DE644657C - Induktionsofen ohne Eisenkern - Google Patents

Description

Das Hauptpatent 630 919 betrifft einen eisenlosen Induktionsofen, bei dem eine Abschirmvorrichtung aus nichtmagnetisierbarem, gut geltendem Metall zwischen der Induktionsspule und den den Ofen umgebenden Teilen aus magnetischem, elektrisch gut leitendem Werkstoff vorgesehen ist. Die Abschirmvorrichtung wird vorzugsweise zylindrisch angeordnet, so daß sie den magnetischen Fluß auf den von ihr eingeschlossenen Raum beschränkt. Sämtliche außerhalb der Abschirmvorrichtung, befindlichen Gegenstände oder Teile des Ofens aus Eisen, Stahl oder anderem magnetischen Baustoff werden daher von den Magnetfeldern nicht getroffen. Es können daher beispielsweise die Bauteile des Ofenrahmens ohne Zwischenschaltung von Isolierplatten ο. dgl. aus einem gewöhnlichen Eisen- oder Stahlgerüst bestehen.

Es hat sich nun gezeigt, daß es äußerst wichtig ist, die Abschirmvorrichtung in die richtige relative Lage zur Induktionsspule zu bringen. Lediglich mit Rücksicht auf die Abschirmwirkung wäre es am günstigsten, die Schirmvorrichtung möglichst eng um die Induktionsspule zu legen. Dabei wachsen aber die Ofenverluste sehr stark an, insbesondere von einem bestimmten Durchmesserverhältnis von Schirmvorrichtung und Induktionsspule. Mit Rücksicht auf die Wirtschaftlichkeit des Ofenbetriebes darf man einen gewissen Abstand zwischen Spule und Schirm nicht unterschreiten. Andererseits soll die Abschirmung auch nicht beliebig weit von der Induktionsspule entfernt sein, weil dadurch die Ofenabmessungen wachsen, so daß die ganze Anlage unrentabel werden kann. Abgesehen von der Ofenverteuerung vergrößern sich dabei auch die Wärmeverluste infolge stärkerer Wärmeabstrahlung.

Gemäß der Erfindung gibt es einen bestimmten Abstandsbereich zwischen dem Durchmesser der Abschirmvorrichtung und dem' Durchmesser der Induktionsspule, welcher die Vorteile möglichst günstiger Ofenabmessungen und geringer Abschirmverluste vereinigt.

Bezeichnet man das Verhältnis des Durchmessers der Abschirmvorrichtung zum Durchmesser der Induktionsspule als Kupplung, so liegen erfindungsgemäß die günstigsten Verhältnisse bei einem Kupplungswert von 1,3 bis 2,2. Bei Abschirmvorrichtungen aus Kupfer

wird man einen Kupphmgswert von 1,5 bis 1,8 zugrunde legen.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung, näher erläutert werden.

Abb. ι stellt ein Ausführungsbeispiel di|s£ Erfindungsgegenstandes dar.

Selbstverständlich ist die Erfindung aucH^;! bei anderen öfen, Erwärmungsvorrichtungen o. dgl. anwendbar.

In Abb. ι bedeutet 14 das zu schmelzende Metall im Tiegel 10. Der Tiegel 10 ist konzentrisch von der Induktionswelle 11 umgeben. Wird an die Klemmen 12 und 13 dieser Spule eine Wechselspannung angelegt, so werden im Schmelzgut Wirbelströme erzeugt, die in an sich bekannter Weise die Erwärmung der Charge bewirken. Der Eisen- oder Stahlmantel 15 dient zur Erhöhung der Betriebssicherheit des Ofens. 16 ist die zylindrische Abschirmung aus unmagnetischem elektrisch gut leitendem Material. Die Abschirmvorrichtung 16 wird in einer gemäß der Erfindung bestimmten Weise zwischen Spule 11 und metallischer Ummantelung 15 angeordnet. Im vorliegenden Beispiel ist 16 als zur Ummantelung konzentrischer Topf ausgebildet. Beide sind derart bemessen, daß sie genau ineinanderpassen. Den Bodenteil der Abschirmvorrichtung kann man auch fortlassen, was jedoch nur dann zweckmäßig ist, wenn die Wicklung 11 von der Bodenplatte der Ummantelung 15 hinreichend entfernt ist. Wesentlich ist aber, daß die Abschirmung 16 in axialer Richtung mindestens die gleiche Länge hat wie die Spule 11 (zweckmäßig jedoch noch etwas langer ist als diese). Der Schmelztiegel ι o, der von einer Schicht 19 aus hitzebeständigem Kitt umgeben ist, ruht auf wärmeisolierenden Steinen 17, auf denen eine Zementwand 18 aufgelegt ist. Kreisringförmige Dekkel 20 und 21 aus feuerfestem Baustoff, beispielsweise Asbest, schließen den oberen Teil des Gehäuses ab. Durch Verschraubungen 22 und Winkeleisen 23 werden die Ringe 20 und 21 relativ zum Gehäuse festgelegt. Der Überbau 24 aus hitzebeständigem Material ist auf der einen Seite mit einer Gießschnauze 25 versehen. Durch die hohl ausgebildeten Windungen der Induktionsspule 11 kann ein Kühlmittel hindurchgeleitet werden. Die Windungsenden werden zu diesem Zwecke mit den Anschlüssen 26, 27 und einer Mittelanzapfung 29 verbunden, die durch eine öffnung 28 des Gehäuses hindurchragen. Der elektrische Anschluß an die Enden 12 und 13 erfolgt mittels Klemmen 30, von denen nur eine dargestellt ist. Die Wandstärke der Abschirmvorrichtung ist gerade so stark zu wählen, daß keine magnetischen Felder durch sie hindurchdringen können, andererseits aber auch nicht eine unnötige Materialvergeudung und Verteuerung der Anlage l>ewirkt wird, wenn man die Schirmdkke stärker ausführt, als es erforderlich ist.

Ir;*.; Es hat sich gezeigt, daß mit Rücksicht auf i^ einwandfreie Abschirmung die erforder-. Wandstärke umgekehrt proportional ist Quadratwurzel aus der Frequenz, der Permeabilität und der Leitfähigkeit des Abschirmmaterials.

Abgesehen von dieser Bedingung müssen die Abschirmwandungen stark genug sein, damit eine unzulässige hohe Temperatursteigerung des Abschirmmaterials infolge der Energieaufnahme vermieden wird. Praktisch ist hierauf, insbesondere bei öfen mit größeren Abmessungen, zu achten. Wenn daher bei größeren eisenlosen Induktionsöfen eine künstliche Kühlung der Abschrrmwandungen nicht vorgesehen ist, ist.es erforderlich, <β£ βο Wandungen stärker auszuführen, als es allein mit Rücksicht auf die Abschirmwirkung erforderlich ist. Auch ist es möglich, die Schinnvorrichtung so stark auszubilden, daß das Ge- ; häuse 15 gleichzeitig durch sie ersetzt wird und in Fortfall kommen kann. Da die erforderliche Wandstärke der Abschirmvorrichtung im reziproken Verhältnis zur Quadratwurzel aus der Frequenz abnimmt, so ist es vorteilhaft, mit möglichst hohen Frequenzen zu arbeiten, ohne eine thermetische Überbeanspruchung des Abschirmmaterials befürchten zu müssen.

Erfindungsgemäß ist bei gegebenem Energieverbrauch der Charge die Beziehung zwischen dem Energieverlust durch die Abschirravorrichtung und der Kupplung durch die Kurve gemäß Abb. 2 gegeben. Aus dieser Kurve geht hervor, daß bei abnehmender Kupplung der Energieverlust durch die Abschirmwirkung wächst. Von einem kritischen Wert ab nehmen diese Verluste bei geringer werdender Kupplung sehr stark zu, so daß die Kurve von dieser Stelle (Punkt A in Abb. 2) ab scharf nach oben abgebogen ist und sich eine Art Knickstelle an der kritischen Stelle A bildet.

Gemäß der Erfindung wird die Abschirmvorrichtung derart angeordnet, daß die Kupplung angenähert dem kritischen Punkt ent- ito spricht oder zweckmäßig einen etwas größeren Wert besitzt. Zahlenmäßig ergeben sich hierbei die bereits oben angeführten Werte.

Bei solcher Anordnung beläuft sich der Energieverlust durch die Abschirm vor riebtung auf etwa 3 bia ι ο o/_o der gesamten Energiezufuhr zum Ofen. Bei einem kleineren eisenlosen Induktionsofen, der mit einer Frequenz von 960 Perioden arbeitet und eine Wand?· stärke hat, die etwas größer ist als die ledig- iao Hch mit Rücksicht auf eine zuverlässige Abschirmwirkung bedingte und eine" Kupplung '

von i,5 besitzt, beträgt der Energie verlust angenähert 60/0. Wenn die Eisen- bzw. Stahlbauteile des Ofens ungeschützt liegen, dann würde der prozentuale Energieverlust in diesen Teilen um ein Vielfaches größer sein.

Darüber hinaus ergeben sich bei einer Festlegung der Abschirmvorrichtung in der beschriebenen Weise nach dem günstigsten Energieverlust in der Abschirmung durchaus brauchbare und zweckmäßige Ofenabmessungen. Der Ofen kann also auf diese Weise gleichzeitig mit gutem elektrischem Wirkungsgrad und mit praktisch zweckmäßigen Abmessungen ausgerüstet werden. Je größer der Ofen im allgemeinen ist, um so weniger Schwierigkeit besteht darin, die Abmessungen des Ofens in praktisch brauchbaren Grenzen zu halten.

Die Abschirmvorrichtung kann auch doppelwandig ausgeführt werden und gegebenenfalls mit einem Kühlmittel im Zwischenraum versehen sein. Solche gekühlten Abschirmvorrichtungen können mit kleinerem Durchmesser ausgerüstet werden, da eine Überhitzung derselben wegen der zulässigen Wärmeabfuhr weniger zu befürchten ist.

Claims (2)

. Patentansprüche:

1. Induktionsofen ohne Eisenkern mit einer Abschirmvorrichtung aus unmagnetischem Baustoff zwischen der Primärspule und den magnetischen Teilen des Ofens ge- ' maß Patent 630 919, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungswert, d. h. das Verhältnis des Durchmessers der Abschirmvorrichtung zum Durchmesser der Primärwicklung, innerhalb der Grenzen von 1,3 bis 2,2 liegt.

2. Induktionsofen nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungswert der Abschirmvorrichtungen aus Kupfer innerhalb der Grenzen von 1,5 bis 1,8 liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen