DE1942122U - Kernloser, insbesondere mit netzfrequenz betriebener induktions-schmelz- und/oder warmhalteofen fuer vakuumbetrieb. - Google Patents

Description

RA. 28if 315*31.5. Bi

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN

AKTEN-NR. 16/20505 ^4β3ΒσΡ^Η^^Μ _η',²Ι'ο^ο^{966 XX/Be}

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IhrZe.chen ' Fernruf 6 66 31 und 64314 Bergstraße 159

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Dr.-Ing. E.h. Otto Junker, Lammersdorf (Kr. Monschau)

Kernloser^ insbesondere, mit Netzfrequenz betriebener Induktions-Schmelz- und/oder Warmhalteofen.··, für Vakuumbetrieb

Die Neuerung betrifft einen kernlosen, insbesondere mit Netzfrequenz betriebenen Induktions-Schmelz- und/oder Warmhalteofen für Vakuumbetrieb, bei welchem der Tiegel selbst das Vakuumgefäß bildet und zu diesem Zweck an eine mit einem Vakuumerzeuger verbundene Absaugeleitung angeschlossen ist, wobei zwischen dem durch mindestens einen Deckel gasdicht und feuerfest verschlossenen Tiegel und der diesen außenseitig umschließenden Induktionsspule ein innenseitig durch ein Kühlrohr-System gekühlter, gasdichter Mantel aus einem Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit und schlechter elektrischer Leitfähigkeit, wie Hartpapier, härtbarem Kunststoff od. dgl., vorgesehen ist, welcher mit dem Ober- und Unterteil des vakuumfesten Ofengehäuses durch je eine mittels Anpreßringen nachstellbare Stopfbuchsenpackung gasdicht verbunden ist.

Beim Betriebe dieses Ofens hat sich der Mangel gezeigt, daß sich die den gasdichten Mantel oben und unten vakuumdicht mit dem metallenen Teil des Ofengehäuses verbindenden Stopfbüchsen unter dem Einfluß der von der Induktionsspule ausgehenden elektro-magnetischen Streufelder trotz Verwendung magnetischer Joche so hoch erwärmen, daß sie zu Beschädigungen nicht·nur des hitzeempfindlichen gasdichten Hartpapier-Mantels, sondern auch der Dichtungspackungen führen und dadurch den vakuumfesten Abschluß des Tiegels in Frage stellen können.

Zur Beseitigung dieses Mangels kennzeichnet sich die Neuerung dadurch, daß mindestens die Anpreßringe, vorzugsweise auch die diesen zugeordneten, den Endfiereich des gasdich· ten Mantels sowie die Dichtpackungen aufnehmenden geflanschten Stopfbüchsen-Grundringe auf an sich bekannte Weise elektrisch nicht-leitend und die Stopfbüchsen-Grundringe ferner als Hohlkanal ausgebildet und mit Mitteln für den Anschluß an „ eine strömende Kühlflüssigkeit ausgerüstet sind.

Sowohl die Anpreßringe als auch die Stopfbüchsen-Grundringe können aus nicht-ferritischem Metall bestehen, wobei jedoch die Anpreßringe zweckmäßig zusätzlich radial geschlitzt sind. Stattdessen können die Anpreßringe auch aus nicht-metallischem Werkstoff, z.B. Hartpapier, Kunststoff sowie thermo-härtbarem Kunstharz mit oder ohne Verstärkungseinlagen bestehen.

Um die im gekühlten Teil der Stopfbüchsenverbindung durch das Streufeld der Induktionsspule hervorgerufenen Energieverluste zusätzlich zu mindern, ist es gemäß einem weiteren Merkmal der Neuerung ferner zweckmäßig, den die Spannschrauben für das Anziehen der Anpreßringe aufnehmenden Flansch der aus nicht-ferritischem Metall und als Hohlkanal ausgebildeten Stopfbüchsen-Grundringe im Umfangsbereich zwischen den Schrauben derart auszusparen, daß die die Schrauben aufnehmenden Bereiche gegenüber den übrigen Umfangsbereichen des Ringflansches radial vorspringen.

In der Zeichnung ist die Neuerung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

des Ofens,
Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Ausschnitt nach der Linie II in Fig. 1; Fig. 3 einen in noch größerem Maßstab gehaltenen

Ausschnitt nur des unteren Teils des Ofens und Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie IV - IV der

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist der Ofen mittels eines Traggerüstes 1 innerhalb einer Vertiefung 2 auf einem Fundament 3 abgestützt. Das Ofengestell 4 ist innerhalb des Traggerüstes mit Hilfe eines sich einerseits am Ofengestell und andererseits auf dem Fundament abstützenden hydraulischen Hubzylinders 5 um einen etwa waagerechten Drehzapfen in der durch die Gießschnauze 7a hindurchgehenden vertikalen Mittel-Längsebene des das Schmelzgut aufnehmenden Tiegels 7 zum Zwecke der Entleerung kippbar.

Das kippbare Ofengestell 4 besteht aus einer unteren, aus Profileisen Ha zusammengesetzten Bodenkonstruktion, insgesamt sechs mit der Bodenkonstruktion verbundenen, über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Ankersäulen 4b, die den Ofenober- und -unterteil in axialer Richtung zusammenhalten, aus die Ankersäulen 4b in Umfangsrichtung miteinander verbindenden Profileisen 4c, die zugleich die radialen Abstützungselemente für die von ihnen umschlossenen inneren Ofen-Bauteile bilden sowie schließlich aus einer diese Teile außen umkleidenden Rahmenkonstruktion 4d.

Im Bodenbereich ist der Tiegel 7 mittels der noch zum kippbaren Ofengestell M- gehörenden Profileisen 4a abgestützt, wobei der Tiegelboden auf einer Schicht feuerfester Steine 8 ruht, die ihrerseits auf einer massiven Bodenplatte aus nicht-ferritischem Metall aufliegen, die zugleich den unteren vakuumfesten Abschluß des Ofengehäuses bildet. Mit 10 sind aus lameliiertem Eisenblech gebildete Joche bezeichnet, die in den Boden eingeschaltet sind. Als weitere Abschirmung gegen das äußere Streufeld der Induktionsspule dient ein unter den Jochen 10 und den feuerfesten Steinen 8 zusätzlich vorgesehener Belag 11 mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.

Die Seitenwandung des Tiegels 7 ist außenseitig unter Zwischenschaltung einer Isolationsschichx/spielfrei von einem zylindrischen Mantel 13 aus einem gasdichten Werk-

stoff hoher mechanischer Festigkeit, aber schlechter elektrischer Leitfähigkeit, wie Hartpapier, umschlossen, der die seitliche vakuumfeste Abdichtung des Tiegels 7 bildet.

Der untere Rand des zylindrischen Hartpapier-Mantels 13 ist in einen im äußeren Randbereich der Bodenplatte 9 auf der Oberseite verschweißten Flanschring 14 eingezogen, der als Hohlkanal ausgebildet und mit einem Anschluß für die Zu- und Ableitung eines strömenden Kühlmediums ausgerüstet ist. Die Abdichtung des Hartpapier-Zylinders innerhalb der Flanschring-Ausnehmung erfolgt mittels einer durch den Kühlkanal ständig gekühlten Dichtpackung 14a, die durch einen mit dem Flanschring 14 mittels Schrauben 15a verspannbaren Anpreßring 15 nach Art einer Stopfbuchse nachstellbar angepreßt wird. Der Anpreßring 15 besteht entweder aus elektrisch nicht-leitendem Material, wie z.B. Hartpapier, selbsthärtendem Kunstharz, nicht-ferritischem Metall, oder aus leitendem Metall, in welchem Falle er dann durch mindestens einen radialen Schlitz gegen Stromdurchgang geschützt ist.

Am oberen Ende des auch dort über den elektrischen Einwirkungsbereich der Induktionsspule hinaus hochgezogenen zylindrischen Hartpapier-Mantels 13 ist die vakuumfeste Abdichtung analog ausgebildet. Der die Stopfbuchsenpackung 14a aufnehmende, gleichfalls als Hohlkanal ausgebildete und ständig gekühlte Stopfbuchsen-Flanschring 14 ist dort mit einer den oberen Endbereich des gestampften Tiegels 7 sowie die Tiegel-Gießschnauze 7a umgebenden, einen Bestandteil des vakuumfesten Ofengehäuses bildenden, Stahlblech-Umkleidung 16 verschweißt.

Im Höhenbereich des von der Induktionsspule 17 ausgehenden elektromagnetischen Wdchselfeldes sind zum Zwecke der Kühlung des zylindrischen Hartpapier-Mantels 13 auf dessen Innenseite haarnadelförmig gekrümmte und von Luft als Kühlmittel durchströmte Kühlrohre 18 in die Stampfmasse des Tiegels 7 eingebettet, die unmittelbar an der dem Hartpapier-Mantel

innenseitig vorgelagerten Isolationsschicht 12 anliegen und mit einer besonders feinen Stampfmasse 19 aus hochfeuerfesten Stoffen umgeben sind.

Die aus austenitischem, hitzebeständigem Stahl bestehenden Kühlrohre 18 weisen nur an ihrem Eintrittsende 18a und an ihrem demgegenüber nach unten hin verlängerten Austritts ende 18b einen kreisförmigen Querschnitt auf, während sie in ihrem übrigen Längenbereich entlang der Innenseite des Hartpapier-Mantels 13 einschließlich ihres Krümmungsbogens einen in radialer Richtung flachgedrückten Querschnitt aufweisen, um die dem Hartpapier-Mantel innenseitig anliegende wirksame Kühlfläche zu vergrößern. Um die dadurch verringerte statische Festigkeit in der Radialebene auszugleichen, sind die langen Seitenwände im Inneren der Rohre durch sich über annähernd deren Länge erstreckende Querstege 18c gegeneinander abgestützt bzw. versteift, die ebenfalls aus austenitischem, hitzebeständigem Stahl bestehen. Um die Kühlrohre 18 möglichst dünnwandig ausbilden zu können, sind sie gegen die vom Tiegel ausgehenden radialen Druckkräfte zusätzlich durch auf dieser Seite aufgelegte dickwandige Stützbleche 20 aus austenitischem Stahl verstärkt, wobei zwischen diesen und der ihnen zugekehrten langen Seitenwand der Kühlrohre 18 eine weitere Isolationsschicht 21 mit schlechter Leitfähigkeit sowohl für elektrischen Strom als auch für Wärme eingeschaltet ist«,

Der jeweils kürzere, das Eintrittsende 18a bildende Schenkel jedes einzelnen der haarnadelförmig gekrümmten Kühlrohre mündet in einen einen Teil der Bodenkonstruktion bildenden Ringkanal 22„ der mit mindestens einem sich radial erstreckenden Stutzen 23 für den Anschluß an ein Kühlluft-Gebläse versehen ist. Der längere, das Austrittsende 18b bildende Schenkel der Kühlrohre ist axial durch den Ringkanal 22 hindurchgeführt und mündet,unterhalb des Ofens ins Freie.

In seinem mittleren Längenbereich ist der zylindrische Hartpapier-Mantel 13 außenseitig von der Induktionsspule

17 und den diese außenseitig in axialer Richtung bügeiförmig umgebenden, insgesamt zwölf Jocheisen 24 aus lameliiertem Transformatorenblech umschlossen. Der Stromanschluß an die Induktionsspule 17 ist mit 25 und der Kühlwasseranschluß mit 26 bezeichnet. An das Kühlwasser-System 26 sind gleichzeitig sowohl die Kühlwasser-Kreisläufe für die obere und untere Stopfbuchsen-Packung 14 als auch der Kühlwasser-Kreislauf für die Dichtung des oberen Tiegelverschlusses angeschlossen.

Der fabrikationstechnisch bedingte Spalt zwischen der Induktionsspule 17 und der Außenseite des zylindrischen Hartpapier-Mantels 13 ist mit einer Schicht 27 aus flüssigem, selbsthärtendem Kunstharz ausgegossen, um die beträchtlichen radialen Drücke während des Ofenbetriebes, die infolge polymorpher Umwandlung des keramischen Materials von Volumenvergrößerungen des Tiegels ausgehen, einwandfrei auf die Ofenspule und die diese umgebende Tragkonstruktion des Ofengehäuses übertragen zu können. Außenseitig ist zwischen der Spule 17 und den diese umgebenden Jocheisen 24 eine übliche Isolation 28 aus Glimmer,Asbest oder feuerfesten Filzen eingeschaltet. Eine gleichartige Isolation 2 9 befindet sich jeweils am oberen und unteren Rand der Spule zwischen dieser und den ihre Ränder übergreifenden Schenkeln der Jocheisen 24.

Die Spule stützt sich mit ihrem unteren Rand unter Zwischenschaltung der Isolationsschicht .2 9 auf dem unteren, einwärts gerichteten Schenkel derJöcheisen 24 ab, wobei ihre Windungen gegen die erheblichen elektro-mechanischen Kräfte während des Betriebes durch einen ihren oberen Rand - unter Zwischenschaltung der Isolationsschicht 29 - übergreifenden Klemmfinger 30a eines Federankers 30 mit stets gleichbleibendem Anpreßdruck zusammengehalten werden. Die Federanker 30 sind seitlich an jedem einzelnen Jocheisen 24 befestigt. Die Jocheisen 24 sind mit den die Ankersäulen 4b in Umfangsrichtung

verbindenden Profileisen ¹Ic verschraubt und hierbei zugleich derart gelagert, daß sie sowohl am oberen als auch am unteren Ende mittels der Stellschrauben 31 im Sinne eines stets gleichbleibenden radialen Andruckes an die Spule nachgespannt werden können. Zwischen dem Druckstück 31a der Stellschraube 31 und dem lamelliertem Eisenpaket der Jocheisen 24 ist ebenfalls eine Isolationsschicht 32 aus Glimmer, Asbest oder feuerfesten Filzen eingeschaltet.

Der oben offene Tiegel 7 ist durch einen diesen unter Freilassung der Gießschnauze 7a zentrisch abdeckenden, im Längsschnitt gewölbten Deckel 33 aus feuerfesten Steinen verschlossen, die in einen Metallrahmen 33a eingefaßt sind. Mit 34 ist ein loser, die Gießschnauze 7a verschließender Stopfen ■xx bezeichnet. Der Deckel 3 3 ist außenseitig von einer exzentrisch zum Tiegel angeordneten Dichthaube 3 5 umgeben, die aus Stahlblech besteht und innenseitig eine feuerfeste Wärmeisolation 3 5 aufweist. An ihrem unteren Rande ist eine axial nach unten vorspringende Ringnut 36 vorgesehen, welche mit einer verformungsfähigen Dichtmasse 36a ausgefüllt ist. Außenseitig ist die Ringnut 36 von einem Kühlwasserkanal 37 umgeben, der mit Mitteln 37a für den Anschluß an das Kühlwassersystem 26 versehen ist. Mit der Dichtmasse 36a innerhalb der Ringnut 36 liegt die Dichthaube 3 5 auf der Schneide einer umlaufenden, im Querschnitt keilförmigen Dichtleiste 38 auf, die auf der Oberseite eines ringförmigen Tragkranzes 39 durch Schweißen befestigt ist und axial nach oben vorspringt. Der im Querschnitt hohl ausgebildete und mit Mitteln 39a für den Anschluß an das Kühlwassersystem 26 versehene Tragkranz 39 ist unter Vermittlung von Stützblechen 40 mit der oberen Stahlblech-Umkleidung 16 des Tiegels 7 sowie der Gießschnauze 7a verschweißt.

Die mit dem Vakuum-Erzeuger verbundene und in der Zeichnung nicht dargestellte Absaugeleitung mündet seitlich versetzt zur Tiegel-Gießschnauze im Bereich unterhalb der Dichthaube 35 mit einer nach oben gerichteten Öffnung von unten her in den sichelförmigen Ringraum zwischen dem äußeren . ·.

oberen Rand der Tiegelwandung, und dem diesen exzentrisch umgebenden Tragkranz 39 der Dichthaube.

Sowohl der Deckel 3 3 als auch die diesen übergreifende Dichthaube 35 sind mit je einer verschließbaren, z.B. der Entnahme von Proben oder der Zugabe von Legierungszusätzen -dienenden, Öffnung versehen. Die Öffnung 3 5b in der Dichthaube 3 5 ist einerseits durch einen Stopfen 46 sowie ferner - in Verbindung mit einem Haubenaufsatz 47 - durch eine Dichthaube 48 verschlossen, deren vakuumfester Abschluß nach dem gleichen Prinzip ausgebildet ist, wie die Abdichtung der Dichthaube 35 gegenüber dem Tragkranz 39. Zusätzlich zu dieser Öffnung befindet sich in der Dichthaube 35 ein insbesondere mittels Quarzglas zwar durchsichtig, aber gasdicht verschlossenes Schauloch 49, welches derart'angeordnet ist, daß es durch die innerhalb des feuerfesten Deckels 33 vorgesehene Öffnung 33b hindurch während des Betriebes die Beobachtung des SchmelzVorganges ermöglicht. Die Öffnung 3 3b des feuerfesten Deckels 33 ist durch eine Klappe 50 aus feuerfestem Material abdeckbar, die'innenseitig an der Dichthaube 35 schwenkbar angelenkt ist und mittels eines Kardangelenkes 51 und eines Kurbeltriebs 52 von außen her betätigt werden kann.

Claims (5)

.284 315*- PATENTANWÄLTE DR.-ING. W. STUHLMANN - DIPL.-ING. R. WILLERT DR.-ING. P. H. OIDTMANN M 27.5.1966 XX/Be AKTEN-NR. 16/20505 463 BOCHUM, t.w«ww Postschließfach 24BO Ihr Zeichen Fernruf 665 31 und 64314 Bergstraße 15Θ Telegr.: Stuhlmannpatent J 11 731/18b Gbm Dr.-Ing. E.h. Otto Junker, Lanunersdorf Schutzansprüche;

1. Kernloser, insbesondere mit Netzfrequenz betriebener Induktions-Schmelz- und/oder Warmhalteofen für Vakuumbetrieb, bei welchem der Tiegel selbst das Vakuumgefäß bildet und zu diesem Zweck an eine mit einem Vakuumerzeuger verbundene Absaugeleitung angeschlossen ist, wobei zwischen dem durch mindestens einen Deckel gasdicht und feuerfest verschlossenen Tiegel und der diesen außenseitig umschließenden Induktionsspule ein innenseitig durch ein Kühlrohr-System gekühlter, gasdichter Mantel aus einem Werkstoff hoher mechanischer Festigkeit und schlechter elektrischer Leitfähigkeit, wie Hartpapier, härtbarem Kunststoff od. dgl., vorgesehen ist, welcher mit dem Ober- und Unterteil des vakuumfesten Ofengehäuses durch je eine mittels Anpreßringen nachstellbare Stopfbuchsenpackung gasdicht verbunden ist, dadurch gekennzeichnet j daß mindestens die Anpreßringe (15), vorzugsweise auch die diesen zugeordneten, den Endbereich des gasdichten Mantels (13) sowie die Dichtpackungen (I¹Ia) aufnehmenden geflanschten Stopfbüchsen-Grundringe (14) auf an sich bekannte Weise elektrisch nicht-leitend und die Stopfbüchsen-Grundringe ferner als Hohlkanal ausgebildet und mit Mitteln für den Anschluß an eine strömende Kühlflüssigkeit ausgerüstet sind.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sowohl die Anpreßringe (15) als auch die Stopfbüchsen-Grundringe (14) aus nicht-ferritischem Metall bestehen.

3. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, d a durch gekennzeichnet, daß die metallenen Anpreßringe (15) radial geschlitzt sind.

4. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anpreßringe (15) aus nicht-metallischem Werkstoff, z.B. Hartpapier, Kunststoff sowie thermo-härtbarem Kunstharz mit oder ohne Verstärkungseinlagen, bestehen.

5. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der die Spannschrauben (15a) für das Anziehen der Anpreßringe (15), aufnehmende Flansch, der aus nicht-ferritischem Metall und als Hohlkanal ausgebildeten Stopfbüchsen-Grundringe (14) im Umfangsbereich zwischen den Schrauben (15a) derart ausgespart ist, daß die die Schrauben aufnehmenden Bereiche gegenüber dem übrigen Umfangsbereich des Ringflansches radial vorspringen.

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