DE2100378C - Induktiv beheizter Schmelztiegel - Google Patents

Description

Die F.rfiiulimg betrifft einen induktiv beheizten Schmelztiegel, gebildet aus einen licgelförmigen Hohlraum umschließenden und an ihren unteren Hnden durch eine gemeinsame Basis gehaltenen, radial angeordneten, nlau^i'förmigen Segmenten, die unterhalb des Hohlraumes etwas nach innen vorspringen.

Das induktive Erwärmen und Schmelzen von Metallen und Metallegierungen, insbesondere solchen zum I !erstellen \on Halblerem, ist bekannt. Das Schmelzen erfolgt in einein von einer Piiinürwitkluüg umschlossenen Tiegel. Diese lYunärwieklimu wird an eine hochfrei|uente Spannung angelegt. Daduich werden sowohl im Tiegel als auch in dem im Tiegel enthaltenen Gut Spannungen induziert, die /u Strömen und damit Erwärmung führen.

Es ist ein Tiegel bekannt (britische Patentschrift ^U77 5 16). der aus zahlreichen in Kreisfoim nebeneinander angeordneten Rohren besteht. Diese Rohre liegen dicht nebeneinander. Das im Hohlraum zwischen ihnen erschmolzene Metall wird dann durch Oberilächenspannungen genügend zui iickiu h.ilten und an einem Austiiit durch die zwischen den"Rohren befindlichen Spalte gehindert. An ihren Enden sind die Rohre miteinander verbunden und bilden damit eine einzige Kühlschlange, durch die ein Kühlmittel durchgeführt wird. Die Verbindungen zwischen den einzelnen Rohren und die gemeinsamen Kühlmittelzuleitungen und -ableitungen stellen jedoch elektrische Kurzschiulibrücken d;.r. Dies bedeutet, daß das elektrische Feld in diesen Bereichen zusammenbricht. Radial innerhalb dieser Bereiche wird das im Hohlraum befindliche Material daher überhaupt nicht oder nicht ausreichend erwärmt, so daß im Schn.elzgui kalte Zonen entstehen. Besonders bei der Herstellung ίο von F.inkrist; Ilen wirkt sich dies ungünstig aus.

Der Kreisquerschniti der den Tiegel bildenden Rohre verhindert weiter ene enge elektrische Kopplung der die Hochfrequenzspannung führenden Primärwicklung und dem im Tiegel gehaltenen Material, das die Sekundärwicklung darstellt. Um die durch diese schwache Kopplung verbundenen Verluste auszugleichen, müssen Hochfrequenzgeneratoren hoher Leistimg verwendet werden.

Bekannt ist weiter ein widerstandsbeheizter Tiegel. bei dem eine das Schmelzgut aufnehmende Schale von unler gegenseitigem Abstand angeordneten plattenförmigen Segmenten gehalten wird. An ihren oberen und unteren Enden sind diese Segmente abwechselnd miteinander verbunden und bilden damit einen Stromkreis, der bei Anlegen an eine Spannungsquel'.e zur Aufhei/un« führt (deutsche Patentschrift 1 2S<) 950).

Dieser widerstanüstuheizte Tiegel eignet sich nicht für eine Erwärmung durch Induktion. Die Verbindüngen zwischen den unteren und oberen Enden der Segmente stellen nämlich Kurzschlüsse für das elektromagnetische Feld dar, so daß radial innerhalb dieser Stellen keine Erwärmung auftult und sich im Schmelzgut kalte Bereiche bilden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt tier Erfindung die technische Aufgabe z..i_""imde, einen für die induktive Beheizung geeigneten Tiegel zu schallen. Bei einem Schmelztiegel ('er eingangs genannten Gattung sieht tue Erfindung als Lösung für diese Aufgabe vor. tlaß die plattenförmigen Segmente und ihre Basis aus elektrisch gut leitendem Material befehen und die von der Basis aus frei nach oben ragenden Segmente jeweils durch einen Luftspalt voneinander getrennt sind.

Wegen der hohen Leitfähigkeit der plattenförmigen Segmente und der Basis werden Wirbelstromverluste herabgesetzt und damit der Energiebedarf verringert. Die Trennung der plattenförmigen Segmente durch die zwischen ihnen befindlichen Luftspalte schließt galvanische Kurzschlüsse aus, in denen das elektrische Feld zusammenbricht und zu den gefürchteten kalten Bereichen im Schinelzgiit führen könnte.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Basis mein ere Bohrungen aufweist, die mit dem hohl ausgebildeten Inneiiraum jedes plattenförmigen Segmentes in Verbindung stehen, sowie eine zweite Gruppe von Bohrungen, die mit Rohren verbunden sind, die in den hohlen Innenraum jedes plattenförmigen Segmentes hineinfuhren und an deren oberen Enden atis-⁶" laufen. Mit dieser Konstruktion wird ein Kühlmittel in die von tier Basis abgelegenen Enden der plattenförmigen Segmente hineingeführt und an den mit der Basis verbundenen Enden abgeführt bzw. umgekehrt. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die Basis eine zentrische Gewiiuleholming zum Aufschrauben auf ein Gevviiulestück eines Ständers aufweist. In einer weiteren Abwandlung bildet der Ständer in der Unterseite der Basis einen Kühlwasserbehälter.

Schließlich sieht noch eine letzte Ausgestaltung vor, daß die primäre Induktionswicklung mindestens den Teil des Tiegels zwischen dessen offenem oberen Ende und der Basis umschließt.

Für den Tiegel geeignete Werkstolle sind Kupfer und Silber hoher Reinheit. Die Oberflächen des Tiegels können mit einem reflektierenden Metall überzogen sein. Dadurch werden Wärmeverluste aus dem Inneren des Tiegels verringert.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausfiihrungsform wird die Erfindung nun weiter erläutert. In der Zeichnung ist

F i g. 1 ein Längsschnitt durch den Tiegel und F i g. 2 eine schaubildliche Ansicht eines teilweise aufgeschnittenen Tiegels.

Der Tiegel besteht aus plattenförmigen Segmenten 1 mit Trapezquerschnitt, die durch Spalte 2 voneinander getrennt sind. Die plattenförmigen Segmente 1 werden durch Einschneiden der Spalte 2 in einen kompakten Kupferblock 3 mit KreisquTschnitt lind einem Durchmesser von etwa 55 mm erhalten. Im Kupferblock 3 ist eine Bohrung 4 mit einem Durchmesser von etwa 30 mm ausgebildet. Diese Bohrung 4 weist einen halbkugelförmigen Boden auf. Hierdurch wird der eigentliche Schmelztiegel gebildet. Die die Wand dieses Tiegels bildenden plattenförmigen Segmente 1 haben eine Dicke bzw. radiale Krstreckung von etwa 12," mm. Die radial außen liegenden Enden der plattenförmigen Segmente 1 liegen auf einer zylindrischen Oberfläche 5. Die radial innen liegenden Enden schließen eine schalenlörmige Innen-Oberfläche 6 ein. Im unteren Bereich des Kupferblocl.es 3 ist eine Bohrung 7 vorgesehen, deren Durchmesser etwas unter dem Durchmesser des Hohlraumes 4 liegt. Unmittelbar unter dem Boden des Hohlraumes 4 sind die plattenförmigen Semnente 1 nach innen gezogen und weisen radial nach innen gerichtete Vorsprünge ') auf. Diese Yorspiünge 9 umschließen eine Bohrung 8 mit einem Durchmesser von etwa 6,25 mm. Die Größe dieser Bohrung 8 ist nicht kritisch und wird durch die Breite der Spalte 2 bestimmt. Je schmaler die Spalte 2 sind, um so kleiner ist die Bohrung 8. Im Bereich der Vorsprünge 9 v>i;.; das hochfrec|uente Feld konzentriert.

Die plattenförmigen Segmente 1 sind in Laufrichtung durchbohrt. Jede Längsbohrung la isi üb.. eine in der Basis 4« ausgebildete Bohrung Kl ηυ, einer Kühlmiüelsammelleitung verbunden. In jede. Längsbohrung 1 η verläuft weiter ein Rohr 11, dadurch eine zweite in der Basis 4 α ausgebildete Bon rung 12 mit einer weiteren Kühlmittelsammelleitui! verbunden ist. Durch die eine KühlmiUelsamnu leitung wird das Kühlmittel zugeleitet, während ι durch die andere Kühlmittelsammelleitung abgelüh wird. Zentrisch in der Basis 4« befindet sich eine (k windebohrung 13. In diese Gewindebohrung 13 kai·,-. ein Gewindestuck 15 eines Ständers 17 eingesehr.ut ~ werden. Dieser Ständer 17 gehört zum Kühlmil'.e¹ system. Er weist Bohrungen 18 und 19 auf, die / einem Külilmittelvorratsbehälter führen. Weiter wei er Bohrungen 20 auf, die den Kühlmittelvorratsbel·.! ter mit den Bohrungen 12 verbinden.

Der Tiegel wird von einer Primärwicklung 14 um schlossen, die sich vom oberen Ende des Tiegels h etwas unterhalb der Bohrung 7 erstreckt. Innerhai dieser Primärwicklung 14 bildet jedes plattenförmig. Segment 1 den Kern eines Transformators. Über di. dadurch gebildeten Transformatoren wird dieEncrgi. induktiv von der Primärwicklung 14 auf das im Hohlraum 4 eingeschlossene Material übertragen. DL große Anzahl der plattenförmigen Segmente 1 (insgesamt 16) und die symmetrische Form des Tiegels ergeben eine stabile Schmelze.

Bei einer Leistung von 15 kW konnte mit diese:; Tiegel eine Charge \on 120g Platir in Luft vollständig erschmolzen werden. Ebenso konnte mit einer Hoehfrequen/leistung von 6 kW eine Charge \on M) g Lanthan in Vakuum erschmolzen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentiiisprüehe:

1. Induktiv beheizter Schmelztiegel, gebildet aus einen tiegelförmigen Hohlraum umschließenden und an ihren unteren En-'.en durch eine gemeinsame Basis gehaltenen, radial abgeordneten, plattenförmigen Segmenten, die unterhalb des Hohlraumes etwas nach innen vorspringen, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Segmente (1) und ihre Basis (Λα) aus elektrisch gut leitendem Material bestehen und die von der Basis aus frei nach oben rauenden Segmente jeweils du.ch einen Luftspalt (2) voneinander getrennt sind.

2. Tiegel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis(4(/) mehrere Bohrungen (10) aufweist, die mit dem hohl ausgebildeten Innenraum (1 a) jedes plattenförmigen Segmentes (1) in Verbindung stehen, sowie eine /weite Gruppe von Bohrungen (12), die mit Rohren (11) verbunden sind, die in den hohlen Innenraum jedes plattenförmigen Segmentes (L) hineinführen und an deren oberen Enden auslaufen.

3. Tiegel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (4 a) eine zentrische Gewindebulming (13) zum Aufschrauben auf ein Gewir.'.'cstück (15) eines Ständers (17) aufweist.

4. Tiegel nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Stander (17; in -ler Unterseite tier Basis (4«) einen Kühlvvasserbchülter bildet.

5. Tiegel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine primäre Induktionswicklung (14) mindestens den Teil des Tiegels zwischen dessen olTcncin oberen Ende und der Basis (4n) umschließt.