DE4115279A1 - Induktionstiegelofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einem Induktionstiegelo­ fen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Induktionstiegelofen ist aus der ABB-Druck­ schrift Nr. D ME/D 1 18 289 D bekannt und eignet sich zum induktiven Schmelzen von Gußeisen, Stahl, Leichtmetall, Schwermetall und Legierungem, wobei der Betrieb bei Aus­ bildung als Mittelfrequenz-Induktionstiegelofen bei­ spielsweise bei Frequenzen von 125 bis 1000 Hz erfolgt. Zur Einstellung einer Wechselspannung vorgegebener Fre­ quenz wird ein Stromrichter eingesetzt.

Der aktive Teil des Induktionstiegelofens ist die Ofen­ spule, deren Innenraum ein keramischer Tiegel ausklei­ det. Der durch die Ofenspule fließende Wechselstrom er­ zeugt ein magnetisches Wechselfeld, das innerhalb des Ofentiegels durch das metallene Einsatzmaterial und au­ ßerhalb der Spule durch die Eisenblechpakete der magne­ tischen Rückschlüsse geführt wird. Das magnetische Wech­ selfeld induziert im metallischen Einsatzmaterial Wir­ belströme, d. h. elektrische Energie, die in Wärme umge­ setzt wird. Der Ofen nimmt aufgrund des transformatori­ schen Prinzips aus dem speisenden Netz Leistung auf, so daß unter ständiger Energiezufuhr das Einsatzmaterial zum Schmelzen gebracht wird. Die auf die Schmelze wir­ kenden elektromagnetischen Kräfte führen zu einer inten­ siven Badbewegung, die für einen schnellen Wärme- und Stoffausgleich sorgt.

Der Ofenkörper besteht im bekannten Fall aus einem obe­ ren und einem unteren Rahmenring, wobei zwischen beiden Rahmenringen eine der Anzahl der magnetischen Rück­ schlüsse entsprechende Zahl von Rahmenstäben angeordnet ist. Jeder Rahmenstab preßt den ihm zugeordneten, als Einzelpaket ausgebildeten magnetischen Rückschluß über mehrere Preßbolzen gegen die Ofenspule. Beim Induktions­ tiegelofen gemäß Bild 4 der vorstehend erwähnten ABB-Druckschrift sind beispielsweise zehn Rahmenstäbe vorgesehen. Es ergibt sich somit ein relativ aufwendiger Ofenkörper. Desweiteren ergibt sich ein relativ gut lei­ tender Schwingungsübertragungsweg von der Ofenspule über die magnetischen Rückschlüsse und die relativ "biegewei­ chen" Rahmenstäbe mit tiefer Eigenfrequenz bis zum Ofen­ körper, was eine störende Ausbreitung von Schallwellen zur Folge hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Indukti­ onstiegelofen der eingangs genannten Art anzugeben, des­ sen Ofenkörper materialsparend und preisgünstig her­ stellbar ist.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen ins­ besondere darin, daß sich durch die vorgeschlagene Kä­ figbauweise im quader-, insbesondere kubusförmiger Stab­ konstruktion eine erhebliche Materialeinsparung und da­ mit Kosteneinsparung beim Ofenkörper ergibt. Es ist nicht notwendig, einen eigenen Rahmenstab je magneti­ schem Rückschluß vorzusehen. Es wird ein freier Zugang zur Ofenspule, zu den magnetischen Rückschlüssen mit Blechpaketen und zu den Anschlüssen (elektrische An­ schlüsse und Kühlmittelanschlüsse für kühlmittelgekühlte Ofenspulen und magnetische Rückschlüsse) ermöglicht. Der erforderliche Bauraum für gleiche Tiegelgröße und glei­ che elektrische Leistung ist im Vergleich zum Indukti­ onstiegelofen herkömmlicher Bauart erheblich reduziert. Die Bauhöhe der magnetischem Rückschlüsse kann ohne zu­ sätzlichen Raumbedarf radial vergrößert werden, da die gegen die magnetischen Rückschlüsse pressenden Rahmen­ stäbe entfallen.

Da die Reaktionskräfte des Tiegels lediglich über den "biegesteifen" oberen bzw. unteren Rahmen mit hoher Ei­ genfrequenz auf den Ofenkörper übertragen werden, ergibt sich eine erheblich verminderte Schallabstrahlung infol­ ge der durch die elektromagnetischen Vorgänge innerhalb des Induktionstiegelofens bewirkten Schwingungen. Es werden aufgrund der hohen Eigenfrequenzen der sehr stei­ fen Rahmen lediglich entsprechend hohe, unschädliche Re­ sonanzfrequenzen weitergeleitet, wobei durch Einsatz schwingungsdämpfender Elemente zwischen Rahmen und ma­ gnetischen Rückschlüssen eine zusätzliche Körperschall­ dämmung erzielt werden kann. Die tragenden Komponenten des Ofenkörpers weisen eine relativ geringe Oberfläche auf, wodurch auch die direkte Schallabstrahlung erheb­ lich reduziert wird. Durch Einsatz schallabsorbierender Seitenwände und/oder Bodenwand und/oder Ofenplattform sind weitere Schallabsorptionsmaßnahmen möglich, so daß sich insgesamt eine erhebliche Senkung der Lärmemission ergibt. Zusammenfassend hat der vorgeschlagene Ofenkör­ per neben der Materialeinsparung und Kosteneinsparung somit vor allem den Vorteil, daß die Entstehung, Ver­ stärkung und Ausbreitung von Schallwellen erheblich re­ duziert wird.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Induktionstiegelofen,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines Induktionstiegelo­ fens,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Ofenkörpers in Stabkonstruktion,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines Ofenkörpers mit Sei­ tenwand,

Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Ofenkörper mit Seiten­ wänden,

Fig. 6 eine Befestigung eines magnetischen Rück­ schlusses,

Fig. 7 eine Kippeinrichtung für den Ofenkörper.

In Fig. 1 ist eine Aufsicht auf einen Induktionstiegel­ ofen dargestellt. Der Induktionstiegelofen weist einen nichtmetallischen, feuerfesten, hohlzylinderförmigen, die Schmelze 34 enthaltenden Tiegel 1 auf. Der vorzugs­ weise aus Keramik bestehende Tiegel 1 ist mit einem ge­ schlossenen Boden und einem in Fig. 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Deckel versehen. Eine am Tiegelrand angeformte Gießschnauze 2 dient zum Abgießen der Schmelze 34 aus dem Ofen in eine Gießpfan­ ne.

Um den Tiegel 1 ist teilweise eine zylinderförmige, vor­ zugsweise kühlmittelgekühlte Ofenspule 3 gewickelt. Die Ofenspule 3 wird über einen Stromrichter mit einer Wech­ selspannung vorgebbarer Frequenz gespeist. An der äuße­ ren Mantelfläche der Ofenspule 3 sind stabförmig eine Reihe magnetischer Rückschlüsse 4 mit elektrisch aktiven Blechpaketen jeweils parallel zur Ofenachse und unter Bildung von Zwischenräumen angeordnet.

Der Ofenkörper in Käfigbauweise besteht aus vier vor­ zugsweise gleich langen, einen oberen, rechtwinkligen Rahmen bildenden Stäben 6, 7, 8, 9 mit einer Stablänge A, aus vier vorzugsweise gleich langen, einen unteren, rechtwinkligen Rahmen bildenden Stäben 14, 15, 16, 17 mit Stablänge A (siehe Fig. 3) und aus vorzugsweise vier gleich langen Säulen 10, 11, 12, 13 mit einer Stab­ länge B zur rechtwinkligen Verbindung des oberen mit dem unteren Rahmen. Die Verbindungsflächen der Stäbe und Säulen untereinander sind schraffiert gezeichnet. Die magnetischen Rückschlüsse 4 werden über den oberen bzw. unteren Rahmen 6, 7, 8, 9 bzw. 14, 15, 16, 17 abgestützt und gegen die Ofenspule 3 gepreßt. Die Abstüzung kann muß jedoch nicht - über Rahmenringe 5 erfolgen, die je­ weils zwischen den magnetischen Rückschlüssen und den rechtwinkligen Rahmen angeordnet sind. Wie auch die Rah­ men 6, 7, 8, 9 bzw. 14, 15, 16, 17 sind auch die gegebe­ nenfalls eingesetzten Rahmenringe 5 sehr biegesteif und weisen eine hohe Eigenfrequenz auf.

In Fig. 2 ist eine Seitenansicht eines Induktionstie­ gelofens dargstellt. Es ist der Ofenkörper in Käfigbau­ weise mit Stäben 6, 7, 8, 14, 15, 16 und Säulen 11, 12 zu erkennen. Die Umrisse des Tiegels 1 sind gestrichelt angedeutet. Die gegen die Ofenspule 3 gepreßten magne­ tischen Rückschlüsse 4 stützen sich gegen den oberen und unteren Rahmen ab. Der Boden des Ofenkörpers ist von ei­ nem kupferplattierten, gekanteten Blech - der Bodenwand 18 - abgedeckt. Die Bodenwand 18 ist vorzugsweise schalldämmend ausgebildet, d. h. mit schallabsorbierenden Material versehen.

In Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht des Ofenkör­ pers in Stabkonstruktion dargestellt. Es ist der Ofen­ körper, bestehend aus den Stäben 6 bis 9 des oberen Rah­ mens, den Stäben 14 bis 17 des unteren Rahmens und den Säulen 10 bis 13 zwischen oberem und unterem Rahmen zu erkennen. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ent­ spricht die Stablänge A aller Stäbe der Stablänge B al­ ler Säulen, so daß sich ein kubusförmiger Ofenkörper ergibt. Entsprechend den Abmessungen des Tiegels ist auch ein Ofenkörper mit jeweils unterschiedlichen Stab­ längen A und B möglich, so daß ein quaderförmiger Ofen­ körper in Käfigbauweise gebildet wird. Die Stäbe 6 bis 9, 14 bis 17 und Säulen 10 bis 13 sind vorzugsweise als Vierkantrohre mit quadratischem Querschnitt ausgebildet. Aus statischen Gründen ist es möglich, anstelle eines Stabes oder einer Säule auch zwei, drei oder mehr Stäbe oder Säulen parallel nebeneinander vorzusehen und mit­ einander zu verbinden. Die Stäbe und Säulen bestehen vorzugsweise aus Stahl und die Verbindungen zwischen den Stäben untereinander und zwischen Stäben und Säulen er­ folgt vorzugsweise durch Schweißen.

In Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines Ofenkörpers mit Seitenwänden dargestellt. Die vier Seiten des Ofenkör­ pers sind mit Seitenwänden 19, 20, 21, 22 versehen (sie­ he Fig. 5). Im Auführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die durch die Stäbe 7, 15 und Säulen 11, 12 begrenzte Sei­ tenwand 19 zu erkennen. Die Seitenwände sind in einfa­ cher Weise montier- und demontierbar (z. B. unter Einsatz von allgemein bekannten Schraubbefestigungsmitteln), schalldämmend ausgebildet (d. h. die Seitenwände bestehen selbst aus schallabsorbierendem Material oder sind mit schallabsorbierendem Material versehene Bleche) und stellen somit eine Schall- und Schutzverkleidung dar. Die Seitenwände 19 bis 22 reduzieren insbesondere den aus dem Ofenraum nach außen abgestrahlten Schall. Die Seitenwände können auch als Türen, Klappen oder Rolladen ausgebildet sein. Zur Durchführung von Kabeln und Schläuchen (z. B. Kühlschläuchen zur Kühlung der magneti­ schen Rückschlüsse und der Ofenspule) sind die Seiten­ wände mit schalldichten Öffnungen versehen.

Nach Demontage einer oder mehrerer Seitenwände ist ein freier Zugang zur Ofenspule 3, zu den magnetischen Rück­ schlüssen 4 sowie zu den elektrischen Anschlüssen und Kühlmittelanschlüssen möglich.

Die Oberseite des Induktionstiegelofens ist durch eine Ofenplattform 35 abgedeckt. An der Unterseite der Platt­ form 35 kann eine Isolierung gegen Schallabstrahlung vom Ofen und Ofenraum vorgesehen sein. Zur Abdeckung des Tiegels 1 dient ein Deckel 36.

In Fig. 5 ist eine Aufsicht auf einen Ofenkörper mit Seitenwänden dargestellt (bei entfernter Ofenplattform und entferntem Deckel). Zusätzlich zur Anordnung gemäß Fig. 1 sind die vier Seitenwände 19 bis 22 zu erkennen. In Fig. 5 ist angedeutet, daß der Rahmenring 5 alterna­ tiv den gesamten Raum zwischen Rahmen 6, 7, 8, 9 und Tiegel 1 ausfüllen kann, wobei zweckmäßig der Raum für die Ofenspule 3 und gegebenenfalls für die magnetischen Rückschlüsse 4 ausgespart ist.

In Fig. 6 ist eine Befestigung eines magnetischen Rück­ schlusses dargestellt. Die Anpressung des magnetischen Rückschlusses 4 an die Ofenspule 3 erfolgt über Preßbol­ zen 25, die über eine metallene Platte 24 und ein schwingungsdämpfendes Element 23 gegen den magnetischen Rückschluß 4 drücken. Durch Einsatz der schwingungsdämp­ fenden Elemente 23 werden die von der Ofenspule 3 er­ zeugten und über die magnetischen Rückschlüsse 4 über­ tragenen Schwingungen (Körperschall) erheblich redu­ ziert. Zur Führung der Preßbolzen 25 dient gemäß Fig. 6 ein Rahmenbauteil 37. Das Rahmenbauteil 37 kann bei­ spielsweise am Rahmenring 5 - soweit vorhanden - oder am Rahmen 6, 7, 8, 9 bzw. 14, 15, 16, 17 befestigt sein. Bei der Befestigung der magnetischen Rückschlüsse 4 ist prinzipiell darauf zu achten, daß diese frei zugänglich sind, so daß eine Demontage - z. B. zu Reparaturzwecken - in einfacher Weise möglich ist.

In Fig. 7 ist eine Kippeinrichtung für den Ofenkörper dargestellt. Es ist ein in der Seitenansicht gemäß Fig. 7 L-förmiges Kippgestell 26 aus vertikal und horizontal angeordneten Vierkantrohren zu erkennen. Die Kipplager 27, um die der Induktionstiegelofen beim Ausgießen der Schmelze gekippt wird, sind am oberen Ende des vertika­ len Vierkantrohres des Kippgestelles 26 angeordnet und über Kipplagerhalterungen 28 mit dem Ofenkörper verbun­ den. Die Kipplagerhalterungen 28 stellen Verlängerungen der Stäbe 7 und 9 dar. Zur Drehbewegung des Ofenkörpers um die Kipplagerachse sind hydraulisch betätigte Tele­ skopzylinder 31 vorgesehen, die zwischen einem Lager 29 und einem Lager 32 angeordnet sind. Die Lager 29 befin­ den sich an Lagerhalterungen 30, die an den Stäben 7 und 9 angeformt sind. Die Lager 32 sind an Lagerhalterungen 33 der unteren horizontalen Vierkantrohre des Kippge­ stelles 26 angeordnet. Die Kippkinematik ist zweckmäßig derart gestaltet, daß der Schwerpunkt des Induktionstie­ gelofen während der Schwenkbewegung um die Kipplagerach­ se stets zwischen Kipplagern 27 und Teleskopzylindern 31 liegt.

Claims (8)

1. Induktionstiegelofen mit einem hohlzylinderför­ migen Tiegel, einer den Tiegel teilweise ummantelnden Ofenspule und mehreren gegen die Ofenspule gepreßten magnetischen Rückschlüssen parallel zur Ofenachse, ge­ kennzeichnet durch einen quader-, insbesondere kubusför­ migen Ofenkörper in Käfigbauweise mit einem aus minde­ stens vier Stäben (6, 7, 8, 9) rechtwinklig zusammengesetz­ ten oberen Rahmen, einem aus mindestens vier Stäben (14, 15, 16, 17) rechtwinklig zusammengesetzten unteren Rahmen und mindestens einer Säule (10, 11, 12, 13) an jeder Ecke zur rechtwinkligen Verbindung beider Rahmen zu ei­ nem Quader, insbesondere Kubus.

2. Induktionstiegelofen nach Anspruch 1, gekenn­ zeichnet durch eine vierkantförmige Ausbildung der Stäbe (6 bis 9, 14 bis 17) und/oder Säulen (10 bis 13) mit vorzugsweise quadratischem Querschnitt.

3. Induktionstiegelofen nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein oberer Rahmenring (5) innerhalb der Stäbe (6, 7, 8, 9) des oberen Rahmens und ein unterer Rahmenring (5) innerhalb der Stäbe (14, 15, 16, 17) des unteren Rahmens angeordnet sind, wobei beide Rahmen­ ringe zur Pressung der magnetischen Rückschlüsse (4) ge­ gen die Ofenspule (3) geeignet sind.

4. Induktionstiegelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pressung der magnetischen Rück­ schlüsse (4) gegen die Ofenspule (3) über schwingungs­ dämpfende Elemente (23) erfolgt.

5. Induktionstiegelofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von Stäben (6 bis 9, 14 bis 17) und Säulen (10 bis 13) be­ grenzten Seitenflächen des Ofenkörpers mit rechteckför­ migen, insbesondere quadratischen Seitenwänden (19, 20, 21, 22) versehen sind.

6. Induktionstiegelofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Stäben (14 bis 17) des unteren Rahmens begrenzte Boden des Ofenkörpers mit einer Bodenwand (18) versehen ist.

7. Induktionstiegelofen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Stäben (6, 7, 8, 9) des oberen Rahmens begrenzte Ober­ seite des Ofenkörpers mit einer Ofenplattform (35) ver­ sehen ist, wobei eine Öffnung in der Ofenplattform für den Deckel (36) des Tiegels (1) ausgespart ist.

8. Induktionstiegelofen nach wenigstens einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sei­ tenwände (19 bis 22) und/oder die Bodenwand (18) und/oder die Ofenplattform (35) schalldämmend ausgebil­ det sind.