Hoclifrequenzinduktionsofen. Die Erfindung betrifft die Ausbildung der Primärwicklung für Ilochfrequenzinduktions- öfen. Für die Primärwicklung hat man bisher wassergekühlte Kupferrohre oder auch ver hältnismässig starke Kupferbänder verwendet. Bei derartigen Wicklungen macht sich aber der Einfluss des Skineffektes unangenehm be merkbar, indem die Ströme auf der Innen seite der Leiter zusammengedrängt werden, so dass der grösste Teil des Leiterquerschnittes für die Stromführung nicht ausgenutzt wird und der Wirkungsgrad des Ofens ein ver hältnismässig schlechter ist.
Tatsächlich ist es beispielsweise beim Schmelzen von Me tallen von der Leitfähigkeit etwa des Eisens noch nicht gelungen, den Wirkungsgrad über 70 /o zu steigern. Er würde noch schlechter werden, wenn anstatt einer Lage Windungen deren mehrere verwendet würden.
Gemäss der Erfindung wird dieser Nach teil dadurch vermieden, dass die Primärwick lung aus zwei oder mehr voneinander isolier- ten Lagen besteht, die von mindestens einem bandförmigen, mit der Flachseite der Ofen wand parallel gestellten Primärleiter von so geringer Dicke, dass die Wirkung des Skin- effektes vernachlässigt werden kann, gebildet werden, welcher oder welche Primärleiter so angeordnet sind, dass alle Einzelwindungen in bezug auf Widerstand, Impedanz und in duzierende Wirkung auf den Ofeneinsatz ein ander gleich sind.
In den Abbildungen sind mehrere Aus führungsbeispiele des Gegenstandes der Er findung mit mehrlagig angeordneten Bändern dargestellt. Abb. 1 zeigt in senkrechtem Schnitt einen Tiegel t, um den ein Leiter schraubenartig herumgelegt ist. Dieser Leiter kann gemäss den Abb. 2, 3 und 4, die im Grundriss den Leiter vor der Aufwicklung im Verhältnis zu Abb. 1 in bedeutend ver kürztem Massstabe zeigen, aus zwei, drei oder vier Lagen dünnen Kupferbandes bestehen.
Die Dicke dieser Einzelbänder ist nach der Lehre über den Skineffekt derart gewählt, dass der Wert
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nicht überschritten wird, wobei a die Leitfähigkeit in absoluten Einheiten und o die Periodenzahl bedeuten. Es wird somit der Querschnitt für die Strom leitung voll ausgenutzt; die Breite entspricht der für den Ofen jeweilig zu verwendenden Stromstärke. Die Dicke ist umgekehrt pro portional der Wurzel aus der Frequenz,- so dass diese bei einer Frequenz von 10000 nur 1/io der Leiterdicke bei. einer Frequenz von 100 sein würde. Für diese Werte der Fre quenz würden sich Dicken von 0,67 und von 6,7 inm ergeben.
Die den Leiter bildenden Kupferbänder a, <I>b</I> bezw. a, <I>b, c, d</I> sind parallel geschaltet, indem sie an den Enden zu den Stroman schlüssen zr, z2 vereinigt sind. Auf ihrer Länge sind sie gegeneinander isoliert, bei spielsweise durch einen Überzug mit Email; auch kann unter Anordnung geeigneter Ab standstücke eine Luftisolation vorgesehen sein. Schliesslich können zwischen die Bänder auch Streifen von Isoliermaterial eingelegt sein.
Die Bänder sind an einer oder mehreren Stellen derart gegeneinander verschränkt an geordnet, dass sie über ihre Länge alle in derselben Weise verschiedene Lagen einneh men. Gemäss Abb. 2 ist für die Bänder a und b eine Schränkungsstelle si vorgesehen, und es liegt jedes davon auf der einen Hälfte seiner Länge an der Innen- und für die an dere Hälfte auf der Aussenseite.
Gemäss Abb. 3 sind drei Leiter a, b, c vorgesehen, die an zwei Schränkungsstellen s2 einander derart kreuzen, dass jeder Leiter zu je 1/s seiner Länge auf der Innenseite, in der Mitte und an der Aussenseite der Wicklung liegt. Ge mäss Abb. 4 sind schliesslich vier Leiter a, <I>b,</I> e, <I>d</I> verwendet, die in drei Schränkungs- stellen ss derart einander kreuzen, dass jedes Band auf 1/4 der Gesamtlänge eine andere Lage in der Wicklung einnimmt.
Es sind also bei dieser Schränkungsanordnung die sämtlichen Teile der Einzelbänder in Reihe geschaltet, und es fliesst mithin der Strom in allen Lagen des Gesamtquerschnittes in derselben Weise.
In Abb. 5 ist schaubildlich ein Ausfüh rungsbeispiel für die Verschränkung si nach Abb. 2 dargestellt. Das Leiterband a ist durch eine Kröpfung in eine Parallelebene a' verlegt. Das bisher innere Leiterband b ist um eine unter 45o liegende Kante nach aufwärts gebogen und in einem Bogenstück v über die Kröpfungsstelle des Bandes a, <I>a'</I> hinweg geführt und schliesslich in der äussern Leiter ebene wiederum um eine schräge Kante ge bogen, so dass es in dieser Ebene b' weiter verläuft.
Bei den Ausführungsbeispielen nach den Abb. 3 und 4 werden zwei oder drei Ver bindungsstücke v benötigt. Nachdem der ganze Leiter mit seinen Verschränkungsstellen hergestellt ist und die Einzelbänder an den Enden vereinigt sind, wird die Wicklung gemäss Abb. 1 in die Zylinderform gebracht.
An Stelle der in den Abb. 2-4 angege benen Mindestzahlen von Verschränkungs- stellen kann auch eine grössere Anzahl von diesen angewendet werden. Auch kann die Zahl der einzelnen Leiterbänder noch ver mehrt werden. Schliesslich genügt für manche Zwecke auch die Verwendung eines einzelnen Bandes, wenn dieses in entsprechend vielen Lagen nach Art einer Spule aufgewunden ist und den angedeuteten Querschnitt besitzt, der dessen höchste Ausnutzung mit Bezug auf den Skineffekt für den Durchgang des Stromes aufweist.
In den Abb. 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem sämt liche Einzelleiter in Reihe geschaltet sind. Abb. 6 zeigt einen tiegelartigen Herd t schwach konischen Querschnittes, um den bandförmige Leiter in drei Windungen oder Ringen I, II, IH von je drei Lagen e, f, g herumgelegt sind.
Die einzelnen Bandwin dungen sind zwischen den Zuleitungen zi, z2, wie in Abb. 6 angedeutet, derart hinterein ander geschaltet, dass der Strom in dem obersten Ring I den äussern Leiter e, in dem darauffolgenden II den Mittelleiter f und in dem dritten Ring III den Innenleiter g durch- strömt. Von diesem gelangt er dann in den Innenleiter f und so fort, bis er schliesslich in der untern Windung III durch die An schlussleitung z2 die äussere Windungslage e wieder verlässt.
In Abb. 7 sind die Verbindungen der einzelnen Windungen für sich in vergrösser tem Massstab dargestellt. Diese sind wieder durch doppeltes Umklappen der Leitungs bänder hergestellt, die an den Übergangsstellen u hiermit einerseits in einem andern Ring, anderseits auch in eine andere Ebene gelan gen, während an den Verbindungsstellen v an den Aussenseiten des obersten und unter sten Ringes I bezw. HI nur ein Übergang in eine andere Windungslage stattfindet.
Die dargestellten Anordnungen ermög lichen, den Wirkungsgrad des Hochfrequenz- ofens auf etwa 90-95% zu erhöhen, sofern, abgesehen von der Wahl des geeigneten Querschnittes, die Anordnungen auch für rein zylindrische Tiegel derart getroffen sind, dass ohmscher Widerstand und Impedanz und gleichzeitig auch die induzierende Wirkung auf den Ofeneinsatz überall gleich sind.
Um einen feineren Ausgleich des Strom- verlaufes bei der Einwirkung auf den Sekun därkreis zu erlangen, können beliebige Pa rallel- und Reihenschaltungen der - bandför migen Einzelleiter gegebenenfalls unter gleich zeitiger Verwendung der Anordnung nach den Abb. 2-4 und nach Abb. 6 ausgeführt werden.
High frequency induction furnace. The invention relates to the design of the primary winding for pinhole frequency induction furnaces. So far, water-cooled copper pipes or relatively strong copper strips have been used for the primary winding. With such windings, however, the influence of the skin effect becomes unpleasantly noticeable in that the currents on the inside of the conductor are compressed so that most of the conductor cross-section is not used for the current conduction and the efficiency of the furnace is relatively poor.
In fact, when metals are melted, the conductivity of iron, for example, has not yet succeeded in increasing the efficiency to over 70 / o. It would be even worse if several turns were used instead of one layer.
According to the invention, this disadvantage is avoided in that the primary winding consists of two or more mutually insulated layers, which are made of at least one ribbon-shaped primary conductor, placed parallel to the flat side of the furnace wall, of such a small thickness that the effect of the skin - Effect can be neglected, which primary conductor or conductors are arranged in such a way that all individual windings are the same in terms of resistance, impedance and the reducing effect on the furnace insert.
In the figures, several exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown with multiple layers of ribbons. Fig. 1 shows in a vertical section a crucible t around which a conductor is wound like a screw. This conductor can according to Figs. 2, 3 and 4, which show the head in plan before winding in relation to Fig. 1 in a significantly shortened scale, consist of two, three or four layers of thin copper tape.
According to the teaching on the skin effect, the thickness of these individual bands is chosen such that the value
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is not exceeded, where a is the conductivity in absolute units and o is the number of periods. It is thus fully utilized the cross-section for the power line; the width corresponds to the amperage to be used in each case for the furnace. The thickness is inversely proportional to the square root of the frequency - so that at a frequency of 10,000 it is only 1 / io of the conductor thickness. a frequency of 100 would be. For these values of the frequency, thicknesses of 0.67 and 6.7 inches would result.
The copper strips a, <I> b </I> or. a, <I> b, c, d </I> are connected in parallel by being combined at the ends to form the current connections zr, z2. They are isolated from each other along their length, for example by a coating with enamel; air insulation can also be provided by arranging suitable stand pieces. Finally, strips of insulating material can also be inserted between the bands.
The bands are arranged so that they are interlaced against one another at one or more points that they all assume different positions over their length in the same way. According to Fig. 2, a twist point si is provided for the bands a and b, and each of them lies on one half of its length on the inside and the other half on the outside.
According to Fig. 3, three conductors a, b, c are provided which cross each other at two twisting points s2 in such a way that each conductor is 1 / s of its length on the inside, in the middle and on the outside of the winding. Finally, according to Fig. 4, four conductors a, <I> b, </I> e, <I> d </I> are used, which cross each other in three set points so that each band is 1/4 the total length takes a different position in the winding.
With this set arrangement, all parts of the individual belts are connected in series, and the current therefore flows in the same way in all layers of the overall cross-section.
In Fig. 5 an exemplary embodiment for the entanglement si according to Fig. 2 is shown graphically. The conductor strip a is laid in a parallel plane a 'by a crank. The hitherto inner conductor strip b is bent upwards around an edge below 45o and in a curved section v over the crank point of the strip a, <I> a '</I> and finally again around an inclined edge in the outer conductor level bent so that it continues in this plane b '.
In the embodiments according to FIGS. 3 and 4, two or three connecting pieces v are required. After the entire conductor with its interlocking points has been produced and the individual strips have been combined at the ends, the winding is brought into the cylindrical shape as shown in Fig.
Instead of the minimum number of entanglement points given in Fig. 2-4, a larger number of these can also be used. The number of individual conductor strips can also be increased. Finally, for some purposes the use of a single band is sufficient if it is wound in a corresponding number of layers in the manner of a coil and has the indicated cross-section, which has the highest utilization with regard to the skin effect for the passage of the current.
In Figs. 6 and 7 a further embodiment is shown in which all Liche individual conductors are connected in series. Fig. 6 shows a crucible-like hearth t with a slightly conical cross-section around which ribbon-shaped conductors are wrapped in three turns or rings I, II, IH of three layers e, f, g each.
The individual band windings are connected between the feed lines zi, z2, as indicated in Fig. 6, one behind the other in such a way that the current in the uppermost ring I the outer conductor e, in the next II the middle conductor f and in the third ring III the inner conductor g flows through. From this it then gets into the inner conductor f and so on until it finally leaves the outer turn layer e again in the lower turn III through the connection line z2.
In Fig. 7 the connections of the individual turns are shown on an enlarged scale. These are again made by folding over the line strips twice, which gelan conditions at the transition points u hereby on the one hand in another ring, on the other hand also in another plane, while at the connection points v on the outer sides of the top and bottom most ring I and I respectively. HI only a transition to another winding layer takes place.
The arrangements shown make it possible to increase the efficiency of the high-frequency furnace to about 90-95%, provided that, apart from the selection of the suitable cross-section, the arrangements for purely cylindrical crucibles are made in such a way that ohmic resistance and impedance and at the same time the inducing effect on the furnace insert is the same everywhere.
In order to achieve a finer balance of the current flow when it acts on the secondary circuit, any parallel or series connections of the - strip-shaped individual conductors can be implemented using the arrangement shown in Figs. 2-4 and Fig. 6 at the same time will.