WO2000018190A2 - Induktor zur erzeugung eines elektromagnetischen wechselfeldes - Google Patents

Induktor zur erzeugung eines elektromagnetischen wechselfeldes Download PDF

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Daniel Grimm
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    • B22D41/50—Pouring-nozzles
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/42—Cooling of coils

Definitions

  • the invention relates to an inductor for generating an alternating electromagnetic field, in particular for heating a refractory ceramic molded part, the inductor having turns and a current-carrying connecting conductor running in the alternating field of the turns, and the turns and the connecting conductor are cooled.
  • Such an inductor is described in EP 0 755 741 AI.
  • Such an inductor is used to heat a refractory molded part, in particular a molded part of metallurgy.
  • the inductor can be introduced into an interior of the molded part and can be removed from the interior after the molded part has been heated.
  • the inductor is cooled by means of a cooling fluid.
  • it is hollow in practice, the cooling fluid flowing through the cavity.
  • EP 0 755 740 AI Another such internal inductor is described in EP 0 755 740 AI.
  • the inductor is connected on one side at the beginning of its turns and on its other side to an electrical generator and a cooling fluid source by means of the connecting conductor which runs back inside the turns. Since the connecting conductor runs within the turns, it is inevitably in the electromagnetic field of the inductor. As a result, eddy currents are induced in the connecting conductor, which reduces the efficiency of the inductor because the power component of the eddy currents is not available for heating the molded part.
  • the object of the invention is to increase the efficiency of the inductor.
  • the above object is achieved in the case of an inductor of the type mentioned at the outset in that the connecting conductor has at least one longitudinal slot or is constructed from at least one individual conductor (21) whose outer diameter (d) is less than or comparable to the depth of penetration of the alternating electromagnetic field.
  • the formation of eddy currents in the connecting conductor is at least reduced, if not prevented.
  • This has the advantage that the efficiency related to the inductive heating of a molded part is increased. This is also associated with a reduction in the power consumption when inductively heating a molded part with such an inductor. Since the connecting conductor itself is heated up less because of the reduction in the eddy currents, it also requires less cooling power from the cooling fluid.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of an inductor
  • FIG. 2 shows a cross section of the connecting conductor of the inductor along the line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows an alternative to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a view corresponding to FIG. 2 or FIG. 3, the connecting conductor being constructed from a plurality of individual conductors.
  • 5 shows a view corresponding to FIG. 2 or FIG. 3, the connecting conductor being constructed from a single conductor.
  • connection ends 3, 4 are arranged on a holding plate 2.
  • the two connection ends 3, 4 are, for example, screw connections.
  • the cooling fluid can be, for example, water or compressed air.
  • the cooling fluid is supplied in the direction of arrow z.
  • the cooling fluid is drained in the direction of arrow a. The reverse would also be possible.
  • connection end 3 there are turns 5 of the inductor 1 forming a coil. These form a cavity 6 for guiding the cooling fluid. Your wall 7 is metallic.
  • the deflection 8 has an external thread 9 in the central axis A.
  • a connecting conductor 10 extends from the deflection 8 in the central axis A, ie within the windings, to the connecting end 4, which also has an external thread 11 under the holding plate 2.
  • the connecting conductor can run outside the turns.
  • the connecting conductor 10 is formed by an electrically highly conductive metallic sleeve 12 which has a longitudinal slot 13. Collars 14, 15 are formed on the connecting conductor 10 and the metallic sleeve 12 at the top and bottom, in each of which a union nut 16, 17 is arranged as a coupling part, which has an internal thread matching the external thread 9 or the external thread 11.
  • the connecting conductor 10 is enclosed by a sheath 18 which forms a cooling line and prevents cooling fluid from being able to escape to the outside through the longitudinal slot 13.
  • the sheath 18 is formed, for example, by a heat-resistant hose which is pressed against the connecting conductor 10 or the metallic sleeve 12 in a fluid-tight manner by means of tensioning elements 19, for example tensioning cords, in the region of the ends of the longitudinal slot 13.
  • the cover 18 can also be shrunk onto the sleeve 12.
  • the casing 18 is electrically non-conductive.
  • the current-carrying, slotted metallic sleeve 12 can also enclose a ceramic tube, for example in a fluid-tight manner, or can be enclosed by such a tube.
  • the inductor 1 can be inserted into an interior I of a refractory ceramic molded part F, which can be coupled to the alternating electromagnetic field generated by the inductor 1 and can thus be heated.
  • a refractory ceramic molded part F which can be coupled to the alternating electromagnetic field generated by the inductor 1 and can thus be heated.
  • hardly any eddy currents are induced in the connecting conductor 10 because it has the longitudinal slot 13 which suppresses the eddy current formation.
  • the sealing rings 20 electrically conductive and the union nuts 16, 17 to be designed to be electrically non-conductive.
  • the cooling fluid flows through the windings 5 and the connecting conductor 10 on the inside, the sheathing 18 preventing the cooling fluid from escaping substantially through the longitudinal slot 13.
  • the connecting conductor 10 is easy to mount and easy to replace on the inductor 1, by mounting or removing the union nuts 16, 17.
  • union nuts 16, 17 instead of the screw coupling described (union nuts 16, 17), another coupling, for example a bayonet-type coupling, can also be provided.
  • FIG. 3 shows that the connecting conductor 10, 12 can also have more than one longitudinal slot 13. The provision of a plurality of longitudinal slots 13 further suppresses the eddy current formation in the connecting conductor 10.
  • FIG. 4 shows a connecting conductor 10 which consists of a plurality of individual conductors 21. These are electrically insulated from each other and are cooled by the cooling fluid. They can also be twisted or bundled together. They are attached to the conductor 12 at their ends.
  • FIG. 5 shows a connecting conductor 10 which consists of only one single conductor 21 located in the center.
  • This has an outer diameter d of about 3 mm and the cooling fluid flows around it.
  • the inductor described can also be used for inductively heating a molded part if the interior of the molded part is shell-shaped or channel-shaped.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktor zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, insbesondere für die Beheizung eines feuerfesten keramischen Formteils, weist Windungen (5) und einen im Wechselfeld der Windungen (5) verlaufenden stromführenden Anschlußleiter (10) auf. Die Windungen (5) und der Anschlußleiter (10) sind gekühlt. Um den Wirkungsgrad des Induktors (1) zur verbessern, weist der Anschlußleiter (10) mindestens einen Längsschlitz (13) auf oder ist aus mindestens einem Einzelleiter (21) aufgebaut, dessen Außendurchmesser d kleiner oder vergleichbar der Eindringtiefe des elktromagnetischen Wechselfeldes ist.

Description

Induktor zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes
Die Erfindung betrifft einen Induktor zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, insbesondere für die Beheizung eines feuerfesten keramischen Formteils, wobei der Induktor Windungen und einen im Wechselfeld der Windungen verlaufenden stromführenden Anschlußleiter aufweist, und die Windungen und der Anschlußleiter gekühlt sind.
Ein derartiger Induktor ist in der EP 0 755 741 AI beschrieben. Ein solcher Induktor dient dem Aufheizen eines feuerfesten Formteils, insbesondere Formteils der Metallurgie. Der Induktor ist in einen Innenraum des Formteils einbringbar und nach dem Aufheizen des Formteils aus dem Innenraum herausnehmbar. Der Induktor wird zu seinem Schutz mittels eines Kühlfluids gekühlt. Hierfür ist er in der Praxis hohl, wobei das Kühlfluid durch den Hohlraum strömt.
Ein weiterer solcher Inneninduktor ist in der EP 0 755 740 AI beschrieben. Der Induktor ist an seiner einen Seite am Anfang seiner Windungen und an seiner anderen Seite mittels des innerhalb der Windungen zurücklaufenden Anschlußleiter an einen elektrischen Generator und eine Kühlfluidquelle angeschlossen. Da der Anschlußleiter innerhalb der Windungen verläuft, liegt er zwangsläufig im elektromagnetischen Feld des Induktors. Dies hat zur Folge, daß in den Anschlußleiter Wirbelströme induziert werden, was den Wirkungsgrad des Induktors vermindert, weil der Leistungsanteil der Wirbelströme nicht für die Beheizung des Formteils zur Verfügung steht.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad des Induktors zu erhöhen.
Erfindungsgemäß ist obige Aufgabe bei einem Induktor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Anschlußleiter mindestens einen Längsschlitz aufweist oder aus mindestens einem Einzelleiter (21) aufgebaut ist, dessen Außendurchmesser (d) kleiner oder vergleichbar der Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes ist.
Dadurch ist die Ausbildung von Wirbelströmen in dem Anschlußleiter zumindest vermindert, wenn nicht unterbunden. Dies hat den Vorteil, daß der auf das induktive Aufheizen eines Formteils bezogene Wirkungsgrad vergrößert ist. Damit verbunden ist auch eine Verringerung des Stromverbrauchs beim induktiven Aufheizen eines Formteils mit einem solchen Induktor. Da der Anschlußleiter selbst wegen der Verminderung der Wirbelströme weniger aufgeheizt wird, beansprucht er auch weniger Kühlleistung aus dem Kühlfluid.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt eines Induktors, Figur 2 einen Querschnitt des Anschlußleiters des Induktors längs der Linie II-II in Figur 1, Figur 3 eine Alternative zu Figur 2
Figur 4 eine Figur 2 bzw. Figur 3 entsprechende Ansicht, wobei der Anschlußleiter aus mehreren Einzelleitern aufgebaut ist. Figur 5 eine Figur 2 bzw. Figur 3 entsprechende Ansicht wobei der Anschlußleiter aus einem Einzelleiter aufgebaut ist.
Beim elektrischen Induktor 1 sind an einer Halteplatte 2 zwei Anschlußenden 3,4 angeordnet. Die beiden Anschlußenden 3,4 sind beispielsweise Schraubanschlüsse.
Sie dienen dem Anschließen des Induktors an einen elektrischen Generator bzw. Frequenzumrichter und an eine Kühlfluidquelle. Das Kühlfluid kann beispielsweise Wasser oder Druckluft sein. Am Anschlußende 3 wird das Kühlfluid in Richtung des Pfeiles z zugeleitet. Am Anschlußende 4 wird das Kühlfluid in Richtung des Pfeiles a abgeleitet. Auch das Umgekehrte wäre möglich.
An das Anschlußende 3 schließen sich eine Spule bildende Windungen 5 des Induktors 1 an. Diese bilden einen Hohlraum 6 zur Führung des Kühlfluids . Ihre Wandung 7 ist metallisch.
Die in Figur 1 unterste, von der Halteplatte 2 entfernteste Windung 5 geht in einer Umlenkung 8 in die Mittelachse A der Windungen über. Die Umlenkung 8 weist in der Mittelachse A ein Außengewinde 9 auf. Von der Umlenkung 8 erstreckt sich in der Mittelachse A, also innerhalb der Windungen, ein Anschlußlei- ter 10 zum Anschlußende 4, das unter der Halteplatte 2 ebenfalls ein Außengewinde 11 aufweist. Bei einer anderen Form des Induktors kann der Anschlußleiter außerhalb der Windungen verlaufen .
Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 2 ist der Anschlußleiter 10 von einer elektrisch gut leitenden metallischen Hülse 12 gebildet, die einen Längsschlitz 13 aufweist. An dem Anschlußleiter 10 bzw. der metallischen Hülse 12 sind unten und oben Bunde 14, 15 ausgebildet, bei denen jeweils eine Überwurfmutter 16, 17 als Kupplungsteil angeordnet ist, welche ein dem Außengewinde 9 bzw. dem Außengewinde 11 passendes Innengewinde hat.
Der Anschlußleiter 10 ist von einer eine Kühlleitung bildenden Umhüllung 18 umschlossen, die verhindert, daß Kühlfluid durch den Längsschlitz 13 nach außen austreten kann. Die Umhüllung 18 ist beispielsweise von einem hitzebeständigen Schlauch gebildet, der mittels Spannelementen 19, beispielsweise Spannschnüren, im Bereich der Enden des Längsschlitzes 13 an den Anschlußleiter 10 bzw. die metallische Hülse 12 fluiddicht angedrückt ist. Beispielsweise kann die Umhüllung 18 auch auf die Hülse 12 aufgeschrumpft werden. Die Umhüllung 18 ist elektrisch nichtleitend. Die stromführende, geschlitzte metallische Hülse 12 kann auch ein beispielsweise keramisches Rohr fluiddicht umschließen oder von einem solchen umschlossen werden. Die stromführende, geschlitzte metallische Hülse 12 kann auch in eine weitestgehend fluiddichte Masse eingegossen werden. Innerhalb der Überwurfmuttern 16,17 sind Dichtringe 20 angeordnet, die ein Austreten des Kühlfluids im Gewinde- bereich verhindern sollen.
Der Induktor 1 ist in einen Innenraum I eines feuerfesten keramischen Formteils F einschiebbar, das an das vom Induktor 1 erzeugte elektromagnetische Wechselfeld ankoppelbar und dadurch aufheizbar ist. Im Betrieb werden in den Anschlußleiter 10 kaum Wirbelströme induziert, weil er den die Wirbelstrombildung unterdrückenden Längsschlitz 13 aufweist. Im Betrieb besteht die elektrische Verbindung zwischen der Umlenkung 8 der untersten der Windungen 5 und dem Anschlußende 4 über die Überwurfmutter 16, den Anschlußleiter 10,12 und die Überwurfmutter 17. Es wäre jedoch auch möglich, die Dichtringe 20 elektrisch leitend und die Überwurfmuttern 16,17 elektrisch nichtleitend auszulegen. Dann besteht die elektrische Verbindung zwischen der Umlenkung 8 und dem Anschlußende 4 über den unteren Dichtring 20, den Anschlußleitern 10,12 und dem oberen Dichtring 20. Da in diesem Fall die Überwurfmuttern 16,17 nicht metallisch sind, werden in sie auch keine Wirbelströme induziert. Jedoch auch im anderen Fall - wenn die Überwurfmuttern 16, 17 metallisch sind - werden in sie Wirbelströme höchstens geringfügig induziert, weil sie weitgehend außerhalb der Windungen 5 liegen.
Das Kühlfluid durchströmt im Betrieb die Windungen 5 sowie den Anschlußleiter 10 innenseitig, wobei die Umhüllung 18 einen wesentlichen Austritt des Kühlfluids durch den Längsschlitz 13 verhindert.
Der Anschlußleiter 10 ist am Induktor 1 leicht montierbar und leicht auswechselbar, indem die Überwurfmuttern 16,17 montiert oder demontiert werden. Anstelle der beschriebenen Schraubkupplung (Überwurfmuttern 16, 17) kann auch eine andere Kupplung, beispielsweise eine bajonettartige Kupplung, vorgesehen sein.
In Figur 3 ist dargestellt, daß der Anschlußleiter 10,12 auch mehr als einen Längsschlitz 13 aufweisen kann. Durch das Vorsehen mehrerer Längsschlitze 13 wird die Wirbelstrombildung im Anschlußleiter 10 weiter unterdrückt.
In Figur 4 ist ein Anschlußleiter 10 gezeigt, der aus einer Mehrzahl von Einzelleitern 21 besteht. Diese sind dabei gegeneinander elektrisch isoliert und werden vom Kühlfluid gekühlt. Sie können auch miteinander verdrillt oder gebündelt sein. Dabei sind sie an ihren Enden an dem Leiter 12 be- festigt.
In Figur 5 ist ein Anschlußleiter 10 gezeigt, der nur aus einem einzigen mittig liegenden Einzelleiter 21 besteht.
Dieser hat einen Außendurchmesser d von etwa 3 mm und wird vom Kühlfluid umströmt. Hierfür ist eine Kühlleitung an dem Anschlußleiter 10, 12 fluiddicht angebracht. Auch in diesem Fall ist im Anschlußleiter 10 die Wirbelstrombildung im elektromagnetischen Wechselfeld durch den geringen Außendurchmesser d der Eindringtiefe wesentlich unterdrückt.
Der beschriebene Induktor kann zum induktiven Aufheizen eines Formteils auch verwendet werden, wenn der Innenraum des Formteils schalen- oder kanalförmig ist.

Claims

Patentansprüche :
1. Induktor zur Erzeugung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, insbesondere für die Beheizung eines feuerfesten keramischen Formteils, wobei der Induktor Windungen und einen im Wechselfeld der Windungen verlaufenden stromführenden Anschlußleiter aufweist, und die Windungen und der An- Schlußleiter gekühlt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (10) mindestens einen Längsschlitz (13) aufweist, oder aus mindestens einem Einzelleiter (21) aufgebaut ist, dessen Außendurchmesser (d) kleiner oder vergleichbar der Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes ist.
2. Induktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (10) aus gegeneinander elektrisch isolierten Einzeleitern (21) aufgebaut ist.
3. Induktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter (21) einen Außendurchmesser (d) von ax. 5 mm aufweisen.
4. Induktor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (10) zumindest in einem Teilbereich von einer für das Kühlfluid dichten Kühlleitung (18) umschlossen ist, die vom Kühlfluid durchströmbar ist.
5. Induktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die durch die Kühlleitung (18) führenden Einzelleiter (21) direkt vom Kühlfluid umströmt und gekühlt werden.
6. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (18) von einem elektrisch isolierenden Schlauch oder Rohr gebildet ist, der/das das Kühlfluid führt.
7. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (10) mittels einer lösbaren Kupplung (16) mit den Windungen (5) verbunden ist.
8. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlußleiter (10) mit einer lösbaren Kupplung (17) mit einem Anschlußende (4) des Induktors (1) verbunden ist.
9. Induktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlleitung (18) mittels Spann- elementen (19) an dem Anschlußleiter (10) fluiddicht festgelegt ist.
10. Induktor nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er zumindest teilweise in eine weitgehend fluiddichte Masse eingegossen ist.
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