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Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktor zur Magnetimpulsbearbeitung metallischer Rohre, mit einer Spule aus in Richtung der Spulenachse verformten ebenen Kreisringen, die mittels Isolierzwischenlagen gegeneinander abgestützt sind, und mit von den Spulenenden ausgehenden Stromanschlüssen.
Bekanntgewordene Induktoren zur Bearbeitung metallischer Werkstücke mittels Magnetimpulse können in drei Gruppen gegliedert werden. Die der ersten Gruppe zugehörigen Induktoren (s. z. B. DE-OS 2135645, AT-PS Nr. 266555 und GB-PS Nr. 1, 206, 665) enthalten eine Spule mit mehreren Windungen, die mit einem Kühlkanal versehen und massiv sein oder aus schraubenflächenförmigen Stahlblättern zusammengesetzt sein können. Insbesondere kann die Wicklung aus hintereinandergeschalteten Leiterabschnitten bestehen, die je aus einer zu einer Schraubenfläche verformten ebenen und geschlitzten Ringscheibe bestehen. Benachbarte, verformte Scheiben sind mittels einer Isoliereinlage gegeneinander isoliert.
Nachteile dieser Induktoren sind die schwierige Kühlung der Spule, die relativ hohe Selbstinduktion und die wegen der Gefahr von Durchschlägen vergleichsweise niedrige Spannung.
In die zweite Gruppe fallen die Induktoren mit einem die Verteilung des Magnetfeldes beeinflussenden Feldformer (s. z. B. AT-PS Nr. 285301, DE-AS 2328969, DE-AS 2332041 und DE-AS 1267186). Solche Feldformer, die einer Spule mit einer Windung oder mehreren Windungen zugeordnet sein können, sind beispielsweise flachringförmig gestaltet und mit der Spule zu einer flachen, geschichteten Einheit verbunden, als von einer Bohrung durchsetzter Zylinder mit einer Anzahl von Ringnuten zur Aufnahme je einer Scheibenspule oder mit zwei gegensinnig verschraubten Schraubennuten für je eine Wicklung versehener, durchbohrter Zylinder oder als Schraubenwicklung mit offenen Enden ausgebildet.
Bei Wicklungen mit mehreren Windungen ergibt sich wieder eine relativ hohe Selbstinduktion, auf alle Fälle treten aber Verluste in dem Feldformer und von diesem verursachte Streufelder auf.
Vorgeschlagen worden sind schliesslich auch Induktoren mit einer Wicklung aus einer Windung (DE-AS 1602457), die von einem Spalt unterbrochen ist. Damit ist bereits der wesentliche Nachteil erwähnt, welcher in der auf das Vorhandensein eines Spaltes zurückgehenden Schwächung des Feldes in dessen Nähe liegt. Als Folge ergibt sich bei Anwendung solcher Induktoren eine in Umfangsrichtung ungleichmässige Verformung von Rohren.
Die bei der Magnetimpulsbearbeitung von Metallrohren verwendete Impulsfolgefrequenz stimmt mit der
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der ausser dem Induktor mit der Selbstinduktion L und einem Kondensator der Kapazität C einen geschlossenen Schalter enthält. Die für die Bearbeitung zur Verfügung stehende Energie ist in dem Kondensator aufgespeichert, gleich 1/2 CE2 und soll möglichst gross sein. Weil die Aufladespannung E des Kondensators beim Schliessen des Schalters als Stossspannung an den Klemmen des Induktors auftritt, darf sie nicht zu gross sein und liegt in praxi zwischen 5 und 10 kV. Deshalb muss die Kapazität C gross sein, wenn eine ausreichende Energie zur Verfügung stehen soll und eine ausreichend hohe Resonanz- bzw.
Impulsfolgefrequenz kann nur durch eine gehörige Reduktion der Selbstinduktion L des Induktors erreicht werden.
Ziel der Erfindung ist ein Induktor zur Magnetimpulsbearbeitung metallischer Rohre, dessen Selbstinduktion klein, der einfach aufgebaut und mechanisch fest ist. Dieses Ziel ist mit einem Induktor des eingangs umrissenen Aufbaues erreichbar, bei dem erfindungsgemäss die Kreisringe als höchstens über einen vollen Winkel erstreckte Ringsektoren gestaltet sowie an den beiden Ringenden an derselben Umfangsfläche mit je einem Anschlusslappen verbunden, vorzugsweise einstückig sind, die aus den in Richtung der Spulenachse verformten Ringsektoren gebildeten Windungsabschnitte um die Spulenachse in gleichen Winkelabständen ausgeteilt sind, die Anschlussstellen sämtlicher von dem einen bzw.
andern Ende jedes Windungsabschnittes ausgehender Anschlusslappen je in eine von zwei parallelen, achsnormalen Ebenen verlegt sind und sämtliche der mit den Isolierzwischenlagen gegeneinander abgestützten Windungsabschnitte parallelgeschaltet sind. Der Vorteil liegt in der Möglichkeit, Wicklungen mit Windungen zu verwenden, die sich über einen kleineren als den vollen Winkel erstrecken, in dem in Umfangsrichtung praktisch unveränderlichen Magnetfeld, der erzielbaren mechanischen Festigkeit und in der guten Wärmeabfuhr. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die von den in je einer Ebene liegenden Anschlussstellen ausgehenden Anschlusslappen senkrecht abgewinkelt und mit der Umfangsfläche je eines metallischen Anschlussringes leitend verbunden, dessen Innendurchmesser dem Innendurchmesser der Spule entspricht.
Die Umfangsflächen der beiden Anschlussringe können als Kegelflächen gestaltet sein.
Vorteilhaft sind die Isolierzwischenlagen als Ringsektoren aus Isoliermaterial, z. B. aus Glasfasermatte,
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gestaltet, deren Enden von den Enden der Windungsabschnitte gleich weit abstehen oder mit diesen zusammenfallen.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform und der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, teilweise in schematisierter Darstellung, Fig. 1 die Spule eines erfindungsgemässen sechsgängigen Induktors in Seitenansicht, Fig. 2 in Draufsicht, Fig. 3 einen der sechs Leiter dieser Spule, Fig. 4 eine Isoliereinlage und Fig. 5 den zusammengebauten Induktor in einem Axialschnitt.
Der aus den Zeichnungen entnehmbare Induktor weist eine Spule auf, die aus sechs flachen Leitern - aufgebaut ist. Jeder dieser untereinander gleich gestalteten Leiter --1-- ist aus einer kreisförmigen Scheibe hergestellt, die geschlitzt und an ihren Enden mit je einem von dem äusseren Umfangsrand radial abstehenden Anschlusslappen -- 2-- versehen ist. Die Anschlusslappen stehen nach aussen ab, weil bei der gewünschten Bearbeitung die Metallrohre --8-- (Fig. 3) in den Spulenraum eingeführt werden. Ist es notwendig, den Induktor in die Metallrohre einzuschieben, dann stehen die Anschlusslappen von dem inneren Umfangsrand einwärts ab. Die Anschlusslappen können mit dem Ringsektor einstückig oder angesetzt sein, z.
B. einwärts abstehende Lappen bei zu kleinem Durchmesser des inneren Umfangsrandes.
Solche aus ebenen Platten oder Blechen sehr einfach herstellbare, z. B. ausgestanzte Kreisringe werden in Richtung der Spulenachse verformt, wobei sie sich verwinden und die Gestalt von Schraubenflächen annehmen und die Anschlusslappen je in eine von zwei parallelen Ebenen zu liegen kommen (Fig. 3). Die für den Aufbau der Spule vorgesehenen z. B. sechs Leiter --1-- werden um die Spulenachse in gleichen
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Der Winkel des Ringsektors kann einem vollen oder einem kleineren Winkel entsprechen, z. B. 270, 180, 90 oder, wie gezeigt, 60 , wobei eine in Umfangsrichtung im wesentlichen dichte Anordnung aus nicht zu wenig Leitern vorteilhaft ist, weil sie eine gute Gleichverteilung des Magnetfeldes in Umfangsrichtung sichert. Die Selbstinduktion der erfindungsgemäss aufgebauten Spule kann zwischen der Selbstinduktion eines geraden Zylinders und der eines geschlitzten Ringes liegen.
Die übereinanderliegenden Ringteile benachbarter Leiter sind gegeneinander mittels Isoliereinlagen - isoliert, die aus Tafeln eines aus Glasfasern aufgebauten Isoliermaterials gefertigt, z. B. gestanzt sind.
Wie Fig. 5 veranschaulicht, kann die aus den gegeneinander gehörig versetzten Leitern --1-- und den Isolierzwischenlagen --3-- aufgebaute Spule mit einem gegen ihre äussere Umfangsfläche anliegenden, ringförmigen Isolator --4-- umgeben und an ihren beiden Stirnflächen mit je einer Isolierscheibe --5--
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--4-- ist- -2-- sämtlicher Leiter --1-- leitend verbunden, z. B. verschweisst. Der Induktor ist für die Bearbeitung eines Rohres --8-- bestimmt, die das Einführen dieses Rohres in den Spulenhohlraum bedingt.
Zum elektrischen Anschluss können Flachschienen dienen (nicht dargestellt), die an ihren Enden je eine Öffnung aufweisen, welche umfänglich von einer Kegelfläche begrenzt ist, die konform mit der kegeligen Umfangsfläche eines Anschlussringes --6-- ist. Vor Arbeitsbeginn werden die auf die Induktorspule aufgesetzten Anschlussleitungen mittels Klammern oder Zwingen zusammengedrückt, um den Übergangswiderstand zu verringern.
Bei der Verwendung des Induktors entsteht aus den in die Spule eingespeisten Stromimpulsen ein Magnetimpulsfeld, das in dem zu bearbeitenden Rohr --8-- oder Halbzeug mit ringförmigem Querschnitt sowie in dem Entlastungsschirm entgegengerichtete Ströme erzeugt. Die aus dem Magnetimpulsfeld hervorgehenden, aus dem konzentrierten Feldbereich zwischen Spule und Rohr stammenden Bereiche verformen das letztere in Radialrichtung. Die zwischen Entlastungsschirm und Spule entstehenden Radialkräfte verringern die auf die Spulenleiter wirksamen Reaktionen aus den das Rohr oder Halbzeug verformenden Kräften und der Isolierkörper --4-- wird entlastet.
In den Leitern-l-entstehende Wärme wird über die Lappen --2-- an die Stromzuführungen abgeleitet, die bequem und problemlos z. B. mit Wasser gekühlt werden können. Da die Leiter kurz sind und ihr Gesamtquerschnitt gross ist, ist die Wärmeabfuhr viel grösser, nämlich etwa das 36fache der
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Wärmeabfuhr eines Induktors, der aus ebenso vielen, aber in Serie geschalteten Leitern mit denselben Abmessungen und aus demselben Material aufgebaut ist. Diese Tatsache ist sofort verständlich, wenn man bedenkt, dass der Wärmefluss in einem Leiter, dessen Länge verkehrt und dessen Querschnittsfläche direkt proportional ist.
Auch die zur Erzeugung gleicher Magnetimpulsfolgen in Induktoren mit Spulen aus n parallel bzw. in Serie geschalteten Leitern aufzuwendenden Spannungen U1 bzw. U2 unterscheiden sich bedeutend, sie verhalten sich wie 1 : n2. Bei Spulen mit parallelgeschalteten Leitern ist die Spannung und damit die Belastung des Isoliermaterials wesentlich kleiner als bei den andern Spulen, so dass die Lebensdauer erfindungsgemässer Induktoren die von Induktoren gleicher Leistungsfähigkeit mit mehrwindigen Spulen erheblich übertrifft.
Mit der Erfindung entsprechenden Induktoren wurden im Verlaufe dreier Jahre Rohre aus Kupfer oder Stahl miteinander verschweisst, deren Wandstärke 1, 0 bis 2, 5 mm und deren Aussendurchmesser 30 bis 130 mm betrug. Beim Verschweissen von Rohren bis zu 50 mm Durchmesser wurden Induktoren mit Spulen aus Leitern getestet, deren Ringsektoren über einen vollen Winkel bzw. die Hälfte bzw. drei Viertel bzw. über das 0, 6fache des vollen Winkels reichten. Die Spule war aus 6 bis 12 Leitern aus Kupfer aufgebaut.
Bei einem zum Verschweissen von 130 mm dicken Rohren bestimmten Induktor bestand die Spule aus 18 Leitern, die je einen Sektor enthielten, der über einen Winkel von 1200 erstreckt war. Gearbeitet wurde mit 5 kV nicht übersteigenden Spannungen. Sämtliche Induktoren zeichneten sich durch hervorragende Betriebseigenschaften aus, und erwiesen sich Strömen bis zu 3. 106 A als durchaus gewachsen. Hervorgehoben sei, dass selbst bei der Erzeugung magnetischer Felder mit hoher Feldstärke, die Kupferrohre zum Schmelzen brachten und zu einer Verformung der Leiter führten, keine Durchschläge der Isolierzwischenlagen zwischen den flachen Leitern beobachtet wurden und kein einziger Induktor unbrauchbar wurde.
Erfindungsgemässe Induktoren sind einfach und daher auch einfach und deshalb billig herzustellen.
Ihre Verwendung kann aus diesen Gründen selbst dann wirtschaftlich gerechtfertigt sein, wenn mit ihnen extrem starke Magnetfelder erzeugt werden und hiedurch die Lebensdauer sinkt, z. B. auf etwa tausend Arbeitsspiele oder auch weniger beschränkt sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Induktor zur Magnetimpulsbearbeitung metallischer Rohre, mit einer Spule aus in Richtung der Spulenachse verformten ebenen Kreisringen, die mittels Isolierzwischenlagen gegeneinander abgestützt sind, und mit von den Spulenenden ausgehenden Stromanschlüssen, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, dass die Kreisringe (1) als höchstens über einen vollen Winkel erstreckte Ringsektoren gestaltet sowie an den beiden Ringenden an derselben Umfangsfläche mit je einem Anschlusslappen (2) verbunden, vorzugsweise einstückig sind, dass die aus den in Richtung der Spulenachse verformten Ringsektoren gebildeten Windungsabschnitte um die Spulenachse in gleichen Winkelabständen ausgeteilt sind, dass die Anschlussstellen sämtlicher von dem einen bzw.
andern Ende jedes Windungsabschnittes ausgehender Anschlusslappen (2) je in eine von zwei parallelen, achsnormalen Ebenen verlegt sind und dass sämtliche der mit den Isolierzwischenlagen (3) gegeneinander abgestützten Windungsabschnitte parallelgeschaltet sind.