DE1089493B - Induktions-Tiegelofen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Induktionsspulen bei elektrischen Induktions-Tiegelöfen, insbesondere für Frequenzen von 50 bis 1000 Hz, sind mechanisch einmal durch den erheblichen radialen und axialen Druck der Schmelze, den sogenannten ferrostatischen Druck, und zum anderen auch durch die Vibration der Spule belastet, die sich aus den elektromagnetischen Gegebenheiten der wechselstromdurchflossenen Spule ergibt. Es ist dabei bekannt, diese Spulen mit umgreifenden Eisenjochen zu versehen und diese Joche gleichzeitig mit heranzuziehen, um der Spule eine mechanische Festigkeit und einen Halt innerhalb des Ofenkessels zu geben. Zur Verbesserung des elektrischen Wirkungsgrades der Anlage durch Vermeidung der Streufelder geht allgemein das Bestreben dahin, den Weg des elektromagnetischen Feldes so eng wie möglich zu schließen. Dabei wird das Feld einerseits im Inneren der Spule mit dem zu erwärmenden Tiegelinhalt gekoppelt und außerhalb der Spule über vorgesehene Eisenwege, die Magnetjoche, geschlossen. In diesem Bestreben lag auch der Grund, die Magnetjoche um die Spule herumgreif en zu lassen und sie mit möglichst geringem Luftspalt an den Tiegel heranzuführen. Bei einer derartigen Anordnung der Magnetjoche wird gleichzeitig die unerwünschte Erwärmung des Ofenkessels, des Gehäuses oder der tragenden Konstruktionsteile vermieden. Bei Öfen, die mit niederen Frequenzen, insbesondere Netzfrequenz, betrieben werden, ist eine derartige Konstruktion durchaus brauchbar. Infolge der geringeren Spannungen entstehen weder Glimmerscheinungen noch Überschläge zwischen der Spule und dem Magnetjoch, das allgemein auf Erdpotential liegt.

Bei Mittelfrequenzöfen führt jedoch eine derartige Konstruktion zu Störungen des Ofenbetriebes durch Überschläge zwischen der Spule und den Magnetjochen. Eine derartige Gefahr ist bei Mittelfrequenzöfen höher, da die dort anstehenden Potentialunterschiede das Vier- bis Fünf fache derjenigen bei Netzfrequenz betragen. Es handelt sich bei Mittelfrequenzöfen dabei um mehrere tausend Volt. Ein weiterer allgemeiner Nachteil des eng an den Tiegel herangeführten Joches ist der, daß bei einem Tiegeldurchbruch, verbunden mit einem Spulenschaden, das Kühlwasser auf die Joche austritt und von diesen lamellierten Kernen aufgenommen wird. Dadurch zerstört sich die Isolationszwischenlage zwischen den Jochblechen, und es können sich stärkere Wirbelströme über einen größeren Querschnitt des Magnet j oches schließen/ Das führt dann zur Zerstörung des Blechpaket es.

Zur Abhilfe gegen derartigen Schaden wird daher ein Induktions-Tiegelofen vorgeschlagen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß das aus Tiegel und Induk-Induktions -Tiegelofen

Anmelder:

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,

Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150, und Deutsche Edelstahlwerke

Aktiengesellschaft,
Krefeld, Oberschlesienstr. 16

Dr.-Ing. Gerhard Seulen, Remscheid,
ist als Erfinder genannt worden

tionsspule bestehende Bauteil mittels mit den Windungen der Spule verbundenen, nach außen stehenden axialen Zapfenreihen axial im äußeren Ofengefäß in Nuten- oder Schienenvorrichtungen einschiebbar befestigt ist und daß die bis an die Induktionsspule heranragenden Magnetjoche zur rückwärtigen Führung des elektromagnetischen Spulenfeldes fest mit der äußeren Ofenkonstruktion verbunden sind.

Entgegen den allgemeinen Bestrebungen des Fachmannes auf dem Gebiet der Induktionsofentechnik zur Erzielung des besten Leistungsfaktors (cos φ) durch möglichst enges Schließen des Eisenweges für das elektromagnetische Feld schlägt die Erfindung bewußt das Gegenteil vor, nämlich die Magnetjoche nicht mit der Spule zu verbinden, sondern diese zum Schutz gegen die Erwärmung der Ofenkonstruktion mit dem Ofenkessel bzw. mit der Ofenkonstruktion zu verbinden, die Induktionsspule, mit dem Schmelztiegel aufgestampft, ist dabei gegenüber den Magnetjochen frei beweglich. Durch die größeren Luftzwischenräume zwischen der Stirnfläche der Joche und dem Schmelztiegel bzw. dessen Inhalt ergibt sich zwar ein geringfügig schlechterer Leistungsfaktor infolge stärkerer Streuung des elektromagnetischen Feldes an den Übergangszonen, jedoch erhält man hierdurch eine höhere Sicherheit gegen Betriebsstörungen. Ein weiterer erheblicher Vorteil dieser Anordnung liegt auch darin, daß sich die Spule mit dem eingestampften Tiegel zu einem zweckmäßigen Bauteil zusammenfassen läßt, das nun in besonders günstiger und einfacher Weise auswechselbar in den Ofen eingeschoben werden kann und jederzeit leicht ersetzbar ist.

Dieser konstruktive Vorteil wird dadurch erreicht, daß die Spule, die aus einer Anzahl Windungen von

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Kupferrohr besteht, an ihren äußeren Windungen mit Wandung, verschraubt sind. Sie können auch durch aufgeschraubten, gelöteten oder geschweißten metal- seitlich angebrachte Halteplatten mit der Ofenwanlischen Vorsprüngen versehen wird, die vorzugsweise dung verbunden sein. Die Magnetjoche sind lamelliert eine Zapfenform haben. Diese Zapfen können, axial und reichen nur so weit an die Spule 2 heran, daß die in einer Geraden, sowohl auf jeder Windung als auch 5 letztere ungehindert ausgebaut werden kann und daß nur auf jeder zweiten oder dritten Windung ange- auch bei einem Spulenschaden das austretende Kühlbracht sein. Dabei sollen sie radial möglichst gleich- wasser nicht die Joche beschädigt. Es ist zweckmäßig, mäßig über den Umfang der Spule verteilt sein. Es auf dem Umfang der Ofenwandung 3 jeweils immer kann dabei die erste Windung beispielsweise drei je eine Halterung 4 mit einem Magnetjoch 7 ab-Zapfen haben, die um 120° versetzt sind. Die nächste io wechseln zu lassen.

Windung wiederum drei Zapfen, die auf Lücke gesetzt Um die Spule im Ofen zu fixieren und sie in die sind. Durch diese Anordnung ergibt sich eine Spule, Nut 6 der Halterungen 4 einführen zu können, sind die auf ihrem äußeren Umfang wenigstens zwei oder auf dem Umfang der Spule Zapfen 9 vorgesehen. Diese mehr axial gerade angeordnete Zapfenreihen hat. Die Zapfen werden zweckmäßig längs mehrerer achsen-Reihen werden zweckmäßig auf den Umfang der Spule 15 paralleler Reihen auf dem Umfang der Spule angegleichmäßig verteilt. Die Zapfen selbst werden mit bracht, wobei pro Reihe mit jeder Windung ein einem Isolierkörper, beispielsweise aus Keramik, Zapfen verbunden ist. Es ist allerdings auch möglich, Harzgewebe oder Kunststoff, umgeben. Diese Um- nur auf jeder zweiten oder dritten Windung' einen kleidung kann zweckmäßig sogar so mit vierkantigen solchen Zapfen vorzusehen. Die Anzahl der Zapfen-Isolierkörpern erfolgen, daß sich dadurch aus jeder 20 reihen muß in Anordnung und Anzahl der Anzahl der Zapfenreihe eine ununterbrochene Schiene ergibt, Halterungen 4 mit Nut 6 entsprechen. Die Zapfen wenn die Isolierkörper in ihrer Höhe so auf die Höhe selbst können auf die Spule aufgelötet oder anderder Spulenwindungen abgestimmt sind. weitig mit ihr verbunden sein und bestehen zweckin dem Ofengehäuse sind zwischen den Jochen ent- mäßig aus dem gleichen Material wie die Spule. Statt sprechende Gleitschienen oder U-förmige Profile ange- 25 der Zapfenform kann es sich auch um entsprechend bracht, in die die Isolierkörper eingreifen und in denen anders geartete zweckmäßige Vorsprünge, Bolzen, sie axial gleiten können. Auf diese Weise läßt sich Nocken usw. handeln.

die Spule einsetzen und in einer nicht näher beschrie- Auf diese Zapfen 9 wird nun ein Isolierkörper 10 benen Weise, beispielsweise durch Klinken, Endstücke gesetzt, der die Zapfen umschließt und zweckmäßiger- oder Niederhalter, die auf die Isolierkörper der oberen 3° weise so weit an die Spulenisolierung herangeführt Windung drücken, fixieren. In dieser Weise ist die bzw. mit in dieses hineingenommen wird, so daß sich Spule in radialer und axialer Richtung vibrationsfest zwischen den Isolierkörpern 10 und den Zapfen 9 kein gehalten. Die Führungsschienen in dem Ofengehäuse Kondenswasser bilden kann. Das Bauteil 10 dient dawechseln sich zweckmäßig jeweils mit einem Magnet- bei zur Führung und Fixierung der Spule in den joch auf dem Umfang ah. 35 Nuten 6 der Halterung 4. Der Isolierkörper 10 kann Die Figuren erläutern den Gegenstand der Erfin- aus Keramik oder anderen isolierenden Werkstoffen dung in einer beispielsweisen Anordnung. · hergestellt sein. Es hat zweckmäßig einen rechteckigen Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch die Konstruktion Querschnitt und ist an der Stirnfläche mit einem Sackeines Ofens gemäß der Erfindung in der Draufsicht; loch versehen, womit es auf den Zapfen 9 der Spule

Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Aufhängung der Spule 40 gestülpt werden kann.

in der Seitenansicht; Die Fig. 2 erläutert den Einbau dieser Isolierkörper Fig. 3 zeigt einen Isolierkörper in Ansicht. 10. Auf jedem Zapfen 9 der Spule 2 befindet sich ein In Fig. 1 ist 1 der Schmelztiegel, der in bekannter derartiger rechteckiger Isolierkörper 10. Diese sind Weise in die Spule 2 eingesetzt oder in dieser ge- derart dimensioniert, daß sie unter Verwendung einer stampft ist. 3 ist die tragende Konstruktion, in dem 45 Zwischenlage 11, die gegebenenfalls auch fortfallen dargestellten Beispiel als Kessel ausgebildet. An kann, gegeneinandergepreßt der Spule den richtigen Stelle eines Kessels können auch andere tragende Windungsabstand vermitteln. Bei einbaufertiger Spule Konstruktionsteile für die Ofenwandung verwendet soll sich durch alle Zapfen einer Reihe eine schienenwerden. Mit dieser Ofenwandung sind auf dem Um- ähnliche Führung längs des Spulenmantels ergeben, fang verteilt Halterungen 4 für das auswechselbare 50 die jeweils in die Nut 6 der Halterung 4 hineinpaßt. Bauelement vorgesehen, das aus Tiegel 1 und Spule 2 Um für den Ein- und Ausbau die Spule als feste besteht. Diese Halterungen sind mit der Ofenwan- zusammenhängende Einheit zu haben, ist es zweckdung 3 fest verbunden, beispielsweise durch die mäßig, wenn die Zapfen 9 bzw. die über die Zapfen Winkel 5j die mit der Wandung verschraubt werden. gestülpten Isolierstücke 10 in einem der Spule 2 be-Die Halterungen 4 selbst können aus jedem beliebigen, 55 nachbarten Teil durch zusätzliche Leisten gehalten vorzugsweise unmagnetischem Werkstoff bestehen. Es sind, so daß sich die einzelnen Spulenwindungen nicht können auch Nichtleiter, wie beispielsweise keramische gegeneinander verschieben können. Diese Leisten oder ähnliche Baustoffe, verwendet werden. Die Halte- können entweder auf beiden Seiten der Zapfen 9 bzw. rungen 4 erstrecken sich in axialer Richtung durch der Isolierstücke 10 angebracht sein, oder sie können den ganzen Ofen in einer Länge, wie sie der Spulen- 60 als Lochleisten ausgebildet sein, wobei sie vor Auflänge bei eingesetzter Spule entspricht. In voller Länge setzen der Isolierstücke 10 über die in einer Reihe ist in den Halterungen eine Führung, beispielsweise stehenden Zapfen 9 gezogen werden. Da diese Leisten durch eine Nut 6, vorgesehen. Diese Nut kann belie- weder Vibrationen noch den f errostatischen Druck der bige Querschnitte haben. Sie ist in den Figuren der Schmelze aufzunehmen haben, sondern lediglich für Einfachheit halber rechteckig vorgesehen, sie kann 65 die Aufnahme der Verwindungsspannung des Spulenaber auch schwalbenschwanzförmig sein. kupfers bestimmt sind, können sie relativ schwach

Ebenfalls mit der OfenwandungS sind, auf dem ausgebildet werden.

Umfang des Ofens verteilt, Magnetjoche 7 verbunden, In dieser Form kann das aus Tiegel 1 und Spule 2

die in einfacher Form mittels Schrauben 8 mit den mit den Führungselementen 9, 10 bestehende Bauteil

tragenden Teilen des Ofengerüstes, vorzugsweise der 70 leicht aus dem Ofen herausgenommen bzw. ein ent-

sprechendes Bauteil wieder eingesetzt werden. Wenn dieses Bauteil eingesetzt ist, wird in die Nuten 6 ein besonderer Schlußstein gesetzt, der durch eine einfache Klinken- oder Keilanordnung oder durch einen Niederhalter unter Druck gesetzt werden kann, so daß die Spule damit im Ofen in axialer und radialer Richtung vibrationsfest gehalten ist.

Durch eine derartige Anordnung ergibt sich eine gute Isolation zwischen den geerdeten Konstruktionsteilen und dem Joch einerseits und der Spule andererseits. Die isolierenden, beispielsweise keramischen Materialien sind nur auf Druck beansprucht, eine Beanspruchung der Art, der sie in weitem Umfang entsprechen können. Die Verbindung zwischen Zapfen 9 und Spule 2 ist eine Lot-, Schweiß- oder Schraubverbindung, die in ihrer mechanischen Festigkeit absolut sicher ist.

Claims (4)

Patentansprüche.·

1. Induktions-Tiegelofen mit Magnetjochen zur Führung des elektromagnetischen Feldes außerhalb des zu erhitzenden Gutes und einem aus Tiegel und Induktionsspule bestehenden auswechselbaren Bauteil, dadurch gekennzeichnet, daß das aus Tiegel und Induktionsspule bestehende Bauteil mittels mit den Windungen der Spule verbundenen, nach außen stehenden axialen Zapfenreihen axial im äußeren Ofengefäß in Nuten- oder Schienenvorrichtungen einschiebbar befestigt ist und daß die bis an die Induktionsspule heranragenden Magnetjoche zur rückwärtigen Führung des elektromagnetischen Spulenfeldes fest mit der äußeren Ofenkonstruktion verbunden sind.

2. Induktions-Tiegelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über jeden Zapfen ein vorzugsweise rechteckiger Isolierkörper gestülpt ist.

3. Induktions-Tiegelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Zapfenreihe ein gemeinsamer Isolierkörper, z. B. in Form einer Keramikleiste, vorgesehen ist.

4. Induktions-Tiegelofen nach Anspruch 1 und einem der folgenden Atisprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Nuten- oder Schienen vorrichtung Klinken, keilförmige Schlußsteine oder Niederhalter zur axialen Befestigung des aus Tiegel und Induktionsspule bestehenden Bauteiles vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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