DE3405119C2 - Induction coil arrangement with tie rods - Google Patents
Induction coil arrangement with tie rodsInfo
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Abstract
Um bei einem unter Vakuum oder Überdruck arbeitenden, gasdichten Induktionsofen eine Undichtigkeit der Induktionsspulenanordnung durch Verformung oder Verwindung der stirnseitig an der Spule angreifenden Anpreß- und Ausgleichsringe (8, 9) zu vermeiden, wird der Spulenkörper durch Zuganker (20) in axialer Richtung zusammengepreßt, wobei jeder Zuganker hakenförmige Andrückelemente (30, 34; 40, 41) aufweist, die die zum Verspannen der Induktionsspule (7) dienenden Kräfte axial auf den Spulenkörper aufbringen. Die Andrückelemente befinden sich auf einer Gewindestange (21), wobei das obere Andrückelement (30) verschieblich ist, so daß es mittels einer Spannmutter (32) angezogen werden kann.In order to prevent the induction coil arrangement from leaking due to deformation or twisting of the pressure and compensation rings (8, 9) engaging the coil at the front in a gas-tight induction furnace operating under vacuum or overpressure, the coil body is pressed together in the axial direction by tie rods (20), each tie rod having hook-shaped pressure elements (30, 34; 40, 41) which apply the forces used to brace the induction coil (7) axially to the coil body. The pressure elements are located on a threaded rod (21), the upper pressure element (30) being movable so that it can be tightened by means of a clamping nut (32).
Description
Die Erfindung betrifft eine Induktionsspulenanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an induction coil arrangement according to the preamble of claim 1.
Die CH-PS 5 69 944 zeigt eine Induktionsspulenanordnung, bei der jeweils an einer axialen Seite anliegende Anpreßringe mit Zugankern verschweißt sind. Bei solchen Konstruktionen treten in der Praxis jedoch Schwierigkeiten auf, wenn es sich um gasdichte Induktionsöfen handelt, d. h. um Induktionsöfen, die z. B. unter Vakuum oder Überdruck arbeiten. Bei solchen Öfen befinden sich zwischen den einzelnen Windungen der Induktionsspule elastische, gasdichte Zwischenlagen. Die gesamte Spulenanordnung wird von den Zugankern und den Anpreßringen derart zusammengepreßt, daß die Spulenwindungen zusammen mit dem Zwischenlagen eine gasdichte Umhüllung bilden. Die DE-PS 4 96 462 beschreibt eine Induktionsspulenanordnung für einen Induktionsofen, bei dem zwischen den einzelnen Spulenwindungen Zwischenlagen aus Gummi oder Kitt vorgesehen sind.CH-PS 5 69 944 shows an induction coil arrangement in which pressure rings on each axial side are welded to tie rods. In practice, however, difficulties arise with such designs when it comes to gas-tight induction furnaces, i.e. induction furnaces that operate under vacuum or overpressure, for example. In such furnaces, elastic, gas-tight intermediate layers are located between the individual windings of the induction coil. The entire coil arrangement is pressed together by the tie rods and the pressure rings in such a way that the coil windings together with the intermediate layers form a gas-tight enclosure. DE-PS 4 96 462 describes an induction coil arrangement for an induction furnace in which intermediate layers made of rubber or putty are provided between the individual coil windings.
Das DE-GM 19 42 561 zeigt in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Induktionsspulenanordnung für kernlose Induktionsöfen, bei der die Zuganker durch U-förmige Jocheisen gebildet werden. Die beiden freien Schenkel jedes Jocheisens liegen mit ihren Innenseiten an den in axialer Richtung nach außen weisenden Seiten der beiden Anpreßringe an. Am oberen Ende jedes Jocheisens ist seitlich ein Federanker befestigt, der einen Klemmfinger trägt. Der in Richtung der Spulenachse weisende Klemmfinger liegt gegen die axial nach außen weisende Seite des oberen Anpreßrings flächig an. Die Aufgabe der Federanker und Klemmringe besteht darin, die Windungen gegen die erheblichen elektro-mechanischen Kräfte während des Betriebs zusammenzuhalten.DE-GM 19 42 561 shows, in accordance with the preamble of claim 1, an induction coil arrangement for coreless induction furnaces in which the tie rods are formed by U-shaped yoke irons. The two free legs of each yoke iron rest with their inner sides on the sides of the two pressure rings that point outwards in the axial direction. A spring anchor that carries a clamping finger is attached to the side of the upper end of each yoke iron. The clamping finger pointing in the direction of the coil axis rests flat against the side of the upper pressure ring that points outwards axially. The task of the spring anchors and clamping rings is to hold the windings together against the considerable electro-mechanical forces during operation.
Das Zusammenhalten der Spulenwindungen ist mit Hilfe der bekannten Zuganker also nur möglich, wenn entsprechend geformte U-förmige Jocheisen vorhanden sind. Bildet man - zur Vermeidung von Verlusten - die Jocheisen als Lamellenpakete aus, so erweist sich das Befestigen der Federanker als schwierig. Außerdem ist die radiale Lage der Klemmfinger auf der Oberseite des Anpreßrings nicht festgelegt. Ein gravierender Nachteil bei der bekannten Anordnung besteht darin, daß die Kräfte von dem Klemmfinger nicht ausschließlich in axialer Richtung auf den Anpreßring aufgebracht werden, und zwar deshalb nicht, weil - wie gesagt - der Klemmfinge flächig an der Oberseite des Anpreßrings anliegt und außerdem der Federanker seitlich an einem Joch angebracht ist, so daß der durch den unteren Teil eines Jochs und den an diesem Joch angebrachten Federanker gebildete Zuganker an zwei Punkten der Anordnung angreift, die nicht auf einer zur Spulenachse parallelen Linie liegen, sondern auf einer dazu schräg verlaufenden Linie. Hierzu kommt es zu Querkräften und gegebenenfalls zu Verkantungen des Federankers und des Klemmfingers.Holding the coil windings together using the known tension rods is therefore only possible if appropriately shaped U-shaped yoke irons are available. If the yoke irons are designed as lamination packs to avoid losses, attaching the spring anchors proves to be difficult. In addition, the radial position of the clamping fingers on the top of the pressure ring is not fixed. A serious disadvantage of the known arrangement is that the forces from the clamping finger are not applied exclusively in the axial direction to the pressure ring, because - as mentioned - the clamping finger lies flat against the top of the pressure ring and the spring anchor is attached to the side of a yoke, so that the tension anchor formed by the lower part of a yoke and the spring anchor attached to this yoke acts on two points of the arrangement that are not on a line parallel to the coil axis, but on a line that runs diagonally to it. This results in transverse forces and, in some cases, tilting of the spring anchor and the clamping finger.
Die mechanische Stabilität der bekannten Federankeranordnung reicht zwar aus, um bei der bekannten Anordnung die dort gestellte Aufgabe zu lösen, d. h. einen Widerstand gegenüber den elektro-mechanischen Kräften zu schaffen, die bekannte Anordnung ist jedoch nicht in der Lage, bei einem Ofen mit einer gasdichten Induktionsspule mit zwischen den Spulenwindungen angeordneter, flexibler Zwischenlage die Spulenwindungen mit solcher Kraft gleichmäßig so zusammenzudrücken, daß die Gasdichtigkeit gewährleistet ist. Diese Aufgabe muß aber eine Zugankeranordnung bei einem derartigen Induktionsofen erfüllen, wenn man auf umfangreiche weitere Dichtungsmaßnahmen verzichten will.The mechanical stability of the known spring anchor arrangement is sufficient to solve the task set for the known arrangement, ie to create a resistance to the electro-mechanical forces, but the known arrangement is not capable of pressing the coil windings together evenly with such force that gas-tightness is guaranteed in a furnace with a gas-tight induction coil with a flexible intermediate layer arranged between the coil windings. This task However, a tie rod arrangement must meet this requirement in such an induction furnace if extensive additional sealing measures are to be avoided.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsspulenanordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzubilden, daß die Zuganker in der Lage sind, die Gasdichtigkeit zu gewährleisten, wenn die Gasdichtigkeit grundsätzlich dadurch erreicht werden soll, daß sich zwischen den Spulenwindungen eine flexible, dichtende Zwischenlage befindet.The invention is based on the object of developing an induction coil arrangement of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that the tie rods are able to ensure gas tightness if gas tightness is to be achieved in principle by having a flexible, sealing intermediate layer between the coil windings.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1.
Auf Grund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Zuganker in Verbindung mit den Anpreßringen und Andruckelementen werden Anpreßringe und Spule durch praktisch ausschließlich axiale Kräfte zusammengedrückt, so daß die Zwischenlage an allen Stellen gleichmäßig zusammengepreßt und dadurch eine optimale Gasdichtigkeit gewährleistet wird.Due to the inventive design of the tie rods in conjunction with the pressure rings and pressure elements, the pressure rings and coil are pressed together by practically exclusively axial forces, so that the intermediate layer is pressed together evenly at all points and thus optimal gas tightness is ensured.
Bei der erfindungsgemäßen Induktionsspulenanordnung werden keine Biegemomente von den Zugankern auf die Anpreßringe übertragen, so daß eine Verformung der Anpreßringe vermieden wird. Undichtigkeiten innerhalb des Spulenkörpers oder zwischen der Spulenanordnung und dem Ofenoberteil oder dem Ofenunterteil können nicht entstehen.In the induction coil arrangement according to the invention, no bending moments are transferred from the tie rods to the pressure rings, so that deformation of the pressure rings is avoided. Leaks within the coil body or between the coil arrangement and the furnace top or bottom section cannot occur.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird erreicht, daß beim Verspannen der Spulenanordnung das Andrückelement eines Zugankers in der betreffenden Fixiereinrichtung angeordnet ist, so daß man die Spannmutter bequem mit einem vorgegebenen Drehmoment anziehen kann. Durch die im Anspruch 3 angegebene Maßnahme wird ein besonders einfaches und rasches Anbringen der Zuganker ermöglicht.Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims. The design according to claim 2 ensures that when the coil arrangement is tightened, the pressure element of a tension rod is arranged in the relevant fixing device, so that the clamping nut can be easily tightened with a predetermined torque. The measure specified in claim 3 enables the tension rods to be attached particularly easily and quickly.
Die in den Ansprüchen 4, 5 und 6 angegebenen Möglichkeiten für die Fixiereinrichtung lassen sich sämtlich ohne großen Arbeitsaufwand realisieren; denn es braucht entweder nur eine durchgehende Rille auf der Stirnseite des betreffenden Anpreßrings ausgebildet zu sein oder es müssen Bohrungen für die Andrückelemente gebohrt werden. Die Weiterbildung nach Anspruch 7 ist nicht ganz so günstig, erfordert aber dennoch auch nur einen relativ geringen Aufwand.The options for the fixing device specified in claims 4, 5 and 6 can all be implemented without a great deal of effort; because either only a continuous groove needs to be formed on the front side of the pressure ring in question or holes need to be drilled for the pressure elements. The further development according to claim 7 is not quite as cheap, but still requires only a relatively small amount of effort.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 8 wird erreicht, daß die Anpreßringe beim Verspannen der Spulenanordnung keinerlei Kräften ausgesetzt werden, die ein Verwinden der Anpreßringe zur Folge haben könnten. Es wird gewährleistet, daß die Anpreßringe keinerlei Kippneigung beim Verspannen der Spulenanordnung zeigen. Allerdings können die Fixiereinrichtungen auch weiter außen liegen, und zwar dann, wenn die inneren Bereiche der Anpreßringe an an sich bekannten, wassergekühlten Dichtringen anliegen. Diese Abdichtringe schließen in axialer Richtung an die beiden Anpreßringe an.The design according to claim 8 ensures that the pressure rings are not subjected to any forces when the coil arrangement is tightened, which could result in the pressure rings becoming distorted. It is ensured that the pressure rings do not show any tendency to tilt when the coil arrangement is tightened. However, the fixing devices can also be located further out, namely when the inner areas of the pressure rings rest against known, water-cooled sealing rings. These sealing rings adjoin the two pressure rings in the axial direction.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigtIn the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. It shows
Fig. 1 eine Radial-Teilschnittansicht einer Induktionsspulenanordnung mit Zuganker, und Fig. 1 is a partial radial sectional view of an induction coil arrangement with tie rod, and
Fig. 2 eine Teil-Draufsicht auf die Induktionsspulenanordnung, die in Fig. 1 teilweise dargestellt ist. Fig. 2 is a partial plan view of the induction coil assembly partially shown in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt einen Teil einer aus Stampfmasse bestehenden Auskleidung 2 eines Ofentiegels 1, der auf seiner Außenseite von einer wärmedämmenden Ummantelung 3, einem oberen, kühlmitteldurchflossenen Dichtungsring 4 und einem unteren, kühlmitteldurchflossenen Dichtungsring 5 umgeben ist. Der untere Dichtungsring 5 ist auf eine Grundplatte 6 aufgeschweißt. Fig. 1 shows part of a lining 2 of a furnace crucible 1 consisting of ramming mass, which is surrounded on its outside by a heat-insulating casing 3 , an upper sealing ring 4 through which coolant flows, and a lower sealing ring 5 through which coolant flows. The lower sealing ring 5 is welded onto a base plate 6 .
Zwischen den beiden Dichtungsringen 4 und 5 befindet sich auf der Außenseite der Ummantelung 3 eine Induktionsspule 7. Die Induktionsspule 7 besitzt mehrere Windungen eines Spulenleiters 10, der einen Kühlkanal 11 für Kühlwasser aufweist. Zwischen den einzelnen Spulenwindungen liegen aus einem flexiblen, gasdichten Material, z. B. Gummi, bestehende Zwischenlagen. Diese Zwischenlagen 12 haben im druckfreien Zustand einen kreisförmigen Querschnitt, nehmen jedoch unter Druck zwischen den einzelnen Spulenwindungen einen etwa ovalen Querschnitt an. An die Zwischenlagen 12 schließen sich auf der dem Tiegel 1 abgewandten Seite aus Glimmer mit Bindemittel bestehende Distanzstücke 13 an, die beim Zusammenpressen der Spule 7 in deren axialer Richtung das Ausmaß des Zusammenpressens und somit die Höhe der gasdichten Zwischenlagen 12 bestimmen.Between the two sealing rings 4 and 5, on the outside of the casing 3, there is an induction coil 7. The induction coil 7 has several turns of a coil conductor 10 , which has a cooling channel 11 for cooling water. Between the individual coil turns there are intermediate layers made of a flexible, gas-tight material, e.g. rubber. These intermediate layers 12 have a circular cross-section when pressure-free, but assume an approximately oval cross-section between the individual coil turns when pressure is applied. The intermediate layers 12 are adjoined on the side facing away from the crucible 1 by spacers 13 made of mica with a binding agent, which determine the extent of the compression and thus the height of the gas-tight intermediate layers 12 when the coil 7 is pressed together in its axial direction.
Zwischen der Induktionsspule 7 und dem oberen Dichtungsring 4 befindet sich ein oberer Anpreßring 8, und zwischen der Spule 7 und dem unteren Dichtungsring 5 befindet sich ein unterer Anpreßring 9. Da die Induktionsspule 7 wendelförmige Form hat, bilden der obere und untere Endabschnitt des Spulenleiters eine schräge Ebene mit einer bestimmten Steigung. Diese Steigung wird durch entsprechende Form der Anpreßringe 8 und 9 ausgeglichen, d. h.: die Anpreßringe 8 und 9 haben - in axialer Richtung der Spule gesehen - eine sich zwischen einem größten und einem kleinsten Wert ändernde Dicke. Die der Induktionsspule 7 abgewandten Stirnseiten der Anpreßringe 8 und 9 stehen senkrecht auf der Spulenlängsachse. Zwischen diesen Stirnseiten und den Dichtungsringen 4 bzw. 5 befindet sich ein Dichtungsmittel.Between the induction coil 7 and the upper sealing ring 4 there is an upper pressure ring 8 , and between the coil 7 and the lower sealing ring 5 there is a lower pressure ring 9. Since the induction coil 7 has a helical shape, the upper and lower end sections of the coil conductor form an inclined plane with a certain slope. This slope is compensated by the corresponding shape of the pressure rings 8 and 9 , ie: the pressure rings 8 and 9 have - seen in the axial direction of the coil - a thickness that changes between a largest and a smallest value. The end faces of the pressure rings 8 and 9 facing away from the induction coil 7 are perpendicular to the longitudinal axis of the coil. A sealing agent is located between these end faces and the sealing rings 4 and 5 .
In der der Spule 7 abgewandten Stirnseite des Anpreßrings 8 befindet sich eine durchgehende, als Fixiereinrichtung dienende Rille 14. Eine entsprechende Rille 15 befindet sich auf der der Spule 7 abgewandten Stirnseite des Anpreßrings 9. Die Rillen 14 und 15 dienen zum Fixieren von Andrückelementen von Zugankern 20, die in gleichmäßigen Winkelabständen über den Umfang der Spule verteilt angeordnet sind. In Fig. 1 ist einer dieser Zuganker 20 dargestellt. Fig. 2 zeigt, daß dieser Zuganker 20 zwischen zwei aus Eisenlamellenstapel bestehenden Jochen J liegt. Diese Joche dienen zur Feldrückführung und sind in regelmäßigen Abständen über den Umfang der Spule verteilt angeordnet, wobei sie außer zur Feldrückführung auch noch zum radialen Abstützen der Spulenanordnung dienen.In the face of the pressure ring 8 facing away from the coil 7 there is a continuous groove 14 which serves as a fixing device. A corresponding groove 15 is located on the face of the pressure ring 9 facing away from the coil 7. The grooves 14 and 15 serve to fix pressure elements of tie rods 20 which are arranged at regular angular intervals over the circumference of the coil. One of these tie rods 20 is shown in Fig. 1. Fig. 2 shows that this tie rod 20 is located between two yokes J consisting of iron lamination stacks. These yokes serve to return the field and are arranged at regular intervals over the circumference of the coil, whereby in addition to returning the field they also serve to radially support the coil arrangement.
Der Zuganker 20 besteht aus einem Metallrohr aus z. B. Stahl, auf dessen oberes Ende ein Stahlstück mit einem Außengewinde 22 aufgeschweißt ist. Am oberen Ende des Metallrohrs 21 ist ein Andrückelement 30 gleitend gelagert. Hierzu besitzt das Andrückelement 30 eine Bohrung mit einer Gleitbeschichtung 33. Die Lage des Andrückelements 30 läßt sich mittels einer Spannmutter 32 festlegen, die über eine Unterlegscheibe 31 an dem Andrückelement 30 angreift.The tie rod 20 consists of a metal tube made of steel, for example, onto whose upper end a piece of steel with an external thread 22 is welded. A pressure element 30 is slidably mounted at the upper end of the metal tube 21. For this purpose, the pressure element 30 has a bore with a sliding coating 33. The position of the pressure element 30 can be fixed by means of a clamping nut 32 , which engages the pressure element 30 via a washer 31 .
Das Andrückelement 30 besitzt einen hakenförmigen Vor -sprung 34 (siehe auch Fig. 2), der in die als Fixiereinrichtung dienende Rille 14 des Anpreßrings 8 eingreift.The pressing element 30 has a hook-shaped projection 34 (see also Fig. 2) which engages in the groove 14 of the pressing ring 8 serving as a fixing device.
Am unteren Ende des Metallrohrs 21 ist unverschieblich ein Andrückelement 40 festgemacht. Das Andrückelement 40 besitzt einen radial nach innen vorspringenden Haken 41, der in die als Fixiereinrichtung dienende Rille 15 des Anpreßrings 9 eingreift.A pressing element 40 is fixedly attached to the lower end of the metal tube 21. The pressing element 40 has a hook 41 projecting radially inwards, which engages in the groove 15 of the pressing ring 9 , which serves as a fixing device.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Haken 34 und 41 der Andrückelemente 30 bzw. 40 miteinander ausgerichtet, und zwar greifen sie etwa im Bereich der Mitte M der Spulenleiter 10 an, wobei der Angriffspunkt etwas außerhalb dieser Mitte M liegt.As can be seen from Fig. 1, the hooks 34 and 41 of the pressing elements 30 and 40 , respectively, are aligned with one another, namely they engage approximately in the region of the center M of the coil conductors 10 , the point of engagement being located slightly outside this center M.
Zum Montieren eines Zugankers wird dieser in gelöster Stellung, d. h. mit ganz am Ende befindlichem Andrückelement 30 mit Hilfe des Hakens 34 in die Rille 14 eingehängt. Dann wird die Spannmutter 32 angezogen, wobei darauf geachtet wird, daß der Haken 41 in die Rille 15 gelangt. Das Anzugselement ist hier nicht besonders kritisch, da die Distanzstücke 13 übermäßiges Zusammenpressen der Spulenanordnung verhindern.To mount a tension rod, it is hooked into the groove 14 in the released position, ie with the pressure element 30 at the very end, using the hook 34. The clamping nut 32 is then tightened, making sure that the hook 41 enters the groove 15. The tightening element is not particularly critical here, since the spacers 13 prevent the coil arrangement from being compressed excessively.
In Abwandlung der obigen Ausführungsform können die Anpreßringe auch anders ausgebildete Fixiermittel aufweisen, z. B. einzelne Bohrungen für jeweils einen Haken 34 bzw. 21. Auch brauchen nicht unbedingt auf beiden Seiten jedes Zugankers hakenförmige Andrückelemente vorgesehen sein, z. B. könnte auf der Unterseite der Spulenanordnung für jeden Zuganker eine Art Scharnier- oder Zapfenverbindung vorgesehen sein. Außerdem können die Fixiereinrichtungen auch als Stege ausgebildet sein, die auf den äußeren Stirnseiten der Anpreßringe angebracht sind.In a modification of the above embodiment, the pressure rings can also have differently designed fixing means, e.g. individual holes for a hook 34 or 21 respectively. Hook-shaped pressing elements do not necessarily have to be provided on both sides of each tie rod, e.g. a type of hinge or tenon connection could be provided on the underside of the coil arrangement for each tie rod. In addition, the fixing devices can also be designed as webs that are attached to the outer end faces of the pressure rings.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |