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Dokumentenidentifikation DE4042469C2 15.09.1994
Titel Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne
Anmelder Fuji Electric Co., Ltd., Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Kawasaki, Michio, Kawasaki, Kanagawa, JP
Vertreter Grünecker, A., Dipl.-Ing.; Kinkeldey, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Stockmair, W., Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Ae.E. Cal Tech; Schumann, K., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat.; Jakob, P., Dipl.-Ing.; Bezold, G., Dipl.-Chem. Dr.rer.nat.; Meister, W., Dipl.-Ing.; Hilgers, H., Dipl.-Ing.; Meyer-Plath, H., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Ehnold, A., Dipl.-Ing.; Schuster, T., Dipl.-Phys.; Goldbach, K., Dipl.-Ing.Dr.-Ing.; Aufenanger, M., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 08.11.1990
DE-Aktenzeichen 4042469
File number of basic patent 40355527
Offenlegungstag 16.05.1991
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.09.1994
IPC-Hauptklasse B22D 41/01
IPC-Nebenklasse F27B 14/04   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne, das in eine Gußform gefüllt werden soll, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Wenn die Temperatur von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne, welches in eine Gußform gefüllt werden soll, soweit abfällt, daß die Fluidität des geschmolzenen Metalls unter der Grenze liegt, ab welcher korrektes Gießen möglich ist, kann das geschmolzenen Metall in der Gießpfanne zu einem Schmelzofen zurückgebracht werden, um wieder geschmolzen zu werden. Das erneute Schmelzen von abgekühltem oder in den festen Zustand übergegangenem Metall ist jedoch wegen der beträchtlichen Energieverluste unerwünscht.

Deshalb wurde eine Vorrichtung zur Wirbelstromerwärmung für Gießpfannen entwickelt, deren erste Spulenkerne an einer Gießpfanne angebracht sind, welche dazu geeignet ist, auf einem Tragetisch befestigt zu werden, an dem zweite Spulenkerne und eine Spule befestigt sind, um das geschmolzene Metall in der Gießpfanne zu jeder Zeit genügend flüssig zu halten. Eine derartige Vorrichtung ist im Stand der Technik aus JP 63-137521-A bekannt.

In Fig. 9 ist ein Schnitt der Vorrichtung nach dem Stand der Technik gezeigt. Eine Gießpfanne 1 umfaßt einen Metall-Schalenrumpf 2, der aus nichtmagnetischem Material wie z. B. rostfreiem Stahl hergestellt ist, und ein feuerfestes, wärmeisolierendes Material 3, das auf der Innenseite des Metallrumpfes 2 aufgetragen ist. Hängestangen 5sind mit Drehzapfen 4 verbunden, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Metallrumpfes 2 hervorstehen. Ein angetriebenes Rad 6 zum Schrägstellen der Gießpfanne ist an einem Drehzapfen 4 angebracht. Erste Spulenkerne 8a und 8b sind paarweise in Abständen von festgelegter Länge an dem äußeren Umfang 3a und dem äußeren Bodenbereich 3b des feuerfesten wärmeisolierenden Materials 3 angebracht. Zweite Spulenkerne 11 sind in Anzahl und gegenseitigem Abstand den ersten Spulenkernen 8a und 8b entsprechend auf einem auf einem Boden 9 fest angebrachten Tisch 10 befestigt, so daß die Gießpfanne 1 von oben her angebracht werden kann. Ein Tragelement 12, das in den Bodenbereich der Gießpfanne 1 eingreift, und ein Anschlag 13 zur radialen Positionierung der Gießpfanne 1 sind im Tisch 10 eingebaut, so daß die ersten Spulenkerne 8a und 8b paarweise den Polschuhen 11a und 11b, welche auf den gegenüberliegenden Seiten der zweiten Spulenkerne 11 vorgesehen sind, gegenüberstehen, wenn die Gießpfanne 1 auf den Tisch 10 gesetzt wird. Zudem ist um die zweiten Spulenkerne 11 eine Spule 14 gewickelt.

Wenn die Spule 14 mit Leistung versorgt wird, werden die zweiten Spulenkerne 11 angeregt, wodurch die ersten Spulenkerne 8a und 8b ein magnetisches Wechselfeld 16 im geschmolzenen Metall 15 in der Gießpfanne 1 erzeugen. Durch diese Wirbelstromerwärmung des geschmolzenen Metalls 15 bleibt dieses in einem für den Guß erwünschten flüssigen Zustand.

In der oben beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung sind die zweiten Spulenkerne 11 und die Spule 14, die die Heizleistung umsetzen, zusammen mit Stromkabeln und (nicht gezeigten) Kühlwasserleitungen auf der Seite des Tisches 10 befestigt. Dementsprechend hat die herkömmliche Vorrichtung den Vorteil, daß die Anordnung dieser auf dem Tisch befindlichen Elemente vereinfacht ist und die Gießpfanne 1, die das geschmolzene Metall 15 enthält, frei an Hängestangen 5 bewegt oder mit den Drehzapfen 4 geneigt werden kann.

Die L-förmige Ausführung der zweiten Spulenkerne 11 erschwert die Herstellung der zweiten Spulenkerne 11. Wenn die Höhe des Polschuhes 11b jedes zweiten Spulenkernes 11 und die Höhe des Anschlages 13 nicht genau eingestellt werden können, kann der Polschuh 11b mit einem ersten Spulenkern 8b im Bodenbereich 3b der Gießpfanne 1 zusammenstoßen, was zum Bruch führen kann, oder es kann der Spalt zwischen dem Polschuh 11b und dem ersten Spulenkern 8b zu groß werden. Im letzten Fall wird der magnetische Widerstand und der Energieverlust erhöht sowie das Umfeld der Gießpfanne ungewöhnlich aufgeheizt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall in einer Gießpfanne zu schaffen, bei der die Positionierung der Polschuhe an den Enden der entsprechenden Spulenkerne so genau ist, daß eine effektive Wirbelstromerwärmung des Gießpfanneninhalts gewährleistet und ein Arbeiten unter Vakuum ermöglicht ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung, deren Spulenkerne so ausgeführt sind, daß sie kostengünstig hergestellt werden können.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Neben- und Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugt er Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 eine Schnittzeichnung eines Teils einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2(a), (b) axiale Schnittzeichnungen, welche die Stellung der Gießpfanne und der zweiten Spulenkerne aus Fig. 1 zueinander darstellen;

Fig. 2(c), (d) radiale Schnittzeichnungen, welche die Stellung der Gießpfanne und der zweiten Spulenkerne aus Fig. 1 zueinander darstellen;

Fig. 3 einen perspektivischen Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform des in Fig. 1 gezeigten ersten Spulenkernes;

Fig. 4 Teilschnittzeichnungen unterschiedlicher Arten der Polschuh/Spulenkern-Anordnungen, die in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden können;

Fig. 5 eine ähnliche Schnittzeichnung einer weiteren Polschuh/Spulenkern-Anordnung;

Fig. 6 eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform eines Vakuumbehälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 7 eine Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform eines Vakuumbehälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 8 eine Schnittzeichnung einer weiteren Ausführungsform eines Vakuumbehälters für die erfindungsgemäße Vorrichtung; und

Fig. 9 eine Schnittzeichnung einer herkömmlichen Vorrichtung.

Soweit möglich werden in der nun folgenden Beschreibung in den Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Bauteile zu bezeichnen.

In Fig. 1 besteht die Gießpfanne 1 aus dem Metallrumpf 2 und einem feuerfesten, wärmeisolierenden Material 3. Das feuerfeste, wärmeisolierende Material 3 besitzt einen Bodenbereich 3b und einen Zylinderbereich 3a. Die Gießpfanne 1 wird über Hängestangen und diese stützende Drehzapfen in der Weise bewegt und geneigt, wie oben mit Bezug auf Fig. 17 beschrieben wurde. Die jeweiligen Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten an der Gießpfanne 1 befestigten Spulenkerne sind so angeordnet, daß sie im Zylinderbereich 3a in radialer Richtung einander gegenüberliegen. Ein zweiter Spulenkern 11y mit magnetischen Polen 11a und 11x, die entsprechend in radialer Richtung gegenüber den Polen 8a und 8x angeordnet sind, hat im wesentlichen die Gestalt eines verlängerten C. Der zweite Spulenkern 11y ist mit einer Heizspule 14 versehen und auf einem (nicht gezeigten) Tisch befestigt. Die Drehzapfen, die Hängestangen und der (nicht gezeigte) Tisch sind wie bei der herkömmlichen Vorrichtung angeordnet.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau sind die Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten Spulenkerne im Zylinderbereich 3a der Gießpfanne 1 befestigt. Dementsprechend stehen die Pole 8a und 8x eines jeden Paares der ersten Spulenkerne den zweiten Spulenkernen 11y in radialer Richtung, durch einen Spalt getrennt, gegenüber. Wenn nun die Gießpfanne 1 gesenkt wird, um auf dem Tisch aufzusetzen, stellen diese Pole für die relative Positionierung in vertikaler oder axialer Richtung kein Hindernis dar. Dadurch wird sowohl das Zusammenstoßen der magnetischen Pole 11a und 11x als auch eine übermäßige Vergrößerung des Spaltes verhindert. Aufgrund der Gestalt der zweiten Spulenkerne 11y, die der eines verlängerten C ähnelt, springen die Polschuhe 11a und 11x auf gegenüberliegenden Seiten in radialer Richtung leicht vor. Das heißt, daß die Form des zweiten Spulenkerns dahingehend vereinfacht ist, daß die eine aufwendige Herstellung erfordernde L-Form der herkömmlichen Bauart vermieden wird. Der Metallrumpf 2 kann mit mehreren isolierenden Platten ummantelt werden, um dadurch ein Aufheizen durch einen umlaufenden Strom zu vermeiden.

Die ersten Spulenkerne können paarweise vertikal angeordnet werden, wobei dann die Spule um die Gießpfanne gewunden wird. Alternativ dazu können die ersten Spulenkerne paarweise im Kreis angeordnet werden, wobei dann die Spule um die zweiten Spulenkerne gewickelt wird.

Die relative Stellung der ersten zu den zweiten Spulenkernen in der Vorrichtung der Fig. 1 ist in den Fig. 2(a) bis 2(d) gezeigt. In Fig. 2(a) sind die ersten Spulenkerne 8a und 8x bezüglich des zweiten Spulenkernes 11y nach unten versetzt. In Fig. 2(b) sind die ersten Spulenkerne 8a und 8x bezüglich des zweiten Spulenkernes 11y nach oben versetzt. Folglich fließt ein Teil des magnetischen Flusses in die Bereiche des Metallrumpfes 2, die mit dem Zeichen X markiert sind und überhitzt diese. In Fig. 2(c) sind die ersten Spulenkerne um den Winkel R gegenüber den zweiten Spulenkernen 11y versetzt, so daß das gleiche Phänomen in den Bereichen, die mit dem Zeichen X versehen sind, in radialer Richtung auftritt. In Fig. 2(d) sind die ersten Spulenkerne 8a und 8x um den Winkel δ gegenüber den zweiten Spulenkernen 11y versetzt, so daß sich der magnetische Widerstand auf der Seite des größeren Spaltes vergrößert. Dies hat die Überhitzung der Seite mit dem größeren Spalt zur Folge, da sich der Metallrumpf 2 aufgrund des Leckstromes erhitzt. Die andere Seite kann dagegen durch das rein mechanische Aufeinandertreffen beschädigt werden. Um die gerade beschriebenen Nachteile zu vermeiden, werden im folgenden einige Ausführungsformen der Erfindung erläutert.

In Fig. 3 ist der erste Spulenkern 8a im Metallrumpf 2 der Gießpfanne 1 in axialer und tangentialer Richtung größer als die Polschuhe 11a, die sich den ersten Spulenkernen 8a gegenüber befinden. Wenn sie sich genau gegenüber befinden, wird eine Streuung des magnetischen Flusses in den Metallrumpf 2 verringert und damit eine Überhitzung des Metallrumpfes vermieden. Dieselbe Auswirkung kann sogar dann erreicht werden, wenn die relativen Stellungen der Pole zueinander im wesentlichen nicht ausgerichtet sind. Vorzugsweise nimmt das Verhältnis von A zu a und das Verhältnis von B zu b einen Wert zwischen ungefähr 1,3 und ungefähr 2,0 an. Die Größe des unteren ersten Spulenkernes 8x kann in gleicher Weise wie oben festgelegt werden.

In Fig. 4 sind zwei unterschiedliche Formen von Polschuh/Spulenkern-Anordnungen dargestellt. Wenn der Spalt zwischen dem Magnetpol 62a und dem ersten Spulenkern 63a kreisbogenförmig gestaltet ist, wobei der Mittelpunkt auf der Achse der Gießpfanne liegt, ergeben sich im Vergleich zu derjenigen Ausführungsform, in der sich der Spalt zwischen dem Polschuh 11a und dem ersten Spulenkern 8a in tangentialer Richtung ergibt, die folgenden Vorteile: Der Abstand zwischen der Spule 14 und dem Metallrumpf 2 kann verringert werden, so daß der Wirkungsgrad der Wirbelstromheizung verbessert wird; daraus ergibt sich nicht nur eine kompaktere Bauweise der Vorrichtung, sondern es werden auch Beschädigungen, die durch eine Drehbewegung hervorgerufen würden, verhindert.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Polschuh/Spulenkern-Anordnung von Fig. 4. In Fig. 5 hat der Spalt die Form eines angenäherten Kreisbogens mit Stufen. Dadurch kann die Herstellung des Polschuhes 64a und des Spulenkernes 65a vereinfacht werden, wobei die oben beschriebenen Vorteile allerdings nur mehr in vermindertem Umfang zum Tragen kommen.

In den Fig. 4 bis 8 sind Ausführungsformen gezeigt, in denen sich die Gießpfanne in einem Vakuumbehälter befindet und einer metallurgischen Behandlung wie z. B. einer Vakuum-Entgasungsbehandlung unterzogen wird. In Fig. 4 befindet sich nicht nur die Gießpfanne, sondern auch der zweite Spulenkern 11y mit der Spule 14 in einem Vakuumbehälter 67 mit einem Deckel 66. In Fig. 7 befindet sich der zweite Spulenkern 11y mit der Spule 14 außerhalb des Vakuumbehälters 68 um die Spule 14 in der Luft frei von Glimmentladungen zu halten, welche im Vakuum erzeugt werden. Somit kann eine Hochspannung verwendet werden, ohne daß eine aufwendige elektrische Schaltung nötig wäre.

Der Vakuumbehälter 69 in Fig. 8 ist speziell geformt und dient zugleich als Metallrumpf der Gießpfanne. Abdeckungen 70a und 70x aus nichtmagnetischem Material dienen dazu, die ersten Spulenkerne im Vakuum zu halten. Sie werden durch Schweißen oder eine ähnliche Technik über den aus dem Behälter 69 hervorstehenden ersten Spulenkernen 8a und 8x angebracht.

Die vorausgehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung soll die Erfindung durch die genauen Angaben nicht einschränken. Abänderungen und Variationen sind im Sinne der obigen Beschreibung möglich oder können sich durch die praktische Anwendung ergeben. Die Ausführungsformen wurden so gewählt und beschrieben, daß die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Durchführung jeden Fachmann in die Lage versetzt, dies auf verschiedene Art und Weise zu tun und verschiedene Abänderungen der jeweiligen Anforderung entsprechend auszuführen. Der Rahmen der Erfindung soll durch den Umfang der folgenden Ansprüche festgelegt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall, mit einer Gießpfanne (1) für die Aufnahme des geschmolzenen Metalls, die mit einem feuerfesten, wärmeisolierenden Material (3) versehen ist;

    paarweise angeordneten ersten Spulenkernen (8a, 8x), die an der Außenseite des feuerfesten, wärmeisolierenden Materials (3) der Gießpfanne (1) befestigt sind;

    einem Tisch (10), auf dem die Gießpfanne (1) angebracht werden kann;

    zweiten Spulenkernen (11y), die auf diesem Tisch (10) befestigt sind und an ihren beiden jeweils gegenüberliegenden Enden Polschuhe (11a, 11x) besitzen, so daß sich diese den ersten Spulenkernen (8a, 8x) gegenüber befinden); und

    einer Spule (14) zur Erregung der zweiten Spulenkerne (11y);

    dadurch gekennzeichnet, daß

    die Polschuhe (11a, 11x) und die Paare erster Spulenkerne (8a, 8x) derart angeordnet sind, daß sie sich an der äußeren Umfangsfläche der Gießpfanne (1) in radialer Richtung einander gegenüberstehen und

    daß ein Vakuumbehälter (67, 68, 69) vorgesehen ist, der eine Abdeckung (66) aufweist, die zur Aufnahme der Gießpfanne (1) geöffnet und anschließend wieder geschlossen werden kann.
  2. 2. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Spulenkerne (11y) zusammen mit der Spule (14) in den Vakuumbehälter (67) aufgenommen werden können.
  3. 3. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Spulenkerne (11y) zusammen mit der Spule (14) außerhalb des Vakuumbehälters (68) befinden.
  4. 4. Vorrichtung zum Erhitzen von geschmolzenem Metall gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vakuumbehälter (69) als Metallrumpf dient, der eine äußeren Block der Gießpfanne (1) bildet.






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