DE3405120C2

DE3405120C2 - Kernloser Induktionsofen mit Distanzmitteln zwischen den Induktionsspulen-Windungen

Info

Publication number: DE3405120C2
Application number: DE3405120A
Authority: DE
Inventors: Lorenz 5108 Monschau Voss
Original assignee: Otto Junker GmbH
Current assignee: Otto Junker GmbH
Priority date: 1984-02-14
Filing date: 1984-02-14
Publication date: 1986-11-13
Also published as: FR2559573A1; US4622679A; FR2559573B1; GB8503551D0; SE457285B; GB2154409B; GB2154409A; DE3405120A1; IT8547645A0; IT8547645A1; IT1182180B; JPS60248986A; SE8500667L; JPH0463995B2; SE8500667D0

Abstract

Um bei einem Vakuum-Induktionsofen, bei welchem zur Erzielung eines gasdichten Abschlusses des Ofentiegels zwischen den einzelnen Windungen der Induktionsspule eine aus flexiblem Werkstoff bestehende Zwischenlage (153) vorgesehen ist, wird zur Erzielung eines gleichmäßigen Drucks in dem Material der Zwischenlagen und somit zur Erzielung eines gleichmäßigen gasdichten Abschlusses im gesamten Spulenbereich ein völlig gleichmäßiger Abstand zwischen den Windungen des Spulenleiters (51) vorgesehen. Hierzu sind zusätzlich zu den Zwischenlagen (153) zwischen den einzelnen Windungen des Spulenleiters (150) aus Isolierstoff, z. B. Glimmer, bestehende Distanzstücke (152) vorgesehen, die das Ausmaß der Zusammenpressung der Zwischenlagen (153) festlegen. Zusätzlich zu den Zwischenlagen kann auf der dem Tiegel zugewandten Seite der Zwischenlagen eine aus Asbest bestehende Schnur vorgesehen werden, um eine Beschädigung der z. B. aus Gummi bestehenden Zwischenlagen durch Wärmeeinwirkung zu vermeiden.

Description

I Die Distanzmitiel, die im nicht-gepreßten Zustand ei- Abständen kleine Distanzscheiben oder dgL zwischen B ne geringere axiale Höhe aufweisen als die betreffende die einzelnen Spulenwindungen gelegt werden. Vorfi Zwischenlage, definieren exakt diejenige Höhe, die die zugsweise ist jedoch vorgesehen, daß die Distanzmittel H zugehörige Zwischenlage in ihrem zusammengepreßten aus Distanzstücken bestehen, die abschnittsweise eist- ·". Zustand einnimmt Auf diese Weise wird absolut sicher- -5 weder direkt aneinander anschließend oder mit Abstand ?: gestellt, daß die Zwischenlagen an sämtlichen Stellen voneinander angeordnet sind. Derartige Distanzstücke κ gleichmäßig stark zusammengepreßt werden. Hier- ermöglichen die Herstellung einer ununterbrochenen, 5 durch wird erreicht, daß an sämtlichen Stellen der In- wendelförmigen Lage zwischen den Induktionsspulen- t duktionsspule eine völlig gasdichte Umhüllung für den Windungen, wobei sich die einzelnen Distanzstücke ?:} Ofentiegel geschaffen wird. io leicht montieren lassen. Eine nicht ganz so günstige Aus-ί In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, führungsform sieht dagegen vor, daß die Distanzmittels £ daß die aus flexiblem Material bestehenden Zwischenla- aus einem einzigen durchgehenden, bandähnlichen und '■;, gen im wesentlichen in dem Bereich zwischen innerem wendelförmigen Strang bestehen. Theoretisch könnten ' Wirkungsrand und Spulenleitermitte angeordnet sind, die Distanzmittel bei isoliertem Spulenleiter aus leitenwährend die Distanzmittel sich hauptsächlich in den au- is dem Material bestehen, vorzugsweise ist jedoch vorge- - ßeren Bereichen der Windungszwischenräume befin- sehen, daß sie aus gewebeverstärktem Kunststoff oder ⁵ den. Wenn sich die Anordnung während des Betriebs aus Glimmer mit Bindemittel bestehen.
i des Ofens erwärmt, dehnt sich je aach Materialbeschaf- Zur weiteren Verbesserung und Erhaltung der Gas- ·· fenheitder Werkstoff der Zwischenschichten aus. Durch dichtigkeit schlägt die Erfindung vor, daß eine auf der die oben angegebene erfindungsgemäße Maßnahme 20 Innenseite der Spule vorgesehene Wärmedämmschicht, V wird erreicht, daß eine Erwärmung des Materials der insbesondere aus keramischem Material wie z. B. feuer- ! Zwischenschichten, d. h. des Abdichtmittels, eine Erhö- festem Beton verwendet wird.

i hung des Anpreßdrucks dieses Abdichönittels gegen dis Insbesondere bei derartigen Dichtnute-ialien wird ci-

1 es umgebenden Teile zur Folge hat. ne besonders gute Abdichtung erzielt, wenn in nicht-zu-

I Zwar ist aus der US-PS 41 52 187 ein Induktionsofen 25 sammengepreßtem Zustand der Spulenanordnung das

[^; bekannt, bei dem zwischen den einzelnen Spulenwin- Verhältnis der Höhe von Zwischenlagenmateriai und

I düngen aus Isolierstoff bestehende Streifen vorgesehen Distanzraitteln — in axialer Richtung der Spule betrach-

1' sind, die man als Distanzmittel bezeichnen könnte, je- tet — zwischen 2 :1 und 1,2 :1 liegt, vorzugsweise etwa

j doch unterscheidet sich die dortige Anordnung von 5 :3,5 beträgt

f. öfen der gattungsgemäßen Art dadurch, daß zwischen 30 Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin-

{ den einzelnen Spulen windungen keine aus elastischem dung anhand der Zeichnung näher erlauf art Es zeigt

j Material wie z.B. Gummi bestehende Zwischenlagen Fig. I eine Längsschnittansicht eines Induktions-

j vorgesehen sind, die die Aufgabe haben, den Ofentiegel ofens,

I" gasdicht abzuschließen. Vielmehr ist für ein gasdichtes F i g. 2 einen radialen Schnitt eines Teils der Induk-

■ Abschließen des Ofentiegels ein Mantel vorgesehen, der 35 tionsspule des in F i g. 1 gezeigten Induktionsofens,

I sich zwischen der Außenwand des Tiegels und den In- Fig.3 einen radialen Schnitt durch die Induktions-

j nenseiten der Induktionsspulen-Windungen und der spule des Ofens nach F i g 1 mit einer Spulenverspann-

I Isolierstoff-Streifen befindet Dieser Abdicht-Mantel vorrichtung, und

i besteht aus einem verstärkten elastischen Material wel- F i g. 4 eine teilweise Draufsicht auf die Unterseite der

) ches sich in die Unebenheiten der Isolierstoff-Streifen 40 Spulenanordnung des Ofens nach Fig. 1. Der in Fig. 1

', eindrückt Diese Anordnung ist also mit der erfindungs- dargestellte kernlose Vakuum-Induktionsofen 1 ist auf

| gemäßen Lö«ing des Problems der Gasundichtigkeit einem aus einer Stahlkonstruktion gebildeten Ofenun-

f nicht vergleichbar. terfc-U 2 gelagert Der Ofen 1 enthält einen mit einer

Besonders günstig erweist sich die erfindungsgemäße Gießöffnung 3 ausgestatteten Ofentiegel 4, der eine aus Maßnahme bei einem Induktionsofen, bei dem die Spule 45 einer feuerfesten Stampfmasse bestehende Auskleidung

von außen radial abgestützt ist, insbesondere mit Hilfe 5 besitzt In dem Tiegel 4 wird unter Vakuum Metall

ΐ von zur Feldrückführung dienenden Jochen. Eine derar- geschmolzen und/oder warmgehalten.

;, tige Anordnung ist an sich aus der obenerwähnten Um in dem Ofen ein Vakuum erzeugen zu können,

j DE-PS 24 20 533 bekannt In Verbindung mit den erfin- muß der gesamte Ofeninnenraum gasdicht abgeschlos-

\ dungsgemäßen Distanzmittsln haben die Joche die vor- 50 sen werden. Hierzu ist der Ofenoberteil 6 mit einer aus

] teilhafte Wirkung, daß eine völlig verschiebungsfreie Stahl bestehenden Deckelhaube 7 ausgestattet die mit

j und symmetrische Induktionsspule mit an sämtlichen einer in einem U-Profil gehaltenen Gummidichtung an

• Stellen gleichmäßig dichten Zwischenlagen erhalten ihrem Rand auf einem Ringflansch 9 dicht aufliegt wo-

j wird. bei der Ringflansch 9 auf einen ringförmigen Träger 10

' Um das abdichtende Material der Zwischenlagen vor 55 aufges<-h<veißt ist welcher seinerseits auf die Außensei-

einer zu starken Erwärmung zu schützen, sieht die Er- te einer oberen Stahl-Ummantelung 11 geschweißt ist

' findung vor, daß zwischen den Windungen der Spule auf Zwischen dieser obsvin Stahl-Ummantelung Ii) und der

\ der dem Tiegel zugewandten Seite eine Schnur aus feu- Auskleidung 5 befindet sich eine Wärmeisolations-

I erfestem Material (z. B. Asbest) angeordnet ist Diese schicht 12. Die Oberseite des Tiegels 4 ist von einem

¹ Schnur gewährleistet daß das Abdichtmaterial nicht 60 Deckel 13 aus Keramikmaterial abgedeckt Auf der Au-

;· durch zu starke Wärmeeinwirkung beschädigt wird und ßenseite des unteren Bereichs des Tiegels 4 befindet sich

i dadurch die Dichtungsfähigkeit verliert Die lnduktions- eine unten noch zu beschreibende Ummantelung 14, die

' spule kann eine Umhüllung oder Beschichtung aus Iso- in erster Linie zur Wärmeisolation dient

lierstoff aufweisen, und zusätzlich oder alternativ kön- Der untere Bereich des Tiegels 4, in welchem sich das

nen die Distanzmittel aus elektrisch isolierendem Mate- 65 zu schmelzende oder geschmolzene Metall befindet, ist

rial bestehen. von einer durchgehend von einem Kühlmittel durchflos-

Theoretisch ist es möglich, die erfindungsgemäße senen Induktionsspule 15 umgeben. In axialer Richtung Aufgabe dadurch zu lösen, daß z. B. in relativ großen des Tiegels und der Induktionsspule 15 schließen sich an

letztere eine untere Vakuumabdichtung 16 und eine gleich dicken Distanzmitteln an allen Stellen gleichmäobere Vakuumabdichtung 17 an. Die Induktionsspule ist Big stark zusammengedrückt.

in an sich bekannter Weise (DE-PS 14 20 533) unterteilt Wie F i g. 3 zeigt, schließen an die untere Vakuumab-

in einen aktiven, stromdurchflossenen Spulenteil 15a dichtung 16 und die obere Vakuumabdichtung 17 je- und einen oberen und einen unteren, nicht von Strom 5 weils ein Ausgleichsring 24 bzw. 23 an, an denen zwei durchflossenen Spulenteil 156 bzw. 15c. Die Spulenteile Haken 212 und 213 eines Zugankers 211 angreifen. Mit-156und 15cdienen vornehmlich als Kühlspulen. tels einer Mutter 214 können die Haken aufeinander

Ober den Umfang des Ofens in gleichmäßigen Win- zubewegt werden, um die Induktionsspule mit den einkelabständen verteilt befinden sich Abstützsäulen 18. gelegten Zwischenlagen und Distanzmitteln zusammendie den oberen mit dem unteren Ofenteil verbinden. io zupressen.

Diese Abstützsäulen halten mittels Zwischengliedern 19 Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel be-

ebenfalls in gleichmäßigen Abständen über den Umfang stehen die Distanzstücke 152 aus Glimmer mit Bindedes Ofens verteilte Joche 20 von außen gegen die Induk- mittel, sie können jedoch auch aus Kunstharz mit einer tionsspule 15. Die Joche 20 bestehen z. B. aus gestapel- darin eingebetteten Gewebeverstärkung bestehen. Die ten Eisenlamellen. Die Joche dienen mithin sowohl zur 15 Zwischenlage kann entweder aus Gummi oder aus ei-Feldrückführung als auch zum radialen Abstützen der nem geeigneten Kunststoff bestehen. Im nicht-zusam-Induktionsspule 15. mengepreßten Zustand haben die Schnur 154 und die -ί

Die unten näher erläuterte Induktionsspule 15 be- Zwischenlage 153 einen kreisrunden Querschnitt von f. steht aus mehreren Windungen, zwischen denen sich etwa 5 mm Durchmesser. Im zusammengepreßten Zuden Vakuumofen gasdicht abschließende Zwischenla- 20 stand beträgt die Höhe dieser Teile entsprechend der is gen befinden. Diese aus Spulenleiter und Zwischenlage Höhe der Distanzstücke 153 noch etwa 3,5 mm. Der ' befindliche Anordnung wird durch eine Spulenver- Spulenleiter 150 ist gemäß Fig.2 nicht isoliert. Statt spannanordnung 21 in radialer Richtung der Spule zu- dessen kann der Spulenleiter jedoch auch eine aus Iso- ;■■ sammengefaßt Die Spulenverspannvorrichtung ist in liermaterial bestehende Beschichtung oder Umhüllung J Fig. 1 schematisch und in Fig.3 im einzelnen darge- 25 aufweisen. In einem solchen Fall müssen die zwischen stellt den einzelnen Windungen des Spulenleiters befindli-

F i g. 4 zeigt eine Teilansicht der Ofenanordnung von chen Teile, insbesondere die Distanzstücke, nicht unbeunten. Man erkennt zwei benachbarte Joche 20 mit ei- dingt aus Isolierstoff bestehen, sondern können grund- t nem dazwischen befindlichen Zuganker. sätzlich auch aus einem leitenden Material bestehen, '

Fig. 2 zeigt die im Rahmen der vorliegenden Erfin- 30 obschon Isolierstoff bevorzugt wird. «;

dung bedeutsame Ausbildung der Induktionsspule als

gasdicht abschließendes Element, welches den Ofentie- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

gel 4 umgibt F i g. 2 zeigt einige Windungen eines Spu- ■ .;.

lenleiters 150. der einen Kühlkanal 151 kreisförmigen ·;'

Querschnitts aufweist, der z. B. von Kühlwasser durch- 35 |1

strömt wird. Von der in F i g. 1 schematisch dargestell- ?Z

ten Spulenverspannvorrichtung 21 werden die einzel- ||

nen Windungen des Spulenleiters 150 gegeneinanderge- g

preßt, wobei ihre Endlage definiert wird durch die Dicke g

von hier aus Glimmer bestehenden Distanzstücken 152 40 -h

Die Distanzstücke 152 sind streifenähnliche Stücke, die §

sich z. B. über 90° der Anordnung erstrecken, so daß ψ*

vier Distanzstücke einer Windung entsprechen. ■^j

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 %\

befinden sich die Distanzstücke 152 direkt anschließend 45 '

nebeneinander, so daß ein durchgehender Distanzstreifen gebildet wird. In radialer Richtung des Ofens gesehen nehmen die Distanzstücke 152 den äußeren Bereich

der Spule ein. also hauptsächlich den Bereich rechts von <

der Spulenleitermitte Ai (F i g. 2). Auf der dem Tiegel 50
zugewandten Seite schließen an die Distanzstücke 152
eine flexible Zwischenlage 153 und eine aus feuerfestem
Material, ζ. B. Asbest bestehende Schnur 154 an. Die
Schnur 154 schützt die aus Gummi bestehende Zwischenlage vor Beschädigung durch übermäßige Wärme- 55 ?■: einwirkung. Zwischen der Induktionsspule und der Auskleidung 5 befindet sich die aus einer Wärmeisolationsschicht 141 und einer aus feuerfestem Beton bestehenden Schicht 142 bestehende Umkleidung 14.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, sind sowohl die Zwischen- 60 [

lage 153 als auch die Schnur 154 im Querschnitt etwa \^:i

ovaL Vor dem Zusammenpressen der Induktionsspule ;

hatten die Zwischenlage und die Schnur etwa kreisför- jj

migen Querschnitt Man erkennt, daß aufgrund der hier
aus Glimmer mit Bindemittel bestehenden Distanzstük- 65
ke 152 das Ausmaß des Zusammenpressen der Zwischenlage 153 und der Schnur 154 exakt definiert ist Die
zusammengepreßten Teile werden also bei überall ||

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft einen kernlosen Induktions-Patentansprüche: ofen zum Schmelzen, Warmhalten und/oder Behandeln von Metall bzw. Metallschmelzen, insbesondere im Va-

1. Kernloser Induktionsofen zum Schmelzen, kuum oder unter Oberdruck, mit einer gekühlten Induk-Warmhalten und/oder Behandeln von Metall bzw. 5 tionsspule, die zusammen mit zwischen ihren Windun-Metallschmelzen insbesondere im Vakuum oder un- gen befindlichen Zwischenlagen aus einem flexiblem, ter Unterdruck, mit einer gekühlten Induktionsspule, gasdichten Werkstoff, insbesondere Gummi, einen Teil die zusammen mit zwischen ihren Windungen be- einer äußeren, gasdichten Umhüllung des Ofentiegels findlichen Zwischenlagen aus einem flexiblen, gas- bildet, wobei die Induktionsspule und die Zwischenladichten Werkstoff, insbesondere Gummi, einen Teil 10 gen von einer Verspanneinrichtung in axialer Richtung einer äußeren, gasdichten Umhüllung des Ofentie- der Induktionsspule zusammengepreßt werden.

gels bildet, wobei die Induktionsspule und die Zwi- Ein derartiger Induktionsofen ist z. B. aus der DE-PS schenlagen von einer Verspanneinrichtung in axialer 4 96 462 bekannt Um das Innere des Ofentiegels gas-Richtung der Induktionsspule zusammengepreßt dicht abzuschließen, sind zwischen den Windungen der werden, dadurch gekennzeichnet, daß is. Induktionsspule die aus beispielsweise Gummi bestezwischen den einzelnen Windungen (150) zusätzlich henden Zwischenlagen vorgesehen. Die gesamte aus Distanzmittel (152) zu den Zwischenlagen (153) vor- Spulenwindungen und Zwischenlagen bestehende Angesehen sind, die nur einen TeEi der einander züge- Ordnung wird bei dem bekannten Induktionsofen mitwandten Flächen der einzelnen Windungen abdek- tels einer Zugankeranordnung zusammengepreßt, woken, während der verbleibende Teil zumindest teil- 20 bei die Zuganker an einer unteren und einer oberen weise vofc den dimensionsstabilen Distanzmitteln Platte auf beiden Stirnseiten der Induktionsspule an-(132) beiegt ist greifen. Da der Druck, mit dem Spule und Zwisehenla-

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch ge- gen zusammengepreßt werden, zur Erzielung einer gaskennzeichnet, daß die aus flexiblem Material beste- dichten Umhüllung des Ofentiegels beträchtlich ist wirhenden Zwischenlagen im wesentlichen im Bereich 25 ken in den aus flexiblem Werkstoff bestehenden Zwizwischen innerem Windungsrand und Spulenleiter- schenlagen beträchtliche Kräfte. In der Praxis ist es mitte (M) angeordnet sind, während sich die Distanz- praktisch unmöglich, diese Kräfte so zu beherrschen, mittel (152) hauptsächlich im äußeren Bereich befin- daß ausschließlich axiale Kräfte wirken, sondern es den. kommt unvermeidlich zu einer unterschiedlichen BeIa-

3. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, da- 30 stung der Zwischenlagen an verschiedenen Stellen sodurch gekennzeichnet, daß zwischen den Windun- wohl in axialer ate auch in Umfangsrichtung der Spule, gen (150) de; Spule (15) auf der dem Tiegel (4) züge- Diese ungleichmäßige Kräfteverteilung führt dazu, daß wandten Seite einer Schnur *154) aus feuerfestem radial gerichtete Kräfte auftreten, welche bewirken, daß Material, insbesondere Asbest angeordnet ist Teile der Induktionsspule mit den Zwischenlagen seit-

4. Induktionsofen nach cmeir <^er Ansprüche 1 bis 35 lieh auswandern. Um einem derartigen Problem zu be-

3, dadurch gekennzeichnet dab die Spule (15) eine gegnen, ist z. B. in der DE-PS 24 20 533 vorgeschlagen, Umhüllung oder Beschichtung aus Isolierstoff auf- bei einem Induktionsofen ähnlich der eingangs beschrieweist benen Gattung auf der Außenseite der Spule über den

5. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis Spulenumfang in regelmäßigctt Abständen verteilte

4, dadurch gekennzeichnet daß die Distanzmittel 40 Jocheisen vorzusehen, die erstens zu/ Feldrückführung (152) aus elektrisch isolierendem Material bestehen. dienen und zweitens die Spule an den Ofentiegel an-

6. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis drücken. Allerdings läßt sich durch diese Maßnahme

5, dadurch gekennzeichnet daß die Distanzmittd nicht erreichen, daß die auf die Zwischenlagen aus flexi-(152) aus Distanzstücken bestehen, die abschnitts- blem Werkstoff einwirkenden Kräfte gleichmäßig in. weise entweder direkt aneinander anschließend oder 45 den Zwischenlagen verteilt sind. Vielmehr wurde beobmit Abstand voneinander angeordnet sind. achtet daß sich die Kräfte mehr oder weniger unregel-

7. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis mäßig verteilen, was zur Folge hat daß an bestimmten

6, dadurch gekennzeichnet daß die Distanzmittel Stellen, wo nur geringe Druckkräfte auftreten, ein gasaus einem einzigen durchgehenden, bandähnlichen dichtes Abschließer, nicht möglich ist An einigen Stellen und wendeiförmigen Strang bestehen. sj der Zwischenlagen herrscht ein erheblicher axialer

8. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis Druck, der das Material der Zwischenlagen erheblich

7, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzmittel beansprucht und an anderen Stellen herrscht ein nur aus gewebeverstärktem Kunststoff oder aus Glim- Sehr geringer Druck, der zum gasdichten Abschließen mer mit Bindemittel bestehen. der Ofenanordnung nicht ausreicht

9. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

8, dadurch gekennzeichnet daß auf der Innenseite kernlosen Induktionsofen der eingangs genannten Art der Spule (15) eine Wärmedämmschicht (14, 141, derart weiterzubilden, daß ein im wesentlichen gleich-142) insbesondere aus keramischem Material oder mäßiger Druck in den zwischen den einzelnen Spulenfeuerfestem Beton vorgesehen ist windungen befindlichen Zwisciienlagen gewährleistet

10. Induktionsofen nach einem der Ansprüche 1 60 ist

bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in nichtzusam- Bei einem Induktionsofen der eingangs genannten

mengepreßtem Zustand der Spulenanordnung (15) Gattung wird diese Aufgabe dadurch gelöst daß zwi-

das Verhältnis der Höhe von Zwischenlagenmaterial sehen den einzelnen Windungen zusätzlich Distanzmit-

und Distanzmitteln — in axialer Richtung der Spule tel zu den Zwischenlagen vorgesehen sind, der nur einen

betrachtet — zwischen 2 :1 und 1,2 :1 liegt, Vorzugs- 65 Teil der einander zugewandten Flächen der einzelnen

weise etwa 5 :3,5 beträgt. Windungen abdecken, während der verbleibende Teil

zumindest teilweise von den dimensionsstabilen Di-" stanzmitteln belegt ist.