EP0688145A2 - Magnetic yoke with supporting and insulating bodies - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a magnetic yoke for an induction crucible furnace with a rod-shaped laminated core suitable for guiding the magnetic flux generated by the furnace coil of the induction crucible furnace, which consists of a large number of individual, electrically insulated individual laminations, the laminated core on its main surface facing the furnace coil has triple-divided shape, such that a central region of the laminated core can be positioned very close to the furnace coil, while the distance between the edges of the individual laminations of the laminated core and the furnace coil increases in the two side regions of the laminated core adjacent to the central region, so that acute angles , sheet-free sectors are formed in the two edge regions of the yoke facing the furnace coil, parallel to the furnace axis, the laminated core on its three main surfaces not facing the furnace coil from one in the transverse direction C-shaped or U-shaped support body is bordered and each side wall of the support body is provided with a device for fastening an insulating body made of an electrically insulating and vibration-
- Such a magnetic yoke with supporting body and insulating body is known from DE 42 10 374 A1.
- a local induction of high specific power in the Edge areas of the magnetic yoke are prevented and the temperature distribution within the yoke is evened out.
- the magnetic yoke is pressed onto the furnace coil via the side walls of the supporting body and insulating body.
- the invention has for its object to provide a magnetic yoke with support body and insulating body of the type mentioned, which ensures a high damping of the vibrations produced during operation of the induction crucible furnace.
- the insulating body engages over the entire surface from one side wall of the supporting body to the other side wall, so that over this insulating body a full-surface contact of the magnetic yoke to the furnace coil both over the side walls of the supporting body and also via the laminated core.
- the advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the transmission of the vibrations emanating from the furnace coil and at least partially transmitted to the furnace body via the magnetic inferences is very strongly damped, since a full-surface pressing of the magnetic inferences onto the furnace coil both via the laminated core and also carried out over the side walls of the support body via insulating body made of a vibration-damping material. Due to the special shape of the insulating body, the entire surface pressure is ensured in spite of the sheet-free acute-angled sectors in the edge areas of the inference.
- this full-surface pressing of the yoke via an insulating body has the further advantageous effect that no metallic part comes into contact with the current-carrying furnace coil if the coil insulation fails and can therefore cause a short circuit. Furthermore, no dirt or metallic dusts can get between the laminated core and the furnace coil and possibly lead to a rollover there.
- the support body 4 is expediently designed as an extruded profile, preferably made of an aluminum alloy, which has the advantage of high electrical conductivity.
- the laminated core 5 consists of a large number of individual, electrically insulated individual laminations and has acute-angled sectors in both edge regions, in which the individual laminations of the laminated core have an increasing distance from the furnace coil 3.
- the width of the side walls of the support body 4 expediently corresponds to the width of a single sheet, so that the sectors are not restricted by the support body.
- the support body 4 has a plurality of individual longitudinal channels 6, 7, 8, so that the extruded profile in cross section represents a latticework with a large number of longitudinal cavities. This ensures great stiffness against bending and torsion at comparatively low material usage, low material weight and low material costs.
- individual longitudinal channels 8 are filled with a strongly vibration-damping material, for example a casting compound (casting resin mixed with fibers).
- Further longitudinal channels 6, 7 can be used as internal cooling channels for the circulation of a coolant, so that due to the large heat transfer surfaces there is a high heat dissipation for the magnetic field heat losses occurring during operation in the laminated cores.
- one, two, three or more longitudinal channels can be used as coolant channels. In this way it is ensured that the temperature of the laminated cores and the support body is kept within permissible limits.
- a coolant e.g. Serve domestic water.
- the magnetic yoke 1 is pressed against the furnace coil 3 via the frame of the furnace body, both via the active laminated core 5 and via the support body 4.
- insulating blocks 9, 10 engage in corresponding grooves on these end faces and are pressed against the furnace coil 3.
- the laminated core 5 presses against the furnace coil 3 or the coil insulation 2 via an insulating surface 11 extending from the insulating block 9 to the insulating block 10.
- Both the insulating blocks 9, 10 and the insulating surface 11 consist of an electrically insulating material with strong vibration-damping properties.
- the material eg casting compound
- both the two insulating blocks 9, 10 and the insulating surface 11 adapt to the shape of the furnace coil, so that a seamless pressing of the inference to the furnace coil 3 is ensured.
- That part of the rear wall of the supporting body 4 which comes into contact with the laminated core 5 has a straight central part, to which two side parts adjoin, each of which is designed as inclined surfaces with increasing distance from the furnace coil 3.
- the central part of the rear wall of the support body can also be cylindrical in accordance with the shape of the furnace coil.
- the bending of the laminated core near the side walls of the supporting body creates a relatively large exit area for the magnetic flux of the transverse field, which locally prevents excessive heating in the laminated core and supporting body due to the high flux concentration.
- the shielding effect of the support body 4 made of electrically conductive material prevents the flow in the shielded area from entering or exiting transversely to the longitudinal axis of the laminated core 5, so that corresponding additional losses are avoided.
- the insulating surface 11 not only extends over the straight central part of the laminated core, but also over the side parts forming inclined surfaces, it is ensured that the entire width of the laminated core presses against the furnace coil.
- the magnetic yoke 13 in turn consists of support body 4 and laminated core 5, longitudinal channels 6, 7 and 8 are provided in the support body 4, which serve to guide a cooling liquid or are filled with a strong vibration-damping material.
- the insulating body is, however, formed in one piece and consists of a single insulating block 12, which is in corresponding grooves in the end faces of the side walls of the supporting body 4 engages and engages both over these end faces and over the laminated core.
- the yoke 13 is pressed against the furnace coil 3 with coil insulation 2 over the entire surface.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Rückschluß für einen Induktionstiegelofen mit einem zur Führung des von der Ofenspule des Induktionstiegelofens erzeugten magnetischen Flusses geeigneten stabförmigen Blechpaket, das aus einer Vielzahl einzelner, elektrisch gegeneinander isolierter Einzelbleche besteht, wobei das Blechpaket an seiner der Ofenspule zugewandten Hauptoberfläche eine dreifach unterteilte Formgebung aufweist, dergestalt, daß ein Mittelbereich des Blechpaketes sehr nahe an der Ofenspule positionierbar ist, während der Abstand zwischen den Kanten der Einzelbleche des Blechpaketes und der Ofenspule in den beiden dem Mittelbereich benachbarten Seitenbereichen des Blechpakets zum Rand hin anwächst, so daß spitzwinklige, blechfreie Sektoren in den beiden zur Ofenspule gerichteten Randbereichen des Rückschlusses parallel zur Ofenachse gebildet werden, wobei das Blechpaket auf seinen drei nicht der Ofenspule zugewandten Hauptoberflächen von einem im Querschnitt C- oder U-förmigen Tragkörper eingefaßt ist und wobei jede Seitenwand des Tragkörpers mit einer Vorrichtung zur Befestigung eines Isolierkörpers aus einem elektrisch isolierenden und schwingungsdämpfenden Material versehen ist.The invention relates to a magnetic yoke for an induction crucible furnace with a rod-shaped laminated core suitable for guiding the magnetic flux generated by the furnace coil of the induction crucible furnace, which consists of a large number of individual, electrically insulated individual laminations, the laminated core on its main surface facing the furnace coil has triple-divided shape, such that a central region of the laminated core can be positioned very close to the furnace coil, while the distance between the edges of the individual laminations of the laminated core and the furnace coil increases in the two side regions of the laminated core adjacent to the central region, so that acute angles , sheet-free sectors are formed in the two edge regions of the yoke facing the furnace coil, parallel to the furnace axis, the laminated core on its three main surfaces not facing the furnace coil from one in the transverse direction C-shaped or U-shaped support body is bordered and each side wall of the support body is provided with a device for fastening an insulating body made of an electrically insulating and vibration-damping material.
Ein solcher magnetischer Rückschluß mit Tragkörper und Isolierkörper ist aus der DE 42 10 374 A1 bekannt. Infolge der spitzwinkligen, blechfreien Sektoren in den beiden zur Ofenspule gerichteten Randbereichen des Rückschlusses parallel zur Ofenachse wird eine lokale Induzierung hoher spezifischer Leistung in den Randbereichen des magnetischen Rückschlusses verhindert und die Temperaturverteilung innerhalb des Rückschlusses wird vergleichmäßigt. Die Anpressung des magnetischen Rückschlusses an die Ofenspule erfolgt über die Seitenwände des Tragkörpers und Isolierkörper.Such a magnetic yoke with supporting body and insulating body is known from DE 42 10 374 A1. As a result of the acute-angled, sheet-free sectors in the two edge areas of the yoke directed towards the furnace coil parallel to the furnace axis, a local induction of high specific power in the Edge areas of the magnetic yoke are prevented and the temperature distribution within the yoke is evened out. The magnetic yoke is pressed onto the furnace coil via the side walls of the supporting body and insulating body.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen magnetischen Rückschluß mit Tragkörper und Isolierkörper der eingangs genannten Art anzugeben, der eine hohe Dämpfung der während des Betriebes des Induktionstiegelofens produzierten Schwingungen gewährleistet.The invention has for its object to provide a magnetic yoke with support body and insulating body of the type mentioned, which ensures a high damping of the vibrations produced during operation of the induction crucible furnace.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Isolierkörper ganzflächig von einer Seitenwand des Tragkörpers zur anderen Seitenwand greift, so daß über diesen Isolierkörper eine ganzflächige Anpressung des magnetischen Rückschlusses an die Ofenspule sowohl über die Seitenwände des Tragkörpers als auch über das Blechpaket erfolgt.This object is achieved in connection with the features of the preamble according to the invention in that the insulating body engages over the entire surface from one side wall of the supporting body to the other side wall, so that over this insulating body a full-surface contact of the magnetic yoke to the furnace coil both over the side walls of the supporting body and also via the laminated core.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Übertragung der von der Ofenspule ausgehenden und zumindest teilweise über die magnetischen Rückschlüsse auf den Ofenkörper fortgeleiteten Schwingungen sehr stark gedämpft wird, da eine ganzflächige Anpressung der magnetischen Rückschlüsse an die Ofenspule sowohl über die Blechpakete als auch über die Seitenwände der Tragkörper über Isolierkörper aus einem schwingungsdämpfenden Material erfolgt. Aufgrund der speziellen Formgebung der Isolierkörper ist trotz der blechfreien spitzwinkligen Sektoren in den Randbereichen des Rückschlusses die ganzflächige Anpressung sichergestellt. Neben der Lärmminderung hat diese ganzflächige Anpressung des Rückschlusses über einen Isolierkörper den weiteren vorteilhaften Effekt, daß kein metallisches Teil mit der stromführenden Ofenspule bei Ausfall der Spulenisolation in Berührung kommen und somit einen Kurzschluß verursachen kann. Ferner können auch kein Schmutz oder metallische Stäube zwischen Blechpaket und Ofenspule gelangen und dort gegebenenfalls zum Überschlag führen.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the transmission of the vibrations emanating from the furnace coil and at least partially transmitted to the furnace body via the magnetic inferences is very strongly damped, since a full-surface pressing of the magnetic inferences onto the furnace coil both via the laminated core and also carried out over the side walls of the support body via insulating body made of a vibration-damping material. Due to the special shape of the insulating body, the entire surface pressure is ensured in spite of the sheet-free acute-angled sectors in the edge areas of the inference. In addition to noise reduction, this full-surface pressing of the yoke via an insulating body has the further advantageous effect that no metallic part comes into contact with the current-carrying furnace coil if the coil insulation fails and can therefore cause a short circuit. Furthermore, no dirt or metallic dusts can get between the laminated core and the furnace coil and possibly lead to a rollover there.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Dabei ist es gemäß einem Unteranspruch bezüglich der Schwingungsdämpfung besonders vorteilhaft, die nicht als Kühlkanäle dienenden Hohlräume des Tragkörpers mit einem stark schwingungsdämpfenden Material zu füllen, vorzugsweise mit einer Gießmasse auszugießen.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims. It is particularly advantageous in accordance with a subordinate claim with regard to vibration damping to fill the cavities of the supporting body which do not serve as cooling channels with a strong vibration-damping material, preferably to pour them out with a casting compound.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.The invention is explained below with reference to the embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:
- Fig. 1
- einen Schnitt durch einen magnetischen Rückschluß mit aus drei Teilstücken bestehendem Isolierkörper,
- Fig. 2
- einen Schnitt durch einen magnetischen Rückschluß mit einteiligem Isolierkörper.
- Fig. 1
- 2 shows a section through a magnetic yoke with an insulating body consisting of three sections,
- Fig. 2
- a section through a magnetic yoke with one-piece insulating body.
Zur Technologie des induktiven Schmelzens wird auf die DE 41 15 278 A1 und die DE 42 10 374 A1 hingewiesen.Regarding the technology of inductive melting, reference is made to DE 41 15 278 A1 and DE 42 10 374 A1.
In Fig. 1 ist ein Schnitt durch einen magnetischen Rückschluß mit aus drei Teilstücken bestehendem Isolierkörper dargestellt. Es ist zu erkennen, daß das aktive Blechpaket 5 von einem einstückigen Tragkörper 4 C- bzw. U-förmig eingefaßt ist (bestehend aus einer Rückwand mit zwei Seitenwänden). Der Tragkörper 4 ist zweckmäßig als Strangpreßprofil ausgebildet, und zwar vorzugsweise aus einer Aluminium-Legierung, was den Vorteil hoher elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Das Blechpaket 5 besteht aus einer Vielzahl einzelner, elektrisch gegeneinander isolierter Einzelbleche und weist spitzwinklige Sektoren in beiden Randbereichen auf, in denen die Einzelbleche des Blechpaketes einen zunehmenden Abstand von der Ofenspule 3 aufweisen. Zweckmäßig entspricht die Breite der Seitenwände des Tragkörpers 4 der Breite eines Einzelblechs, so daß die Sektoren auch nicht durch den Tragkörper eingeschränkt werden.1 shows a section through a magnetic yoke with an insulating body consisting of three sections. It can be seen that the active laminated
Der Tragkörper 4 weist mehrere einzelne Längskanäle 6, 7, 8 auf, so daß das Strangprofil im Querschnitt ein Gitterwerk mit einer hohen Zahl von Längshohlräumen darstellt. Dies gewährleistet eine große Steifigkeit gegen Biegung und Torsion bei vergleichsweise geringem Materialeinsatz, niedrigem Materialgewicht und geringen Materialkosten. Zur Dämpfung der Radialschwingungen, die von der Ofenspule 3 mit Spulenisolation 2 über die magnetischen Rückschlüsse 1 und den Rahmen zum Ofenkörper übertragen werden, sind einzelne Längskanäle 8 mit einem stark schwingungsdämpfenden Material, beispielsweise einer Gießmasse (Gießharz mit Fasern vermischt) gefüllt. Weitere Längskanäle 6, 7 können als interne Kühlkanäle zur Zirkulation eines Kühlmittels herangezogen werden, so daß sich infolge der großen Wärmeübergangsflächen eine hohe Wärmeableitfähigkeit für die während des Betriebes in den Blechpaketen entstehenden Magnetfeld-Wärmeverluste ergibt.The support body 4 has a plurality of individual
Je nach erforderlicher Wärmeübergangsfläche können ein, zwei, drei oder mehr Längskanäle als Kühlmittelkanäle verwendet werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Temperatur der Blechpakete und des Tragkörpers innerhalb zulässiger Grenzen gehalten wird. Als Kühlmittel kann z.B. Brauchwasser dienen. Der Einsatz separater Kühlvorrichtungen, die mit den Blechpaketen oder mit dem Tragkörper in direkten Wärmeleitungskontakt zu bringen sind, ist nicht erforderlich.Depending on the heat transfer area required, one, two, three or more longitudinal channels can be used as coolant channels. In this way it is ensured that the temperature of the laminated cores and the support body is kept within permissible limits. As a coolant e.g. Serve domestic water. The use of separate cooling devices, which are to be brought into direct thermal contact with the laminated cores or with the support body, is not necessary.
Die über den Rahmen des Ofenkörpers bewirkte Anpressung des magnetischen Rückschlusses 1 an die Ofenspule 3 erfolgt sowohl über das aktive Blechpaket 5, als auch über den Tragkörper 4. An den Stirnflächen der Seitenwände des Tragkörpers 4 greifen Isolierblöcke 9, 10 in entsprechenden Nuten an diesen Stirnflächen ein und werden gegen die Ofenspule 3 gepreßt. Das Blechpaket 5 preßt über eine von Isolierblock 9 zu Isolierblock 10 reichende Isolierfläche 11 gegen die Ofenspule 3 bzw. die Spulenisolation 2. Sowohl die Isolierblöcke 9, 10 als auch die Isolierfläche 11 bestehen aus einem elektrisch isolierendem Material mit stark schwingungsdämpfenden Eigenschaften. Um der Rißbildung vorzubeugen, kann das Material (z.B. Gießmasse) mit Fasern versehen sein. Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, passen sich sowohl die beiden Isolierblöcke 9, 10 als auch die Isolierfläche 11 der Formgebung der Ofenspule an, so daß eine lückenlose Anpressung des Rückschlusses an die Ofenspule 3 sichergestellt ist.The
Wie in Fig. 1 zu erkennen ist, weist der mit dem Blechpaket 5 in Kontakt tretende Teil der Rückwand des Tragkörpers 4 ein gerades Mittelteil auf, an das sich zwei Seitenteile anschließen, die jeweils als Schrägflächen mit zunehmender Distanz zur Ofenspule 3 ausgebildet sind. Somit bildet sich ein spitzer Winkel - von vorzugsweise 45° - zwischen den Seitenteilen der Rückwand und den Seitenwänden des Tragkörpers 4. Das Mittelteil der Rückwand des Tragkörpers kann auch entsprechend der Formgebung der Ofenspule zylinderförmig ausgebildet sein. Diese spezielle dreifach unterteilte Ausgestaltung der Rückwand des Tragkörpers vereinfacht und verbilligt die Herstellung des magnetischen Rückschlusses, denn die Einzelbleche des Blechpaketes können jeweils von gleicher Breite sein. Gleichzeitig wird die in der DE 42 10 374 A1 ausführlich dargestellte Optimierung des magnetischen Flusses erzielt. Durch die Abwinkelung des Blechpaketes nahe den Seitenwänden des Tragkörpers entsteht eine relativ große Austrittsfläche für den magnetischen Fluß des Querfeldes, was lokal übermäßige Erwärmungen im Blechpaket und Tragkörper infolge hoher Flußkonzentration vermeidet. Durch die Abschirmwirkung des aus elektrisch leitfähigem Material bestehenden Tragkörpers 4 wird verhindert, daß der Fluß im abgeschirmten Bereich quer zur Längsachse des Blechpaketes 5 ein- oder austritt, so daß entsprechende Zusatzverluste vermieden werden.As can be seen in FIG. 1, that part of the rear wall of the supporting body 4 which comes into contact with the laminated
Da die Isolierfläche 11 nicht nur über das gerade Mittelteil des Blechpakets greift, sondern auch über die Schrägflächen bildenden Seitenteile, ist sichergestellt, daß das Blechpaket in seiner gesamten Breite gegen die Ofenspule preßt.Since the
In Fig. 2 ist ein Schnitt durch einen magnetischen Rückschluß mit einteiligem Isolierkörper dargestellt. Der magnetische Rückschluß 13 besteht wiederum aus Tragkörper 4 und Blechpaket 5, wobei Längskanäle 6, 7 bzw. 8 im Tragkörper 4 vorgesehen sind, welche zur Führung einer Kühlflüssigkeit dienen bzw. mit einem stark schwingungsdämpfenden Material gefüllt sind. Im Unterschied zum aus drei Teilstücken bestehenden Isolierkörper der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Isolierkörper jedoch einteilig ausgebildet und besteht aus einem einzigen Isolierblock 12, der in entsprechende Nuten in den Stirnseiten der Seitenwände des Tragkörpers 4 eingreift und sowohl über diese Stirnseiten als auch über das Blechpaket greift. Die Anpressung des Rückschlusses 13 gegen die Ofenspule 3 mit Spulenisolation 2 erfolgt wie auch bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ganzflächig.2 shows a section through a magnetic yoke with a one-piece insulating body. The
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