DE69803927T2

DE69803927T2 - Induktionsofen zum schmelzen von metallen

Info

Publication number: DE69803927T2
Application number: DE69803927T
Authority: DE
Inventors: Francois-Marie Franci
Original assignee: Internova International Innovation Co BV
Current assignee: Internova International Innovation Co BV
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-05-16
Also published as: ATE213583T1; EP0981931B1; DK0981931T3; JP2001525981A; US6163562A; ES2173588T3; AU7773298A; WO1998053642A1; EP0981931A1; DE69803927D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Erhöhung der Temperatur von Metallen in bezug auf ihr Schmelzen oder Umwandlung bei Wärme, wobei diese Vorrichtung mindestens einen Hohlraum aufweist, der durch eine Pfanne gebildet ist, die dafür vorgesehen ist, Metalle aufzunehmen, die auf eine Temperatur gebracht werden sollen, die höher liegt als ihr Schmelzpunkt oder diesem entspricht, oder durch einen Ofen, der dafür vorgesehen ist, Metallbarren aufzunehmen, die auf eine unter ihrem Schmelzpunkt liegende Temperatur erwärmt werden sollen, wobei diese Temperatur zum Schmieden von Metallen festgelegt ist, sowie Induktionsheizmittel der Pfanne oder des Ofens.
Induktionsheizvorrichtungen sind in bezug auf das Schmelzen von Metallen, das Schmieden von Metallbarren in bezug auf ihre Verarbeitung bei Wärme, die Umwandlung oder Herstellung von Metallen oder Legierungen gut bekannt. Trotzdem werden bei den bekannten Vorrichtungen mit Induktionsspulen, die um den das Metall aufnehmenden Hohlraum herumgewickelt sind, diese gewöhnlich von einem Wasserkühlkreislauf gekühlt. Dabei können Risiken von Undichtigkeiten im Kühlkreislauf auftreten, was im Arbeitsbereich mit geschmolzenen Metallen ganz und gar untersagt ist. Außerdem liegt der durch diese Konfiguration erhaltene Wirkungsgrad im allgemeinen nicht über 40 bis 60%. Dieser Wirkungsgrad ist proportional im Verhältnis zur Oberfläche des Induktionsapparates und zur Oberfläche des Behälters. Außerdem handelt es sich bei dem durch die Induktionsspulen erzeugten Magnetfeld um ein offenes Feld. Folglich gibt es Verluste bis zu etwa 1/3 der angewandten Gesamtleistung.
In diesem Anwendungsbereich lauten die hauptsächlichen zu berücksichtigenden technischen Anforderungen wie folgt:
- Schutz von Personen vor elektromagnetischen Feldern, festgelegt durch die französischen Normen und die europäischen Richtlinien (CENELEC und DG5),
- Wirkungsgrad, und
- Sicherheit (absolute Vermeidung jeden Kontaktes von Wasser mit dem im Schmelzvorgang befindlichen Metall).
Mit weiteren Induktionsheizvorrichtungen wurde versucht, zur Lösung des ersten sich stellenden Problems beizutragen. Bestimmte Vorrichtungen sind in den Veröffentlichungen DE-C-266 566, US-A-1 834 725 und BE-A- 351 671 beschrieben und umfassen mindestens zwei Zylinder, die so um den das zu erwärmende Metall aufnehmenden. Hohlraum herum angeordnet sind und eine L- oder C-Form aufweisen, so daß die äußersten Enden in das Innere des Hohlraumes hineinragen. Jeder Zylinder trägt eine elektrische Spule, die ein Magnetfeld erzeugt, das sich über dem Hohlraum schließt. Eine Verbesserung dieser Konstruktionsart ist in der Veröffentlichung DE-C-27 78 70 beschrieben, in der drei Zylinder vorgesehen sind, deren Spulen einzeln mit Strom versorgt, und deren Phase so verschoben ist, daß ein Drehfeld erzeugt wird. Bei allen Ausführungen verlaufen alle Magnetfelder radial, d. h. daß die Feldlinien die Achse des Hohlraumes überqueren und sie axial ganz durchqueren. Diese Magnetfelder erzeugen einen auf den Umfang des Hohlraumes begrenzten Induktionsstrom und erzeugen eine Temperaturerhöhung des Metalls in dieser Zone, wobei der Rest des Metalls durch Übertragung erwärmt wird. Diese verschiedenen Vorrichtungen, und selbst diejenige, bei der ein Drehfeld vorgesehen ist, weisen immer noch einen sehr geringen Wirkungsgrad auf, da der wirksame Teil des als Heizung dienenden Feldes reduziert ist.
Die vorliegende Erfindung bietet sich zur Linderung dieser Unannehmlichkeiten des Standes der Technik und als Antwort auf die Anforderungen der gültigen Normen mittels einer Induktionsheizvorrichtung an, mit der das Erreichen eines nahe bei 80 bis 95% liegenden Wirkungsgrades mit kleineren Induktionsspulen, einem höheren Leistungsfaktor (Cosinus p von 0,8 anstatt 0,05 oder 0,1), die weniger elektrische Energie verbraucht, ermöglicht wird. Außerdem ermöglicht die vorliegende Erfindung die Beschleunigung des Temperaturanstieges und somit des Schmelzens oder der Warmverarbeitung des Metalls, wodurch außerdem Energieeinsparungen begünstigt werden. Die durch die vorliegende Erfindung erhaltenen Energieeinsparungen ermöglichen eine Kapitalrücklaufzeit von ungefähr zwei Jahren, was wirtschaftlich sehr schätzenswert ist.
Dieses Ziel wird durch eine Vorrichtung erreicht, wie sie in der Einleitung definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen so in derselben Richtung angebracht sind, daß ihr Nordpol auf einer Seite des Hohlraumes, und ihr Südpol auf der entgegengesetzten Seite angeordnet ist, indem sie so angeordnet sind, daß sie Null-Magnetfeldzonen erzeugen, die zwischen auf dem Umfang des Hohlraumes verteilten Nicht-Nullfeldzonen wechselweise angeordnet sind, wobei die Nicht-Nullfeldzonen jeweils eine Maximalfeldzone aufweisen, die zwei Zonen mit abnehmendem Driftfeldgradienten zugeordnet ist, die beiderseits der Maximalfeldzone angeordnet sind und sich bis zu den benachbarten Null-Feldzonen erstrecken, sowie eine im Mittelpunkt dieses Hohlraumes angeordnete Null-Feldzone, wobei die Nicht-Nullfeldzonen aktive Heizzonen bilden, die von den inaktive Zonen bildenden Null- Feldzonen getrennt sind.
Jeder Zylinder weist vorteilhafterweise einen verlängerten Schenkel auf, der sich von einem äußersten Ende zu dem anderen äußersten Ende des Hohlraumes erstreckt und praktisch parallel zu der Achse dieses Hohlraumes angeordnet ist und mindestens eine Induktionsspule trägt, die dafür vorgesehen ist, eine der aktiven Heizzonen zu erzeugen.
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung stellt der Zylinder ein L-förmiges Profil dar und weist den verlängerten Schenkel und einen Seitenschenkel auf, der sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu einem äußersten Ende des Hohlraumes erstreckt.
Der Hohlraum kann eine Pfanne sein, wobei sich der Seitenschenkel im Verhältnis zu dem Boden dieser Pfanne radial in Richtung ihres Mittelpunktes erstreckt.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung stellt jeder Zylinder ein U-förmiges Profil dar und weist einen verlängerten, zentralen Schenkel und zwei Seitenschenkel auf, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten zentralen Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes erstrecken.
Bei dieser Variante ist der Hohlraum vorzugsweise ein Ofen, wobei sich mindestens einer der Seitenschenkel bis in die Nähe der den Hohlraum begrenzenden Längswand erstreckt.
In einer dritten Ausführungsform stellt jeder Zylinder ein C-förmiges Profil dar und weist den verlängerten zentralen Schenkel und zwei Seitenschenkel auf, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten zentralen Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes erstrecken.
Bei dieser Variante erstreckt sich mindestens einer der Seitenschenkel bis in die Nähe der den Hohlraum begrenzenden Längswand.
Der Hohlraum kann eine Pfanne sein, wobei sich einer der Seitenschenkel im Verhältnis zu dem Boden dieser Pfanne radial erstreckt, und der andere Seitenschenkel ein an einem Deckel angesetztes freies Teilstück ist, das zum Verschließen der Pfanne bestimmt ist und sich radial im Verhältnis zu diesem Deckel bis in die Nähe der den Hohlraum begrenzenden Längswand erstreckt.
In einer vierten Ausführungsform stellt der Zylinder ein I-förmiges Profil dar und weist den verlängerten Schenkel und zwei Seitenschenkel auf, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes erstrecken.
Bei dieser Variante erstreckt sich mindestens einer der Seitenschenkel radial bis in die Nähe der den Hohlraum begrenzenden Seitenwand.
Vorzugsweise erstreckt sich eine der Spulen praktisch über die gesamte Länge des verlängerten Schenkels eines jeden Zylinders.
Die Heizmittel weisen vorteilhafterweise eine Anzahl n von Zylindern auf, die regelmäßig auf dem Umfang des Hohlraumes verteilt sind.
Je nach Art der Heizung, die hergestellt werden soll, können die Spulen einzeln mit Wechselstrom versorgt werden, wobei diese Versorgung eine Phasenververschiebung von einer Spule zu einer anderen ist und die Versorgungsverschiebung von einer Spule zu einer anderen durch eine arithmetische Folge festgelegt ist.
Die verschiedenen Spulen können auch durch verschiedene Stromerzeuger versorgt werden, die angeordnet sind, um ein Drehfeld zu erzeugen.
Die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile werden in der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf zwei beigefügte Zeichnungen offensichtlicher, wobei:
Fig. 1 eine Axialschnittansicht einer zum Schmelzen von Metall vorgesehenen Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,
Fig. 2 eine Draufsicht mit Schnitt in Richtung der Pfeile II-II des Ofens von Fig. 1 ist,
Fig. 3 und 4 perspektivische Darstellungen der Vorrichtung von Fig. 1 jeweils in Draufsicht und Unteransicht sind,
Fig. 5 eine Längsschnittansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Schmieden des Metalls ist,
Fig. 6A und 6B Diagramme sind, die die Linien des Magnetfeldes jeweils der Vorrichtung der Erfindung und einer klassischen Vorrichtung darstellen,
Fig. 7A und 7B den Hohlraum in Draufsicht und den Kreislauf von Sekundärströmen jeweils der Vorrichtung der Erfindung und einer klassischen Vorrichtung schematisch darstellen, und
Fig. 8A und 8B Diagramme sind, die die Aufteilung der Heizleistung jeweils der Vorrichtung der Erfindung und einer klassischen Vorrichtung darstellen.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 weist die Induktionsheizvorrichtung 10 einen Hohlraum 11 auf, der durch eine im allgemeinen aus einem hitzebeständigem Material hergestellte Pfanne 12 gebildet und dafür vorgesehen ist, das zu schmelzende Metall aufzunehmen, sowie Induktionsheizmittel, die dafür vorgesehen sind, die Temperatur des Metalls durch einen Magnetfluß bis zu dessen Schmelzen zu erhöhen.
Diese Heizmittel weisen unabhängige Magnetzylinder 13 auf, die um die Pfanne 12 herum in einer Distanz d angeordnet sind, die zur Positionierung der Induktionsspulen 14 ausreicht. Jeder Zylinder 13 weist im allgemeinen eine L-Form und einen verlängerten Schenkel 13a auf, der sich praktisch parallel zur Achse der Pfanne 12 und praktisch über die gesamte Höhe der Pfanne 12 erstreckt, sowie einen Seitenschenkel 13b, der sich senkrecht zu dem verlängerten Schenkel 13a, und radial in Richtung des Bodens der Pfanne 12 erstreckt. Die äußersten Enden der Schenkel 13a und 13b sind umgebogen, um sich möglichst maximal an die Wand der Pfanne 12 annähern zu können.
Je nach Fall können die Zylinder 13 ein C- oder I-förmiges Profil, oder auch nur den verlängerten Schenkel 13a aufweisen. In allen Fällen erstreckt sich der verlängerte Schenkel 13a der Magnetzylinder 13 praktisch über cü e gesamte Höhe der Pfanne 12, wobei der Seitenschenkel radial ausgerichtet ist und sich vorzugsweise bis in die Nähe der Wand der Pfanne 12 erstreckt. In bestimmten Fällen können die Seitenschenkel aus einem freien Teilstück bestehen, das im Verhältnis zu dem verlängerten Schenkel senkrecht angeordnet ist, indem es z. B. in der Nähe des Bodens der Pfanne umgebogen ist oder indem es in der Nähe des oberen Randes der Pfanne umgebogen ist, wenn die Schenkel unter einem zum Verschließen der Pfanne angebrachten Deckel angesetzt sind. In anderen Fällen können sich die Seitenschenkel bis zum Mittelpunkt des Bodens der Pfanne erstrecken. Schließlich können die Seitenschenkel ein Profil aufweisen, das so gestaltet ist, daß sie einen Teil der Bodenfläche der Pfanne bedecken. In allen Fällen dürfen sich die zwei Seitenschenkel 13b eines selben Zylinders 13 nicht alle beide bis zum Mittelpunkt der Pfanne 12 erstrecken, wobei mindestens einer in der Nähe des Randes der Pfanne aufhören muß.
Es ist eine Anzahl n gleich acht (in Fig. 1 und 2) und gleich sechs (in Fig. 3 und 4) Magnetzylindern 13 vorhanden, die regelmäßig mit gleichem Abstand zueinander rund um die Pfanne 12 angeordnet sind. Diese Anzahl n ist nicht begrenzt. Sie kann je nach Art der Pfanne und deren Leistungsverzeichnis, d. h. Fassungsvermögen an Metall in Tonnen, Heizleistung usw. sowohl niedriger als auch höher liegen, gerade oder ungerade sein.
Die durch die Pfanne 12, die Magnetzylinder 13 und die Induktionsspulen 14 gebildete, oben beschriebene Einheit ist in einem Schutz- und Isolationsbehälter 15 untergebracht, der mit einem Deckel oder einer Tür (nicht dargestellt) versehen ist, wobei der Behälter auf einem nicht dargestellten Gestell oder Arm um eine Gelenkachse 16 herum kippbar montiert ist, die durch zwei mit dem Behälter 15 fest verbundene Ansätze 17 hindurch verläuft. Während des Schmelzens kann dieser Behälter 15 hermetisch verschlossen sein oder nicht, und kann unter Vakuum gesetzt werden, um den Betrieb der Induktionsheizmittel zu optimieren. Nach dem Schmelzen des Metalls öffnet sich der Deckel oder die Tür, der Behälter 15 kippt um seine Gelenkachse 16 herum, um das in der Pfanne 12 enthaltene geschmolzene Metall z. B. in Gießformen genau so zu entleeren, wie es bei den Vorrichtungen des Standes der Technik bekannt ist.
Jede Induktionsspule 14 ist rund um den verlängerten Schenkel 13a jedes Magnetzylinders 13 angeordnet und erstreckt sich praktisch über dessen gesamte Länge. Die Induktionsspulen 14 werden einzeln mit Wechselstrom versorgt und erzeugen einen Magnetfluß, dessen Feldlinien in Fig. 6A dargestellt sind. Dank der Magnetzylinder 13 wird dieser Magnetfluß in eine Innenumfangszone der Pfanne 12 in der Nähe des Zylinders über das zu erwärmende Metall kanalisiert, geleitet und eingeschlossen. Nur ein kleiner Teil des Flusses dringt nach außen. Daher treten nur geringe Verluste auf. Fig. 6B veranschaulicht die Feldlinien einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik, die nicht mit Magnetzylindern ausgerüstet ist und sehr klar die Verbesserung der Konzentration der Feldlinien rund um die Pfanne 12 erkennen läßt, die dank der Vorrichtung der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 6A erreicht wird.
Außerdem sind die Spulen 14 bei der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung alle in derselben Richtung ausgerichtet, wobei ihr Nordpol auf einer Seite der Zylinder, und ihr Südpol auf der anderen Seite angeordnet ist. Auf diese Weise stoßen sich Pole gleicher Art dadurch ab, daß sich ihre jeweiligen Magnetfelder abstoßen und erzeugen dadurch Nicht-Nullfeldzonen 41, die in Fig. 7A schematisch dargestellt sind. Aus diesem Grund sind die Nicht-Nullfelder auf die radialen Ebenen 42 ausgerichtet, die durch die Achsen der Zylinder 13 verlaufen und sich beiderseits einer Maximalfeldzone in der Nähe des Umfanges des Hohlraumes 11 erstrecken. Diese Nicht-Nullfeldzonen 41 umfassen somit eine zentrale Maximalfeldzone und zwei Zonen mit abnehmendem Driftfeldgradienten, die beiderseits der Maximalfeldzone angeordnet sind und sich bis zu den benachbarten Null-Feldzonen 40 erstrecken. Die Feldlinien sind im Verhältnis zu den durch den Mittelpunkt des Hohlraumes 11 und durch die Achse der Zylinder 13 verlaufenden Radialebenen 42 beiderseits symmetrisch angeordnet. Auf diese Weise begrenzen die Null-Feldzonen 40 die aktiven Zonen 41, die aus den Maximalfeldzonen und den Zonen mit abnehmendem Driftfeldgradienten bestehen, die den Metallerwärmungszonen entsprechen. Aufgrund dieser Tatsache sind im Gegensatz zu den Vorrichtungen des Standes der Technik, bei denen sich die Heizzonen 51 über den Umfang der äußersten Enden des Hohlraumes 11 erstrecken, wie in Fig. 7B dargestellt, die aktiven Heizzonen 41 auf die von dem Umfang des Hohlraumes 11 definierten Winkelabschnitte begrenzt. Anders ausgedrückt induziert das Magnetfeld in jeder aktiven Zone 41 einen Strom 43, der eine Heizleistung erzeugt, wobei dieser Strom in sich selbst. geschlossen sein muß, indem er in dieser aktiven Zone eine Schleife bildet, während sich der induzierte Strom 53 bei den Vorrichtungen des Standes der Technik ganz um dem Umfang des Hohlraumes herum erstrecke. Es ist übrigens bekannt, daß der induzierte Strom eine im Verhältnis zu dem von dem Strom durchlaufenen Metallvolumen direkt proportionale Heizleistung erzeugt. Folglich ermöglicht die Tatsache, daß die durch die Spulen 14 induzierten Ströme 43 in den aktiven Zonen 41 vorhanden sind, eine bedeutende Erhöhung des von der Gesamtheit der induzierten Ströme durchquerten Metallvolumens im Vergleich zu dem von dem im Umfang induzierten Strom durchquerten Metallvolumen. Das auf diese Weise erhaltene Ergebnis ist daher eine Erhöhung des erwärmten Metallvolumens bei gleichem induzierten Strom, und somit ein besserer Wirkungsgrad.
Fig. 8A und 8B ermöglichen den Vergleich der Aufteilung der Heizleistung zwischen den Vorrichtungen des Standes der Technik und derjenigen der Erfindung, wobei die weißen Zonen die höhere Heizleistung darstellen und sich die Heizleistung in den dunkleren Zonen verringert. Diese unterschiedlichen Heizleistungsniveaus entsprechen selbstverständlich unterschiedlichen Temperaturniveaus. Bei den Figuren handelt es sich um Abbildungen von wirklichkeitsnahen Versuchen für denselben von jeder Spule induzierten Strom und somit dasselbe Magnetfeld. In Fig. 8B, die den Stand der Technik veranschaulicht, entsprechen die weißen Zonen den Heizzonen 51, die an dem Umfang der äußersten Enden des Hohlraumes begrenzt sind, wobei das Innere vollständig dunkel ist. In Fig. 8A, die die aktuelle Erfindung veranschaulicht, sind die weißen Zonen auf den gesamten Umfang des Hohlraumes und auf dessen gesamte Länge verteilt. Auf dem Umfang des Hohlraumes sind mehrere weiße Zonen zu erkennen, die sich über dessen gesamte Höhe erstrecken und leicht nach innen verlängert sind. Diese weißen Zonen entsprechen aktiven Heizzonen 41, die untereinander durch die Nullfeldzonen 40 begrenzt sind. Es ist außerdem leicht zu erkennen, daß die gesamte, von den weißen Zonen in Fig. 8A bedeckte Oberfläche viel größer ist als diejenige in Fig. 8B. Diese Vergrößerung der Oberfläche hat somit eine direkte Auswirkung auf die Induktionsheizung, die 80 bis 95% erreichen kann.
Andererseits kann der Abstand d, der den verlängerten Schenkel 13a des die Induktionsspule 14 tragenden Magnetzylinders 13 von der Pfanne 12 trennt, relativ groß sein, um eine Erhöhung der Dicke der hitzebeständigen Wände der Pfanne 12 zur Begrenzung von Wärmeverlusten zu ermöglichen. Außerdem können Induktionsspulen 14 mit kleineren Durchmessern, mit schwächerer Leistung und größeren Leistungsfaktoren als beim Stand der Technik verwendet werden. Folglich sind die Jouleschen Verluste ebenfalls begrenzt und die Induktionsspulen. 14 müssen nicht durch eine spezielle Wasserkühlung gekühlt werden. Die Kühlung durch Luft reicht für deren Kühlung aus.
Unter der Wirkung der aktiven Heizzonen 41 steigt die Temperatur des Metalls in bestimmten Zonen schneller an, wodurch eine Verschiebung oder eine automatische Vermischung der wärmeren und kälteren Metallmassen erfolgt, damit sich deren Temperatur ebenfalls erhöht, um eine homogene geschmolzene Masse zu erreichen.
Diese Vermischung wird bedeutend verbessert und beschleunigt, indem die Induktionsspulen 14 einzeln mit einer Verschiebung der Stromversorgung von einer Spule auf die folgende usw. im Uhrzeigersinn oder umgekehrt mit Strom versorgt werden. Diese Phasenverschiebung der Stromversorgung erzeugt im Inneren der Pfanne 12 eine umfangsmäßige und spiralförmige Vermischung des Metalls. Die direkte Folge dieser Form der Vermischung ist eine schnellere Homogenisierung des Temperaturgradienten in dem Metall, wodurch eine bedeutende Verkürzung der für dessen Erweichung und dessen Schmelzen notwendigen Zeit ermöglicht wird, was zu bedeutenden Energieeinsparungen führt. Diese erzwungene Vermischung kann auch erzielt werden, indem jede Spule durch einen unabhängigen Stromerzeuger versorgt wird. Alle Stromerzeuger können so synchronisiert werden, daß ein Drehfeld erhalten wird, wodurch im geschmolzenen Metall ein spiralförmiger Effekt erzeugt wird.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsvariante der Erfindung, bei der die Vorrichtung 30 einen durch einen Ofen 32 gebildeten Hohlraum 31 aufweist, der im allgemeinen aus einem hitzebeständigen Material hergestellt und dafür vorgesehen ist, warm zu verarbeitende Metallbarren 35 sowie Induktionsheizmittel 33, 34 aufzunehmen, die vorgesehen sind, um die Temperatur der Barren durch einen Magnetfluß auf eine unter ihrem Schmelzpunkt liegende Temperatur zu erhöhen. Diese Heizmittel weisen wie im vorangegangenen Beispiel unabhängige Magnetzylinder 33 auf, die in Längsrichtung rund um den Ofen 32 herum mit einer Distanz d beabstandet angeordnet sind, die ausreicht, um dort Induktionsspulen 34 unterzubringen. Jeder Zylinder 33 weist einen verlängerten Schenkel 33a und mindestens einen Seitenschenkel 33b, 33c auf, der senkrecht zu dem verlängerten zentralen Schenkel 33a angeordnet ist. Der verlängerte zentrale Schenkel 33a der Magnetzylinder 33 erstreckt sich praktisch über die gesamte Länge des Ofens 32 und die zwei Endschenkel 33b und 33c, die sich radial bis in die Nähe des Ofens 32 erstrecken. In dem dargestellten Beispiel weisen die Zylinder im allgemeinen eine U-Form auf. Jede Induktionsspule 34 ist um den verlängerten zentralen Schenkel 33a eines jeden Magnetzylinders 33 herum angeordnet und erstreckt sich praktisch über seine gesamte Länge.
Die Anzahl n der Magnetzylinder 33 und der Induktionsspulen 34, ihre Funktion und ihre Vorteile sind mit den zuvor beschriebenen identisch. In gleicher Weise ist es ebenso möglich, die Homogenisierung des Temperaturgradienten im Inneren und über die gesamte Länge des Ofens 32 zu optimieren, indem die Induktionsspulen 34 mit einer Phasenverschiebung von einer Spule auf eine folgende, oder durch unabhängige synchronisierte Stromerzeuger mit Strom versorgt werden.
Aus dieser Beschreibung geht klar hervor, daß die Erfindung die vorgesehenen Ziele erreicht. Ihr wesentlicher Vorteil besteht selbstverständlich in den Energieeinsparungen, die diese Vorrichtung unter Einhaltung der gültigen Sicherheitsnormen ermöglicht. Folglich ist für diese Vorrichtung im Verhältnis zu einer klassischen und bekannten Vorrichtung eine höhere Gesamtinvestition notwendig, wobei die erzielten Energieeinsparungen einen Kapitalrücklauf etwa innerhalb von zwei Jahren ermöglichen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt, sondern erstreckt sich auf jede für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtliche Abänderung und Variante. Wie genauer beschrieben, ist die Anzahl der Magnetzylinder und Induktionsspulen nicht begrenzt. In gleicher Weise kann sich die Form der Zylinder in Abhängigkeit von der Pfanne des Ofens verändern. Die Zylinder können auch aus mehreren freien Teilstücken gebildet sein. Auch die Steuerung der Stromversorgung der Spulen kann unterschiedlich sein.

Claims

1. Induktionsheizvorrichtung (10,30) zur Erhöhung der Temperatur von Metallen in bezug auf ihr Schmelzen oder Umwandlung bei Wärme, wobei diese Vorrichtung mindestens einen Hohlraum (11,31) aufweist, der durch eine. Pfanne (12) gebildet ist, die dafür vorgesehen ist, Metalle aufzunehmen, die auf eine Temperatur gebracht werden sollen, die höher liegt als ihr Schmelzpunkt oder diesem entspricht, oder durch einen Ofen (32), der dafür vorgesehen ist, Metallbarren aufzunehmen, die auf eine unter ihrem Schmelzpunkt liegende Temperatur erwärmt werden sollen, wobei diese Temperatur zum Schmieden von Metallen festgelegt ist, sowie Induktionsheizmittel (13, 14,33,34) der Pfanne (12) oder des Ofens (32), wobei die Induktionsheizmittel mindestens zwei Magnetzylinder (13,33) aufweisen, die um den Hohlraum (11,31) angeordnet sind, die sich über die Höhe des Hohlraumes (11,31) erstrecken und jeweils mindestens eine unabhängige Induktionsspule (14,34) aufweisen,

dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (14,34) so in derselben Richtung angebracht sind, daß ihr Nordpol auf einer Seite des Hohlraumes (11,31) und ihr Südpol auf der entgegengesetzten Seite angeordnet ist, indem sie so angeordnet sind, daß sie Null-Magnetfeldzonen (40) erzeugen, die zwischen auf dem Umfang des Hohlraumes verteilten Nicht-Nullfeldzonen (41) wechselweise angeordnet sind, wobei die Nicht- Nullfeldzonen jeweils eine Maximalfeldzone aufweisen, die zwei Zonen mit abnehmendem Driftfeldgradienten zugeordnet sind, die beiderseits der Maximalfeldzone angeordnet sind und sich bis zu den benachbarten Null-Magnetfeldzonen (40) erstrecken, sowie eine im Mittelpunkt dieses Hohlraumes angeordnete Null-Feldzone (40), wobei die Nicht-Null- feldzonen aktive Heizzonen bilden, die von den inaktive Zonen bildenden Null-Feldzonen getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (13,33) einen verlängerten Schenkel (13a, 13b) aufweist, der sich von einem äußersten Ende zu dem anderen äußersten Ende des Hohlraumes erstreckt und praktisch parallel zu der Achse dieses Hohlraumes (11,31) angeordnet ist und mindestens eine Induktionsspule (14,34) trägt, die dafür vorgesehen ist, eine der aktiven Heizzonen (41) zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (13,33) ein L-förmiges Profil darstellt und den verlängerten Schenkel (13a) und einen Seitenschenkel (13b) aufweist, der sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten Schenkel (13a) und praktisch radial im Verhältnis zu einem äußersten Ende des Hohlraumes (11) erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (11) eine Pfanne (12) ist, und daß sich der Seitenschenkel (13b) im Verhältnis zu dem Boden dieser Pfanne radial in Richtung ihres Mittelpunktes erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder (33) ein U-förmiges Profil darstellt und einen verlängerten, zentralen Schenkel und zwei Seitenschenkel (33b, 33c) aufweist, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten, zentralen Schenkel (33a) und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes (31) erstrecken.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (31) ein Ofen (32) ist, und den verlängerten, zentralen Schenkel aufweist, und daß sich mindestens einer der Seitenschenkel (33b, 33c) bis in die Nähe der den Hohlraum (31) begrenzenden Längswand erstreckt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zylinder ein C-förmiges Profil darstellt und den verlängerten zentralen Schenkel und zwei Seitenschenkel aufweist, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten zentralen Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes (11) erstrecken.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einer der Seitenschenkel bis in die Nähe der den Hohlraum (11) begrenzenden Längswand erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (11) eine Pfanne (12) ist, und daß sich einer der Seitenschenkel im Verhältnis zu dem Boden dieser Pfanne radial erstreckt, und daß der andere Seitenschenkel ein an einem Deckel angesetztes freies Teilstück ist, das zum Verschließen der Pfanne bestimmt ist und sich radial im Verhältnis zu diesem Deckel bis in die Nähe der den Hohlraum (11) begrenzenden Längswand erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder ein I-förmiges Profil darstellt und den verlängerten Schenkel und zwei Seitenschenkel aufweist, die sich praktisch senkrecht zu dem verlängerten Schenkel und praktisch radial im Verhältnis zu den zwei äußersten Enden des Hohlraumes erstrecken.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens einer der Seitenschenkel radial bis in die Nähe der den Hohlraum begrenzenden Seitenwand erstreckt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine der Spulen (14,34) praktisch über die gesamte Länge des verlängerten Schenkels (13a, 33a) eines jeden Zylinders (13,33) erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizmittel eine Anzahl n von Zylindern (13,33) aufweisen, die regelmäßig auf dem Umfang des Hohlraumes (11,31) verteilt sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (14,34) einzeln mit Wechselstrom versorgt werden, wobei diese Versorgung eine Phasenverschiebung von einer Spule zu einer, anderen aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsverschiebung von einer Spule zu einer anderen durch eine arithmetische Folge festgelegt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Spulen (14,34) durch verschiedene Stromerzeuger versorgt werden, die angeordnet sind, um ein Drehfeld zu erzeugen.