichtung verspannt wird.
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Zwischen dem Aktivspulenabschnitt 5 und der Ofenbasis 3 befindet sich ein weiteres als Überbrückungsabschnitt dienendes Bauteil 7, das ebenfalls aus einer Vielzahl von Segmentsteinen 9 aus Feuerfestmaterial besteht, welche zusammen einen Ring bilden. Der Aktivspulenabschnitt 5 wird somit zwischen den beiden Bauteilen 6 und 7 verspannt.
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2 zeigt eine Abwicklung des Aktivspulenabschnittes 5. Man erkennt am oberen und unteren Ende des Aktivspulenabschnittes 5 die als Überbrückungsabschnitte dienenden Bauteile 6, 7, die sich aus einer Vielzahl von Segmentbausteinen 8, 9 aus Feuerfestmaterial zusammensetzen. Bei diesen Bausteinen 8, 9 handelt es sich um Fertigteile, die mit großer Präzision gefertigt worden sind und somit im aneinandergesetzten Zustand einen Ring bilden, der als Überbrückungsabschnitt zwischen dem Aktivspulenabschnitt 5 und dem Ofenkopf 2 sowie der Ofenbasis 3 dient. Des Weiteren stützen die Bauteile 6, 7 in radialer Richtung den Tiegel 4 ab.
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Durch die Anordnung der Bauteile 6, 7 mit entsprechenden Segmentbausteinen 8, 9 entfällt die Anordnung von Kühlspulen mit Wasserkühlung, wie sie beim Stand der Technik Anwendung findet. Hierdurch werden entsprechende Energiekosten eingespart, und die Umwelt wird entlastet. Die Sicherheit des Ofens wird erhöht, da Schäden im Bereich der Kühlspulen des Standes der Technik (Wasserschäden) entfallen. Die Wartungs- und Reparaturkosten können gesenkt werden, da die anstelle der Kühlspulen eingesetzten Bauteile eine lange Lebensdauer besitzen und nahezu wartungsfrei sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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