DE2420533C2 - Kernloser Netzfrequenz-Induktionsofen zum Warmhalten, Überhitzen und/oder zum Behandeln und Vergießen von Metallen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kernlosen NetzfreqüeriZ'lndüktiöiisofen gemäß Oberbegriff des Anspruchs L

Bei einem bekannten Induktionsofen der genannten Art (DE-PS 4 96 462) besteht der mittlere Teil der Umkleidung aus der auf Lücke gewundenen Ofenspule, Wobei, zwischen den einzelnen Windungen eine als Beschichtung dienende Dichtmasse vorgesehen ist Der Tiegel dieses bekannten Ofens ist relativ weit von der Ofenspule beabstandet; er ist in einem Füllmaterial eingebettet, welches sich in einem von der Ofenspule umgebenden Behälter befindet Aufgrund dieser Konstruktion ist der Wirkungsgrad der Anordnung relativ niedrig. Bringt man die Ofenspule bei einem solchen Induktionsofen möglichst nahe an der Tiegelwandung an, so müssen spezielle Maßnahmen getroffen werden, um die

ίο Anordnung gasdicht abzuschließen, wobei gewährleistet sein muß, daß die Umkleidung die im Betrieb auftretenden Druckschwankungen ohne Beschädigungen aufnehmen kann. Würde man die bekannte Umkleidung mehr oder weniger direkt an der Tiegel wandung anbringen, so bestünde die Gefahr, daß die zwischen den Windungen der Ofenspule angeordnete Beschichtung aufbricht mit der Folge, daß die Anordnung nicht mehr gasdicht ist und möglicherweise durch die hohen Beanspruchungen zerstört wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsofen der genannten Art zu schaffen, bei dem trotz geringen konstruktiven Aufwands eine praktisch lückenlose Abstützung des Ofentiegels und eine zuverlässige und dauerhafte Gasdichtigkeit des Tiegels gewährleistet ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs > angegebenen Merkmale gelöst

Bei dem erfindungsgemäßen Induktionsofen liegt die äußere Beschichtung also nicht wie bei der bekannten Anordnung zwischen den einzelnen Windungen der Ofenspule, sondern außerhalb der Ofenspule, wobei die äußere Beschichtung über den Umfang gleichmäßig radial nach innen gegen die Ofenspule gehalten wird. Die den oberen und unteren Teil der Umkleidung verspannenden Zuganker werden also doppelt ausgenützt, indem sie als Abstützelemente für die Spannmittel der Lamellenstäbe dienen. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dsl? der Verzicht auf die Seitenschenkel der Lamellenstäbe \.,,evi Wirkungsgrad der Anordnung nicht nennenswert beeinträchtigt Durch die also im wesentlichen glatte oder geradlinige Anordnung der Lamellenstäbe besteht die Möglichkeit, die äußere Beschichtung über den gesamten mittleren Teil an die Ofenspule anzudrücken.

Aus der OE-PS 2 57 967 ist es bekannt, bei einem Induktionsofen die Ofenspule mit über den Umfang verteilten Jocheisen zu versehen. Die Jocheisen werden von sich auf in Umfangsrichtung erstreckenden Zugankern abstützenden Spannmitteln gegen die Ofenspule gehalten. Die Lamellenstäbe besitzen am oberen und unteren Ende Schenkel, die gegen eine in radialer Richtung innen bezüglich der Ofenspule liegende Isolierschicht anliegen. Zwischen der Ofenspule und den Lamellen befindet sich eine Isolierschicht beispielsweise aus Glimmer. Eine Anwendung dieses bekannten Konstruktionsprinzips auf den oben erläuterten bekannten Induktionsofen gemäß der DE-PS 4 96 462 führt jedoch nicht zu der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Induktionsofens; denn gemäß der Anordnung nach der österreichischen Patentschrift liegt die abdichtende Beschichtung zwischen Ofenspule und Tiegel, während bei der erfindüngsgemäßen Anordnung eine äußere Beschichtung Vorgesehen ist Diese äußere Beschichtung erst gewährleistet ein festes Zusammenhalten von Tiegel und Ofenspule, wobei die Spule selbst integrierter Bestandteil des mittleren gasdichten Umkleidungsteils ist Zwar ist auch bei der Anordnung nach der österreichischen Pa-

tentschrift zwischen den einzelnen Jocheisen und der Ofenspule eine Isolierschicht vorgesehen, diese erstreckt sich jedoch jeweils nur über die Breite der Jocheisen, umfaßt also nicht die gesamte Ofenspule. Würde man bei aer bekannten Anordnung die Schenkel der Jocheisen fortlassen, so bliebe ein Teil der Tiegelumkleidung ohne Abstützung, was die Gefahr von Beschädigungen mit sich brächte. Erst die erfindungsgemäße Ausgestaltung, insbesondere der Verzicht auf die oberen und unteren Schenkel der Lamellenstäbe gestattet eine in axialer Richtung durchgehende Abstützung der Tiegelwandung.

Der Abstützung des Tiegels im Bereich des mittleren Umkleidungsteils des Ofens dienen neben der Ofenspule selbst auch deren sie außenseitig abschließende Beschichtung aus armiertem Kunststoff, die der Ofenspule zugeordneten Jocheisen sowie die dieses gegen die Zuganker abstützenden Spannmittel und damit sogar die Zuganker selbst Die unmittelbare Abstützung für den Tiegel bildet dabei die Induktionsspule. Die auf der Außenseite der Spule aufgebrachte Beschichtung und die Jocheisen sowie die diese gegen die Zuganker abstützenden Spannmittel sowie die Zuganker selbst bringen hingegen zunächst eine Verfestigung tew. Abstützung der Spule; damit bewirken diese Mittel jedoch gleichzeitig eine Abstützung des Ofentiegels, wobei diese Abstützung deshalb besonders gut ist, weil die Spannmittel nachstellbar sind. So bringt die Gesamtheit von beschichteter Ofenspule, Jocheisen, Spannmitteln und Zugankern im Bereich des mittleren UmkL-idungsteils eine größtmögliche Festigkeit des Tiegels in diesem Bereich, womit ein Zerbrechen des Tiegels infolge der auf ihn wirkenden pulsierenden Kräfte des Tiegeleinsatzes nahezu unmöglich wird.

Die die beschichtete Ofenspule umgebenden und in bekannter Weise aus lamelliertem Eisen gebildeten Jocheisen dienen zwar zur Halterung der Ofenspule und damit mittelbar zur Abstützung des Ofentiegels, in erster Linie bewirken sie jedoch eine magnetische Schirmwirkung. Die Jocheisen haben zur Folge, daß sich das magnetische Feld außerhalb der Ofenspule und des Metallbades im wesentlichen durch diese Jocheisen selbst schließt Damit bleibt der außerhalb der Ofeiispule und der Joche sowie des Metallbades liegende Bereich weitgehend von Feldlinien frei, weshalb in den der Ofenspule und der Jocheisen benachbarten Eisenkonstruktionen des Ofens und des Ofenunterbaus nur noch sehr wenig zusätzliche Wirbelstromverluste auftreten können und es andererseits bei diesen Teilen keiner besonderen Vorkehrungen zur Vermeidung von Wirbelströmen und der damit einhergehenden Erwärmung bedarf. So können z. B. die Außenabmessungen des Ofenunterbaus so klein wie möglich gehalten werden, was sich vor allem beim Kippen des Ofens sehr vorteilhaft auswirkt; auch kann das Ofengestell auf diese Weise unmittelbar verschweißt werden. Elektrisch bewirken die Joche zudem eine Verbesserung der Kopplung, was eine Erhöhung des Leistungsfaktors und des elektrischen Wirkungsgrades um einige vom Hundert zur Folge hat Die erfindungsgemäße Ausbildung der Jocheisen wirkt sich somit sowohl auf die elektromagnetischen Eigenschaften des Induktionsofens als auch auf seine mechanischen Eigenschaften vorteilhaft aus.

Indem die die beschichtete Ofenspule umgebenden Jocheisen gemäß der Erfindung unter Verzicht auf das obere und untere Ende der Ofenspule umgreifende Seifenschenkel als geradlinige Lamellenstäbe ausgebildet sind, kann die Öfenspule ilber nahezu die gesamte Länge des mittleren Umkleidungsteils des Ofentiegels ausgeführt werden, und es bedarf im Bereich dieses Umkleidungsteils selbst in axialer Richtung keiner Übergangsflächen zwischen dem oberen beziehungsweise unteren Ende der Ofenspule und den daran anschließenden Teilen der Tiegelumkleidung, welche der mechanischen Festigkeit des mittleren Umkleidungsteils äußerst abträglich sind. Bei der gewählten Ausbildung der Jocheisen wird den bei Netzfrequenz-Betrieb besonders hohen

ίο Anforderungen an die mechanische Widerstandsfähigkeit der Tiegelumkleidung im Bereich des mittleren Umkleidungsteils somit in besonderem Maße Rechnung getragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet :sich der Induktionsofen dadurch, daß die gasdichte außenseitige Beschichtung und ebenso die Lamellensläbe der Jocheisen am oberen und unteren Ende der Ofenspule über die Ofenspule selbst hinausragen. Auf diese Weise ergibt sich eine größere mechanische Festigkeit der Ofenspule und in der Folge eine bessere Abstützung des Tiegel im Bereich des mittleren umkieidunjäSteils sowie einj ¹TrOuCrC Gas dichtigkeit dieses Teils.

Eine noch bessere Abstützung des Ofentiegels läßt sich dann erreichen, wenn die Ofenspule zusätzlich an ihrer de .τ Tiegel zugekehrten Seite mit einer den Spaltraum zwischen ihr und dem Tiegel gasdicht abschließenden Beschichtung aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff versehen ist Dabei wird der Abstand zwischen der Ofenspule einerseits und dem Ofentiegel beziehungsweise dem im Tiegelinneren befindlichen Metallbad andererseits zwar größer, jedoch nicht in einem der Übertragung der elektromagnetischen Energie in das Metallbad abträglichen Maße.

Der armierte Werkstoff besteht zweckmäßig aus glasfaserverstärktem Kunstharz.

Bevorzugt ist auf der letzten oberen und letzten unteren Windung der Ofenspule je ein metallischer, die Steigung der Spulenwindiungen ausgleichender Met: !lring fest angebracht, insbesondere aufgelötet Dies erlaubt eine besonders gut gasdichte und auch mechanisch fest.. Verspannung des oberen, mittleren und unteren Umkleidungsteils des Ofentiegels.

In der Zeichnung ist die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert Es zeigen

F i g. 1 einen Induktionsofen mit Otenunterbau in axialem Längsschnitt, teilweise in der Seitenansicht,

F i g. 2 einen Ausschnitt aus F i g. 1 in vergrößertem Maßstab und

F i g. 3 einen Schnitt nach den Linien II-II der F i g. I₁ jedoch ohne Ofenunterbau.

In F i g. 1 sind der aus einer keramischen Stampfmasse in üblicher Weise hergestellte Ofentiegel mit 1 und die dieser aü seinem oberen Ende gasdicht abdeckende, gewölbte Deckelhaube mit 2 bezeichnet. Die Tiegelumkleidung ist aus den mittleren Umkleidungsieil mit der in diesem integrierten Ofenspule 3 sowie den an dem oberen und unteren Ende dieses Umkleidungsteils anschließenden metallischen Umkleidungsteilen 4 und 5 gebildet, wobei de. Umkleidungsteils 4 an seinem unteren Ende und der UrnkJeidungsteij 5 an seinem oberen Ende jeweils mit elneifn Flansch 6 bzw. 7 aus nicht'ferritischem Metall versehen sind.
Die Deckelhaube 2 besteht außen aus Stahlblech und ist innenseitig mit einer feuerfesten Wärmeisolation versehen. Auf der Dcckelhaube 2 befindet sich ein an diese gasdicht angeschlossener Rohraufsatz 8, der zur Aufnahme des iri das Metallbad eintretenden Thermo-

elementes 9 dient

Zum Beschicken des Tiegelinneren ist eine schräg nach oben gerichtete Beschickungsöffnung 10 Vorgesehen, welche mittels des Deckels 11 gasdicht verschließbar ist Mit 12 ist die ebenfalls schräg nach oben gerichtete Gießöffnung und mit 13 ein in diese eingebauter Entnahmekanal bezeichnet, durch den hindurch das im Tiegelinneren befindliche schmelzflüssige Metall vergossen wird.

Das Abgießen der Metallschmelze geschieht grundsätzlich in der Weise, daß diese innerhalb des gasdicht verschlossenen Tiegels mit Druckgas beaufschlagt wird, dessen Zuführung über eine in der Zeichnung nicht dargestellte, in der Deckelhaube 2 vorgesehene Leitung hindurch erfolgt

Der Ofen ist mittels insgesamt drei aus Profileisen bestehender Stützfüße 14 auf dem unteren, gleichfalls aus Profileisen zusammengesetzten Fundamentrahmen ioS? 3bg?S?ÜtZt, die 'hreneitS an d?" linieren I Jmhiillungsteil 5 angeschweißt sind. Auf diese Weise läßt sich 2C der Ofen mittels eines an der Öse 16 angreifenden Kranhakens um das auf der gegenüberliegenden Seite befind- ,. liehe Stütz- bzw. Kipplager 15 kippen. Dies geschieht jedoch nur in Ausnahmefällen, wobei dann die Entle*·. rung des Ofens über die Beschickungsöffnung 10 e folgt

Zwischen dem Tiegel 1 und der oberen sowie u'.teren Stahlumkfeidung 4 bzw. 5 ist jeweils eine wärm .!isolierende Schicht angebracht, die Isolationsschicht 17, z. B. aus Feuerleichtstein, und die Mauerung 18, ι Β. aus Schamott

Die Ofenspule 3 ist in ihrer ganzen Länge «on Kühlwasser durchflossen, wozu das Kupferprofil ^er Spulenwindungen aus Rohkupfer gefertigt ist Vom elektrischen Wechselstrom ist die Ofenspule S unter Aus-Schluß ihrer beiden Endabschnitte ledyiich in ihrem mittleren Längenabschnitt beaufschlag. In den F i g. I und 2 der Zeichnung sind die Oberfdngsflächen von dem vom elektrischen Strom beaufsrnlagten mittleren Längenbereich der Ofenspule 3 zu e'en an diesen Spu-Ienabschnitt beidseitig in axialer Ri' fitting anschließenden, lediglich als Kühleinrichtung wirkenden Endabschnitten der Ofenspule 3 durch -lie waagerechten Linien 19 und 19a kenntlich gemacht Die Anschlüsse von Strom und Kühlwasser sind in dtr Zeichnung im einzelnen nicht wiedergegeben.

Auf der letzten oberen und letzten unteren Windung der Ofenspule 3 ist je ein meta'Hscher, die Steigung der Spulenwindungen ausgleiche.ider Metallring 20 bzw. 20a aufgelötet

Die gesamte Ofcnspule 3 und ein Teil der an sie anschließenden Metallringe 20 und 20a sind auf ihrer Außen- und Innenseite- mit einer gasdichten Beschichtung 21i 22- aus galsfase'rverstärktem Kunstharz versehen.

An der dem Ofentiegel 1 abgekehrten Seite der beschichteten Ofenspule 3 schließen sich nach außen unter Verzicht auf das obere und untere Ende der Ofenspule 3 umgreifende Seitenschenkel als geradlinige Lamellenstäbe ausgebildete und in Richtung der Ofenac!ise ausgerichtete Jocheisen 23 an, die eine etwas größere Länge als die Ofenspule 3 selbst haben; Wie aus F i g. 3 ersichtlich, sind die Jocheisen 23 über den U-nfang der Öfenspule 3 so angeordnet, daß mehr als ein Drittel des Spulenumfariges von Lamellenstäben üriig/oeii ist.

Zwischen den Jocheisen 23 und der Mißenseitigen gasdichten Beschichtung 21 der Ofenipule3 sowie deren innenseitigen gasdichten Beschichtung 22 und der im Bereich des mittleren Umkleidun/steils liegenden Tiegel?dßenwand sind Isolierschichter 24 bzw. 24a, z. B. aus irrprägniertem Glasseidengeweb.·. Asbest oder SiIikat^Olle, angeordnet Während durrh die dreitägige Isolati'insschicht 24 der direkte Kon'.akt der Jocheisen 23 nv. der elektrischen Isolation der Ofenspule 3 vermie- & η wird, verhindert die Isolationsschicht 24a eine dickte Berührung der elektrischen Isolationsschicht der .Öfenspule mit dem Tiegel, so daß einerseits der Wärmenuß vom heißen Tiegel auf die gekühlte Ofenspule verringert und andererseits ein direkter mechanischer Angriff des bei Erwärmung sich ausdehnenden Tiegels vermieden wird.

Mit 25 sind die über den äußeren Umfang des Ofens gleichmäßig verteilt angeordneten, in die Flansche 6 und 7 des oberen bzw. unteren Umkleidungsteils 4, 5 eingreifenden Zuganker bezeichnet, welche den oberen und unteren Umkletdungsteil 4 bzw. 5 unter Zwischenschaltung der Dichtungselemente 26, 26a gasdicht an den mittleren Umkleidungsteil des Ofentiegels 1 anpressen. Die Zuganker 25 besitzen jeweils einen Mittelteil 27 aus Lf-Profileisen mit einer etwas geringeren Längenausdehnung als dem Abstand der Flansche 6 und 7. An den beiden Kopfenden der Mittelteile 27 sind jeweils Abdeckbleche 28 und 28a angeschweißt in deren Bohrungen die mit den Flanschen 6 und 7 in Eingriff stehenden Schraubverbindungen 29 und 29a eingreifea

Zur Verbesserung der Gasdichtigkeit der Übergänge zwischen dem oberen bzw. unteren Umkleidungsteil 4,5 und dem die Ofenspule 3 aufnehmenden mittleren Umkleidungsteil sind die Flansche 6 und 7 an ihrem dem Tiegel 1 zugekehrten, direkt der Induktionsspule 3 anliegenden Teil im Querschnitt wulstartig oder trapezförmig in Richtung auf den mittleren Umkleidungsteil verdickt während die Dicke der Metallringe 20 und 20a über wenigstens einen Teil ihrer radialen Ausdehnung im Querschnitt wulstartig oder trapezförmig vergrößert ist

Die Zuganker 25 stützen rückseitig die die beschichtete Ofenspuel 3 umgebenden Jocheisen 23 ab, ind~ .ti in Bohrungen des aus U-Profileisen bestehenden Mittelteils 27 der Zuganker 25 die in Form von Spannschrauben ausgeführten nachstellbaren Spannmittel 30 und 31 eingreifen. An den Mittelteilen 27 der Zuganker 25 sind auch die Laschen 32 der die Jocheisen 23 abdeckenden Abdeckbleche schraubbar befestigt

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kernloser Neizfreqnenz-Induktionsofen zum Warmhalten, Überhitzen und/oder Behandeln und Vergießen von Metallen, insbesondere von Nichteisenmetallen, mit einer den keramischen Tiegel außen umgebenden, gasdichten Umkleidung, die aus einem sich Ober mindestens die Länge der mit ihrer Achse vertikal angeordneten Ofenspule erstreckenden mittleren Teil sowie aus je einem sich an dessen oberen und unteren Ende anschließenden metallischen Teil besteht, die mittels den mittleren Teil außenseitig Oberbrückender Zuganker unter Zwischenschaltung von Dichtungselementen gasdicht miteinander verspannt sind, wobei die in ihrer ganzen Länge von Kühlwasser durchflossene Ofenspule einen integrierten Bestandteil des mittleren gasdichten Umkleidungsteils bildet sowie mit einer sie mindestens teilweise gasdicht abschließenden Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff versehen ist und unter Ausschluß ihrer beiden Endabschnitte nur über den mittleren Längenabschnitt vom elektrischen Strom beaufschlagt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichte Beschichtung als die Ofenspule (3) außenseitig abschließende, aus armiertem Kunststoff bestehende Beschichtung (21) ausgebildet ist, daß die Ofenspule (3) einschließlich ihrer äußeren Beschichtung (21) von Jocheisen (23) umgeben ist, die als geradlinige Lamellenstäbe ausgebildet sind, welche unter Verwendung von sich mindestens mittelbar gegen die Zuganker (25) abstützenden und nachstellbaren Spannmitteln (30, 31) gegen die die Ofenspule (3) außenseitig abdichtende Beschichtung (21) angepreßt sind.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gasdichte außenseitige Beschichtung (21) und die Lamellenstäbe der Jocheisen (23) am oberen und unteren Ende der Ofenspule (3) über die Ofenspule (3) hinausragen.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ofenspule (3) zusätzlich an ihrer dem Tiegel (1) zugekehrten Seite mit einer den Spaltraum zwischen ihr und dem Tiegel (1) gasdicht abschließenden Beschichtung (22) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff versehen ist

4. Induktionsofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der armierte Kunststoff aus glasfaserverstärktem Kunstharz besteht

5. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf der letzten oberen und letzten unteren Windung der Ofenspule (3) je ein metallischer, die Steigung der Spulenwindung ausgleichender Metallring (20, 20a) fest angebracht, insbesondere aufgelötet, ist