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Elektrischer Induktionsofen Die Erfindung bezieht sich auf eisenlose
elektrische Induktionsöfen und bezweckt eine Wasserkühlung bei Induktionsöfen mit
sogenanntem Fokusinduktor, d. h. mit Induktionsspulen, durch welche eine Konzentration
der zugeführten Energie auf ein Glüh- oder Schmelzgut von verhältnismäßig kleinem
Durchmesser dadurch erreicht wird, daß eine Spulenwindung aus zwei oder mehreren
Einzelwindungen besteht, so daß infolge der erhöhten Induktivität bei gleichem Strom
der Spule eine höhere Spannung zugeführt werden kann. Es soll auch bei dieser Wasserkühlung
eine Herabsetzung des Flüssigkeitswiderstandes des Kühlwassers erreicht werden.
Gleichzeitig wird die Kopplung zwischen der Fokusinduktorspule und ihrer Primärspule
verbessert und die Gefahr einer Beschädigung derjenigen Teile verringert, welche
beim Austreten von geschmolzenem Metall aus Undichtigkeiten mit diesem in unmittelbare
Berührung gelangen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Ofens verbessert und der
mechanische Aufbau vereinfacht. Vorzugsweise wird die Erfindung in der Weise ausgeführt,
daß die innere öder äußere Windung oder die inneren oder äußeren Windungen jedes
Abschnittes eines Fokusinduktors durch parallel verlaufende Strömungen gekühlt werden
und außerdem sämtliche Abschnitte parallel geführt werden, wodurch der Flüssigkeitswiderstand
erheblich vermindert wird.
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Die beiliegenden Zeichnungen zeigen beispielsweise Ausführungsformen
der Erfindung, und zwar ist Fig. i eine Draufsicht auf einen Fokusinduktionsofen
gemäß der Erfindung mit einem Schnitt durch die Kühlleitungen, Fig. 2 ein Schnitt
in Richtung der Linie 2-a durch Fig. i, Fig. 3 ein Schnitt entsprechend Fig. 2,
jedoch ohne magnetischen Leiter zwischen der Primärspule und dem Fokusinduktor:
Fig.4 ist eine schaubildliche Darstellung einer der Spulen des Fokusinduktors entsprechend
Fig, i, 2 und 3.
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Fig.5 ist ein Schnitt in Richtung der Linie 5-5 von Fig. i.
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Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch einen Induktor zur Erwärmung von
beweglichen Blöcken.
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Die Fig. i bis 5 zeigen Vorrichtungen zur Aufnahme und Wärmeisolierung
von Schmelzgut verschiedener Beschaffenheit. Ein Schmelztiegel 9 ist von einem feuerfesten
Futter i o umgeben, welches seinerseits in einem Behälter i i angeordnet ist, der
gleichzeitig als Isolator zwischen diesem und den inneren Windungen eines Fokusinduktors
12 dient.
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Die Art der Aufnahme des Schmelzgutes
hängt von den
Anforderungen des Ofens ab, und das Futter ändert sich, je nachdem es für Metalle
mit niedrigem oder hohem Schmelzpunkt verwendet wird und je nachdem, ob es bei Berührung
mit durch Undichtigkeiten heraustretendem flüssigen Metall sintern soll oder nicht.
Bei Metallen mit niedrigem Schmelzpunkt kann Asbestwolle Verwendung finden, jedoch
bei höheren Temperaturen und wo ein Sintern erwünscht ist, ist es empfehlenswert,
fein verteiltes Material mit einem Grundstoff aus Sand oder Chromerzen zu verwenden.
Für den äußeren Isoliermantel i i ist Mikanit gut geeignet.
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Die soeben erwähnten Teile sind oberhalb eines Bodens 13 angebracht.
Derselbe kann aus beliebigem wärmeisolierendem Material bestehen, z. B. Alberenstein
ist gut geeignet.
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Die inneren Windungen 14 des Fokusinduktors 12 umschließen den Ofen
so dicht, wie es mit Rücksicht auf die Sicherheit erforderlich ist, um eine möglichst
gute Kopplung mit der Charge zu erzielen. Die äußeren Windungen 15 liegen in genügender
Entfernung von den inneren Windungen 14., um nicht der Ofenhitze ausgesetzt zu sein,
wodurch auch der Primärinduktor 16 an eine Stelle gelangt, wo die Temperatur verhältnismäßig
niedrig ist, und wo er gut isoliert werden kann. Dieser induziert die äußeren und
inneren Windungen des Fokusinduktors 12.
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Die Windungen des Fokusinduktors sind selbständige Windungen (Fig.q.),
welche elektrisch und hydraulisch parallel zueinander liegen. Der Induktor besteht
aus einem hohlen flachen Rohr, welches um seine Längskante aufgewickelt ist.
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Der Induktor ist mittels Wasser gekühlt, welches parallel in den Leitungen
verläuft. Die geeignetste Stelle zur Unterteilung der Leitungen ist die Verbindungsstelle
zwischen den Windungen, wie in den Zeichnungen dargestellt. Das Wasser tritt in
die eine Verbindung 17 zwischen den inneren und äußeren Windungen- ein, durchfließt
beide in paralleler Richtung und tritt bei der Verbindung 18 aus.
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Die Anschlüsse für das Wasser erfolgen über Nippel i9 und 2o, wobei
die Nippel mehrerer Induktionswindungen parallel an Zu-bzw. Ableitungen 21 und 22,
welche starr oder nachgiebig sein können, angeschlossen sind. Die Primärwicklung
16 wird von Hauptleitungen 23 und 24 mit Wechselstrom gespeist, wobei zur Reglung
des Leistungsfaktors eine Kapazität 25 parallel geschaltet ist. Die Primärspule
kann ebenfalls, sofern es wünschenswert erscheint, in beliebiger Weise wassergekühlt
sein.
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Um die Gießrinne 26 möglichst nahe an die Pfanne heranzubringen, ist
die äußere Fokusinduktorwindung 15 bei 27 abgeflacht. Der Strom wird der Primärspule
unter ziemlich hoher Spannung zugeführt. Da die Primärspule sich in beträchtlichem
Abstand von dem Schmelzgut befindet, so kann sie ohne Störung durch die höheren
Temperaturen, welche in der Nähe des Schmelzgutes auftreten, gut isoliert werden
und kann mit den äußeren Fokusinduktorwindungen so eng gekoppelt werden, wie es
die Isolation zuläßt.
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Die Fokusinduktorspulen werden von Strom unter so geringer Spannung
durchflossen, daß ihre Isolation nur geringe Beachtung erfordert. In bezug auf die
elektrischen Anforderungen ist ihre Lage dicht an dem geschmolzenen Metall einwandfrei.
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Im Betrieb erzeugt der Strom der Primärspule einen entgegengerichteten
Strom in den angrenzenden äußeren Windungen des Fokusinduktors, mit dem Ergebnis,
daß in den inneren Windungen desselben ein gleichgerichteter Strom wie in der Primärspule
fließt. Dementsprechend besteht kein äußeres oder Streufeld außerhalb der primären
Wicklung.
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Das Wasser fließt durch die verschiedenen Fokusinduktorspulen in parallelen
Strömungen und ebenfalls auch innerhalb der Spulen durch die inneren und äußeren
Windungen, wodurch der Strömungswiderstand beträchtlich herabgesetzt wird, so daß
für die nötige Kühlung ein Minimum an Wasserdruck erforderlich ist.
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Der einzige Unterschied in der Ausführung entsprechend Fig. i und
2 gegenüber der gemäß Fig. 3 besteht darin, daß die Kopplung zwischen der Primärspule
und den Fokusinduktorspulen in Fig. i und :2 durch die Verwendung eines magnetischen
Rückflußkreises verbessert ist. Hierfür sind Schenkel 28 und 29 innerhalb und außerhalb
der Primärspule sowie der äußeren Windungen des Fokusinduktors vorgesehen. Die Schenkel
sind bei 30 magnetisch verbunden. Diese Verbindung erstreckt sich vorteilhaft
bis in die Nähe des Spulenmittelpunktes bei 31.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht allein auf Schmelzöfen beschränkt,
sondern kann auch bei der Erwärmung oder Wärmebehandlung von Blöcken o. dgl. verwendet
werden, wie beispielsweise in Fig.6 dargestellt, wo die gemeinsame Achse einer Primärspule
16' und eines Fokusinduktors horizontal liegt und wo beide Spulen das hindurchbewegte
Gut 32, in diesem Falle ein Rohrstück, umschließen.
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Die Zahl der Spulen richtet sich natürlich nach den jeweiligen Anforderungen.
Das zu erwärmende Gut wird von konkaven Rollen 33 getragen, welche gleichzeitig
zum Antrieb dienen können.
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In Verbindung mit der Wasserkühlung, welche in Fig. i bis 5 dargestellt
ist, oder
auch getrennt davon kann die Kühlung durch Luft erfolgen,
welche durch ein beliebiges Mundstück 34. zwischen den Fokusinduktor und das bewegte
Gut geblasen wird. Wenn kein Schmelzen stattfindet, können die inneren Windungen
des Fokusinduktors ziemlich dicht an das bewegte Gut herangebracht werden, wodurch
die Kopplung bedeutend verbessert wird. Weder Wärme noch elektrische Isolierung
ist erforderlich, wenn durch die Anordnung der Rollen ein gewisser Abstand aufrechterhalten
wird.
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Bei allen Ausführungsformen ist die Anordnung der Spulen eine derartige,
daß keine äußeren Felder vorhanden sind, so daß dieselben, wenn es wünschenswert
erscheint, in einem magnetischen Gehäuse angeordnet werden können. Selbst bei den
höchsten, jetzt üblichen Primärspannungen ist die an den Schmelztiegel oder die
Charge gelangende Spannung nicht höher als 5o Volt und der Tiegel oder die Charge
können an einer Stelle geerdet sein.
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Die vorliegende Ausführung ist einfach und bietet keinerlei Schwierigkeiten
in mechanischer Hinsicht. Bei Beschädigung eines Teiles des Fokusinduktors beschränkt
sich der Schaden auf den betroffenen Einzelteil, so daß nur ein ganz geringer Aufwand
für Wiederlierstellung oder Austausch erforderlich ist.
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Es ist offensichtlich, da& der Gewinn durch die verbesserte Kopplung
größer ist als der Verlust infolge des zusätzlichen Spulenwiderstandes, so daß eine
gute Ausnutzung erzielt werden kann.
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Natürlich ist die Erfindung nicht an die vorliegende Ausführungsform
gebunden, vielmehr können verschiedene bauliche Abänderungen vorgenommen werden,
ohne daß der Schutzumfang hierdurch überschritten wird.