DE430280C - Induktionsofen - Google Patents

Description

Die bisher bekannten Induktionsöfen, bei welchen die Primärwicklung des Transformators von einer mit dem Schmelzraum in Verbindung stehenden Schmelzrinne umgeben ist, haben den Nachteil, daß die Primärwicklung nur von einer einzigen Sekundärwindung, nämlich der Sc'hmelzrinne, umschlossen wird» Die Folge davon ist, daß die von der Primärwicklung ausgehenden Kraftlinien nur zu einem

ίο kleinen Teil induktiv ausgenutzt werden, während der größere Teil auf keinen Sekundärleiter trifft und infolgedessen auch keine Heizwirkung ausüben kann. Ein weiterer Nachteil der bisher bekannten Induktionsöfen besteht darin, daß in ihnen nur dasjenige Metall geschmolzen werden kann, für welches der Querschnitt der Schmelzrinne und das daraus sich ergebende Stromverhältnis berechnet ist. Auch ist es bei diesen Öfen wärmetechnisch ungünstig, daß einer einzigen Schmelzrinne mit kleinem Querschnitt, die im Verhältnis zu dem eigentlichen Tiegelinhalt nur ein kleines Fassungsvermögen hat, die Aufgabe zufällt, das gesamte Metall zu erhitzen und flüssig zu halten. Schließlich wird bei den bisher bekannten Induktionsöfen die Phasenverschiebung dadurch sehr groß, daß man, um in der einen Sekundärwindung eine genügend starke Induktion zu erzielen, der Primärwicklung sehr viele Wicklungslagen geben muß, wodurch der Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung und infolgedessen die magnetischen Streuungen sehr groß werden.

Durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung werden diese Nachteile beseitigt. Die Erfindung besteht darin, daß eine oder mehrere mit dem' Schmelzraum in Verbindung stehende Schmelzrinnen in Form von Schraubenlinien von engem Querschnitt um die Primärwicklung über deren ganze oder nahezu ganze Länge herumgeführt werden* so daß sie einen Sekundärleiter von engem Querschnitt und beliebiger Länge bilden können, der die induktiven Kräfte des Primär-Stromkreises in vollem Umfang aufzunehmen vermag. Auf diese Weise wird es möglich, das Kraftlinienfeld der Primärwicklungen nahezu restlos durch Induktion auf die als regelrechte Sekundärwicklung wirkenden Schmelzrinnen arbeiten zu lassen und dadurch den Wirkungsgrad und den Wärmeeffekt in einem Maße zu steigern, wie es bei dem bisherigen Stand der Technik nicht möglich war.

Bei einem Induktionsofen gemäß vorliegender Erfindung können ferner einzelne Windungen der Schmelzrinnen durch Verstopfen mit feuerfestem Material nach Bedarf abgeschaltet werden, um den elektrischen Widerstand des Sekundärstromkreises zu verändern. Auf diese Weise läßt sich das Stromverhältnis beliebig regeln, so daß der Ofen auch zum Schmelzen verschiedener Metalle verwendbar ist. Ebenso läßt sich durch dieselbe Maßnähme die während des Betriebes unvermeidlich einsetzende Querschnittsvergrößerung der Schmelzrinne ausgleichen, was bei den bis-

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her bekannten Öfen nicht möglich war. Die Veränderung des elektrischen Widerstandes des Sekundärstromkreises kann dabei, wie noch weiter unten beschrieben wird, durch die verschiedensten Sc'haltungsmöglichkeiten, wie Parallelschaltung und Hintereinanderschaltung einzelner Windungen oder Windungsgruppen der Schmelzrinnen, vorgenommen werden.

ίο Ein Induktionsofen gemäß vorliegender Erfindung arbeitet auch wärmetechnisch viel günstiger als die bisherigen Ofenarten, da das Fassungsvermögen derin vielen Windungen geführten Schmelzrinnen viel größer sein kann als dasjenige einer einzigen Windung, während gleichzeitig dem Sekundärleiter ein besonders kleiner Querschnitt und besonders große Länge gegeben weiden kann, so daß der Wärmeeffekt viel günstiger wird. Auch wird durch besonders enge Ausgestaltung der Schmelzrinnen die Wärmeisolation viel besser und das von ihnen umschlossene feuerfeste Material stärker und haltbarer.

Schließlich ist gemäß vorliegender Erfindung infolge der Vielzahl von Sekundärwindungen nur wenige oder nur eine einzigie Wicklungslage der Primärspule nötig, wodurch der Abstand zwischen der Primärspule und den Schmelzrinnen und infolgedessen auch der Streuverlust auf das kleinste Maß zurückgeführt werden kann. Die Phasenverschiebung wird dadurch wesentlich kleiner.

In den Abb. 1 bis 10 der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes als Beispiele dargestellt. Die Abb. 1 bis 3 zeigen einen Induktionsofen gemäß vorliegender Erfindung mit zwei Primärwicklungen, die unterhalb des Schmelzraumes nebeneinander angeordnet sind, in drei 4.0 Schnitten; die Abb. 4 und 5 zeigen in zwei Schnitten einen ähnlichen Ofen, jedoch mit anderer Ausführung der Schmelzrinnen. In Abb. 6 und 7 ist ein ähnlicher Ofen wie in Abb. ι bis 3, jedoch mit drei Primärspulen/, dargestellt. In Abb. 8 ist ein Induktionsofen mit zwei untereinanderliegenden Primärwicklungen und in den Abb. 9 und 10 ein solcher Ofen, jedpch mit von dem vorhergehenden abweichender Gestaltung der Schmelzrinnen, dargestellt.

Für die Ausführung des Erfindungsgegenstandes ist es an sich nebensächlich, wie viele Primärspulen in dem Ofen angeordnet sind; es können den jeweiligen Stromverhältnissen und Zwecken enisprech;nd entweder eine oder zwei oder auch mehrere Primärspukn. angewandt werden. In den dargestellten Ausführungsformen hat man in vier Fällen zwei Primärspulen angenommen, und zwar in zwei Fällen nebeneinanderliegend und in den anderen beiden Fällen untereinanderliegend," außerdem ist in Abb. 6 ein Ofen mit drei Spulen veranschaulicht. Die beiden Primärspulen, bestehend aus dem Transformatorschenkel a mit seiner Primärwicklung c und dem Transformatorschenkel b mit seiner Primärwicklung d, sind durch die Querjoche e und / verbunden und liegen unterhalb des Schmelzraumes k, der durch den hitzebeständigen Mantel I und den Deckel m gebildet wird. Djie Spulen c und d sind jede von einem feuerfesten Mantel g umgeben. Zwischen diesem Mantel g· una dem Gehäusemantel I sind in zahlreichen Windungen Schmelzrinnen / und h frei gelassen, die mit dem Schmelzraum k derartig in Verbindung stehen, daß das in dem Schmelzraum befindliche flüssige Metall die Rinnen vollständig ausfüllen kann.

In der Ausführungsform gemäß Abb.i bis 3 verlaufen die Schmelzrinnen i und h in Form je einer Schraube um ihre zugehörigen Mäntel g. Der schraubenförmige Verlauf ist aus Abb. 3 klar zu ersehen. Die. Windungen dieser Schrauben münden in ihrem oberen Teil alle in den Schmelzraum k, so daß hier durch Verstopfen einzelner Mündungen nach Belieben einzelne Windungen oder Windungsgruppen zu- und abgeschaltet, parallel oder hintereinander geschaltet werden können. Die einzelnen Windungen haben in etwa drei Vierteln ihrer Länge gleichen, und zwar engen Querschnitt. Auf dem letzten Viertel erweitern sie sich nach dem Schmelzraum zu; zwischen den beiden Schmelzrinnen steht eine feuerfeste Wand η mit senkrechten Seitenflächen, so daß die Rinnen hier etwa trichterförmig ausmünden. Durch die Wand η werden gleichzeitig die von den magnetomotorischen Kräften hervorgerufenen Bewegungserscheinungen des flüssigen Metalls geregelt.

Bei der Ausführungsform nach Abb. 4 und 5, die im übrigen derjenigen nach Abb. 1 bis 3 entspricht, ist die Verbindung der Schmelzrinnen / und h mit dem Schmelzraum k in anderer Weise ausgeführt. Man ging dabei aus von der Überlegung, daß der elektrische Wirkungsgrad und der Wärmeeffekt bedeutend verbessert wird, sobald die Schmelzrinne in ihrem Querschnitt unverändert bleibt und hierbei die Primärspule vollkommen und in gleichem Abstand umschließt. Der Stromdurchgang erfolgt nämlich dann in dem Leitungsquerschnitt gleichmäßig, so daß in der ganzen Schmelzrinne auch gleichmäßiga Wärmewirkungen auftreten. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung besteht darin, daß infolge der gleichmäßigen Wärmewirkungen in der feuerfesten Auskleidung keine Spannungen entstehen.. Die Abb. 4 und 5 zeigen eine solche Ausführung, bei welcher die Windungen der Schmelzrinnen h und i überall in gleichem Abstand und in gleichem Querschnitt ihre züge-

hörigen Primärwicklungen c und d vollkommen umschließen und nur durch gerade Kanäle ο mit dem Schmelzraum k in Verbindung stehen. Die Verbindungskanäle ο können entweder nur die erste und letzte Windung der Schmelzrinne oder auch mehrere oder alle Windungen derselben mit dem Schmelzraum k verbinden.
Wie erwähnt, können gemäß vorliegender

to Erfindung beliebig viele Primärspulen bzw. Transformatoren angewandt und dem Ofen auf diese Weise jede gewünschte Größe gegeben werden. Beispielsweise ist in Abb. 6 ein solcher Ofen mit drei. Einphasentransformatoren dargestellt. Die Ausführung entspricht im übrigen der in Abb. 1 dargestellten. Der Ofen kann durch Hinzufügung beliebig vieler Einzeltransformatoren vergrößert werden. Natürlich läßt sich ein Ofen gemäß Abb. 6 auch

ao für Drehstrom anwenden, indem man die Kerne a, b, α der Transformatoren zu einem Drehstromtransformator vereinigt. Abb. 7 ist ein Querschnitt des eben erwähnten Ofens, und zwar mit schraubenförmig gewundenen Heizflächen, deren Anzahl ebenfalls nach Belieben vermehrt werden kann.

Die Abb. 9 und 10 zeigen eine sinngemäße Anwendung der Ausführungsform gemäß Abb. 4 und 5 auf einen Induktionsofen mit zwei untereinander angeordneten Primärspulen. Auch hier werden die Primärspule c und die Primärspule d jede für sich in gleichem Abstand und mit gleichem Querschnitt von den Windungen der Sehmelzrinne h bzw. / vollkommen umschlossen. Die untere Schmelzrinne / steht mit der oberen Schmelzrinne // durch einen oder mehrere Kanäle s und die obere Schmelzrinne h mit dem Schmelzraum k durch senkrechte Kanäle r in Verbindung.

Die Abb. 8 zeigt ebenfalls einen Induktionsofen mit zwei untereinanderliegenden Primärspulen, jedoch mit einer von der vorhergehenden abweichenden Ausführung der Schmelzrinnen. Die obere Primärwicklunge ist ebenso wie in der vorbeschriebenen Ausführung von den Windungen der Sehmelzrinine h in gleichem Abstand und mit gleichem Querschnitt vollkommen umschlossen. Die Schmelzrinne h ist durch einen oder mehrere Kanäle ρ mit

go dem Schmelzraum k verbunden. Die Windungen der Schmelzrinne / dagegen umschließen die untere Primärwicklung d nur zum Teil, etwa zur Hälfte, in gleichem Abstand. Von da al) verlaufen sie in den senkrechten Kanälen q unmittelbar zum Schmelzraum k. Durch diese Anordnung vieler und hoher senkrechter Schmelzgutsäulen q wird die magnetomoto-

risclie Bewegung in dem Schmelzgut besonders gut unterstützt.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Induktionsofen mit um die Primärspulen herumgeführten und mit dem Schmelzraum in Verbindung stehenden Schmelzrinnen als Sekundärleitern,, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzrinnen ihre zugehörigen Primärwicklungen über deren ganze oder nahezu ganze Länge hinweg in Form von Schraubenlinien von engem Querschnitt umgeben.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Windung der Schraubenlinie mit dem Schmelzraum in Verbindung steht, so daß man durch Verstopfen von Verbindungskanälen mit feuerfestem Material die einzelnen Windungen hintereinander oder parallel oder ab- und zuschalten kann.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspule nur wenige oder eine einzige Wicklung» lage besitzt, so daß der Abstand zwischen ihr und der Schmelzrinne und daher auch der Streuverlust auf das kleinste Maß zurückgeführt werden kann.

4. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Primärwicklungen (c, d) unterhalb des Schmelzraumes untereinander angeordnet sind und jede von den Windungen g₀ ihrer zugehörigen Schmelzrinne (h bzw. i) in gleichem Abstand und mit gleichem Querschnitt vollkommen umschlossen ist, wobei die untere Schmelzrinne (/) mit der oberen Schmelzrinne (k) durch einen oder mehrere Kanäle (s) und die letztere mit dem Schmelzraum (k) durch Kanäle (/') verbunden ist.

5. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von zwei unterhalb des Schmelzraumes (k) untereinander angeordneten Primärspulan (c, d) die obere Spule (c) von den Windungen einer Schmelzrinne (h), die durch einen oder mehrere Kanäle (p) mit dem Schmelzraum (k) verbunden ist, in gleichem Abstand und mit gleichem Querschnitt vollkommen umschlossen wird, während die untere Spule (d) von den Windungen einer Schmelzrinne (Ji) nur zum Teil, etwa bis zur Hälfte, in gleichem Abstand umschlossen wird, von wo ab diese Windungen in senkrechten Kanälen {q) unmittelbar zum Schmelzraum (k) verlaufen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.