Lexikon

Kühlwassermengen werden im Wesentlichen von der elektrischen Leistung bestimmt. Als Erfahrungswert gilt: ca. 27 % der Ofenleistung gehen als Verlustwärme von Spule und Tiegelwand ins Kühlwasser, ohne Umrichterverluste.^[1]
Bei einem 5 t-Ofen mit 250 Hz und 3.000 kW sind das 810 kW oder 696.600 kcal/h, die mit einer Temperaturdifferenz von 27 K abzuführen sind. Es ergibt sich hierbei eine Kühlwassermenge von 25,8 m3/h (25.800 l/h). (Menge der kcal/h geteilt durch die Temperaturdifferenz ergibt die Liter/h).

Quellen

1. Herbert H. Netzel: Induktionsofenhandbuch. 3. Auflage, Eigenverlag IES, Witten 2003, S. 118. Erfahrungswert, keine Herstellerangabe. Das Handbuch nennt auf derselben Seite zusätzlich einen Überschlagswert von 35 % ohne Umfangsangabe und im Abschnitt Wärmerückgewinnung (S. 222) 900 kW für denselben Beispielofen. Wir übernehmen die einzige Angabe mit genanntem Umfang (Spule und Tiegelwand) und vereinheitlichen darauf.

Kühlwasserschlauch für Induktionsofenanlagen wird aus kohlenstoffarmen Gummilegierungen mit Textileinlagen hergestellt. Die Firma Lippmann vertreibt einen Typ unter dem Handelsnamen Protector. ABB hat einen Schlauch entwickeln lassen, der unter der Bezeichnung, ABB INDUCTION FURNACE, vertrieben wird.

Kühlwasserüberwachungen werden in den Energieversorgungsanlagen von Induktionsöfen und an den Induktionsöfen eingesetzt. Es werden die Kühlwassermengen und die Kühlwassertemperaturen in den Rückläufen überwacht. Bei Umrichteranlagen darf die max. Vorlauftemperatur 34°C nicht überschreiten und die Rücklauftemperatur sollte 40°C max. betragen. Die max. Rücklauftemperatur der Induktionsöfen soll 72°C, wegen der Kalkausfällung, nicht überschreiten. Früher wurden mechanische Strömungsschalter, die mit Gegengewichten arbeiteten, eingesetzt. Seit dem Einzug der Elektronik werden mehr und mehr elektronische Geräte eingesetzt, die sich im Prinzip auch bewährt gaben. Es kommt aber auch des öfteren vor, das diese Geräte einen Durchfluss anzeigen, aber die ermittelte Menge nicht dem tatsächlichem Durchfluss entsprechen. Insbesondere in den Kühlwasserkreisen, mit hohen elektrischen Strömen, kann die Anzeige nach kurzer Zeit ausfallen.

Kupolofen ist ein Gießereischachtofen zum Schmelzen von Gusseisen. Der metallische Einsatz (Roheisen, Schrott und Kreislauf) wird unter Zugabe von schlackenbildenden Zuschlagstoffen, Kalkstein und Koks als Energieträger geschmolzen. Die Verbrennungsluft (Wind genannt) wird von einem Gebläse verdichtet und über Düsen in den Ofenschacht geblasen. Man unterscheidet Kaltwind- und Heißwindkupolöfen je nachdem, ob die zugeführte Verbrennungsluft kalt oder aufgeheizt ist.

Ein Kupolofen ist ein senkrecht stehender Schachtofen, der in der Gießereiindustrie hauptsächlich für das Einschmelzen von Gusseisen eingesetzt wird.

Aufbau und Funktionsweise eines Kupolofens

Ein Kupolofen besteht typischerweise aus einer zylindrischen Schachtkonstruktion, die mit feuerfestem Material ausgekleidet ist. Er besitzt einen unteren Brennraum, eine Windzufuhr zur Versorgung mit Luft und eine seitliche Öffnung zum Austrag des geschmolzenen Eisens. Bei Betrieb wird der Ofen abwechselnd mit Schichten von Metall und Koks beladen. Der Schmelzvorgang erfolgt durch die Verbrennung von Koks mit zugeführter Luft, wodurch das eingefüllte Eisen zum Schmelzen gebracht wird.

Vorteile des Kupolofens in der Gießereiindustrie

Der Einsatz von Kupolöfen hat sich in der Gießereiindustrie aufgrund zahlreicher Vorteile durchgesetzt. Zu diesen zählen insbesondere der vergleichsweise geringe Investitionsaufwand, die einfache Bauweise sowie ihre Fähigkeit, große Mengen Eisen in kontinuierlicher Weise einzuschmelzen. Durch den effizienten Verbrennungsprozess lassen sich hohe Einschmelzgeschwindigkeiten erzielen, bei gleichzeitig vergleichsweise günstigen Betriebskosten.

Anwendungsgebiete und Zukunftsaussichten

Kupolöfen werden hauptsächlich in Gießereien eingesetzt, die Grauguss und duktiles Gusseisen herstellen. Typische Produkte sind Motorblöcke, Getriebegehäuse oder Kanalteile aus Gusseisen. Trotz steigender Umweltanforderungen und der Verbreitung elektrischer Schmelztechnologien spielen Kupolöfen aufgrund ihrer wirtschaftlichen und technischen Vorteile weiterhin eine wichtige Rolle. Jedoch stehen Anpassungen hinsichtlich verbesserter Umweltverträglichkeit, etwa durch Abgasreinigungssysteme, zunehmend im Fokus der Weiterentwicklung dieser bewährten Technik.

Kurzspulöfen gibt es in zwei recht unterschiedlichen Ausführungen. Bei der Ausführung A wird ein „Unterofen mit integrierter niedriger Induktionsspule“ mittels eines Flansches unter einen „zylindrischen Oberofen“ ohne Kühleinrichtungen geflanscht. Die Eisenpakete sind nur im Bereich der Ofenspule. Bei der Ausführung B handelt es sich um einen Tiegelofen mit einer niedrigen Induktionsspule und einer direkt in Spulenverlängerung aufgebauten Kühlspule, die aus V2A-Material hergestellt wird. Die Eisenpakete sind im Bereich der Spule mit Elektroblech versehen, im Kühlspulenbereich dienen nur die verlängerten Seitenbleche mit eingeschweißten Brücken zur Stützung der Kühlspule gegen den Ofenkörper. Die Verluste liegen bei Typ B, wegen der durch die Kühlspule verlängerten Spule, ca. 15 % niedriger als bei Typ A.

Legieren ist das Einbringen von Legierungsbestandteilen in eine Metallschmelze, zur Herstellung einer Legierung oder zur Korrektur einer bereits vorhandenen Legierung.

Legierung ist ein metallischer Werkstoff, der aus mindestens 2 Elementen besteht und durch Legieren im flüssigen Zustand hergestellt worden ist.

Lehm ist ein sandhaltiger, meist mit Eisenoxiden durchsetzter Ton.

Leistung ist in der Elektrotechnik das Produkt aus Spannung und Strom. Bei Gleichstrom gilt P = U · I mit der Einheit Watt (W).^[1] Bei Wechselstrom ist U · I die Scheinleistung S mit der Einheit Voltampere (VA); die Wirkleistung beträgt P = U · I · cos φ und wird in Watt angegeben.^[2]

Quellen

1. Herbert H. Netzel: Induktionsofenhandbuch. 3. Auflage, Eigenverlag IES, Witten 2003, S. 133.
2. H. Haase, H. Garbe: Formelsammlung Grundlagen der Elektrotechnik. Leibniz Universität Hannover, Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Messtechnik, 7. Auflage 2024, S. 44 (Abschnitte 7.10.2–7.10.3). Abgerufen am 27.08.2026.

Leistungssteigerung von vorhandenen Anlagen bei Mittelfrequenz oder Netzfrequenz sind in dem Bereich bis 10 % möglich, Grundvoraussetzung ist aber die ausreichend dimensionierte Wasserrückkühlanlage. Durch die Veränderung der Spannung an der Spule um 5 % ergibt sich bei gleicher Frequenz eine Leistungssteigerung um ca. 10 %. Die meisten Trafos haben +/– Anzapfungen. Kondensatoren sind ca. + 5 % spannungsfest. Eine Verringerung der Frequenz um ca. 8 % bei gleicher Spannung ergibt eine Leistungssteigerung um ca. 10 %. Bei gleichbleibenden Frequenzen und Spulenspannungen sind Leistungssteigerungen durch Änderungen der Windungszahl möglich.
Bei einer Netzfrequenz hat z. B. die Induktionsspule eine Windungszahl von 25 Windungen und eine Länge/Höhe von ca. 1000 mm. Wird nun die Windungszahl bei gleicher Spulenlänge /-höhe um 1 Windung auf 24 Windungen verringert, so erhöht sich die elektrische Leistung um ca. 8 %. Falls der Spulenaufbau sich auch in der Länge verringert, so erhöht sich die Leistung um ca. 4 %.
Die totale Wandstärke von der Neuzustellung bis zu dem Spulendurchmesser am Kupfer ergibt die Ankopplung. Wenn die Wandstärke

eines Induktionsofens sich um 1 mm verringert, so ergibt sich eine Leistungssteigerung von ca. 0,8 %, bei gleicher Frequenz und Spannung. Bei einer Durchmesservergrößerung von 10 mm ergibt sich somit eine Leistungssteigerung von ca. 4 %.
Bei Netzfrequenzanlagen kann auch durch eine Überkompensation durch die Kondensatorbatterie und die damit verbundene kapazitive Spannungstransformation eine Leistungssteigerung von bis zu 10 % möglich sein.