DE2748136C2

DE2748136C2 - Kernloser Induktions-Tiegelofen

Info

Publication number: DE2748136C2
Application number: DE19772748136
Authority: DE
Inventors: Otto Dr.-Ing. e.h. 5107 Simmerath Junker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-10-27
Filing date: 1977-10-27
Publication date: 1984-11-15
Also published as: DE2748136A1

Description

Die Erfindung betrifft einen kernlosen Induktions-Tiegelofen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es sind kernlose Induktions-Tiegelofen bekannt, die allein mit einer höheren Frequenz als Netzfrequenz betrieben werden, und solche allein für Netzfrequenz. Daneben gibt es aber kernlose Induktions-Tiegelofen, die so ausgelegt und elektrisch beaufschlagt sind, daß sie zeitweise mit einer höheren Frequenz als Netzfrequenz,

zeitweise mit Netzfrequenz betrieben werden können.

Soweit ein kernloser Induktions-Tiegelofen für das Betreiben sowohl mit einer höheren Frequenz als auch mit Netzfrequenz ausgebildet ist, werden die höheren Frequenzen vorzugsweise zum Schmelzen verwendet Höhere Frequenzen lassen nämlich hohe spezifische Leistungen und damit kurze Einschmelzzeiten erreichen.

Bei den mit Netzfrequenz und mit einer höheren Frequenz beaufschlagbaren öfen wird die Netzfrequenz andererseits vorzugsweise zum Zwecke des Warmhaltens und/oder des Behandeins des erschmolzenen Einsatzes angewendet. Das Behandeln des erschmolzenen Einsatzes wird vor allem deshalb bei Netzfrequenz durchgeführt, weil die beim Betrieb eines Induktionsofens im Einsatz auftretenden elektrodynamischen Kräfte umgekehrt proportional der Wurzel aus der angewendeten Frequenz sind, womit sie bei Netzfrequenz größer als bei einer höhereren Frequenz sind. Größere elektrodynamische Kräfte bewirken aber eine stärkere Bewegung innerhalb des erschmolzenen Einsatzes, wodurch eine bessere Homogenisierung des Einsatzes, wie sie insbesondere beim Legieren von Metall gewünscht wird, erreichbar ist. Da die elektrodynamischen Kräfte und damit die Badbewegung andererseits auch proportional der der Induktionsspule zugeführten Leistung sind, wird es vorgezogen, beim Behandeln mit Netzfrequenz durcii Verringerung der Windungsspannung auf Seiten der Induktionsspule eine geringere Leistung zuzuführen als bei der höheren Frequenz, um so einen Austritt des flüssigen Metalls aus dem Metallbad heraus infolge zu starker Badbewegung auszuschließen. Da das Warmhalten nur eine geringe Leistungszufuhr voraussetzt, erfolgt dieses ebenfalls bevorzugt bei verringerter Windungsspannung auf Seiten der Induktionsspule; zum Warmhalten wird aber außerdem Netzfrequenz vorgezogen, da die bekannten Frequenzumformer bei einer kleineren Leistung in der Regel nur einen geringen Wirkungsgrad besitzen.

Soweit bisher kernlose Induktionsöfen eingesetzt sind, die sowohl mit einer höheren Frequenz als auch mit Netzfrequenz so beaufschlagt werden können, daß die Windungsspannung auf Seiten der Induktionsspule bei der höheren Frequenz größer als bei Netzfrequenz ist, wird die Induktionsspule häufig von einem Drehstromnetz her einphasig gespeist. Hierbei erfolgt die Speisung der Induktionsspule so, daß zwischen dem Drehstromnetz und der Induktionsspule im Falle der Beaufschlagung mit der höherern Frequenz nacheinander ein Netzschalter, ein Drehstromtransformator, ein Lastschalter, ein Frequenzumformer und ein Kompensationskondensator für die Kompensation der Blindstromlast des Ofens bei der höheren Frequenz geschaltet sind, im Falle der Beaufschlagung mit Netzfrequenz ein mit dem Lastschalter des Stromweges für die höhere Frequenz verriegelter weiterer Lastschalter und ein Kompensationskondensator für die Kompensation der Blindstromlast des Ofens bei Netzfrequenz. Bei den so ausgelegten und beaufschlagten öfen sind für den Betrieb bei der höheren Frequenz und für den Netzfrequenzbetrieb bislang jeweils unterschiedliche Drehstromtransformatoren vorgesehen, ein Drehstromtransformator für die höhere Frequenz und ein davon unabhängiger zweiter Drehstromtransformator für Netzfrequenz. Hierbei ist jedem der beiden Drehstromtransformatoren eingangsseitig ein Schalter zugeordnet, womit die Einspeisung der höheren Frequenz und der Netzfrequenz über zwei selbständige Stromwege erfolgt. Eine

derartige Anordnung mit separaten Generatoren und Transformatoren für die verschiedenen Betriebsarten ist z. B. aus der DE-AS ! 1 72 400 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kernlosen Induktions-Tiegelofen gemäß der eingangs genannten Gattung bereitzustellen, der kostengünstiger erstellbar ist als der bekannte Ofen dieser Art und zudem weniger Platz an seinem Einsatzort einnimmt

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Paientanspruchs 1 gelöst

Der erfiiidungsgemäße Induktionsofen hat den Vorteil, daß der höherfrequente und der niederfrequente Spulenstrom vom Drehstromnetz über einen einzigen Drehstromtransformator abgenommen wird anstatt wie bisher, über zwei Drehstromtransformatoren, wobei der eine für Netzfrequenz und der zweite, davon unabhängig für die höhere Frequenz bestimmt ist Damit ist ein solcher Ofen weitaus kostengünstiger erstellbar als der bekannte Ofen der gleichen Gattung. Die Verwendung nur eines Drehstromtransiormators an Stelle von zwei solchen Transformatoren bedeutet außerdem, daß der Ofen an seinem Einsatzort weniger Platz einnimmt.

Bei dem Ofen gemäß der Erfindung ist die Windung»- spannung auf Seiten der Induktionsspule dadurch veränderbar gestaltet, daß der Drehstromtransformator mehrere Anzapfungen oder aber, daß er mehrere Spulengruppen aufweist, wobei die Spulengruppen des Drehstromtransformators von Serien- auf Parallelbetrieb umschaltbar sind, oder daß die Induktionsspule mehrteilig ausgebildet ist, wobei ihre Teilspulen von Serien auf Parallelbetrieb umgeschaltet werden können. Es kann sich aber auch empfehlen, daß alle drei Maßnahmen zur Veränderbarkeit der Windungsspannung auf Seiten der j5 Ofenspule gleichzeitig verwirklicht sind, oder doch jedenfalls jeweils zwei der drei Maßnahmen. Wie die Veränderbarkeit der Windungsspannung bei einem bestimmten Ofen ausgestaltet ist, hängt vor allem davon ab, für welche Einsatzzwecke der Ofen gedacht ist und welche konstruktive Ausgestaltung er im übrigen besitzt. Weist der Drehstromtransformator sowohl mehrere Anzapfungen als auch mehrere, von Serien- auf Parallelbetrieb umschaltbare Spulengruppen auf und ist die Induktionsspule außerdem in der angegebenen Art mehrteilig ausgebildet, ist die Windungsspannung in einem sehr weiten Bereich auf einfache Weise veränderbar.

Ist die Induktionsspule mehrteilig ausgebildet, wobei ihr eine Umschaiteinrichtung zum Umschalten von Serienbetrieb auf Parallelbetrieb und umgekehrt zugeordnet ist, kann die Windungsspannung auf Seiten der Induktionsspule und damit die Ofenleistung allein durch Umschalten von Parallelbetrieb der Teilspulen auf deren Serienbetrieb verringert werden, bei gleichbleibend großer Ausgangsspannung des Drehstromtransformators. Eine gleichbleibend große Ausgangsspannung des Drehstromtransformators ist aber deshalb vorteilhaft, weil Kondensatoren großer Betriebsspannung kostengünstiger sind als solche kleiner Betriebsspannung; auch andere Bauelemente, wie Schalter und Stromleitungen, sind bei Ausführung für höhere Spannungen kostengünstiger erstellbar.

Bei der Anordnung nach dem Patentanspruch 1 ist sichergestellt, daß der Frequenzumformer das Stromnetz im Falle des Netzfrequenzbetriebes völlig unbeeinflußt läßt. Andererseits bleibt bei dieser Anordnung der Kompensationskondensalor des Stromweges für die höhere Frequenz bei Netzfrequenzbetrieb mit Spannung beaufschlagt; dies ist möglich, da die Leistungsaufnahme von seiten dieses Kompensaiionskondensators bei Netzfrequenz vernachlässigbar klein ist, insbesondere wenn die Speisespannung niedrig ist Der im Stromweg für die höhere Frequenz füi die Umschaltung von der höheren Frequenz auf Netzfrequenz und umgekehrt vorgesehene Schalter ist hierbei zwischen dem Frequenzumformer und dem Kompensationskondensator dieses Stromweges und nicht zwischen dem Kompensationskondensator und der Induktionsspule vorgesehen, weil die Ströme auf der Seite des Frequenzumformers geringer sind als auf der Seite der Induktionsspule. Der für die Umschaltung von der höheren Frequenz auf Netzfrequenz und umgekehrt im Stromweg für Netzfrequenz liegende Schalter ist demgegenüber zwischen dem Kompensationskondensator dieses Stromweges und der Induktionsspule vorgesehen, womit der Kompensationskondensator dieses Stromweges bei dem Betrieb mit höherer Frequenz vom Stromnetz abgeschaltet ist da dieser Kondensator bei der höheren Frequenz einen größeren Leistungsverbrauch aufweist.

Der im Stromweg für die höhere Frequenz vorgesehene Frequenzumformer ist vorzugsweise als statischer Frequenzumformer ausgebildet. Ein solcher Umformer hat gegenüber einem rotierenden Frequenzumformer die Vorteil»*, daß er einerseits einen höheren elektrischen Wirkungsgrad besitzt und andererseits beim Abschalten des Ofens jederzeit mit abgeschaltet wird, wodurch in den Betriebspausen keine Umformerverluste auftreten. Bei einem rotierenden Frequenzumformer dauert es andererseits längere Zeit, bis der Umformer beim Umschalten von Netzfrequenz auf die höhere Frequenz wieder voll leistungsfähig ist, sofern er bei der Frequenzänderung abgeschaltet wird.

Um das Drehstromnetz beim Betrieb des Induktionsofens mit Netzfrequenz symmetrisch zu belasten, empfiehlt es sich, daß zwischen dem im Stromweg für die Netzfrequenz vorgesehenen Lastschalter und Kcmpensationskondensator für die Kompensierung der Blindstromlast des Ofens bei Netzfrequenz eine Symmetriereinrichtung mit Symmetrierdrossel und Symmetrierkondensator vorgesehen ist und der Drehstromtransformator bei Netzfrequenz dreiphasig belastet ist.

Ist als Drehstromtransformator ein solcher mit mehreren Anzapfungen verwendet, ist es von Vorteil, daß die Anzapfungen des Drehstromtransformators auf seiner Sekundärseite liegen. Insbesondere bei geringerer Leistung des Tiegelofens kann dieser auch so geschaltet sein, daß der Drehstromtransformator zweiphasig belastet ist.

Im nachfolgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Schema einen Schmelztiegel mit Induktionsspule;

Fig. 2 einen elektrischen Schaltkreis, in den die Induktionsspule gemäß F i g. 1 eingeschaltet ist.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Schmelztiegel bezeichnet, der mit einer Metallschmelze 2 angefüllt und von einer Induktionsspule 3 umgeben ist. Die Induktionsspule 3 ist zweiteilig mit den Teilspulen 3a und Zb ausgebildet. Sie besitzt insgesamt vier Anzapfungen I, II, III und IV und wirH von einem Drehstromnetz R. S, T her wahlweise einphasig mit Netzfrequenz oder mit einer höheren Frequenz als Netzfrequenz. z. B. 450 Hz, gespeist, wie im einzelnen aus F i g. 2 ersichtlich ist.

Gemäß F i g. 2 ist an das Drehstromnetz R, S, T zu-

nächst ein Netzschalter 4 angeschlossen, an den sich ein Drehstromtransformator 5 anschließt. Dieser Drehstromtransformator 5 besitzt mehrere Anzapfungen 5a mit Stufenschalter 5b. Die Anzapfungen 5a des Drehstromtransformators 5 sind sämtlich auf seiner Sekun- 5 därseite vorgesehen, und er ist in Sternschaltung geschaltet.

Dem Drehstromtransformator 5 sind sekundärseitig zwei Schalter 6 und 7 in Form von Lastschützen nachgeschaltet, die miteinander verriegelt sind, so daß, wenn 10 das Lastschütz 6 in Schließstellung gebracht ist, das Lastschütz 7 sich gleichzeitig in Offenstellung befindet und umgekehrt. Bei Schließstellung des Lastschützes 6 wird die Induktionsspule 3 mit der höheren Frequenz, bei Schließstellung des Lastschützes 7 mit Netzfrequenz 15 beaufschlagt.

Hierzu schließt sich an das Lastschütz 6 ein statischer Frequenzumformer 8 an. Bei diesem Frequenzumformer kann es sich um einen elektronischen, mit Thyristoren bestückten Frequenzumformer handeln oder um einen Frequenzumformer, der nach dem Transformatorprinzip aufgebaut ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein nach dem Transformatorprinzip aufgebauter statischer Frequenzumformer 8 eingesetzt mit Vorschaltdrosseln 8a, Primärkondensatoren Sb und einer Transformator- und Generatoreinheit 8c.

Der Frequenzumformer 8 ist ausgangsseitig über einen weiteren Schalter in Form des Schaltschützes 9 an die Induktionsspule 3 angeschlossen, wobei zwischen diesem Schaltschütz und der Induktionsspule, parallel zu ihr, ein Kompensationskondensator 10 für den Betrieb bei höherer Frequenz in Form einer Kondensatorbatterie angeschlossen ist.

An das Schaltschütz 7 schließt sich andererseits unter Zwischenschaltung einer Symmetriereinrichtung 11 mit Symmetrierdrossel lla und Symmetrierkondensator Wb ein Kompensationskondensator 12 für Netzfrequenzbetrieb, ebenfalls in Form einer Kondensatorbatterie, an. Dieser Kompensationskondensator 12 ist über einen Schalter in Form des Schaltschützes 9a parallel zum Kompensationskondensator 10 für die höhere Frequenz an die Induktionsspule 3 angeschlossen, wobei das Schaltschüt? 9a mit dem Schaltschütz 9 verriegelt ist.

Die Teilspulen 3a und 3b der Induktionsspule 3 können in Serienbetrieb oder Parallelbetrieb beaufschlagt werden. Hierzu ist eine Umschalteinrichtung 13 vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen so

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Claims

Patentansprüche:

1. Kernloser Induktions-Tiegelofen zum Schmelzen, Warmhalten und Behandeln, z. B. Legieren, von Metallen, dessen Induktionsspule von einem Drehstromnetz einphasig über eine Umschalteinrichtung wahlweise einerseits mit einer höheren Frequenz als Netzfrequenz, andererseits mit Netzfrequenz beaufschlagbar ist, wobei die Windungsspar.nung der Induktionsspule bei der höhereren Frequenz größer als bei Netzfrequenz ist und zwischen dem Drehstromnetz und der Induktionsspule im Falle der Beaufschlagung mit der höheren Frequenz nacheinander ein Netzschalter, ein Drehstromtransformator, ein erster Lastschalter, ein Frequenzumformer und ein erster Kompensationskondensator für die Kompensation aer Blindstromlast des Tiegelofens bei der höheren Frequenz geschaltet sind, im Fall der Beaufschlagung mit Netzfrequenz ein mit dem ersten Lastschalter gegensinnig verriegelter zweiter Lastschalter und ein zweiter Kompensationskondensator für die Kompensation der Blindstromlast des Tiegelofens bei Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Strom auch bei Betrieb der Induktionsspule mit Netzfrequenz über den Netzschalter (4) und den Drehstromtransformator (5) des Stromweges für die höhere Frequenz führbar ist und daß die Wicklungen des Drehstromtransformators (5) jeweils mehrere Anzapfungen (5a) und/oder mehrere zwischen Serien- und Parallelbetrieb umschaltbare Spulengruppen besitzen, die beim Umschalten von der höhereren Frequenz auf Netzfrequenz von Serien- auf Parallelbetrieb und umgekehrt umschaltbar sind, und/oder die Induktionsspule (3) mehrteilig ausgebildet ist, wobei ihre Teilspulen (3c, 3b) beim Umschalten von der höheren Frequenz auf Netzfrequenz von Serien- auf Parallelbetrieb und umgekehrt umschaltbar sind.

2. Kernloser Induktions-Tiegelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Frequenzumformer (8) als statischer Frequenzumformer ausgebildet ist.

3. Kernloser Indukticns-Tiegelofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem zweiten Lastschalter (7) und dem zweiten Kompensationskondensator (12) eine Symmetriereinrichtung (11) mit Symmetrierdrossel (Ua) und Symmetrierkondensator (Ub) vorgesehen sind, wodurch der Drehstromtransformator (5) bei Netzfrequenz dreiphasig belastet ist.

4. Kernloser Induktions-Tiegelofen nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzapfungen (5a) des Drehstromtransformators (5) auf seiner Ausgangsseite vorgesehen sind.