DE1996595U - Schutzvorrichtung fuer elektrische spulen - Google Patents

Description

Schutzvorrichtung für elektrische Spulen

Bei dem Betrieb von Induktionstiegelöfen treten bisweilen durchbrüche aufj hierbei dringt geschmolzenes Metall durch die in der sogenannten Zustellung sich ausbildenden Fugen nnd gelangt insbesondere bei der meistverwendeten Ofentype mit zentral angeordneter Induktionsspule infolge deren Bauweise zu dieser Spule. In solchen Fällen waren bisher WindungsSchlüsse bzw. Unterbrechungen des Wicklungskupfers praktisch unvermeidbar. Es mußtö daher nach Tiegelbrüchen bei der Reparatur der Öfen nicht nur ein neuer Tiegel eingebaut, sondern auch eine Reparatur der Ofenspule durchgeführt werden. Die vorliegende Erfindung zielt nun zur Behebung des zuletzt genannten Nachteiles auf die Schaffung einer Schutzvorrichtung für elektrische Spulen zur Verhinderung von Kurzschlüssen oder Unterbrechungen des Wicklungsmaterials und z.ur f Verme'.dung des Wasseraustrittes bei wassergekühlten Spulen ab. i

Es ist bereits bekannt, mindestens einen Abschirmteil für jede Spule vorzusehen, welcher aus nichtmagnetisierbarem Mate= rial besteht und das Wicklungsmaterial abdeckt. Diese bekannten Abschirmteile an elektrischen Niederspannungsspulen dienen jedoch bloß dem Zwecke, im Falle eines elektrischen Überschlages vom Spulenstromkreis nach anderen, an oder in der Nähe der Spule Ziege.iden stellen ein Abschmelzen des Wicklungsdrahtes bzw. ej>ne Bö- B I Schädigung seiner Isolation zu verhindern. Dies wird bei der be- 1 | kannten "Vorrichtung dadurch erreicht, daß die Abschirmzelle mit der zu schützenden Wicklung galvanisch verbunden sind, wobei deren Überschlagfestigkeit gegerjdie genannten Stellen niedriger und deren Abschmelzfestigkeit höher ist, als die des zu schützenden Wicklungsmaterials.

Bekannt ist ein eisenloser Induktions-Tiegelofen, bei dem zwischen f Spule und Tiegel ein dünnwandiger, aus unmagnetischem Metall bestehender, ein Kühlmittel aufnehmender HohlmanteJ. angeordnet ist. Der Hohlmantel ist zur Verminderung von Induktionsverlusten in vertikaler Richtung geschlitzt und weist an den Schlitzstellen einen gegen das Kühlmittel abdichtenden Isolierstoß auf. Der Hohlmantel läßt sich allerdings nur in wenige Schlitzstellen unterteilen, da sonst sein Zweck, ein Kühlmittel durchzuleiten, nicht eifüllt werden kann.

Weiterhin ist ein elektrischer Induktionsofen bekannt, in wiehern ein geerdeter metaliseher Schirm zwischen Spule und Tiegel innerhalb des Öfenfütters oder, falls kein besonderer Tiegel verwendet

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wird, zwischen Spule und Beschickung angeordnet ist. Der Schirm besteht aus Streifen leitenden, nichtmagnetischen Stoffes, so daß die Bezeugung von Wirbelströmen im Schirm auf ein möglichst geringes Maß gehalten wird. Der korbartige geerdete Metallschirm dient zum Schütze des Personals, das während des Ofenbetriebes Arbeiten am Ofen ausführt, vor Gefährdung durch elektrisch leitende Massen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Schuteinrichtung für elektrische Spulen von Induktionstiegelöfen zur Verhinderung von Kurzschlüssen oder Unterbrechungen des Wicklungsmaterials, bestehend aus mindestens einem metallischen Abschirmteil für Jede Spule aus nichtroagnetisierbarem Material, welcher das Wicklungsmaterial abdeckt. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen zum Schütze gegen die bei Tiegeldurchbrüchen austretende Schmelze entlang ihres Umfangjes von Blechmäntel umgeben sind, welche das allenfalls durch eine Fuge in der Zustellung austretcAde Metall von den Spulen abhalten bzw. durch Wärmeaufnahme zum Erstarren bringen, und daß die Blechmäntel durch Trennfugen unterteilt sind, deren Abstände voneinander kleiner als vj IC and, wobei or die sogenannte Eindringtiefe des Mantelmaterials bedeutet. Durch diese Maßnahme wird eine Herabsetzung der durch Induktion in dem Mantel erzeugten Ströme- welche eine zusätzliche Verlustleistung bewirken, erzielt. Gemäß einem Merkmal der Erfindung sind die Blechmäntel aus austenitischem Eisenwerkstoff gebildet. Dieses Material eignet sich gegenüber den übrigen nichtmagnetisierbaren Metallen besonders

gut für das Abhalten der Schmelze vom Spulenmaterial, da es die große TemperaturbeanÄpruchung duroh die Schmäze am ehesten erträgt, eine günstige magnetische Durchlässigkeit aufweist und überdies billiger ist als andere in Präge kommen^ Metallblfhhe. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung umgeben die Blech·· mantel vorzugsweise unter Zwischenlage von Isolierschichten die Spulen elnfaoh oder in Spiralform mehrfach oder es sind mindestens zwei Mantel überei nünder= vor^ssshsn, wobei die Tresnfugen der einzelnen Mantelwindungen zueinander versetzt angeordnet sind. Es kann eine elektrische Sgnalvorrichtung zur Anzeige von Tiegelbrüchen vorzugsweise durch Leitwert-Messung vorgesehen werden, deren Fühler-Stromkreis mit einem Pol an den oder die isoliert angeordneten Blechmäntel und deren zweiter Pol an eine oder mehrere in der Schmelze befindliche Bodenelektroden od.dgl. angeschlossen ist.

Im folgenden ist die Erfindung näher beschrieben. Die Pig. I bis j5 zeigen drei der verschiedenen möglichen Varianten, welche hinsichtlich der Anordnung der Trennfugen in den Blechmänteln bestehen. In diesen Figuren bedeutet, die Strecke χ sowohl die Abstände der Trennfugen voneinander als auch fallweise die A'-r.tände von deren gegenüberliegenden Enden. Der Betrag von χ soll kleiner sein als das Produkt aus ^ und der Zahl T , wobei 1/* die sogenannte Eindringtiefe des für die Herstellung des Blechßiantels verwendeten Materials bedeutet. Diese Eindringtiefe wird z.B. bei dem im Rahmen der Erfindung vorzugsweise verwendeten austenitisehen Eisenwerkstoff bei Netzfrequenz etwa mit 6 cm anzunehmen sein.

In Pig. 4 ist ferner ein Schnitt durch die Mittelebene eines Induktionsofens schematisch dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Abschirmteil versehen ist- Schließlich zeigt die Fig. 5 den prinzipiellen Aufbau eines eisengeschlossenen, ebenfalls mit dem Abschirmteil und einer elektrischen Signalvorrichtung ausgerüsteten Ringtiegelofens im Schnitt durch seine Symmetrieachse.

Gemäß Fig. 1 verlaufen in dem eben dargestellten Blechmantel 10 die Trennfugen Ii von beiden Rändern her gegen die Mitte des Mantels zu. Die Abstände sowohl der Trennfugen 11 voneinander als auch von deren gegenüberliegenden Enden beträgt X<^ V¹T", also für autenitisehen Eisenwerkstoff bei Netzfrequenz etwa 18-20 cm. Nach Fig. 2 sind im Blechmantel 10 ebenfalls Trennfugen 12 vorgesehen, welche von beiden Rändern her· verlaufen, jedoch nach Art einer Verzahnung angeordnet sind, da sie in abwechselnder Reihenfolge von je einem der Ränder her ineinandergreifend verlaufen, wobei sie im Abstand x vom jeweils ihrem Ursprung gegenüberliegenden Rand enden und zwischen sich ebenfalls den Abstand x aufweisen.

Schließlich ist die Schlitzanordnung gemäß Pig, 5 ähnlich jener von Fig. 1, wobei allerdings zusätzliche Schlitze 15 vorgesehen sind, die im Abstand von-75- von den von den Rändern her verlaufenden Schlitzen symmetrisch zur Mittellinie des BlechmantGls 10 angeordnet sind und etwa bis zu deren Höhe reichen.

Die Blechmäntel können entweder unmittelbar auf den Spulenwicklungen aufliegen, wobei ihre Ränder dicht bis an die Plansche der Spulenträger reichen, oder es kann eine wärmebeständige, elektrisch isolierende Schicht dazwischenliegen. Es können die Bleehmäntel aber auch unter Bildung eines Luftraumes entweder auf den über die Wicklungen hinaus stehenden Spulenflanschen und bzw. oder auf rippenförmigen Abstützungen lagern., welche sich über die Wicklungen erstrecken. Selbstverständlich kann auch ein aus Rippen od.dgl. bestehendes Traggerüst über der Wicklung vor= gesehen v/erden, welches den oder die Blechmär.tel trägt. Die Befestigung der Bleehmäntel kann in der üblichen V/eise durch Nietung oder Verschraubung, aber auch durch Kleben, Umbördeln, durch Zungen und durch bloßes Klemmen erfolgen.

Der in Pig. 4 dargestellte Induktionstiegelofen, der als Beispiel die Verwendungsmöglichkeit des eingangs beschriebenen Abschirmteiles zeigt, ist mit Schmelze bis zum Badspiegel 14 vollgefüllt. Sein Tiegel ist aus Stampfmasse 15 gebildet, die an ihrer zylindrischen Außenfläche mit einer Asbestschicht 16 umkleidet ist. Der den Abschirmteil bildende Blechmantel 17 umschließt die Schicht 16 und reicht an seinen Rändern bis nah© an djts obere und das untere Ende des Troges. Der Blechmantel 17 ist an se'.ner Außenfläche von einer weiteren Schicht 18 umgeben, die aus isolierendem und hitzebeständigem Material besteht. Diese Schicht 18 ist oben und unten begrenzt von jeweils mehreren Lagen von Eternitringen Iy, zwischen denen sich die Induktionswicklung 20 befindet, die in

üblicher Weise aus einem mit einem Kühlmittelkanal versehenen Kupferleiter hergestellt ist. Die Spule 20 ist noch von einigen eisernen MagnetJochen 21 umgeben, von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind. Diese Joche dienen in bekannter Weise zur Bündelung und Lenkung des Streuflusses.

Aus diesem Anwendungsbeispiel kann ersehen werden, daß durch die Anordnung des Blechmantels 17 praktisch keine Gefahr mehr besteht^ fj^e die Sohselse is Falle des Auf tr tens von Rissen in der aus der Stampfmasse 15 bestehenden Zustellung zur Induktionsspule 20 vordringen und diese beschädigen kann.

Es kann allerdings ein derartiger Abschirmteil auch bei anderen Typen von Induktionsöfen angewendet werden, wie die Fig. 5 der Zeichnung sjigt, die einen eisengeschlossenen Ringtiegelofen darstellt, der bis zum Badspiegel 22 mit Schmelze gefüllt ist. Der Trog 25 zur Aufnahme der Schmelze ist von einer Schicht 24 aus Asbest od.dgl. umgeben, die auch die zylindrische Öffnung im Trog 25 auskleidet, die von einem Eisenjoch des Transformators durchsetzt 1st und um die Schmelzrinne herumgeführt ist, deren Inhalt als kurzgeschlossener Sekundärleiter des Transformators wirkt. An der Innenfläche dieses Teiles der Schicht 24 liegt anschließend der Blechmantel 25, der die gesamte Länge der zylindrischen Öffnung des Troges 23 gleichachsig durchsetzt. Innerhalb des Blechmantels 25 befindet sich eine weitere hitzebeständige Isolationsschicht 26, welche die daran anschließende Primärwicklung 27 von außen umgibt.

Der Kupferleiter dieser Wicklung 27 kann ebenfalls* wie dies in der Zeichnung angedeutet ist, mit einem Kiihlmittelkanal versehen sein. Die Wicklung 27 ist überdies an ihrem oberen und unteren Ende von Isoliermaterial eingeschlossen, das z.B. aus mehreren Lagen von Eternitrinnen 28 bestehen kann. Die einzelnen Windungen der Wicklung 27 sind vermittels mechanischer Stützen 29 unter Zwischenlage einer weiteren Isolationsschicht 30 punktweise gegen das in der Achse des Blechmantels 25 liegende Joch 31 des Transfer* mtorkernes 32 abgestützt» Eine weitere mechanische Stützvorrichtung 33 befindet sich oberhalb der Wicklung 27 und bewirkt eine Verfestigung des Joches 31 gegenüber dem oberen Rand des Troges 23.

Der Blechmantel 25 erfüllt in diesem Falle außer seiner Schutzfunktion noch eine weitere Aufgabe: Er ist zur Bildung eines automatischen elektrischen Meldesystems herangezogen, das bereits dann anspricht, wenn nur ganz geringfügige Mengen von Schmelze durch allenfalls entstehende Haarrisse im Trog bis zu ihm gelangen, so daß entweder der Ofenbetrieb sofort unterbrochen oder aber aus dem L^sebnis der Meldung ein Schluß auf das Ausmaß des Lecks gezogen werden kann, wobei der Zeitpunkt der Repartur vorausgeplant und der Ofenbetrieb zunächst allenfalls unbehindert weitergeführt werden kann.

Zu diesem Zweck ist in den Boden des Troges 23 auf der Seite des Ofenraumes eine Bodenelektrode 34 eingelassen. Dieselbe sowie der Blechmantel 25 sind mittels zweier Leitungen 35 mit einer

Stromquelle j56 und einem dazu in Serie liegenden Gerät 57 verbunden, welches den Leitwert im Fühlerstromkreis zwisohem den beiden als Meßelektroden wirkenden Teilen 25 und J>h anzeigt. Aus der Größe des solcherart angezeigten Leitwertes, der bei Tiegeldurchbrüchen wesentlich ansteigt, kann auf Grund von Erfahrungswerten auf dessen Ausmaß geschlossen werden. Voraussetzung hierfür ist lediglich, daß beide als Elekwlfwwn τίί**- i kende Teile isoliert angeordnet sind, so daß der Fühlerstrorakreis j nur durch den Kriechweg des auslaufenden geschmolzenen Metalles j geschlossen werden kann. Das Anzeigegerät JTf enthält zweokmäßigerweise auch eine optische oder bzw, und akustische Warneinrichtung, die bei einem nach Erfahrung festgelegten, allenfalls veränderbaren Schwellwert anspricht. Als Meßgerät kann hierbei ein geeignetes übliches Rheometer verwendet werden, als Warngerät kann eine von einem empfindlichen Relais (polarisiertes Relais, asymmetrisch eingestellt) betätigte Klingel dienen. Selbstverständlich kann auch ein Verstärker in den Stromkreis gelegt sein.

Selbstverständlich erstreckt sich die Erfindung auch auf andere XLs die vorgenannten beispielsweisen AusführungsforL.en. Es können ferner die Blechmäntel durch Anschluß an elektrische Leiter auf ein bestimmtes Potential, z.B. das Erdpotential, gebracht werden.

Ansprüche:

Claims (2)

ΡΑ31β122·31.5.68 Ansprüche :

1) Schutzeinrichtung für elektrische Spulen von lnduktionstiegelöfen zur Verhinderung von Kurzschlüssen oder Unterbieehungen de£ Wicklungsmaterials, bestehend aus mindestens einem metallischen Abschirmteil für jede Spu3e aus niehtmagnetisierbarem Material, welcher das Wicklungsmaterial abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen zum Schütze gegen die bei

Tiegeidureiibrüehen austretend© Schmelze entlang ihres Umfanges * von Blechmäntel (lo) umgeben sinö^ welche das allenfalls durch eine Fuge in der Zustellung austretende Metall von den Spulen abhalten bzw. durch Wärmeaufnahme zum Erstarren bringen, und da 3 die Blechmäntel (10) durch Trenufugen (11,12,1J) unterteilt sind, deren Abstände voneinander kleiner als Ό*, % sind, wobei w"die sogenannte Eirdringtiefe des Mantelmaterials bedeutet.

2) Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechmäntel (10) aus austenitischem Eisenwerkstoff gebildet sind.

2) Schutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechmäntel (10) vorzugsweise unter Zwischenlage von Isolierschichten die Spulen einfach oder in Spiralformnehrfach umgeben oder daß mindestens zwei Mäntel übereinander vorgesehen sind, wobei die Trennfugen (11,12,13) der einzelnen Mantelwindungen zueinander versetzt angeordnet sind.

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Schutzvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Signalvorrichtung (37) zur Anzeige von Tiegeldurchbrochen vorzugsweise durch Leitwert-Messimg vorgesehen i^t, deren Fühler-Stromkreis mit einem Pol an den oder die isoliert angeoi-dneten Blechmäntel (25) und deren zweiter Pol an eine oder mehrere in der Schmelze befindliche Bodenelektroden (34) od.dgl. angeschlossen ist.