Lexikon

Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der Netto- und der Bruttoleistung an. Für 1 t Grauguß werden ca. 370 kWh Energie benötigt. In einem Tiegelofen werden in Abhängigkeit seiner Konstruktionsmerkmale und dem Fassungsvermögen zwischen 470 und 540 kWh/t benötigt. Das entspricht einem Wirkungsgrad zwischen 0,79 und 0,69. Auf Grund der optimalen Auslegung eines Ofens hinsichtlich seiner wärmetechnischen Verluste und der wirtschaftlichen Abmessungen ergibt sich ein Verhältnis von 1,13:1 zwischen aktiver Induktionsspulenlänge zum Spulendurchmesser.

Der rein elektrische Wirkungsgrad wird von der Spulenlänge oder -höhe abhängig gemacht. Bei gleichem Tiegelinhalt und gleicher elektrischer Leistung soll an 3 Ausführungen eines 13 t-Tiegelofens erläutert werden. Die Tiegelwandstärke beträgt in dieser Größenordnung 140 mm. Wenn man das Magnetfeld und den Feldlinienverlauf bei einem vollflüssigen Ofen betrachtet, dann hat man jeweils am oberen und unteren Ende der Spule ein Querfeld und in der Mitte der Spule ein Längsfeld.

Bei gleicher elektrischer Leistung sind die Sektoren der Querfelder gleich lang, d. h. bei einer Spulenlänge von ca. 1.300 mm sind oben und unten jeweils ca. 300 mm Querfeld und 700 mm Längsfeld in der Mitte. Aus diesen Annahmen errechnet sich ein Wirkungsgrad von ca. 75 %.

Wenn die Spulenlänge für einen gleichen Tiegelinhalt innerhalb der Spule von 10 t verändert wird, ergeben sich bei einer Verkürzung auf ca. 1.100 mm Spulenlänge und jeweils oben und unten 300 mm Querfeld und 500 mm Längsfeld und es ergibt sich theoretisch ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 69 %.

Bei einer Verlängerung der Spule auf 1.700 mm Höhe ergibt sich ein Längsfeld von ca. 1.100 mm und ein elektrischer Wirkungsgrad von ca. 81 %.

Volt ist die Einheit der elektrischen Spannung. Sie wird damit definiert, dass 1 Volt durch einen Widerstand von 1 Ohm einen elektrischen Strom von 1 Ampere fließen läßt. Das Ohm’sche Gesetz U = R x I.

Wirkleistung ist das Produkt aus der Spulenspannung multipliziert mit dem Wirkstrom, der durch die Ofenspule fließt, angegeben in kW.
Bei 1.000 kW Wirkleistung und 250 Hz Betriebsfrequenz ergibt sich eine Kondensatorleistung von ca. 7.500 kVar als Blindleistung. Die Scheinleistung beträgt in diesem Fall ca. 7.570 kVA.

Windungsschluß ist ein Kurzschluß zwischen 2 parallelen Windungen, der auf Grund eines Isolationsfehlers auftreten kann. Wenn z. B. durch ungenügende Trocknung eine zu hohe Feuchtigkeit im Bereich der Zwischenanlagen ist, muss die Spannung auf ein niedriges Niveau abgesetzt werden, damit keine Kriechströme fließen können. In der Regel sind diese Kriechströme nur sehr gering und es kommt nicht sofort zu Kurzschlüssen. Es entsteht jedoch eine langfristig gefährdete Stelle, die bei jeder Neuzustellung weiter geschädigt werden kann. Wenn nun im Laufe einer „Spulenreise“ z. B. nach 18 Monaten Betriebszeit eine Neuzustellung bei feuchtwarmer Witterung und Kondenswasserbildung am Spulenkupfer die Spule mit zu hoher Spannung (> 1.000 V) angefahren wird, kann es zu einem Kurzschluß/Windungsschluß kommen. Das Kupfer der Spule wird wie beim Elektrodenschweißen abgetragen und es kann zum Wasseraustritt kommen. Wenn die austretende Wasser- menge nicht durch die Spulenzwischenräume nach außen entweichen kann, wird das Wasser immer weiter bis zur Schmelze vordringen und es wird unweigerlich zu einer Wasserdampfexplosion kommen. Um dies zu vermeiden, haben die meisten Ofenhersteller eine offene Spulen- konstruktion mit wasserdurchlässigen Konstruktionselementen ge- wählt. Das „Einpacken einer Ofenspule“ mit Glasgewebetüchern und wasserundurchlässigen Anstrichen hat sich in der Vergangenheit schon des Öfteren als Fehler erwiesen.
Windungsschlüsse können auch durch örtliche Überhitzung an den Innenkanten der Isolationszwischenlagen entstehen. Die leicht ange- kohlten Zwischenlagen können die Feuchtigkeit sehr gut festhalten und bereiten damit den Windungsschluß vor. Von außen gibt es immer wie- der Schrottansammlungen im hinteren Bereich der Ofenspule. Beim Ofenkippen können diese Teile nicht herunterfallen. Unter Einwirkung des Magnetfeldes kann sich Schrott im Bereich der Induktionsspule im Spulenmantel verhaken und dann zu einem Windungs- oder Erdschluß führen. Zur Vermeidung sollte der untere Ofenbereich alle 4 Wochen gesäubert werden, ggf. mit einem Industriesauger abgesaugt werden. Auf keinen Fall mit Pressluft abblasen, da durch diese Maßnahme Metallteile unkontrolliert hinter die „Kernisolation“ geraten können. Die Folge ist ein Erdschluß, der nur mühsam durch Kontrolle eines jeden Eisenpaketes festgestellt werden kann.
Falls man nach dem Tiegelausdrücken an der Innenfläche der Ofenspule dunkle Stellen feststellt, sollte man diesen Bereich vorsichtig vom Putz befreien und den Zwischenlagenzustand kontrollieren. Ggf. kann durch diese Kontrolle und anschließende Reparatur ein unvorhersehbarer Ausfall mit verheerenden Folgen vermieden werden.

Widerstand ist in der Elektrotechnik das Ergebnis aus der an 2 Enden eines elektrischen Leiters anliegen Spannung und des in ihm fließenden Stroms (Stromstärke). R=U:I. Diesen Widerstand nennt man auch ohmschen Widerstand. Neben dem Ohmschen Widerstand gibt es in der Elektrotechnik auch noch die Begriffe „induktiver Widerstand bei Spulen“ und „kapazitiver Widerstand bei Kondensatoren“. Die Maßeinheit ist Ohm. Die Zusammenhänge werden von dem Physiker Ohm erkannt und den Berechnungssatz nennt man das „Ohm’sche Gesetz“.
U = R x I (Spannung=Widerstand x Stromstärke/Volt=Ohm x Ampere)

Wasserdampfexplosion tritt dann auf, wenn Wasser oder Feuchtigkeit unter die Badoberfläche feuerflüssiger Schmelzen kommen. Beim Betrieb von Mittelfrequenz- öfen mit Totalentleerung ist die Gefahr etwas geringer, da man den Chargiervorgang so steuern kann, dass eventuell nasses Einsatzmaterial über dem Schmelzbad trocknen kann. Wenn Wasser unter die Schmelze kommen sollte, so dehnt sich dieses schlagartig auf das 600-fache aus.

Wasseraufteilung über Sammelrohre im Vor- und Rücklauf macht die Berücksichtigung des „Tichelmannschen Prinzips“ erforderlich, wenn die Sammelrohre relativ nah zueinander mit kurzen Kühlwasserwegen verbunden sind. Bei älteren Induktionsöfen war auf beiden Seiten direkt neben den Spulenanschlüssen der Vorlauf und der Rücklauf installiert. In diesem Fall musste die Fliessrichtung in beiden Rohren gleich sein, d. h. auf der rechten Seite fliesst das Wasser in der Summe von unten zu und der Reihe nach zu den Teilspulen. Auf der linken Seite fliesst das Wasser der Reihe nach von unten ab und in der Summe nach oben weg. Tichelmannsches Prinzip sagt man zu der optimalen Aufteilung von Sammelflüssen auf Einzelflüsse und die Rückführung von Einzelflüssen auf Sammelflüsse. Einfach ausgedrückt muß die Fliessrichtung in bei- den Systemen gleichgerichtet sein. Beim Wasser kann man dieses nach Bild A für Mengen über 10 l/min lösen. Bei Mengenregelung unter 10 l/min über dünne Schläuche (DN 5-8 mm) und Längen von 3-6 m kann man auf dieses Prinzip verzichten s. Diagramm B.

Wasser / Wassertauscher werden bei höheren Leistungen und einem vorhandenen Betriebswassersystem eingesetzt. In Gebieten mit hohen Lufttemperaturen wer- den diese in Verbindung mit Verdunstungskühlern zur Einhaltung der Mindestkühlwasservorlauftemperaturt von 34 °C bei den Umrichtern und 45 °C für die Induktionsöfen.
Die Tauscher funktionieren wie in er Elektrik ein Transformator. Wenn durch den Ofenkreis z.B. 34,5 m3/h fliessen, die von 65 °C auf 38 °C run- tergekühlt werden sollen, dann müssen auf der Kühlturmseite oder Betriebswasserseite 103,5 m3/h fliessen, die im Gegenfluss von 21 °C auf 30 °C erwärmt werden.
Das Produkt aus Menge x Temperaturdifferenz muss auf beiden Seiten gleich sein.
103, 5 m3/h x 9 K=34, 5 m3/h x 27 K
931, 5 m3 K/h=931, 5 m3 K/h

Warmhalten ist der Ausdruck für die Temperaturführung auf Abgußtemperatur. In Abhängigkeit der Ofenkonstruktion und den wärmetechnischen Isolierungen können die Wärmeverluste in kW/t Inhalt zwischen ca. 6 bei Rinnenwarmhalteöfen mit 130 t Inhalt und 28 bei Tiegelöfen mit ca. 3 t Inhalt betragen. Warmhalten kostet Geld und sollte in Abhängigkeit der Prozesssteuerung minimiert werden.

Wärmeverluste hat man bei allen Behältnissen in denen sich Schmelzen mit hohen Temperaturen befinden. Bei Rinnenwarmhalte öfen werden die Verluste durch die Schmelzenkontakfläche, die Badoberfläche und die Induktorleerverluste bestimmt. Die Induktorverluste betragen bei einem 120 kW-Induktor ca. 25 kW und bei einem 2.000 kW-Induktor ca. 100 kW. Bei optimaler Gefäßauslegung entspricht der Schmelzendurch- messer auch der Höhe des Schmelzbades, damit erreicht man die geringste Kontakt-/Oberfläche bei höchstem Rauminhalt. Warmhalteöfen können in Abhängigkeit der wärmetechnischen Isolierung und der Zustellung wie eine „Thermoskanne“ wirken. Bei einem 13 t-Tiegelofen rechnet man mit 120 kW thermischem Wandverlust, 20 kW Bodenverlust, 35 kW Oberflächenverlust bei geschlossenem Deckel, somit 175 kW Leerlaufverluste.