DE1037039B - Induktionsofenanlage mit zwei wahlweise zu speisenden kernlosen Induktionsoefen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Ofenanlagen mit kernlosen Induktionsöfen, und zwar Anlagen mit zwei wahlweise aus einem auf Sammelschienen geschalteten Generator zu speisenden kernlosen Induktionsöfen, von denen der eine für die Nennspannung des Generators und der andere ein für eine höhere Betriebsspannung bemessener Ofen ist.

Solche Anlagen finden z. B. Verwendung, um wahlweise einen Vakuum - Induktionsofen oder einen offenen Ofen zu betreiben. Bekanntlich können Vakuum-Induktionsöfen aber mit einer Spannung nur bis zu etwa 300VoIt betrieben werden, weil bei höheren Ofenspannungen mit Überschlagen zu rechnen ist, die als solche natürlich nicht erwünscht sind. Müssen bei relativ geringen Spannungen die Stromstärken entsprechend hohe sein, so müssen dann auch die Sammelschienen entsprechend umfangreiche sein. Hinzu kommt, daß infolge der notwendigen Kippbarkeit des Ofens die Schwierigkeiten der Stromzufuhr zur Ofenspule um so größer werden, je größer die zu leitenden Ströme sind, auch daß bei der relativ geringen Windungszahl der Ofenspule entsprechend starke bzw. voluminöse Spulenleiter erforderlich sind, die Herstellung solcher Spulen aber mit erheblichen Schwierigkeiten verknüpft ist und ein feinstufiges Anpassen der Spulenwindungszahl an die relativ geringe Spannung überhaupt nicht möglich ist. Wenngleich beim Vakuumofen diese Tatsachen in Kauf zu nehmen sind, ist es in der Praxis aber doch erwünscht, über dieselbe Anlage auch einen für eine höhere Betriebsspannung bemessenen Ofen betreiben zu können. Weil aber für den mit der Generatornennspannung betriebenen Vakuumofen die Leistung — bezogen auf das Einsatzgewicht — eine relativ hohe ist, geht das Bestreben allgemein dahin, für den anderen Ofen, also für den mit der höheren Spannung zu betreibenden Ofen, das Einsatzgewicht größer als jenes für den mit der Generatornennspannung betriebenen Vakuumofen zu bemessen, wobei aber die erforderliche Windungszahl für die Spule des mit der höheren Spannung zu betreibenden Ofens noch geringer als die der Spule des mit der Generatornennspannung zu betreibenden Ofens wird, so daß sich die praktische Ausführung außerordentlich schwierig, mitunter sogar absolut unmöglich erweist. Soweit die Schaltanlagen für mit der Generatornennspannung zu betreibende öfen samt zugehöriger Kondensatorbatterie bis jetzt schon für den Betrieb auch eines Ofens höherer Spannung bekannt sind, erweisen sie sich praktisch jedenfalls nur wenig oder gar nicht befriedigend. Das gilt auch für die bekannte Ausführung mit einem zwischen der Schaltanlage bzw. ihrer Kondensatorbatterie einerseits und dem Ofen andererseits vorgesehenen Transformator. Besonders nachteilig ist in diesem Falle, daß der Induktionsofenanlage mit zwei wahlweise zu speisenden kernlosen Induktionsöfen

Anmelder:

G. Bauknecht G. m. b. H.

Elektrotechnische Fabriken,

Stuttgart-S, Heidenklingenstr. 20

Dr.-Ing. Walter Bussing, Stuttgart -Vaihingen, ist als 'Erfinder genannt worden

Transformator für etwa die gleiche Scheinleistung wie die Kondensatorbatterie bemessen sein muß, also für eine Scheinleistung, die je nach Frequenz etwa das 12-bis 20fache der Generatorwirkleistung betragen muß. Bei erträglichem Aufwand hat ein solcher Transformator einen so schlechten Wirkungsgrad, daß sich Anlagen dieser Ausführung nicht in die Praxis einführen lassen. Bekannt sind des weiteren auch die Möglichkeiten, entweder den Generator spannungsumschaltbar auszuführen oder zwischen dem Generator und der Kondensatorbatterie einen nur für eine Scheinleistung etwa gleich jener der Generatornennleistung bemessenen Transformator und noch eine zweite Kondensatorbatterie für eine entsprechend höhere Nennspannung vorzusehen, wobei aber die Schalter und Instrumente entsprechend der transformierten Spannung bemessen sein müssen, also eine vollkommen andere Schaltanlage mit ebenfalls anderer Kondensatorbatterie zu schaffen ist.

Was nun die Induktionsofenanlage eingangs dargelegter Art in ihrer erfindungsgemäßen Ausführung dem Vorbekannten gegenüber grundsätzlich unterscheidet bzw. kennzeichnet, ist eine ihren beiden öfen gemeinsame Kondensatorbatterie, die zu dem entsprechend der Generatorspannung bemessenen Ofen als Parallelkapazität und zu dem für eine höhere Betriebsspannung bemessenen Ofen teils auch als Serienkapazität schaltbar vorgesehen ist. So ist für Schaltanlagen der in Rede stehenden Art erstmalig ein Auskommen mit den gleichen Kondensatoren sowohl für den einen als auch für den anderen Ofen möglich. Ein praktisch wesentlicher Mehraufwand an Schaltern und

Kondensatoren ist nicht erforderlich. Es bedarf bei der nach der Erfindung ausgeführten Anlage auch nur noch einer einfachen Umschaltung, um sie wechsel- bzw. wahlweise entweder für den einen oder den anderen Ofen gebrauchen zu können. Zudem ist die

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Ausführung erfindungsgemäß hesonders einfach und zweckmäßig getroffen, so daß votrden zwei Sammel,-schienen wenigstes eine als ein Mehrschienensystem aus untereinander endverbundenen Einzelschienen besteht; wobei durch in die,Endverbindungen des "Mehr^j Schienensystems einfügbare Schaltbrücken die Einzelschienen in zwei den_ Anschluß des Ofens für die höhere Spannung aufweisende Schienengruppen aufteilbar ,sind, derart, daß die der eine Schienengruppe zugeordneten ^Kondensatoren eine Parallelkapazität und die der anderen Schienengruppe zugeordneten Kondensatoren eine Serienkapazität ergeben. Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile werden sich aus der folgenden Beschreibung ergeben. In der Zeichnung stellt dar " ~ —

Abb. 1 die an sich bekannte Schaltung für den mit der Generatorspannung zu betreibenden Induktionsofen,

Abb. 2 die Schaltung für den mit höherer Spannung zu betreibenden Ofen,

Abb. 3 die Anlage zur Ermöglichung einer wechsel- bzw. wahlweisen Schaltung sowohl gemäß Abb. 1 als auch gemäß Abb. 2.

Der in der Abb. 1 symbolisch angedeutete Ofen 1 ist ein kernloser Induktionsofen (z. B. Vakuum-Induktionsofen) für einen Betrieb mit relativ geringer Spannung. Den Klemmen 2, 3 ist ein Mittelfrequenzumformer angeschlossen zu denken, beispielsweise ein solcher für 250 V. Die Parallelkondensatoren 4, 4' und 5, 5' sind mittels der Schalter 6, 6' in ihrer Größe derart variabel, daß der_: Generator mit einem Leistungsfaktor etwa L = Eins betrieben werden kann. Die Instrumente, die als solche bekannt und zum Ablesen der interessierenden elektrischen Werte erforderlich sind, sind der Einfachheit halber nicht dargestellt. Im Gegensatz zur Abb. 1 veranschaulicht Abb. 2 die Schaltung für den anderen, hier mit 7 bezeichneten kernlosen Induktionsofen höherer, so beispielsweise mit 500 V angenommener Spannung. Bei sonst gleichem Aufbau beider öfen 1, 7 ergibt sich, daß die Spule des Ofens 7 mehr Windungen, und zwar im vorliegenden Beispielfall etwa doppelt so viele Windungen wie der Ofen 1 erhalten hat. Der Strom, der durch den Ofen 7 fließt, ist also kleiner als der, welcher durch den Ofen 1 fließt — unter Voraussetzung gleicher Generatdrspannung und gleicher Wirkleistung.

Die in der Abb. 1 zum Ofen 1 in Parallelschaltung gegebenen Kondensatoren 4', 5' sind dem Ofen 7 in in Abb. 2 als Serienkondensatoren vorgeschaltet.

Ist p das Verhältnis der Ofenspannung U₀ zur Generatorspannung U, ist also

und wird der Ohmsche Widerstand der Ofenspule ihrem induktiven Widerstand gegenüber außer Betracht gelassen, so ergibt sich am Serienkondensator 4', 5' die Spannung

U_c= (P-I)-U.

Bei der Schaltanlage gemäß Abb. 1 ist U₀ = U und somit p=l. Des weiteren ist U_c = 0, weil es in diesem Fall keinen Serienkondensator gibt.

Für die Schaltanlage gemäß Abb. 2 ist die Ofenspannung mit U₀ = 500 V angenommen. Da £7 = 250 V, ergibt sich

p = 2 und U_c = U.

Also erzielt man mit dem Verhältnis p = 2 am Serienkondenator die gleiche Spannung wie am Par-. . allelkondensator — was sehr von Vorteil ist, weil es

^ -ein- einfaches Umschalten der Anlage möglich macht. Bei anderen Spannungsverhältnissen p müßten die Serienkondensatoren, die im Hinblick auf die Schaltanlage gemäß Abb. 1 entsprechend der Generatorspannung ,zu ^bemessen sind, umschaltbar vorgesehen werden. Wäre z. B. die Verbrauchernennspannung U₀ gleich der dreifachen Generatorspannung U, d. h. wenn p = Z wäre, so würde U_C = 2U sein. Es müßten dann

ίο also immer zwei Kondensatoren der Nennspannung U in Serie geschaltet werden. Da das mit größerem Aufwand verknüpft ist, ist es also anzustreben, mit dem Spannungsverhältnis p = 2 auszukommen, denn mit diesem Verhältnis ergibt sich, wie leicht einzusehen, eine einfache" und bequeme Möglichkeit' des Umschaltens der Kondensatoren.

Ein praktisches Beispiel zur erfindungsgemäßen Gestaltung der Anlage ist in der Abb. 3 dargestellt. Die Sammelschienen sind als Systeme aus einer Vielzahl von Einzelschienen vorgesehen. Statt des Sämmelschienensystems in der Zusammenstellung aus den mit 8, 8', 8" und 8'" bezeichneten Einzelschienen könnte wohl auch' eine einzige Schiene vorgesehen sein, doch ist die dargestellte Ausführung die vorteilhaftere. Bei jedem der beiden Sammelschienensysteme sind die Einzelschienen an ihren Enden untereinander zusammengeschlossen. Für wenigstens eines der Sammelschienensysteme ist der Zusammenschluß der Einzelschienen jedoch so, daß es mittels Schaltbrücken 10, 11 möglich ist, die Einzelschienen für die Parallelkondensatoren 4, 5 von jenen der Kondensatoren 4', 5', die auch als Serienkondensatoren gebraucht werden sollen, zu separieren.

Das Umstellen von der für den Ofen 1 erforderliehen Schaltung (mit nur parallel geschalteten Kondensatoren) auf die für den Ofen 7 erforderliche Schaltung (mit teils parallel und teils in Serie geschalteten Kondensatoren) ist — wie es an Hand der Abb. 3 leicht einzusehen ist — leicht und bequem mög-Hch gemacht. Deutlich geht aus der Abb. 3 hervor, daß von den beiden öfen 1, 7 der eine betriebsbereit geschaltet ist, und zwar der die relativ niedrige Windungszahl aufweisende, mit Generatorspannung zu betreibende Ofen 1, dem alle Kondensatoren parallel geschaltet sind. Der die größere Windungszahl aufweisende zweite Ofen 7 ist durch die Schaltbrücke 10 kurzgeschlossen. Soll mit dem Ofen 7 gearbeitet werden, so brauchen die Schaltbrücken 10, 11 nur weggenommen zu werden. Dadurch wird einerseits — bei 10 — der Kurzschluß des Ofens 7 beseitigt, der Ofen 7 also betriebsbereit gemacht, auch andererseits — bei 11 — ein einpoliges Abschalten des Ofens 1 bewirkt und zugleich erreicht, daß die Kondensatoren 4', 5' zu Serienkondensatoren gemäß Abb. 2 werden.

Damit zweckdienlich abgestimmt werden kann, sind die schaltbaren Kondensatoren teils der Parallelkapazität und teils der Serienkapazität zugeordnet.
Aus der Reihe der Vorteile sei noch besonders hervorgehoben, daß der Ofen 7 mit mehr Windungen als der Ofen 1 ausgelegt werden kann, auch daß dadurch seine Herstellbarkeit unter allen Umständen gesichert bzw. leichter als sonst möglich gemacht ist und daß bzw. beim Ofen 7 die Ströme kleiner bzw. schwächer als beim Ofen sein können. Die kleineren Ströme erleichtern und verbilligen die Leitungsverbindungen zwischen den ortsfesten Sammelschienen und der schwenkbaren Ofenspule.

Nutzanwendungen bei induktiven Erwärmungsanlagen allgemein, z. B. bei solchen für Härte- oder

Glühbehandlungen, sind in die Erfindung selbstverständlich mit einbegriffen.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Induktionsofenanlage mit zwei wahlweise aus einem auf Sammelschienen geschalteten Generator zu speisenden kernlosen Induktionsöfen, von denen der eine ein für die Nennspannung des Generators und der andere ein für eine höhere Betriebsspannung bemessener Ofen ist, gekennzeichnet durch eine beiden Öfen gemeinsame Kondensatorbatterie, die zu dem entsprechend der Generatornennspannung bemessenen Ofen als Parallelkapazität und zu dem für eine höhere Betriebsspannung bemessenen Ofen teils auch als Serienkapazität schaltbar vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von den zwei Sammelschienen wenigstens eine als ein Mehrschienensystem aus untereinander endverbundenen Einzelschienen besteht, wobei durch in die Endverbindungen des Mehrschienensystems einfügbare Schaltbrücken (10,11) die Einzelschienen in zwei den Anschluß des Ofens für die höhere Betriebsspannung (z. B. Ofen 7) aufweisende Schienengruppe (9, 9' und 9", 9'") aufteilbar sind, derart, daß die der einen Schienengruppe (9, 9') zugeordneten Kondensatoren (4, 5) eine Parallelkapazität, die der anderen Schienengruppe (9", 9'") zugeordneten Kondensatoren (4', 5') eine Serienkapazität ergeben.

3. Anlage nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Sammelschienen als Mehrschienensystem ausgebildet ist.

4. Schaltanlage nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl zu den der einen Schienengruppe (9, 9') als auch zu den der anderen Schienengruppe zugeordneten Kondensatoren in an sich bekannter Weise abschaltbare Teilkapazitäten vorgesehen sind.

5. Anlage gemäß Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die öfen für Betriebsspannungen im Verhältnis 1 :2 ausgelegt sind, wobei die als Serien- und die als Parallelkapazität schaltbaren Teile der Kondensatorbatterie je die Hälfte der Gesamtkapazität betragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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