[0001] Die Erfindung betrifft eine aus mehreren unabhängig voneinander beaufschlagbaren,
koaxial übereinander angeordneten Spulenabschnitten bestehende Induktionsspule für
Induktionstiegelöfen.
[0002] Tiegelöfen mit mehreren Spulenabschnitten sind beispielsweise aus der DE-AS 1 037
613 bekannt. Die aus Kupfer- oder Aluminium-Profil bestehenden Spulenabschnitte können
unabhängig voneinander beaufschlagt werden, wodurch die Wärmeenergie nur auf bestimmte
Tiegelzonen begrenzt dem Einsatzgut zugeführt werden kann. Während des Betriebes des
Ofens sind sowohl jeder beaufschlagte als auch jeder nicht eingeschaltete Spulenabschnitt
mittels Wasser gekühlt, das durch einen im Spulenprofil befindlichen Kühlkanal hindurchgeleitet
wird. Auf diese Weise wird die Tiegelaußenwand über die gesamte Spulenhöhe in etwa
gleichmäßig gekühlt.
[0003] So ist es z.B. möglich, beim Anfahren des Induktionstiegelofens lediglich den unteren
Spulenabschnitt bzw. die unteren Spulenabschnitte einzuschalten. Entsprechend dem
Ansteigen des Schmelzbadspiegels kann sodann der nächst höhere Spulenabschnitt eingeschaltet
werden, so daß die Energie jeweils in Nähe des Badspiegels in die Schmelze induziert
wird. Dadurch erhält man jeweils an der Badoberfläche eine intensive Badbewegung,
die besonders beim Einschmelzen von kleinstückigem Material und für das Aufkohlen
von Schmelzen erwünscht ist. Darüberhinaus ist eine optimale Leistungsausnutzung des
Ofens gewährleistet.
[0004] Andererseits ist es bei einem Induktionsofen mit mehreren getrennt beaufschlagbaren
Spulenabschnitten möglich, die Badoberfläche relativ ruhig zu halten, während im
unteren Schmelzbadbereich eine intensive Badbewegung erzeugt wird. In einem solchen
Falle wird der obere Spulenabschnitt bzw. werden die oberen Spulenabschnitte nicht
beaufschlagt.
[0005] Diese an sich vorteilhafte Betriebsweise von Induktonstiegelöfen mit getrennt voneinander
beaufschlagbaren Spulenabschnitten hat jedoch den Nachteil eines relativ hohen Stromverbrauches
sowohl bei Netzfrequenz- als auch bei Mittelfrequenz-Anschluß der Spulenabschnitte.
[0006] Der Grund dafür besteht bei den bisher praktisch ohne Zwischenraum koaxial übereinander
angeordneten Spulenabschnitten darin, daß der jeweils ausgeschaltete Spulenabschnitt
teilweise im elektrischen Hauptfeld des benachbarten beaufschlagten Spulenabschnittes
liegt und somit aufgeheizt wird, wenn nicht die induzierte Wärmeenergie durch das
Kühlwasser abgeführt wird.
[0007] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, den Stromverbrauch bei den eingangs
genannten Induktionstiegelöfen zu senken und damit den Gesamtwirkungsgrad der Öfen
zu verbessern.
[0008] Das wird erfindungsgemäß mit einer Induktionsspule der eingangs erwähnten Art dadurch
gelöst, daß die Spulenabschnitte mit Abstand voneinander angeordnet sind und außen
von Magnetjochen umgeben sind und daß sich in dem Zwischenraum bzw. in den Zwischenräumen
zwischen den Spulenabschnitten jeweils wenigstens eine Kühlspule aus unmagnetischem
Stahl befindet.
[0009] Unter dem Begriff "Kühlspule" ist ein nicht an das Stromnetz anschließbarer Spulenabschnitt
zu verstehen, dessen Windungen aus einem an ein Kühlwassernetz angeschlossenen Hohlprofil
aus unmagnetischem Stahl bestehen. Es ist allgemein bekannt, solche Kühlspulen oberhalb
und unterhalb der Induktionsspule anzuordnen, um die nicht von der Induktionsspule
bedeckten oberen und unteren Tiegelseitenwandteile ausreichend kühlen zu können und
damit Wärmespannungsrissen in der Tiegelauskleidung vorzubeugen.
[0010] Die erfindungsgemäße Induktionsspule kann ferner so ausgebildet sein, daß daß jede
Kühlspule aus mehreren Windungen besteht und eine Höhe von 100 bis 250 mm hat.
[0011] Durch die erfindungsgemäße Induktionsspule kann eine Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades
bis zu 8% erreicht werden, wenn die Teilspulen mit Netzfrequenz betrieben werden.
Bei Mittelfrequenzanschluß wird eine noch höhere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades
erreicht.
[0012] An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Neuerung näher erläutert. Es zeigt:
Fig.1 einen vertikalen Schnitt durch einen Induktionstiegelofen mit zwei unabhängig
voneinander beaufschlagbaren Spulenabschnitten und
Fig.2 einen solchen Ofen mit drei unabhängig voneinader beaufschlagbaren Spulenabschnitten.
[0013] In Fig. 1 ist der Ofentiegel aus keramischer Stampfmasse mit 1 bezeichnet. Dieser
wird in seinem unteren Teil von dem unteren Spulenabschnitt 2 und in seinem oberen
Teil von dem oberen Spulenabschnitt 3 umgeben. Beide Spulenabschnitte 2 und 3 können
unabhängig voneinander an ein geeignetes Stromnetz angeschlossen werden. Über in
der Zeichnung nicht dargestellte Anschlüsse sind beide Spulenabschnitte 2,3 mit einem
Kühlwassernetz verbunden.
[0014] Der untere Spulenabschnitt 2 und der obere Spulenabschnitt 3 sind im Abstand voneinander
angeordnet. In dem dadurch entstehenden Zwischenraum befindet sich eine Kühlspule
4 mit mehreren Kühlwindungen aus unmagnetischem Stahlhohlprofil. Die Kühlspule 4 ist
ebenfalls an ein Kühlwassernetz anschließbar. Sie wird jedoch nicht an ein Stromnetz
angeschlossen.
[0015] Die Spulenabschnitte 2,3 sowie die Kühlspule 4 sind außen von senkrecht angeordneten
magnetischen Jochen 5 zur Rückführung des elektrischen Feldes der aus den Spulenabschnitten
2,3 bestehenden Induktionsspule umgeben.
[0016] Bei dem in Fig. 2 dargestellten Induktionstiegelofen umgeben den Tiegel 1 drei unabhängig
voneinander beaufschlagbare Spulenabschnitte 6,7,8 sowie zwei Kühlspulen 9,10. Auch
bei diesem Ausführungsbeispiel sind Joche 5 vorhanden.
[0017] Der Abstand zwischen den unabhängig voneinander beaufschlagbaren Spulenabschnitten
2,3,6,7,8 bzw. die Höhe der Kühlspulen 4,9,10 beträgt je nach Wahl der Frequenz sowie
anderer Faktoren 100 bis 250 mm. Damit liegen die unabhängig voneinander beaufschlagbaren
und aus Kupfer oder Aluminium herge stellten Spulenabschnitte außerhalb des elektrischen
Hauptfeldes der jeweils benachbarten Spulenabschnitte. Da die Kühlspulen 4,9,10 aus
unmagnetischem Stahl bestehen, wird in diesen keine bzw. kaum Wärmeenergie aus dem
elektrischen Feld der Spulenabschnitte induziert.
1. Aus mehreren unabhängig voneinander beaufschlagbaren, koaxial übereinader angeordneten
Spulenabschnitten bestehende Induktionsspule für Induktionstiegelöfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenabschnitte (2,3,6,7,8) mit Abstand voneinander angeordnet sind und
außen von Magnetjochen (5) umgeben sind und daß sich in dem Zwischenraum bzw. in den
Zwischenräumen zwischen den Spulenabschnitten jeweils wenigstens eine Kühlspule (4,9,10)
aus unmagnetischem Stahl befindet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühlspule (4,9,10)
aus mehreren Windungen besteht und eine Höhe von 100 bis 250 mm hat.