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Induktions-Tiegelofen
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Die Erfindung betrifft einen Induktionstiegelofen zum Warmhalten oder
Überhitzen von Metallschmelzen mit einer den Tiegel an dessen unterem Ende umschli=ßenden,
axial kurzbemessenen, wassergekühlten Induktionsspule, die an ein Wechselstromnetz
angeschlossen ist.
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Zum Warmhalten und Überhitzen flüssiger Metalle werden in Gießereien
überwiegend Induktionsrinnenöfen eingesetzt. Diese müssen jedoch immer mit Schmelze
gefüllt sein. Das bedeutet, daß auch an Wochenenden und in Betriebspausen die Warmhalteenergie
verbraucht wird.
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Tiegelöfen haben demgegenüber den Vorteil, daß sie vollständig entleert
und abgeschaltet werden können. Dadurch werden erhebliche Energiemengen eingespart.
Außerdem wird in den
Betriebspausen das Tiegelmaterial von der Schmelze
nicht beansprucht.
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Aus dem DE-GM 74 07 162 ist ein kippbarer Induktions-Tiegelofen für
Netzfrequenzbetrieb zum Warmhalten oder Überhitzen von Metallschmelze bekannt, der
eine wassergekühlte Induktionsspule besitzt, die maximal ein Viertel der nutzbaren
Schmelzbadhöhe hoch ist. Der von der Induktionsspule nicht bedeckte, ungekühlte
obere Längenabschnitt der gestampften, zylindrischen Tiegelwand ist von einer dicken
Wärmeisolierung aus Schamott und Feuerleichtsteinen umgeben. Der Tiegel ist durch
einen feuerfesten Deckel verschließbar In der Tiegelseitenwand mündet ein geschlossener
Gießkanal, der geradlinig ausgebildet und unter einem bestimmten Winkel gegen den
Tiegelboden geneigt ist. Eine modernisierte Ausführung eines solchen Induktions-Tiegelofens
mit einer offenen Gießschnauze ist in der DE-Zeitschrift "Giesserei" 65 (1978) Nr.
26 auf Seite 754 in Bild 4 dargestellt.
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Es ist eine allgemein bekannte Erscheinung, daß die Tiegelstampfmasse
unter der Einwirkung der heißen Schmelze versintert. Es ist weiterhin bekannt, daß
der gesinterte Tiegel beim Abkühlen stark schrumpft. Kühlt sich der Tiegel aufgrund
der Ofenkonstruktion nicht überall gleichmäßig schnell ab, so ergeben sich starke
Wärmespannungen im Tiegel, die zu seiner Zerstörung führen können.
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Solche konstruktionsbedingten Abkühlungsbedingungen finden sich jedoch
bei dem oben beschriebenen, bekannten Induktions-Tiegelofen. Im Bereich der wassergekühlten
Induktionsspule wird der Tiegel nach dem Ausleeren der Schmelze und dem Abschalten
der Wechselstromspeisung sehr schnell abgekühlt; im oberen Bereich, d. h. dort wo
die wärmeisolierende Umkleidung sich befindet, kann sich der Tiegel nur langsam
abkühlen. Dadurch wird der prinzipielle Vorteil des Induktions-Tiegelofens gegenüber
dem Induktions-Rinnenofen,
nämlich seine völlige Entleerbarkeit
und Abschaltbarkeit, wieder teilweise zunichtegemacht. Dies zeigt auch der in der
Tafel 2 auf Seite 755 der obengenannten Zeitschrift angegebene Vergleich von Rinnenofen
und Kurzspulen-Tiegelofen zum Warmhalten von Gußeisen, wonach die Haltbarkeit der
Zustellung beim Rinnenofen bis 2 Jahre, beim bekannten Kurzspulenofen nur 1 Jahr
beträgt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Induktions-Tiegelofen
der eingangs genannten Art über die Höhe des Tiegels etwa gleiche thermische Abkühlverhältnisse
auch beim völligen Entleeren des Tiegels zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Spuleneinsatz vorgesehen
ist, der etwa die gesamte Höhe des Tiegels durchgehend überdeckt, daß der Spuleneinsatz
aus der an das Wechselstromnetz angeschlossenen, aktiven Spule und einer wassergekühlten
Kühlspule besteht, die bis nahe an den oberen Rand des Tiegels reicht.
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Zweckmäßig kann es auch sein, am oberen Ende der Kühlspule ein Kühlgefäss
anzuordnen, wobei dann das obere Ende des Kühlgefässes bis nahe an den oberen Rand
des Tiegels reicht.
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Die Abmessungen von Tiegelinnendurchmesser d, nutzbarer Schmelzbadhöhe
L und Höhe der aktiven Spule L1 werden vorteilhafterweise so gewählt, daß das Verhältnis
L1 : L = 0,3 bis 0,5 und das Verhältnis L : d = 0,4 bis 0,5 ist.
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Damit ergeben sich die Vorteile, daß auch geringe Schmelzmengen im
Tiegel warmgehalten werden können, ohne daß der elektrische Wirkungsgrad zu stark
absinkt und daß vor allem über die gesamte Höhe der Tiegelwand gleiche Erwärmungs-
und Abkühlungsbedingungen bestehen. Zwar weist der erfindungsgemäße Induktions-Tiegelofen
gegenüber dem bekannten einen
erhöhten Wärmeverlust und damit einen
etwas höheren Stromverbrauch auf. Dieser geringe Nachteil wird jedoch durch die
verlängerte Haltbarkeit des Tiegels, die auf die verringerten Wärmespannungen in
der Tiegelwand zurückzuführen ist, mehr als ausgeglichen. Der Tiegel des erfindungsgemäßen
Ofens hängt sich im oberen Bereich nicht mehr auf und reißt deshalb auch nicht.
Zusätzlich wirkt sich die gleichmäßige Wasserkühlung in der aktiven Spule, der Kühlspule
und im Kühlgefäß positiv auf die Standzeit des Tiegels aus.
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Weiter hat die Erfindung den Vorteil, daß Spulen mit unterschiedlicher
elektrischer Leistung installiert werden können und eine Leistungsanpassung bis
hin zur Schmelzleistung jederzeit ohne bauliche Änderungen des Ofens erfolgen kann.
Zu diesem Zweck ist der Spuleneinsatz vorzugsweise als Ganzes auswechselbar.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist eine Spannvorrichtung vorgesehen,
die den Spuleneinsatz gegen das oben fixierte Kühlgefäß verspannt. Zu diesem Zweck
ist das Kühlgefäß vorzugsweise am Ofengestell verschraubt. Nach Lösen der Verschraubung
kann dann der Spuleneinsatz als Ganzes ausgewechselt werden.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert werden.
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Man erkennt einen Induktions-Tiegelofen 1 mit einem zylindrischen
Tiegel 2. Der Tiegel 2 ist mit Schmelze 4 gefüllt, wobei der Badspiegel mit Position
5 bezeichnet ist. Der Tiegel 2 steht auf einem feuerfesten Boden 6, der sich wiederum
auf einer metallischen Bodenplatte 7 abstützt, die einen Teil des Ofengestells bildet,
welches einen unteren Verstärkungsring 20, senkrechte Streben 8 sowie einen oberen
Verstärkungsring 9 umfaßt. Im Bereich der Gießschnauze 3 ist der obere
Verstärkungsring
9.1 so geformt, daß sich die Gießschnauze 3 daran abstützen kann.
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Der Tiegel 2 ist auf seiner ganzen Höhe von einem Spuleneinsatz umgeben,
der aus einer kurzen, wassergekühlten, aktiven Spule 10, einer längeren ebenfalls
wassergekühlten, jedoch nicht aktiven Kühlspule 11 sowie gegebenenfalls einem ebenfalls
mit einer Wasserkühlung 12 versehenen Kühlgefäß 14 besteht. Aktive Spule 10 und
Kühlspule 11 sind prinzipiell ähnlich aufgebaut; ein wesentlicher Unterschied besteht
darin, daß die Kühlspule 11 nicht an Wechselspannung angeschlossen wird. Falls ein
Kühlgefäß 14 vorhanden ist, ist es in regelmäßigen Abständen mit Flanschen 15 verschraubt,
die an dem oberen Verstärkungsring 9 befestigt sind. Aktive Spule 10 und Kühl spule
11 sind zur Erhöhung der Übersichtlichkeit nur durch einige im Querschnitt s»~htbare
Spulenwindungen angedeutet. Bei Bedarf können die Spulenwindungen gegenseitig durch
Isolierstücke 13 isoliert werden. Magnetjoche 16, die in regelmäßigen Abständen
am Umfang der Spulen 10, 11 verteilt sind, stellen den magnetischen Rückfluß der
in der aktiven Spule erzeugten Kraftlinien sicher.
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Am unteren Ende des Spuleneinsatzes sind in regelmäßigen Abständen
am Umfang verteilt Spannvorrichtungen angeordnet, die aus einem Hebel 17, einer
Gewindespindel 18 sowie einer Druckfeder 19 bestehen. Mit Hilfe dieser Spannvorrichtung
werden zur Aufnahme der elektromechanischen Kräfte aktive Spule 10 und Kühlspule
11 gegen das oben verschraubte Kuhlgefäß 14, bzw. wenn dieses Kühlgefäss nicht vorhanden
ist, gegen einen an seiner Stelle liegenden Betonring gepreßt.
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Die Anordnung der Spannvorrichtung unten am Spuleneinsatz hat den
Vorteil, daß der ganze Spuleneinsatz nach Lösen der Verschraubung zwischen Kühlgefäß
14 und Flansch 15 bzw.
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nach Entfernen des Betonringes nach oben herausgezogen werden kann.
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In der Zeichnung sind ferner eingetragen die Abmessungen von Tiegelinnendurchmesser
d, nutzbarer maximaler Schmelzbadhöhe L und Höhe L1 der aktiven Spule. Eine besonders
kleine Spulenhöhe L1 ergibt einerseits einen geringen Abfall des Wirkungsgrades
bei nur kleinen Schmelzbadmengen; eine so kleine Spulenhöhe L1 könnte jedoch dazu
führen, daß große Schmelzmengen nicht mehr ausreichend erwärmt werden können.. Ein
Verhältnis L1 : L = 0,3 bis 0,5 hat sich als optimal herausgestellt.
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Gleiche Überlegungen lassen sich für das Verhältnis von Spulenhöhe
L1 zu Tiegelinnendurchmesser d anstellen. Hier hat sich ein Verhältnis L1 : d =
0,4 bis 0,5 als optimal herausgestellt.
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L e e r s e i t e