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Elektrischer Induktionsofen Es sind elektrische Induktionsöfen für
die Behandlung von elektrisch leitenden Materialien, insbesondere Metallen, vorgeschlagen
worden, bei denen zwei Herde diametral zu der Mittelachse des Ofens angeordnet und
durch eine Reihe verhältnismäßig enger, waagerecht angeordneter Kanäle miteinander
verbunden sind. Diese Kanäle sind durch je eine Primärwicklung tragende Eisenkerne
geführt, so daß in den in ihnen enthaltenen, die Sekundärwicklung jedes Transformators
bildenden stabförmigen Metallkörpern kräftige Heizströme induziert werden, die sich
über die in den beiden Herden enthaltenen Metallnassen schließen. Um eine Mischung
der hocherhitzten Metallteile mit den anderen zu erzielen und jene selbst auch vor
Überhitzung zu bewahren, ist der Ofen derart schwenkbar gelagert, daß er um seine
senkrecht zu den Heizrinnen stehende Mittelachse geschwungen werden kann.
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Derartige Öfen sind bisher im wesentlichen nur schematisch dargestellt
worden, auch dürften die vorgeschlagenen Ausführungsformen den Nachteil aufweisen,
daß die Heizrinnen für den Betrieb technisch erhebliche Schwierigkeiten machen,
da sie fest mit den Herden verbunden und dementsprechend schwer zugänglich sind.
Auch ist die Induktionswirkung zwischen der Primärwicklung und dem Sekundärleiter
augenscheinlich nicht eine derartige gewesen, daß ein möglichst günstiger Phasenverschiebungswinkel
dabei erreicht werden kann. Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile vermieden,
und zwar in erster Linie dadurch, daß die von den Transformatorkernen umgebenen
Heizrinnen zwischen die beiden die äußeren Herde enthaltenden Ofenteile leicht auswechselbar
eingesetzt sind. Zweckmäßig ist dabei ein Herd oder sind beide Herde ausfahrbar
gelagert, so daß die dazwischengeklemmten Heizrinnen leicht entfernt werden können.
Schließlich sind die elektrischen Verhältnisse des Ofens dadurch wesentlich verbessert,
daß die Primärspule, die in an sich bekannter Weise aus einer einzigen Windung besteht,
den rohrförmig die Heizrinnen umgebenden Eisenkern als zylindrisches, von der Außenseite
her für die Stromzu- und -ableitung aufgeteiltes Gehäuse umgibt.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel des neuen Induktionsofens
für Drehstromanschluß in seiner grundsätzlichen Anordnung dargestellt. Es zeigen
Abb. = eine Seitenansicht des Ofens, Abb. 2 eine Stirnansicht auf den letzten Herdbehälter
gesehen, Abb. 3 eine Innenansicht des linken Herdbehälters, Abb. 4 einen Grundriß
mit waagerechtem Schnitt durch den rechten Behälter und Abb. $' in vergrößertem
Maßstab den senkrechten Schnitt durch eine der Heizrinnen nebst dem gesamten Transformator.
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Der Ofen enthält zwei Herde I und II, die, wie Abb. 4 erkennen läßt,
in der üblichen Weise aus einem äußeren Metallgehäuse = und einer inneren Zustellung
2 bestehen. Auf der inneren, dem anderen Herd zugewendeten Seite ist in die
äußere
Wandung ein starkes Blech aus nicht magnetischem Material, beispielsweise ein Kupferblech
3, derart eingelassen, daß es die Ansatzstellen für die Heizrinnen sämtlich umgibt.
Mit diesem Blech sind metallische Kanäle 3o für eine Wasserkühlung verbunden, die
jede der Ansatzstellen umgeben.
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Der Ofen ist zum Anschluß an Drehstrom bestimmt, und es sind dementsprechend
drei in einer waagerechten Ebene angeordnete Heizrinnen q. vorgesehen, die mit entsprechenden
Kanälen q.' in der Ofenwandung in Verbindung stehen. Die Heizrinnen sind in einem
später näher zu beschreibenden Körper aus Zustellungsmaterial ausgebildet, der von
zwei nebeneinander angeordneten zylindrischen Eisenkernen 5 und einer einen Hohlzylinder
bildenden Kupferwicklung 6 umgeben ist.
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Die Herde I und II sind auf einem Rahmen 7 gelagert, der mittels einer
Tragkonstruktion 8 um Zapfen g drehbar ist und mittels eines durch einen hydraulischen
Antrieb =o verschiebbaren Gestänges =i um die Zapfen g geschwungen werden kann.,
so daß die in den Herden enthaltene Metallflüssigkeit durch die Heizrinnen hindurchgetrieben
und die durch den Pincheffekt bereits bewirkte energische Mischung noch verbessert
werden kann, wobei der schädlichen Wirkung des Pincheffektes durch den wechselseitigen
hydrostatischen Überdruck des einen oder anderen Behälters entgegengearbeitet wird.
Jeder der Herde ruht zunächst mittels schienenartiger Füße i2 auf Gleitschienen
=3 des Rahmens 7 derart, daß die Herde voneinander weg oder gegeneinander bewegt
werden können. Diese Bewegung erfolgt mittels hydraulischer Triebe 14, deren Kolbenstangen
15 an kräftigen Ansätzen 16 der Herde befestigt sind. Unter Umständen genügt
es, auch nur einen der Herde verschiebbar zu machen.
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Den Heizrinnen q. und den damit in Verbindung stehenden Rinnen q.'
in der Zustellung 2 der Herde gegenüber sind die Abstichöffnungen 17 der Herde angeordnet,
und zwar derart, daß diese Öffnungen und die Rinnen genau in einer Linie liegen,
so daß bei Öffnung der Abstichkanäle die Rinnen ohne weiteres kontrolliert und durch
Hindurchstoßen oder sonstwie bearbeitet werden können. Außer den Abstichöffnungen
17 sind an der Oberseite des Herdes noch Beschickungs- und Arbeitsöffnungen 18 sowie
solche =g, die für das Frischen reit Preßluft gebraucht werden, vorgesehen.
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Die Heizrinnen und Transformatoren sind gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach Abb. 5 in folgender Weise hergestellt. Eine Reihe von Hohlzylindern 2o aus
Magnesia sind axial aneinandergereiht und mit einem in einer Form eingestampften
Zylinder 21, der aus einer Mischung von Magnesia und Teer besteht, umgeben. Diese
Form wird durch einen weiteren, ebenfalls aus Teilen zusammengesetzten Zylinder
22 aus Tonerde gebildet. Die Fugen der Zylinder 2o und 22 sind gegeneinander versetzt,
um das Durchbrechen des Metalles durch diese Fugen zu verhindern.. Der Zylinder
22 ist mittels eines Mantels 23, der aus einer Mischung von Teer und Tonerde besteht,
innerhalb eines Zylinders 24 aus unmagnetischem Stoffe angeordnet.
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Auf diesem Zylinder ruht die Primärwicklung 6. Diese besteht aus einem
sehr starkwandigen Kupferzylinder, dessen Außenwandung 6' in der Mitte nach innen
gezogen ist, ohne die Innenwandung 6" zu berühren, so daß zwei ringförmige, die
Innenwandung 6" gemeinsam benutzende Gehäuse entstehen. Jedes davon ist mit einem
kräftigen Anschlußstück 25 versehen, mittels dessen der Primärstrom der gehäuseartigen
Wicklung 6 zu- bzw. daraus abgeführt wird. Innerhalb der beiden Gehäuseteile sind
die ringförmigen, aus Blechen geschichteten Eisenkerne 5 angeordnet. Das Kupfergehäuse
6 ist zu diesem Zweck mehrfach unterteilt und durch in der Abbildung nicht dargestellte
Verschraubungen und Vernietungen verbunden. Zwischen den Wandungen des Kupfergehäuses
und den Kernteilen sind Zwischenräume 31 gelassen, in die die Kühlluft durch Kanäle
32 eingeführt wird. Diese Luft tritt durch Stutzen 33 (Abb. i) ein, die an dem Rahmen
7 vorgesehen sind und auf die sich die Transformatoren bei ihrer Anordnung zwischen
den Herden passend aufsetzen. Neben diesen sind noch Stutzen 34 vorgesehen, auf
denen die Transformatoren seitlich ruhen.
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Um die die Heizrinne q: enthaltenden patronenartigen, vom Metallzylinder
24 umschlossenen Zustellungskörper leicht in dem Transformator auswechseln zu können,
ist zwischen diesen beiden Teilen eine Bajonettverbindung i vorgesehen. Dementsprechend
ist die innere Wandung 6" des die Primärwicklung bildenden Gehäuses mit mehreren
sich axial und etwas nach innen erstreckenden Vorsprüngen 26 versehen (Abb. 5).
Mit diesen wirken hakenartige i Ansätze 27 des Metallzylinders 24 sieh gegenseitig
verriegelnd zusammen. Beim Einsetzen der Patrone treten die Ansätze 27 zwischen
den Vorsprüngen 26 hindurch; dann wird die Patrone so weit um ihre Längsachse gedreht,
daß der Eingriff der Verriegelungsteile 26, 27 erfolgt.
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Der innere Zustellungszylinder 2o der Heizrinne steht über den äußeren
Patronenkörper 22 - 24 axial hervor und wird gegen den etwas vertieften, ringförmigen
Teil 28 des Herdes gestoßen, wobei zur Abdichtung die Teer- und Magnesiamischung
des eingestampften Ringes 2i auch an der Stirnseite vorgesehen wird. Die Dichtung
erfolgt dann dadurch, daß nach In, stellungbringen der drei Patronen nebst den Transformatoren
zwischen den Herden I und II diese mittels der hydraulischen Triebe =q. gegen..
einanderbewegt
werden, bis die Patronen fest eingeklemmt und damit die Verbindungen zwischen den
Rinnen 4 und den Kanälen 4' hergestellt sind. Infolge der energischen Wasserkühlung
3o der Verbindungsstellen wird zunächst austretendes Metall sofort gefrieren und
eine absolute Dichtung selbsttätig hergestellt werden.
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Die Vorteile des neuen Ofens sind mannigfaltige. Zunächst ist die
ganze Gestalt und Ausmauerung der Herde außerordentlich einfach. Ebenso einfach
und übersichtlich ist die Anordnung der die Heizrinnen enthaltenden Patronen und
deren Erneuerung. Es genügt, eine beschädigte Heizrinne nebst Transformator auszubauen,
in diesen dann eine neue Patrone einzuschieben, worauf diese Teile sofort wieder
zwischen den beiden Herden eingesetzt werden können. Auch die Herstellung einer
neuen Patrone selbst geschieht rasch und einfach, indem die einzelnen konzentrischen
Zustellungsteile innerhalb der äußeren Metallform um eine die Rinne selbst zunächst
verkörpernde Stange oder ein entsprechendes Rohr durch Einsetzen und Einstampfen
aufgebaut werden. Die Auswechselung kann selbst bei mit Material beschicktem Ofen
vor sich gehen, wenn dieser derart seitlich gekippt wird, daß die Heizrinnen leerlaufen.
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Die leichte Auswechselbarkeit der Patronen ermöglicht auch die beliebige
Verwendung von Heizrinnen verschiedenen Querschnittes; auch kann man je nach Wunsch
saure oder basische Zustellungen dafür verwenden.
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Die eigentümliche Ausbildung der Transformatoren ergibt eine vorzügliche
Verkettung des primären und des sekundären Kraftflusses, der kleine Querschnitt
der Rinnen hohen Heizwiderstand, so daß der Leitungsfaktor cos c) sich zu o,9 ergibt
und sehr große Leistungen zur Wirkung gebracht werden können. Auch ist der Betrieb
mit höheren Periodenzahlen ohne weiteres möglich.
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Schließlich ist das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel gewählte,
an sich bei Induktionsöfen bekannte Übersetzungsverhältnis der Transformatoren von
i : i günstig, da es an der Primärwicklung niedere Spannungen ergibt. Dementsprechend
bestehen keine erheblichen Spannungsunterschiede zwischen der Primar-und der Sekundärseite
und ebensowenig gegen Erde, so daß die Primärwicklung ohne weiteres von den den
Ofen bedienenden Personen berührt werden können.
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Natürlich können unter Umständen auch eine Mehrzahl von Windungen
aufweisende Primärwicklungen in Kombination mit den Heizrinnenpatronen verwendet
werden. Auch hierbei umgeben die Windungen den Kern möglichst gleichmäßig. Die Windungen
werden dann zweckmäßig durch ein Gehäuse geschützt. Die Kühlluft wird dann zwischen
dem Gehäuse und den `Findungen sowie auch zwischen diesen und dem Eisenkern geführt.