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Koaxiale Stromzuführung für kippbare Induktionsöfen Die Erfindung
betrifft eine Stromzuführung für kippbare Induktionsöfen, insbesondere Hochvakuum-Induktionsöfen,
bei der die beiden stromführenden Leiter in bekannter Weise als koaxiale, durch
Isolation voneinander getrennte Hohlzylinder ausgebildet sind.
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Die übertragung hoher Stromstärken in Frequenzbereichen von 400 bis
10 000 Hertz, wie sie üblicherweise bei Induktionsöfen verwendet wird, stößt dadurch
leicht auf Schwierigkeiten, daß bei zu großer Leiterentfernung unerwünscht hohe
Selbstinduktion auftritt. Es ist deshalb üblich, breite flache Stromschienen zu
verwenden, die durch dazwischengelegte Isolation mit nur wenigen Millimetern Abstand
voneinander geführt werden.
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Wenn ein .an ein solches Schienensystem angeschlossener Ofen gekippt
werden soll, bedient man sich dazu häufig lösbarer Kontaktverbindungen, deren Anordnungen
ohne Schwierigkeiten eng nebeneinander verlaufend geführt werden können. Wenn es
aber erforderlich ist, die Stromzufuhr in jeder beliebigen Ofenstellung aufrechtzuerhalten,
dann hat man sich meist damit geholfen, die Verbindung zwischen den Stromschienen
und dem Ofen mit flexiblen Leitungskabeln herzustellen.
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Die Verbindung mit flexiblen Leitungskabeln hat jedoch einige Mängel.
Die meist sehr großen Stromstärken führen nämlich zu Litzenkabeln mit großem Querschnitt,
deren gleichmäßige Beaufschlagung sehr problematisch ist. Außerdem ist mit Rücksicht
auf die Flexiblität der Wahldes Querschnittes eine praktische Grenze gesetzt. Es
entstehen weiterhin ziemlich steife Kabelbündel von erheblicher Länge, die bedeutende
Energieverluste zur Folge haben.
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Es sind auch Stromzuführungen bekannt, bei denen die Litzenbündel
in koaxialer Weise verdrehbar um die Drehachse angeordnet sind. Abgesehen von der
Kostspieligkeit und der erhöhten Raumbeanspruchung solcher Einrichtungen, ist auch
in diesem Falle das Problem der homogenen Stromdurchflutung der Litzenbündel nicht
restlos gelöst.
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Bei der Stromzuführung gemäß der Erfindung handelt es sich um eine
Drehkontaktanordnung, bei der die Stromschienen in der Drehachse des Kontaktes durchbohrt
sind und der Strom auf koaxial geführte, ringförmige Ableitungen übergeführt wird.
So einfach eine solche Anordnung auf den ersten Blick erscheint, so waren doch bis
zu deren Verwirklichung eine Reihe von Schwierigkeiten zu überwinden.
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Die erste Schwierigkeit bestand darin, daß zur Erzeugung des Kontaktdruckes
zwischen den Schienen und den ringförmigen Ableitern ein metallischer Werkstoff
wegen der großen Feldstärken nicht in Betracht kommen konnte. überraschenderweise
hat sich gezeigt, daß das Problem einfach durch einen zwischen die Stromschienen
geklemmten Gummiring vom Durchmesser der Ableitungsringe gelöst werden kann. Dabei
hat sich jedoch ergeben, daß bei der Erzeugung eines genügenden Kontaktdruckes der
Reibungsschluß zwischen den kupfernen Ableitringen und den Kupferschienen unzulässig
groß ausfällt. Die Folge dieser Reibung war ein untragbarer Verschleiß der Kontaktfläche.
Erst als die Stromschiene, zumindest in den hierfür in Betracht kommenden Bereichen,
aus vergütetem Kupfer-Chrom ausgeführt wurde, konnte der ;erforderliche Kontaktdruck
eingestellt werden, ohne daß Verschleiß durch Festfressen auftrat.
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Bei einer koaxialen Stromzuführung für kippbare Induktionsöfen, insbesondere
Hochvakuum-Induktionsöfen, bei der die beiden stromführenden Leiter als koaxiale,
durch Isolation voneinander getrennte Hohlzylinder ausgebildet sind, ist gemäß .der
Erfindung gekennzeichnet durch einen durch zwei Öffnungen der Stromschienen hindurchgeführten
inneren Leiter mit einem an seinem der Induktionsspule nicht benachbarten Ende fest
angeordneten, auf der der Induktionsspule nicht benachbarten Schiene drehbaren kappenartigen
Verbindungsteil, dessen Durchmesser mit dem des äußeren Leiters praktisch Übereinstimmt,
einen gemeinsam mit dem inneren Leiter, jedoch auf der Induktionsspule benachbarten
Schiene drehbaren äußeren Leiter, einen zwischen den beiden
Schienen
angeordneten Gummiring, dessen Durchmesser mit :dem des äußeren Leiters praktisch
übereinstimmt, .und Schienen aus vergütetem Kupfer-Chrom, zumindest aber Flächen
aus vergütetem Kupfer-Chrom an den Stellen der Schienen, auf denen sich der äußere
Leiter und der Verbindungsteil drehen.
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Andere Metallpaarungen als Kupfer gegen Kupfer-Chrom, z. B. Kupfer
gegen Bronze, sind für die üblichen hohen Schwingströme größerer Öfen wegen der
durch die -geringe Leitfähigkeit der Bronze verursachten Stromwärme nicht allgemein
anwendbar. Erst durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Metallpaarung Kupfer gegen
vergütetes Kupfer-Chrom wird - in Verbindung mit einer üblichen Wasserkühlung -
die auf jeden Fall entstehende Kontaktwärme beherrscht.
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Die Zeichnung soll dem besseren Verständnis des Erfindungsgedankens
dienen; sie gibt eine bevorzugte Ausführungsform wieder.
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Die beiden Stromschienen sind mit 11 und 12 bezeichnet; zwischen ihnen
ist der elektrische isolierende Gummiring 13 angeordnet, der gleichzeitig den erforderlichen
Kontaktdruck herbeiführt. Die Weiterleitung des Stromes erfolgt über den äußeren
Leiter 14 und den inneren Leiter 15. Die Leiter haben ringförmigen Querschnitt :und
sind koaxial geführt und durch die Scheibe 16 gegeneinander elektrisch isoliert.
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Die Leiter 14 und 15 führen zur Induktionsspule 17. An dem entgegengesetzten
Ende steht der äußere Leiter 14 unmittelbar mit der der Induktionsspule 17 benachbarten
Stromschiene 12 in Verbindung. Der innere Leiter 15 ist durch die kreisförmigen
Öffnungen 18 und 19 der Stromschienen 11 und 12 hindurchgeführt und steht über den
kappenartigen Verbindungsteil 20 mit der der Induktionsspule nicht benachbarten
Stromschiene 11 in Kontakt. Sowohl der Durchmesser des Verbindungsteils 20 als auch
der des Gummirings 13 stimmen praktisch mit dem Durchmesser des äußeren Leiters
14 überein.
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Indem von dem Verbindungsteil 20 umschlossenen Endstück 21 des inneren
Leiters 15 befindet sich der Kühlwassereintritt 22; das Wasser tritt aus dem Zwischenraum
23 durch den im äußeren Leiter 14 angeordneten Stutzen 24 wieder aus.
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25 und 26 stellen Kühlwasserrohre aus Kupfer dar, die .auf die Stromschienen
aufgelötet sind. Durch sie wird die Kontaktwärme, die gering ist, mittels metallischer
Wärmeleitung abgeführt.
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Der eine Teil :der Stromzuführung, nämlich die Stromschienen 11 und
12, ist unbeweglich angeordnet. Die beiden Leiter 14 und 15, der Verbindungsteil
20 und die Isolierscheibe 16 sind fest miteinander verbunden; in ihrer Gesamtheit
stellen sie den zweiten Teil der Stromzuführung dar. Dieser Teil ist drehbar; dabei
dreht sich der röhrenförmige äußere Leiter 14 auf der Schiene 12 und der an dem
inneren Leiter 15 fest angeordnete, ebenfalls ringförmige Verbindungsteil 20 auf
der Schiene 11. Der Gummiring 13 drückt die Schiene 12 .an den äußeren Leiter 14
und die Schiene 11 an den Verbindungsteil 20 fest an und bewirkt damit den erforderlichen
Kontaktdruck.
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Es ist nicht nötig, daß die Stromschienen ganz aus vergütetem Kupfer-Chrom
bestehen; es genügt, daß für diejenigen Teile vergütetes Kupfer-Chrom verwendet
wird, auf denen sich der ;äußere Leiter 14 und der Verbindungsteil 20 drehen.