DE540970C - Hochfrequenz-Induktionsofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 8. .IANUAR 1932

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 21 h GRUPPE

Siemens & Halske Akt-Ges. in Berlin-Siemensstadt*)

Hochfrequenz-Induktionsofen Patentiert im Deutschen Reiche vom 25. Juli 1926 ab

Bei den bisher bekannten Hochfrequenz-Induktionsöfen oder Heizvorrichtungen befindet sich die induzierende Spule außerhalb des zu schmelzenden oder durchzuheizenden Materials. In beiden Fällen wird daher das Material nur von den innerhalb des Spulenfeldes verlaufenden elektromagnetischen Kraftlinien getroffen, während der außerhalb der Spule verlaufende Teil des Kraftlinienfiusses unausgenutzt für die Erzeugung der Schmelz- oder Heizwärme verlorengeht.

Ein weiterer Nachteil der außerhalb des Schmelz- oder Heizgutes liegenden Hochfrequenzspule ist darin zu sehen, daß die außenseits der Spule verlaufenden Kraftlinien die Verwendung metallischer Materialien zur Ummantelung oder Armierung des Ofens unmöglich machen, da diese Kraftlinien eine unzulässige Erhitzung von metallischen Teilen am Ofen hervorrufen würden.

Die Erfindung vermeidet die erwähnten Nachteile der bekannten Hochfrequenz-Induktionsöfen und Heizvorrichtungen dadurch, daß die Heizung ausschließlich durch induktive Wirkung eines Hochfrequenzstromes erzeugt wird, der eine in das Ofeninnere eingebaute Spule durchfließt. Die Spule taucht also in das Einsatzmaterial etwa nach Art eines Tauchkochers für Flüssigkeiten ein. Bei Niederfrequenzöfen ist die Anwendung einer derartigen Spule für Regelung der Ofentemperatur bekannt. Wesentlich ist dabei, daß bei dieser bekannten Anordnung der Heizeffekt hauptsächlich" durch einen Lichtbogen oder durch Widerstände hervorgerufen wird und daß die verschiebbar gelagerte Eintauchspule lediglich dazu dient, um die durch die Lichtbogen- oder Widerstandsheizung erzielte Temperatur des Einsatzmaterials innerhalb eines bestimmten Bereiches zu halten.

Der Erfindung liegt gegenüber dieser bekannten Ausführung die neue Erkenntnis zugrunde, daß die induktive Wirkung eines Hochfrequenzstromes, der eine in das Ofeninnere eingebaute Spule durchfließt, allein genügt, um die für den Betrieb derartiger Öfen oder Heiz-Vorrichtungen erforderlichen Temperaturen zu erzeugen.

Die Abb. 1 und 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform des neuen Induktionsofens im Vertikal- und Horizontalschnitt. In diesen Abbildungen bedeuten 1 die metallische Ofenummantelung, 2 die feuerfeste Auskleidung des Ofens, 3 den inneren Herdraum, welcher durch einen Deckel 4 abgedeckt ist. In dem Herdraum 3 ist, in einem feuerfesten Hohlzylinder 5 eingebettet, die Hochfrequenzspule 6 angeordnet, so daß sie in das Beschickungsmaterial 9 eintaucht. Bei 7 sind die isolierten Deckeldurchführungen der Spule 6 angedeutet. Ein Rohranschluß 8 ermöglicht die Erzeugung eines Vakuums oder Überdruckes im Ofeninnern. Der die Spule 6 enthaltende Hohlzylinder 5 ist

*! Von dem Patentsucher sind als die Erfinder angegeben worden:

Dr. Victor Engelhardt in Berlin-Qiarlottenburg und Reinhold Gross in Hohen Neuendorf b. Berlin.

in beliebiger Weise am Deckel 4 befestigt, wobei das untere Ende des Hohlzylinders den Boden des Herdraumes nicht berührt.

Der Schmelzvorgang im Ofen spielt sich folgendermaßen ab:

Die in dem Beschickungsmaterial 9 durch die hochfrequenten Ströme führende Spule 6 erzeugten Wirbelströme und gegebenenfalls auch die Hysteresis heizen sowohl das im Innern des feuerfesten Spulenkörpers 5 befindliche als auch das den feuerfesten Spulenkörper umgebende Material. Da die Kraftliniendichte innerhalb des Spulenkörpers größer ist als in dem ihn umgebenden Schmelz- oder Einsatzgut, so wird demzufolge auch das Material im Spulenkörper 5 höhere Temperaturen haben als das den Spulenkörper 5 umgebende. Es ist daher ein weiterer Vorteil dieser Heizungsart durch die selbsttätig erfolgende Mischung des in Schmelzfluß gelangten Einsatzes infolge thermischen Ausgleichs des verschiedene spezifische Gewichte aufweisenden Schmelzgutes gegeben, welche die als Folge der Wirbelströme im Schmelzgut entstehende dynamische Rührwirkung unterstützt.

Abb. 3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des neuen Induktionsofens. Es sind bei dieser Ausführung drei in feuerfestes Material eingebettete Heizspulen 10,11 und 12 vorgesehen, die bei Einphasenstrom in Serie zu schalten sind, bei Mehrphasenstrom, z. B. Drehstrom, j e in einer Phase liegen. Diese Anordnung gestattet eine intensive Durchheizung des Bades an verschiedenen Stellen. Es kann eine beliebige Anzahl solcher Spulen in der jeweilig am zweckmäßigsten erscheinenden Anordnung und mit Rücksicht auf den jeweilig durchzuführenden metallurgischen Prozeß oder den jeweiligen Mischungsprozeß Anwendung finden. Abb. 4 veranschaulicht einen Ofen mit zwei konzentrischen, in feuerfestes Material eingehüllten Induktionsspulen 13 und 14. Statt dieser beiden Spulen 13 und 14 kann auch eine beliebige Anzahl solcher konzentrischen Spulen je nach der Höhe des zu erzeugenden Heizeffektes oder des Grades der Einschmelzdauer Verwendung finden, wobei die jeweils am zweckmäßigsten erscheinende Beheizung der Spulen durch Einphasen- oder Mehrphasenstrom erfolgen kann. Diese Anordnung hat besondere Vorzüge für große Einheiten, die darin bestehen, daß ζ. B. bei Vorhandensein größeren Herdraumes das in diesem befindliche Schmelzgut gleichmäßig in allen Schichten durchheizt wird, weil bei dieser Ausführung eine Wechselwirkung des Kraftflusses der Spulen nach innen und außen stattfindet.

Ebenso kann z. B. zum Zwecke des Glühens

verschiedener Gegenstände, wie Drähte, Zylinder usw., eine derartige Heizvorrichtung mit Vorteil in Anwendung gebracht werden und dabei eine wesentliche Ersparnis an Heizraum erzielt werden.

Abb. 5 und 6 zeigen die Verwendung einer oder einer beliebigen Anzahl von Flachspulen 15, die in beliebiger Badtiefe ruhen können. Die Spulen können gewünschtenfalls in ihrer Höhenlage im Bade verstellbar angeordnet sein, so daß je nach Bedarf das Bad in seinen einzelnen Schichten durchheizt werden kann. Die An-Ordnung der Spulen 15 ist über- und nebeneinander möglich und ebenfalls ein Anschluß der Heizspulen an Ein- oder Mehrphasenstrom gegeben.

Abb. 7 zeigt die Verwendung von Hochfrequenzflachspulen 29 in senkrechter Anordnung in dem Heizraum 30, wodurch ebenfalls eine sehr gleichmäßige und intensive Durchheizung des Schmelzbades oder des Heizraumes erfolgen kann und der Anschluß der Spule an ein- oder mehrphasigen Wechselstrom möglich ist.

Die Hochfrequenzspulen können bei der neuen Anordnung in bekannter Weise sowohl aus Vollmaterial beliebigen Querschnitts und beliebiger Form wie auch aus Hochfrequenzlitzen oder Material von rohrförmigen Querschnitts beliebiger Form bestehen, wobei entweder Gaskühlung oder Kühlung durch Flüssigkeiten in Anwendung gebracht werden kann. Bei Verwendung von Luftkühlung wird man zweckmäßigerweise eine möglichst große Oberfläche der Spulen anstreben. Die Erfindung ist vornehmlich für Hochfrequenz-Induktionsschmelzöfen oder -glühofen bestimmt. Sie ist indessen auch sinngemäß für Niederfrequenzbetrieb anwendbar. Die Spulen können dabei entweder am Deckel oder an den Seitenwänden befestigt sein oder auf den Boden in geeigneter Weise aufgesetzt sein, wobei zweckmäßig stets zwischen Spulenkörper einerseits und dem Herdraum (Boden, Deckel, Seitenwänden) anderseits nach allen Seiten ein freier Raum gelassen wird. Die Spulenachsen können statt senkrecht oder waagerecht auch unter einem anderen Winkel geneigt sein. Zur Erzeugung des primären Heizstromes können gedämpfte oder ungedämpfte Schwingungen zur Verwendung kommen. Der Anschluß der Spulen kann entweder direkt oder über Transformatoren oder Umformer an Ein- oder Mehrphasenstrom erfolgen. Im Herdraum kann verminderter oder erhöhter oder Atmosphärendruck herrschen.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Hochfrequenz-Induktionsofen, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hochfrequenzstrom gespeiste Spule derart im Innern des Ofens angeordnet ist, daß das innere und das äußere Kraftfeld der Spule im zu erhitzenden Material verlaufen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von

gleichartig wirkenden Induktionsspulen im Ofeninnern angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen der Spule in eisenfreies und feuerfestes Isolationsmaterial eingebettet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder den Unteransprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus Hochfrequenzlitze hergestellt ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus Hohlmaterial hergestellt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Hohhnaterial gebildete Spule gleichzeitig von innen und von außen gekühlt wird.

7. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule an dem den Herdraum abschließenden Deckel befestigt ist, so daß zwischen Spulenkörper einerseits und Boden und zweckmäßig auch Deckel anderseits ein Zwischenraum ist.

8. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule auf den Boden des Herdraumes gesetzt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen