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Die vorliegende Erfindung betrifft
Einrichtungen zur Induktions-Behandlung geschmolzener metallischer
Materialien, wie beispielsweise Einrichtungen zum Rühren, zur
Organisation von Bewegungen und/oder zur Formierung metallischer
Materialien. Die Erfindung betrifft näherhin derartige Einrichtungen
mit einem induktiven Schmelztiegel und innerhalb dieser solche Einrichtungen,
in welchen der Schmelztiegel nicht nur zur Bewerkstelligung der
induktiven Durchwirbelung bzw. Durchrührung einer Metallschmelze,
sondern auch zur Erhitzung dieses Metalls mittels Induktion bestimmt
ist. Die Erfindung eignet sich zur Anwendung bei derartigen Anlagen mit
induktigem Schmelztiegel, gleichgültig, ob es sich um Anlagen
zum kontinuierlichen Gießen
handelt oder nicht.
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Die vorliegende Erfindung wird im
folgenden in Verbindung mit einem induktiven Kalt-Schmelztiegel
beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, dass sie sich allgemeiner
zur Anwendung bei jeder anderen Einrichtung eignet, in welcher geschmolzenes
Metall sich in einem Magnetfeld befindet. In Anlagen mit Induktionsschmelztiegel
wird die Verwendung eines Kalt-Schmelztiegels
häufig
einem Schmelztiegel aus einem hitzebeständigen Material vorgezogen,
wenn das zu behandelnde metallische Material einen erhöhten Reinheitsgrad
erfordert, da ein Kalt-Schmelztiegel die Verunreinigung des behandelten
Materials weitgehend verringert.
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1 zeigt
schematisch eine herkömmliche Einrichtung
zur Verarbeitung bzw. Feinung eines metallischen Materials mittels
Induktion, auf der Grundlage eines Induktions-Kalt-Schmelztiegels.
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Eine derartige Einrichtung umfasst
einen Schmelztiegel 1, der beispielsweise durch im Inneren seiner
Wandung zirkulierendes Wasser gekühlt wird und zur Aufnahme des
zu schmelzenden Materials bestimmt ist. In 1 sind die konstitutiven Einzelheiten
der Schmelztiegelwandungen aus Gründen der Übersichtlichkeitheit nicht
dargestellt. Insbesondere sind die Mittel zur Zirkulation der Kühlflüssigkeit im
Inneren der Wandungen nicht dargestellt.
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Ein Induktor, im allgemeinen eine
Spule 2, umgibt den Schmelztiegel 1 und ist mit
seinen beiden Enden mit den Anschlüssen eines Einphasen-Wechselspannungsgenerators 3 verbunden.
Parallel über dem
Generator 3, d. h. an den Anschlüssen der Spule 2,
ist ein Kondensator C angeschlossen.
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Das zu schmelzende metallische Material
in dem Schmelztiegel wird in diesen eingeführt, beispielsweise in Form
von Schnitzeln bzw. Spänen bzw.
Chips m. Im Falle eines Schmelztiegels für eine kontinuierliche Gießvorrichtung
werden diese Schnitzel bzw. Späne
m kontinuierlich eingeführt,
im allgemeinen mittels eines Zufuhrtrichters 4.
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Das durch den Induktor 2 erzeugte
Magnetfeld erhitzt das in dem Schmelztiegel 1 befindliche Material.
Die Frequenz des Speisewechselstroms des Induktors 2 hängt insbesondere
vom Durchmesser des Schmelztiegels 1 und vom spezifischen
elektrischen Widerstand des in dem Schmelztiegel befindlichen Materials
ab. Wie geläufig
bekannt ist, konditionieren der spezifische elektrische Widerstand des
Materials und die Speisefrequenz des Induktors 2 die Dicke
der elektromagnetischen Haut (6). Die gewünschte Dicke
der Haut hängt
von den jeweiligen Anwendungsfällen
ab. Beispielsweise ist im Fall einer Barrengießform bzw. -kokille die gewünschte Hautdicke
so klein als möglich,
vorausgesetzt, dass sie gerade ausreicht, eine Beeinträchtigung
der thermischen Ausbeute infolge der kalten Wandungen des Schmelztiegels
zu vermeiden. Als spezielle Beispielsangabe wünscht man für einen Schmelztiegel mit einem
Durchmesser in der Größenordnung
von 10 cm im allgemeinen eine Dicke der elektromagnetischen Haut
in der Größenordnung
von 1 bis 10 mm.
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Es sei darauf hingewiesen, dass,
wenngleich dies in 1 nicht
dargestellt ist, ein Kalt-Schmelztiegel ein sektorisierter Schmelztiegel
ist, d. h. mit vertikalen Sektoren versehen ist, die voneinander isoliert
sind, um eine Schleifenbildung der Induktionsströme entlang dem Umfang des Schmelztiegels
zu vermeiden. Wie in 1 veranschaulicht,
stellt sich die freie Oberfläche
der Metallschmelze in Form einer flüssigen Kuppel dar, deren Profil
aus dem Gleichgewicht zwischen dem hydrostatischen Druck und dem
von dem Einphasen-Induktor 2 ausgehenden
elektromagnetischen Druck resultiert. Des weiteren herrscht auf
dieser freien Oberfläche
eine elektromagnetische Rührkraft,
bei der es sich um eine Kraft mit einer stets zentrifugalen Radialkomponente
an der Schmelzenoberfläche
handelt, wie die Pfeile in 1 veranschaulichen.
Somit werden die aus dem Speisesystem 4 kommenden Schnitzel
bzw. Späne, die
unter der Wirkung der Schwerkraft in die Schmelze herabfallen, systematisch
bei ihrem Eintritt in die Schmelze aus der Mitte zur Peripherie
geführt,
d. h. in Richtung zu den kalten Wandungen des Schmelztiegels 1.
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Eine derartige Zirkulation ist für die Wärmeausbeute
des Systems und für
die Einführung
der Schnitzel bzw. Späne
m in die Schmelze nachteilig. Dies kann sogar den Oberflächenzustand
des durch kontinuierlichen Ziehvorgang erhaltenen erstarrten Barrens
im unteren (nicht dargestellten) Teil des Schmelztiegels 1 beeinträchtigen.
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Erwünscht wäre eine Umkehr des Richtungssinns
des Rührvorgangs
an der Oberfläche
der Schmelze, damit die zu schmelzenden Materialschnitzel bzw. -späne in Richtung
zur Mitte der Schmelze gezogen werden und so die Durchmischung verbessert
wird. Um dies zu erreichen, kann man erwägen, um den Schmelztiegel herum
ein System von Mehrphasen-Induktoren anzubringen, zur Schaffung
eines magnetischen Gleitfeldes, das in der Dicke der elektromagnetischen
Haut, d. h. am Umfang des Schmelztiegels eine aufsteigende elektromagnetische
Kraft hervorbringt. Diese Kraft hat dann zur Folge, dass das flüssige Metall
der Schmelze am Umfang im Bereich der Dicke der elektromagnetischen
Haut nach oben steigt und, nach dem Grundsatz der Erhaltung des
Durchsatzes, das flüssige
Metall in der Mitte der Schmelze abwärts strömt. Man erhält so eine zentripedale radiale
elektromagnetische Rührkraft,
was günstig
ist für
eine Mitnahme der zugeführten
Schnitzel bzw. Späne
bei ihrem Eintreffen in der Schmelze nicht mehr zum Umfang, sondern
im Gegenteil zur Mitte des Schmelzbades, wo sie sogleich eingemischt
und geschmolzen werden.
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Jedoch stellt die Anwendung eines
derartigen Prinzips vor mehrere Probleme, die bisher dazu geführt haben,
dass diese Lösung
in der Praxis industriell nicht gangbar ist.
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Ein erstes Problem steht im Zusammenhang mit
der Notwendigkeit, einen Mehrphasen-Induktionsgenerator vorzusehen,
d. h. zwei Generatoren mit gegeneinander in der Phase versetzter
Spannung.
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Für
eine Einrichtung, deren Schmelztiegel einen hinreichend großen Durchmesser
(in der Größenordnung
von ca. 30 cm) besitzt, der seine Beaufschlagung mit einem bei der
Frequenz des elektrischen Wechselstromnetzes (50 oder 60 Hz) arbeitenden
Generator gestattet, ist es erforderlich, eine mehrphasige (zwei-
oder dreiphasige) Stromspeisung vorzusehen, um dieses Prinzip einer
Umkehr des Richtungssinns des Rührvorgangs
in der Schmelze zur Anwendung zu bringen. Somit schließt dies
den einfachen Anschluss der Anlage an eine einphasige elektrische
Stromspeisung aus.
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Ein ähnliches Problem stellt sich
für andere Behälter, beispielsweise
die Leitung mit verhältnismäßig kleinem
Durchmesser einer elektromagnetischen Pumpe.
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Das Problem stellt sich noch vermehrt
für Induktionsgeneratoren
mittlerer Frequenz (in der Größenordnung
von ca. 10 kHz); hierbei muss eine elektronische Leistungsschaltung
vorgesehen werden, um den Generator (3, 1) zur Speisung des Induktors 2 mit
einem Strom mit einer von der Verteilerfrequenz verschiedenen Frequenz
zu realisieren.
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In derartigen Anwendungen, die insbesondere
Schmelztiegel oder Behälter
mit kleinem Durchmesser betreffen, wäre es dann erforderlich, für jede Phase
eine elektronische Leistungsschaltung vorzusehen, was die Gestehungskosten
der Anlage beträchtlich
erhöht.
Insbesondere erfordert dies eine Vervielfachung der Zahl der Leistungsschalter,
in Abhängigkeit
von der Zahl der Phasen. Des weiteren wird die Synchronisation der
Generatoren mit der Phase der von dem Verteilungsnetz gelieferten
Speisewechselspannung um so schwieriger, je höher die Frequenz des Induktionsgenerators
und die Zahl von Phasen sind.
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Beispiele einer Anlage zur Induktions-Behandlung
eines metallischen Materials sind in den Amerikanischen Patentschriften
1 330 133 und 1 986 353 beschrieben. Diese Einrichtungen gestatten
keine Umkehr des Richtungssinns der Schmelzenumrührung.
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Die vorliegende Erfindung sucht die
Unzuträglichkeiten
der herkömmlichen
Anlagen mit Induktions-Schmelztiegel zu vermeiden bzw. zu verringern.
Insbesondere soll durch die Erfindung eine neue Einrichtung geschaffen
werden, welche die Gestaltung des Umrührens der Metallschmelze nach Wunsch
in einem zentripedalen oder in einem zentrifugalen Sinn gestattet.
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Allgemeiner bezweckt die Erfindung
die Schaffung einer neuen Lösung
für die
Probleme des induktiven Umrührens
in Behältern
von Metallschmelzen.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt
auch die Schaffung einer neuen Lösung
für die
Realisierung einer mehrphasigen Strombeaufschlagung, die wirtschaftlich
gangbar ist. Die Erfindung bezweckt insbesondere die Schaffung einer
Lösung,
die keine Vervielfachung der Leistungsschalter für Anwendungen, die eine Induktion
mittlerer Frequenz benötigen, erfordert.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt
ferner die Schaffung einer Lösung,
die ausgehend von einer einphasigen elektrischen Stromquelle gespeist
werden kann.
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Die Erfindung bezweckt des weiteren
die Schaffung einer Lösung,
bei der sich kein Problem der Synchronisation verschiedener unterschiedlicher Phasen
untereinander stellt.
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Zur Erreichung dieser Ziele sieht
die vorliegende Erfindung vor eine Einrichtung zur Induktions-Behandlung
eines metalli schen Materials in einem Behälter, wobei die Einrichtung
umfasst:
eine erste Wicklung, welche in Reihe wenigstens eine
erste Spule mit wenigstens einer Windung und wenigstens eine zweite
Spule mit wenigstens einer Windung aufweist, die in entgegengesetztem
Sinn um den Behälter
gewickelt sind, wobei die erste Wicklung zwei Endanschlüsse zur
Anschlussverbindung mit einer Speisewechselstromquelle und mit den
Anschlüssen
eines ersten Kondensators aufweist; sowie
wenigstens eine zweite
Wicklung, welche in Reihe wenigstens eine erste Spule mit wenigstens
einer Windung und wenigstens eine zweite Spule mit wenigstens einer
Windung aufweist, die in entgegengesetztem Sinn um den Behälter herum
gewickelt sind unter Verschachtelung bzw. Überlappung in bzw. mit der
ersten Wicklung, wobei die Enden der zweiten Wicklung zur Verbindung
mit den Anschlüssen
eines zweiten Kondensators bestimmt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden die Werte der Kondensatoren in
Abhängigkeit
von der Frequenz des Generators und von der gewünschten Dicke der Haut im Inneren
des Behälters
gewählt.
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Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zur Anwendung in einer Induktions-Heizeinrichtung
in einem den genannten Behälter
bildenden induktiven Schmelztiegel ist vorgesehen, dass die kombinierten
Induktivitäten
der beiden Wicklungen in Abhängigkeit
von der gewünschten
Intensität
der Heizung im Inneren des Schmelztiegels gewählt sind.
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Gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Einrichtung
des weiteren wenigstens eine dritte Wicklung umfasst, deren Anschlüsse mit
einem dritten Kondensator verbunden sind, und dass die dritte Wicklung
von wenigstens zwei in gegensinniger Reihenschaltung verbundenen
Spulen gebildet wird.
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Diese und weitere Ziele, Eigenschaften, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden
nichteinschränkenden
Beschreibung spezieller Ausführungsbeispiele
im einzelnen auseinandergesetzt, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren;
in diesen zeigen die schon beschriebene 1 die Darlegung des Standes der Technik
und der Problemstellung,
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2 in
schematischer Form und in geschnittener Ansicht eine Ausführungsform
eines induktiven Rührwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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3 schematisch
die elektrische Schaltung der Einrichtung von 2, sowie
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4 in
perspektivischer Teilansicht einen induktiven Kalt-Schmelztiegel
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Verlauf seiner Arbeitsweise.
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Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Zeichnungsfiguren
mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die
für das
Verständnis
der Erfindung notwendigen Elemente einer Induktions-Heizeinrichtung
in den Figuren dargestellt, und nur diese Elemente werden im folgenden
beschrieben. Insbesondere wurden die Mittel zur Entnahme des flüssigen Metalls
(beispielsweise die Mittel zum Ziehen von Barren) nicht dargestellt
und bilden nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. In dieser
Hinsicht ist zu beachten, dass die Erfindung sich sowohl auf einen
Schmelztiegel (Kalt-Tiegel
oder hitzebeständigen
Tiegel) einer Barren- oder Stranggießvorrichtung wie auf einen
für Entleeren
durch Kippen bestimmten Schmelztiegel bezieht. Allgemeiner gesprochen
erkennt man, dass die Erfindung in jeder Anlage bzw. Einrichtung
anwendbar ist, bei der ein induktives Mittel um einen Metallschmelzen-Behälter herum
verwendet wird für Zwecke
einer Gestaltung von Bewegungen des Metalls. Es kann sich beispielsweise
um elektromagnetische Rührwerke
handeln (in welchen das Metall durch Induktion, durch Lichtbogen,
mit Hilfe einer Plasmafackel oder anderweitig erhitzt wird), um
elektromagnetische Pumpen und allgemein um jegliche Anlagen, in
welchen sich mit den Durchmessern des Behälters (Schmelztiegel, Leitung
usw.) in Zusammenhang stehende Probleme stellen.
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Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
besteht darin, dass um einen Behälter
mit einer Metallschmelze herum wenigstens zwei Wicklungen vorgesehen
werden, deren jede aus zwei in Reihe geschalteten, entgegengesetzt
gewickelten Spulen besteht, wobei nur eine der Wicklungen mit den
Anschlüssen eines
Einphasen-Generators verbunden ist. Die eine oder mehreren andere(n)
Wicklung(en) bilden Induktions- oder Sekundärwicklungen, die mit Hilfe
eines Kondensators geschlossen sind.
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2 zeigt
in schematischer Form eine Ausführungsform
einer Induktions-Heizvorrichtung, beispielsweise für eine kontinuierliche
Gießvorrichtung, gemäß der vorliegenden
Erfindung. In dem Beispiel von 2 ist
der Behälter
ein Kalt-Schmelztiegel.
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Wie zuvor beruht die Vorrichtung
auf der Verwendung eines sektorisierten Kalt-Schmelztiegels 1, d.
h. eines Schmelztiegels, der mehrere vertikale, beispielsweise durch
Wasserzirkulation gekühlte Sektoren
umfasst, die miteinander zur Bildung eines rohrförmigen Gebildes verbunden sind.
In 2 ist der Schmelztiegel
im Schnitt dargestellt, und aus Gründen der Übersichtlichkeit ohne die herkömmlichen
Kühlungsmittel.
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Eine erste Wicklung 5 ist
um den Schmelztiegel 1 herum angeordnet und mit ihren beiden
Enden mit den Anschlüssen
eines Einphasen-Wechselstromgenerators 3 verbunden, in
Parallelschaltung mit einem Kondensator C. Gemäß der vorliegenden Erfindung
besteht die Wicklung 5 aus wenigstens zwei Spulen 51 und 52,
die gegensinnig in Reihe verbunden sind, d. h. entgegengesetzt gerichtet
um den Tiegel 1 gewickelt sind. Ebenfalls gemäß der Erfindung
ist wenigstens eine zweite Wicklung 6 gleichfalls um den
Schmelztiegel 1 herum gewickelt angeordnet und über ihre
beiden Enden mit den Anschlüssen
eines Kondensators C' verbunden.
Diese zweite Wicklung 6 umfasst wie die erste Wicklung 5 wenigstens
zwei gegensinnig in Reihe verbundene Spulen 61, 63.
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Des weiteren sind die Wicklungen 5 und 6 dachziegelartig
ineinander verschachtelt angeordnet, d. h. dass die Spulen aufeinanderfolgend
entlang der Höhe
des Schmelztiegels so angeordnet sind, dass jeweils eine Spule der
ersten Wicklung mit einer Spule der zweiten Wicklung abwechselt.
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Somit findet sich in dem Beispiel
eines Zweiphasen-Systems wie dem in 2 dargestellten
vom oberen Ende des Schmelztiegels 1 her die erste Spule 61 der
Wicklung 6, die erste Spule 51 der Wicklung 5,
die zweite Spule 62 der Wicklung 6 und die zweite Spule 52 der
Wicklung 5.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
spielt die zweite Wicklung 6 die Rolle eines Induktionskreises, dessen
Energie von der ersten Wicklung 5 herrührt.
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3 zeigt
die elektrische Schaltung der Vorrichtung aus 2. Diese Zeichnungsfigur greift die in
Verbindung mit 2 beschriebenen
Elemente auf und veranschaulicht in perspektivischer Ansicht den
Wicklungssinn der Spulen der Wicklungen 5 und 6 in
gegensinniger Reihenschaltung. Man erkennt, dass in 2 die Stromflussrichtung in den Wicklungen
durch die im Elektromagnetismus üblichen
Notierungen (x,.) angedeutet ist.
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Die Wicklung 5 bildet mit
dem Kondensator C einen ersten mit dem Generator 3 verbundenen Schwingkreis
und stellt eine erste Energiebeaufschlagungs- bzw. -speisephase
des Mehrphasen-Systems
dar. Die gegenüber
der ersten Wicklung 5 räumlich
versetzte zweite Wicklung 6 bildet mit dem Kondensator
C' einen zweiten
Schwingkreis. Dieser zweite Schwingkreis steht durch seine Gegeninduktivität in magnetischer
Wechselwirkung mit dem ersten Schwingkreis. Man kann dann durch
geeignete Bemessung erreichen, dass das aus der Überlagerung der beiden vorliegenden
Phasen resultierende Magnetfeld ein Gleitfeld ist, das auf das in dem
Schmelztiegel 1 enthaltene Metall durch Induktion eine
elektromagnetische Bewegungskraft im Sinne eines Pumpvorgangs erzeugt.
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Die jeweiligen Bemessungen der Wicklungen
und der Kondensatoren hängen
von der jeweiligen Anwendung und insbesondere von der Frequenz des
Generators 3, dem Durchmesser des Schmelztiegels 1 und
der gewünschten
Dicke der Haut in dem Metall ab. Vorzugsweise ist die Anzahl der
Windungen der Spulen ein und derselben Wicklung identisch.
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Die Optimierung des Systems in Abhängigkeit
von der jeweiligen Anwendung liegt im Bereich des fachmännischen
Könnens
unter Zugrundelegung und Anwendung der Regeln für die elektrische und elektromagnetische
Wirkungsweise, ausgehend von den je weiligen Induktivitäten, den
betreffenden Widerständen
und den jeweiligen Kondensatoren der Schwingkreise, sowie von der
Gegen-Induktivität
der beiden Kreise und der Pulsation des Einphasen-Generators.
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Zur Erzielung eines linearen Gleitfeldes,
das die Pumpwirkung an der Peripherie des Behälters gewährleistet, wird man vorzugsweise
bestrebt sein, dass die Produkte LCω2 und
L'C'ω2,
worin L und L' die
jeweiligen Induktivitäten
der Wicklungen 5 und 6 und ω die Pulsations- oder Schwingungsfrequenz des
Einphasen-Generators 3 bedeuten, möglichst nahe 1 liegen,
um die Arbeits- und Wirkungsweise der Schwingkreise zu optimieren.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist, dass sie eine Umkehrung des Richtungssinns des Rührvorgangs
in der Schmelze gestattet, wie die Pfeile in 2 veranschaulichen, und zwar mit Hilfe eines
Einphasen-Generators. So ist es im Falle einer niedrigen Frequenz
entsprechend der Frequenz des Wechselstromspeisenetzes (50 oder
60 Hz) nicht mehr erforderlich, eine Mehrphasen-Speisung vorzusehen,
und eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann
direkt an einen Einphasen-Anschluss des Verteilungsnetzes angeschlossen
werden. Im Falle einer Anlage, welche eine Mittelfrequenz-Erzeugung
erfordert, besitzt die vorliegende Erfindung den Vorteil, dass nur
ein einziger Einphasen-Generator erforderlich ist, was die Gestehungskosten
der Anlage durch Verringerung der Zahl erforderlicher Leistungskommutatoren
beträchtlich
herabsetzt.
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Ein anderer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist, dass die Synchronisation der induzierten Phase (d.
n. der durch die Sekundärwicklung
erhaltenen Phase) oder der induzierten Phasen im Fall der Verwendung
mehrerer Sekundärwicklungen
kein besonderes Problem stellt.
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Ein anderer Vorteil der vorliegenden
Erfindung ist, dass das System nach Anpassung an die jeweilige Anwendung
besonders stabil ist. Im Gegensatz zur Anwendung mehrerer distinkter
Generatoren zur Erzielung eines Mehrphasen-Induktions-Heizsystems
besteht tatsächlich
keine Gefahr, dass die bei der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung
einer oder mehrerer zusätzlicher
Phasen verwendeten Elemente (Induktivitäten und Kondensatoren) ungeregelt werden,
wie dies im Falle aktiver Elemente (Hochleistungsschalter) sein
könnte.
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4 veranschaulicht
in perspektivischer Schnittansicht das Aufbauschema eines induktiven Kalt-Schmelztiegels
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Diese Figur zeigt die elektrisch voneinander isolierten
Sektoren s des Schmelztiegels 1. Im Beispielsfall von 4 umfasst jeweils jede Spule 61, 51, 62, 52 vier
Windungen.
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Die Darstellung von 3 veranschaulicht, dass die Zahl von
Rühr'rädern' bzw. -'flügeln' in der Metallschmelze
von der Zahl der Sektoren des Schmelztiegels abhängt. Somit begünstigt nicht
nur die Umkehrung des Rührrichtungssystems
mit Hilfe eines Mehrphasen-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung
die Einbeziehung der Teilchen im Mittelbereich der Schmelze, sondern
bei dieser Anwendung wird die Durchwirbelung auch durch den Sektoraufbau
des Schmelztiegels begünstigt,
der die Durchmischung verbessert.
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Die Rührgeschwindigkeiten hängen von
der Intensität
der Ströme
i1 und i2 und damit von der Intensität des von dem Generator 3 gelieferten
Stroms ab.
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Man erkennt, dass gemäß der vorliegenden Erfindung
keine Phasenverschiebung von 90° zwischen
den beiden Schwingkreisen erforderlich ist. Eine Phasenversetzung
in der Größenordnung von 20
bis 40° ist
hinsichtlich des Wirkungsgrades der durch das erfindungsgemäße System
bewirkten Durchrührung
ausreichend.
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Man erkennt auch, dass der Phasenwinkel zwischen
den beiden Schwingkreisen durch die jeweiligen Werte der verwendeten
Kondensatoren und Induktivitäten
regelbar ist. Jedoch ist, wie dies bereits oben erwähnt wurde,
dieser Phasenwinkel stabil, nachdem er durch die Bemessungen dieser
Elemente einmal festgelegt ist.
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In der Praxis beginnt man, wenn die
Anwendung eine Induktions-Heizung
betrifft, vorzugsweise mit einer Festlegung der für die jeweiligen
Induktivitäten
der Wicklungen erforderlichen Werte. Diese Werte bedingen tatsächlich die
Heizung des Schmelzbades. Dabei wird gemäß der Erfindung dem Vorhandensein
der induzierten Phase Rechnung getragen, die ebenfalls an der Heizung
teilnimmt.
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Sodann legt man die jeweiligen Werte
der Kondensatoren C und C' fest
als Funktion der Frequenz des Einphasen-Generators und der gewünschten
Hautdicke, die vom Durchmesser des Schmelztiegels 1 abhängt. Man
erkennt, dass die jeweiligen Verhältnisse zwischen den Induktivitäten der Wicklungen
und den Kondensatoren C und C' mit
der Ausgangsimpedanz des Einphasen-Generators 3 kompatibel sein
müssen.
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Als spezifisches Beispiel einer Realisierung können für einen
Schmelztiegel mit einem Durchmesser in der Größenordnung von etwa 10 cm und für einen
Einphasen-Generator mit einer Betriebsfrequenz in der Größenordnung
von etwa 20 kHz Kondensatoren mit Werten in der Größenordnung
von 20 μF
mit Wicklungen Anwendung finden, deren jeweilige Eigeninduktivitäten in der
Größenordnung
von 2 μH
liegen und deren Widerstände
in der Größenordnung
von ca. 30 mΩ.
In einem derartigen Beispiel erhält
man eine Phasenversetzung in der Größenordnung von 40° zwischen
den Strömen
i1 und i2 der betreffenden Wicklungen, sowie ein Verhältnis der
Stromamplituden in der Größenordnung
von 1,1.
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Selbstverständlich ist die vorliegende
Erfindung verschiedenen Abwandlungen und Modifikationen zugänglich,
die sich für
den Fachmann ergeben. Insbesondere kann die Erfindung, obwohl sie
im Vorstehenden unter Bezugnahme auf ein Zweiphasen-System beschrieben
wurde, auch mit mehr als zwei Phasen ausgeführt werden. In dieser Hinsicht
ist anzumerken, dass, je größer die
Zahl der Phasen ist, das System um so mehr steuerbar und regelbar
wird, beispielsweise zum Rühren
der Metallschmelze über eine
größere Höhe hin.
Die Anpassung des vorstehend beschriebenen Systems an eine größere Anzahl
von Phasen liegt im Bereich des fachmännischen Könnens. Jedoch wird auf die
Gewährleistung der
Verschachtelung der verschiedenen Wicklungen über die Höhe des Schmelztiegels hin zu
achten sein sowie auf die Verbindungen der die verschiedenen Wicklungen
bildenden Spulen in gegensinniger Reihenschaltung.
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Des weiteren liegt die Wahl der Anzahl
von Windungen je Spule, der Zahl von Spulen je Wicklung und der
Anordnung der Windungen im Bereich des fachmännischen Könnens, ausgehend von den vorstehend
hier gegebenen Anweisungen. Näherhin wird
der Querschnitt der Windungen selbstverständlich von der Intensität der Ströme abhängen und
die Anordnung entlang der Höhe
des Schmelztiegels von dessen Höhe
und der Zahl von Spulen. Unter Bezugnahme auf die weiter oben in
Verbindung mit 4 beschriebene Ausführungsform
wird beispielsweise die Anordnung so getroffen, dass das mittlere
Niveau des flüssigen
Metalls in etwa der Mitte der Höhe
der ersten Spule 51 der ersten Wicklung 5 entspricht.
Die Vermehrung der Anzahl von Spulen je ein und derselben Wicklung
gestattet (durch einen Kumulierungseffekt infolge der Zunahme der
Wechselwirkung entlang der Höhe)
eine Erhöhung
der Pumpkraft und damit der Wirksamkeit und des Wirkungsgrades des Rührvorgangs.