Lexikon

Zinkdampf ist eine beim Schmelzen auftretende Erscheinung, die beim Schmelzen von zinkbehafteten Blechen nicht ververmeidbar ist. Der aus der Schmelze austretende Zinkdampf muss über geeignete Absaugvorichtungen erfaßt und ausgefiltert werden. Die negativen Auswirkungen auf die Haltbarkeit von sauren Tiegeln können durch geeignete Maßnahmen auf ein vertretbares Maß reduziert werden. Bei nachstehender Fahrweise sollte die Standzeit eines Tiegels nicht wesentlich geringer sein als beim Schmelzen von zinkfreien Blechen: Die Sintercharge und die komplette 2.+3. Charge werden mit zinkfreiem Schrott erschmolzen. Ab der 4. Charge wird zinkbehafteter Schrott eingesetzt. Nach Stillständen wird die 1. Charge mit zinkfreiem Schrott erschmolzen.

Woodsches Metall schmilzt bei 70 bis 72 °C.^[1] Diese Wismutlegierung hat folgende Zusammensetzung: 25 % Pb, 12,5 % Cd, 12,5 % Sn, Rest Bi.^[1][2]

Woodsches Metall ist eine niedrigschmelzende Legierung, bestehend aus Bismut, Blei, Zinn und Cadmium, die häufig in der Gießereiindustrie sowie in technischen und medizinischen Bereichen verwendet wird.

Zusammensetzung und Eigenschaften von Woodschem Metall

Woodsches Metall besteht im Wesentlichen aus ca. 50% Bismut, 25% Blei, 12,5% Zinn und 12,5% Cadmium.^[1][2] Diese Zusammensetzung sorgt für einen außergewöhnlich niedrigen Schmelzpunkt von etwa 70 °C,^[1] wodurch es bereits in heißem Wasser schmilzt. Die geringe Schmelztemperatur macht Woodsches Metall ideal für Anwendungen, die präzise kontrollierte und niedrigschmelzende Legierungen erfordern. Es zeichnet sich zusätzlich durch eine starke Dimensionsstabilität beim Erstarren aus.

Anwendungsbereiche von Woodschem Metall

Aufgrund seiner sehr niedrigen Schmelztemperatur und der leichten Handhabung wird Woodsches Metall hauptsächlich in der Gießereiindustrie für Muster, Formen und Befestigungselemente verwendet. In der Technik nutzt man es gerne für die Fixierung empfindlicher Werkstücke, da es beim Schmelzen keine Schäden am Werkstück verursacht. Darüber hinaus findet es Anwendung in medizinischen und dentaltechnischen Bereichen sowie im Modell- und Prototypenbau.

Sicherheitshinweise und Umweltaspekte

Da Woodsches Metall Blei und Cadmium enthält, ist es gesundheitsschädlich und bedarf besonderer Vorsicht im Umgang. Nutzer sollten stets persönliche Schutzausrüstung wie Handschuhe und Schutzbrillen tragen. Zudem ist eine fachgerechte Entsorgung gemäß geltenden Umweltvorschriften unabdingbar, um einer Belastung der Umwelt vorzubeugen. Aufgrund möglicher Gesundheitsrisiken gewinnt auch die Suche nach weniger gesundheitsschädlichen Alternativen zunehmend an Bedeutung.

Quellen

1. Woodsches Metall. Gießerei-Lexikon, Wismutlegierung mit 25 % Pb, 12,5 % Cd, 12,5 % Sn, Rest Bi, Schmelzpunkt 70 bis 72 °C. Abgerufen am 27.08.2026.
2. Advent Research Materials Ltd: Bismuth Alloy (Wood’s Metal) Bi50/Cd12.5/Pb25/Sn12.5. Werkstoff-Datenblatt, eutektische Schmelztemperatur ca. 70 °C. Abgerufen am 27.08.2026.

Der Wirkungsgrad gibt das Verhältnis zwischen der Netto- und der Bruttoleistung an. Für 1 t Grauguß werden ca. 390 kWh Energie theoretisch benötigt (Schmelzen und Überhitzen auf 1.500 °C). In einem gut ausgelegten Tiegelofen werden bei den in der Gießerei üblichen Abstichtemperaturen (ca. 1.450 bis 1.500 °C) in Abhängigkeit seiner Konstruktionsmerkmale und dem Fassungsvermögen rund 520 kWh/t benötigt.^[1] Das entspricht einem Gesamtwirkungsgrad von rund 0,75. 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 %.

Quellen

1. Dr. Erwin Dötsch (ABP Induction Systems GmbH): Induktionsofentechnologie und Energieeffizienz. GIESSEREI 06/2011, veröffentlicht auf guss.de (Bundesverband der Deutschen Gießerei-Industrie e. V.): spezifische Enthalpie 390 kWh/t für Schmelzen und Überhitzen von Gusseisen auf 1.500 °C, Netzenergiebedarf 520 kWh/t bei 75 % Gesamtwirkungsgrad, praktischer Schmelzbetrieb 560 bis 650 kWh/t. Abgerufen am 27.08.2026.

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 Wassermenge 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 Spulenkonstruktion mit wasserdurchlässigen Konstruktionselementen gewählt. 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 angekohlten Zwischenlagen können die Feuchtigkeit sehr gut festhalten und bereiten damit den Windungsschluß vor. Von außen gibt es immer wieder 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 beiden Systemen gleichgerichtet sein. Beim Wasser kann man dieses nach der Abbildung, Teil 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. Abbildung, Teil B.

Wasser / Wassertauscher werden bei höheren Leistungen und einem vorhandenen Betriebswassersystem eingesetzt. In Gebieten mit hohen Lufttemperaturen werden 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 runtergekühlt 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