DE1247477B - Current collector for adjustable current transformers for use in high frequency systems - Google Patents

Current collector for adjustable current transformers for use in high frequency systems

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DE1247477B
DE1247477B DE1964S0091249 DES0091249A DE1247477B DE 1247477 B DE1247477 B DE 1247477B DE 1964S0091249 DE1964S0091249 DE 1964S0091249 DE S0091249 A DES0091249 A DE S0091249A DE 1247477 B DE1247477 B DE 1247477B
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coolant
bores
boom
coil
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DE1964S0091249
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Guenter Meiners
Franz Rathgeber
Heinz Hammrich
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Description

DEUTSCHES 4ΜίΰΉ^ PATENTAMT DeutscheKl.: 21 d2-53/02 GERMAN 4ΜίΰΉ ^ PATENT OFFICE DeutscheKl .: 21 d2- 53/02

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Nummer: 1247 477Number: 1247 477

. Aktenzeichen: S 91249 Vffl b/21 d2. File number: S 91249 Vffl b / 21 d2

1 247 477 Anmeldetag: 27.Mai 19641 247 477 filing date: May 27, 1964

Auslegetag: 17. August 1967Opened on: August 17, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromabnehmer für regelbare Stromtransformatoren für die Verwendung in Hochfrequenzanlagen, insbesondere Hochfrequenzerwärmungsanlagen, der sich im Spulenfeld der Primärwicklung befindet und aus einer konzentrisch zur Primärwicklung gelagerten, hohlen Führungsachse und einem radial dazu angeordneten, hohlen Ausleger besteht.The invention relates to a current collector for adjustable current transformers for Use in high-frequency systems, especially high-frequency heating systems, located in the coil field the primary winding is located and from a concentric to the primary winding mounted, hollow There is a guide axis and a hollow boom arranged radially thereto.

Es ist bekannt, bei Hochfrequenzerwärmungsanlagen, insbesondere bei induktiven Hochfrequenzerwärmungsanlagen, zur Erzielung eines hohen Kopplungsgrades den Stromtransformator so auszuführen, daß die Primärwicklung von der Sekundärwicklung manschettenförmig umfaßt wird. Bei einer derartigen Spulenanordnung ist man aber gezwungen, den Abgriff der Primärwicklung im Hochfrequenzfeld derselben anzubringen. Dabei müssen die der Stromleitung dienenden Teile des Stromabnehmers aus dünnwandigem Metall, z. J3. Folien, bestehen und so angeordnet sein, daß sie nahezu keine Feldverdrängung hervorrufen. Durch diese konstruktive Maßnahme wird aber die Anwendung derartiger Stromabnehmer für Hochfrequenzerwärmungsanlagen kleinerer bis mittlerer Leistungsbereiche beschränkt. Ferner ist es bekannt, einen Stromabnenmer für zylindrische Hochfrequenzinduktionsspulen so im Hochfrequenzfeld der Spule anzuordnen, daß der für den Stromübergang benötigte Kontaktdruck durch eine Feder erzeugt wird, die in einem den Schaltann zylinderförmig umfassenden, teleskopartig ausschiebbaren Außenmantel angebracht ist. Bei dieser Konstruktion ist jedoch von Nachteil, daß die den Kontaktdruck erzeugende Feder stromentlastet angebracht werden muß, weil bei hoher Strombelastung die Erwärmung der Feder so stark ist, daß der Federdruck vermindert oder gar aufgehoben wird. Aber selbst die stromentlastete Feder ist imHochfrequenzfeld einer ständigen Wärmebelastung ausgesetzt sowie der Ermüdung unterworfen, so daß der notwendige Kontaktdruck nicht immer gewährleistet und somit der Stromabnehmer nicht immer einsatzbereit ist. Außerdem sind luftgekühlte Regeltransfonnatoren bekannt, bei denen der Stromabnehmer außerhalb des von einem Eisenkern durchsetzten Spulenhauptfeldes an der Kupferwicklung geführt ist und durch mit dem Stromabnehmer mitgeführte Luftdüsen von außen gekühlt wird.It is known, in high-frequency heating systems, in particular in inductive high-frequency heating systems, To achieve a high degree of coupling, the current transformer should be designed in such a way that the primary winding is encompassed in the form of a sleeve by the secondary winding. With such a Coil arrangement is forced to tap the primary winding in the high-frequency field of the same to attach. The parts of the pantograph used for the power line must be made of thin-walled Metal, e.g. J3. Foils, exist and be arranged so that they have almost no field displacement cause. However, this constructive measure makes it possible to use such pantographs limited for high-frequency heating systems of small to medium power ranges. Furthermore, it is known to provide a current collector for cylindrical high-frequency induction coils so in To arrange the high-frequency field of the coil that the contact pressure required for the current transfer through a spring is generated which can be telescopically extended in a cylinder-shaped encompassing the Schaltann Outer jacket is attached. In this construction, however, it is disadvantageous that the Contact pressure generating spring must be attached current relieved, because at high current load the heating of the spring is so strong that the spring pressure is reduced or even canceled. but Even the current-relieved spring is exposed to constant heat stress in the high-frequency field as well subject to fatigue, so that the necessary contact pressure is not always ensured and thus the pantograph is not always ready for use. There are also air-cooled regulating transformers known in which the pantograph is outside the main coil field penetrated by an iron core is guided on the copper winding and through air nozzles from is cooled outside.

Demgegenüber besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schanrmg eines betriebssicheren, insbesondere hitzebeständigen und verschleißarmen Stromabnehmers, der auch bei hochbelastbaren Stromtransformatoren im Spulenhauptfeld Stromabnehmer für regelbare
Stromtransformatoren für die Verwendung in
HochfrequenzanlagenIn contrast, the object on which the invention is based is to lock an operationally reliable, in particular heat-resistant and low-wear pantograph which, even in the case of heavy-duty current transformers in the main coil field, is capable of regulating pantographs
Current transformers for use in
High frequency systems

Anmelder:Applicant:

Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50Siemens Aktiengesellschaft, Berlin and Munich, Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Als Erfinder benannt:
Dipl.-Ing. Günter Meiners, Erlangen;
Franz Rathgeber, Stuttgart-Zuffenhausen;
Heinz Hammrich, ErlangenNamed as inventor:
Dipl.-Ing. Günter Meiners, Erlangen;
Franz Rathgeber, Stuttgart-Zuffenhausen;
Heinz Hammrich, Erlangen

der Primärwicklung angebracht werden kann, so daß durch die manschettenförmige Umfassung der Primärwicklung durch die Sekundärwicklung eine hohe Kopplung und damit ein hoher Wirkungsgrad der Hochfrequenzanlage erzielbar ist.the primary winding can be attached so that the cuff-shaped enclosure of the primary winding through the secondary winding a high coupling and thus a high efficiency of the High frequency system is achievable.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führungsachse und der Ausleger von innen durch ein Kühlmittel gekühlt sind, das gleichzeitig durch seinen Druck zum Anpressen des in radialer Richtung flexiblen Auslegers an die Primärwicklung dient. Als Kühlmittel wird vorteilhaft Wasser, Öl oder ein gasförmiges Medium verwendet. Mit Vorteil besteht der Ausleger aus einem Innenrohrteil und einem rohrförmigen Außenmantel, wobei das Kühlmittel durch das Innenrohrteil in radialer Richtung gegen die Innenseite eines Kontaktfingers geleitet und durch den Außemnantel zurückgeführt ist. Ferner ist es vorteilhaft, daß. sich das Innenrohrteil des Auslegers gegen die Kontaktstelle hin düsenartig verjüngt. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß der Kontaktdruck des Kontaktfingers gegen die Kontaktstelle durch die Nachschaltung eines Absperrventils in weiten Grenzen veränderlich ist. Außerdem ist es vorteilhaft, das Innenrohrteil und das sich düsenartig verengende Rohrstück des Auslegers teleskopartig ausschiebbar auszubilden. Zur Einstellung des gewünschten Abgriffs ist es von Vorteil, daß die Führungsachse aus einem Tnnenrohr und einem dieses konzentrisch umfassenden Außenrohr besteht, wobei das Außenrohr mit dem an ihm fest angeordneten Ausleger um das feststehende Innenrohr beweglich ist. Dabei ist vorteilhaft das konzentrische Außenrohr der Steigung einer Spulenwindung der Primärspule entsprechend schraubenförmig um das InnenrohrAccording to the invention, this object is achieved in that the guide axis and the boom of are internally cooled by a coolant that simultaneously presses the in radial direction of flexible boom to the primary winding is used. The coolant used is advantageously water, Oil or a gaseous medium is used. The boom advantageously consists of an inner tube part and a tubular outer jacket, wherein the coolant is passed through the inner tubular part in the radial direction against the inside of a contact finger and is returned through the outer jacket. It is also advantageous that. the inner pipe part of the boom tapers like a nozzle towards the contact point. Furthermore, it is advantageous that the contact pressure of the contact finger against the contact point by adding a shut-off valve Boundaries is changeable. In addition, it is advantageous to have the inner pipe part and the nozzle-like narrowing pipe section of the boom to be telescopically extendable. To set the desired Tap it is advantageous that the guide axis consists of an inner tube and this there is concentrically encompassing outer tube, the outer tube with the fixedly arranged on it Boom is movable around the fixed inner tube. The concentric outer tube is advantageous here the pitch of a coil turn of the primary coil in a helical manner around the inner tube

709 637/251709 637/251

Claims (3)

1 drehbar oder parallel zur Mittelachse des Stromabnehmers auf dem Innenrohr auf und ab verschiebbar. Zur Abdichtung des mit Bohrungen ausgestatteten Außenrohres gegen das Innenrohr wird das Außenrohr vorteilhaft an den Enden sowie in der Mittelebene zwischen den Bohrungen mit druck- und abriebfesten sowie temperaturbeständigen Dichtungselementen versehen. Schließlich ist der Regelbereich des Stromtransformators vorteilhaft durch Änderung des Abstandes von Bohrungen am Umfang des Innenrohres veränderbar. An Hand der Zeichnung soll der Aufbau und die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes näher erläutert werden. Um ein durch die Mittelachse der Primärwicklung 1 des Stromtransformators gehendes feststehendes Innenrohr 2 ist ein mit zwei oder mehreren Bohrungen 3 und 3 a versehenes, konzentrisches Außenrohr 4 beweglich angeordnet, das an seinen Enden sowie in der Mitte mit Dichtungen 5, 5ö und 5 b, gegen das Innenrohr 2 abgedichtet ist. Das konzentrische Außenrohr 4 ist entweder um das Innemohr 2 schraubenförmig drehbar angebracht, wobei die Steigung der Schraubenbewegung derjenigen einer Spulenwindung der Primärspule 1 entspricht, so daß der Abgriff stufenlos regelbar ist, oder das Außenrohr 4 ist parallel zur MittelachselO des Stromabnehmers auf dem Innemohr 2 auf und ab verschiebbar, so daß der Abgriff — wie bei einem Schiebewiderstand — dem Widerstand einer Spulenwindung entsprechend, stufenartig regelbar ist. Als Dichtungselemente werden vornehmlich nahtlos geformte und vulkanisierte Kunstgummiringe mit kreisrundem Querschnitt verwendet, die sowohl für schraubende als auch hin- und hergehende Bewegungsvorgänge gute Dichtungseigenschaften besitzen. Etwa in der Mitte des Außenrohres 4 ist ein Ausleger6 fest angebracht, der senkrecht oder nahezu senkrecht zur Richtung des Spulenfeldes stehend, den Kontakt zur Primärwicklung 1 des Stromtransformators bewirkt. Der Ausleger 6 besteht im wesentlichen aus einem Innenrohrteil7, das von einem gegen die KontaktstelleS hin sich düsenartig verengenden Rohrstück 9 umfaßt wird. Das Innenrohrteil 7 und das düsenartige Rohrstück 9 sind teleskopartig ausschiebbar miteinander verbunden, um Abstandsverschiebungen zwischen der MittelachselO und den Spulenwindungsachsen 11 und 12 sowie auch den Verschleiß des haübenförmig ausgebildeten Kontaktfingers 13 auszugleichen. Ferner gehört zum Ausleger 6 ein Faltenbalg 14, der auf der einen Seite als bewegliche Auflage für den auswechselbaren Kontaktfinger 13 dient und auf der anderen Seite auf einem rohrförmigen Außenmantel 15 befestigt ist. Das Innenrohr 2 des Stromabnehmers ist zum Zwecke der Kühlmittelführung an geeigneter Stelle am Umfang mit Bohrungen 17 bzw. 17 a versehen. Zur Druckregulierung an der Kontaktstelle 8 ist dem Stromabnemner ein Absperrventil 18 nachgeschaltet. Außerdem ist in das Innenrohr 2 oberhalb der Bohrungen 17 eine Platte 19 eingebracht, die zur Verhinderung eines Luftstaues mit einer im Verhältnis zu den Bohrungen 17 im Durchmesser kleinen Bohrung 20 versehen ist. Der Regelbereich des Stromtransformators kann bei einem festen Mindestarbeitshub H durch Änderung des Ab-Standes der Bohrungen 17,17 a verändert werden. Die Wirkungsweise ist folgende: Das Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, öl oder gasförmige Medien, 477 wird unter erhöhtem Druck dem Innenrohr 2 des Stromabnehmers zugeführt, gelangt, wie durch die Pfeile A angedeutet, durch die Bohrungen 17, 3 und 21 in das Innemohrteil 7 des Auslegers 6 und prallt über die düsenförmige Verengung bei 9 nahezu senkrecht gegen die Innenfläche des Kontaktfingers 13. Durch den entstehenden Staudruck des Kühlmittels an der haubenförmigen Innenfläche des Kontaktfingers 13, der in seiner Größe im wesentlichen von der Kühlmittelgeschwindigkeit an dieser Stelle abhängt, wird der benötigte Kontaktdruck an der Kontaktstelle 8 erzeugt. Von Vorteil ist dabei, daß dieser Kontaktdruck allein durch den Staudruck des Kühlmittels erzeugt wird, insbesondere aber hitze- und abriebempfindhche oder ermüdende zusätzliche Anpreßelemente oder Haltevorrichtungen, wie Spiralfedern, Gummiringe oder dergleichen Elemente, nicht benötigt werden. Nach der Umlenkung des Kühlmittelstrahles im Kontaktfinger 13 tritt das Kühlmittel in den.Ringkühlraum22 des Auslegers 6, verläßt diesen durch die Bohrung 3 a, um in den oberen Ringkühlraum 16 a des Stromabnehmers zu strömen, gelangt dann durch die Bohrungen 17a in das Innenrohr 2 und verläßt über das Absperrventil 18 den Stromabnehmer. Um den durch die steigenden Rauminhalte der Ringkühlräume 22, 16 a und des Innenrohres bei 23 bedingten Geschwindigkeitsabfall des Kühlmittels auszugleichen und um den für den Kontaktdruck des Auslegers 6 gegen die Primärwicklung 1 des Stromtransformators notwendigen Überdruck zwischen der Kontaktstelle 8 des Auslegers 6 gegenüber dem Kühlmittelauslauf bei 24 zu erzeugen, ist dem Stromabnehmer ein regelbares Absperrventil 18 nachgeschaltet. Der Gegenstand der Erfindung zeichnet sich vor allem dadurch aus, daß durch seine Anwendung der Leistungsbereich der bisher bekannten induktiven Hochfrequenzerwärmungsanlagen erheblich erweitert werden kann. Durch die angegebene Spulenanordnung, manschettenförmige Umfassung der Primärspule durch die Sekundärspule, erzielt man einen hohen Kopplungsgrad und somit auch einen guten Wirkungsgrad der Hochfrequenzerwärmungsanlage. Durch die wenigen Verschleißflächen und Kontaktteile, die überdies noch schnell auswechselbar sind, ist der beschriebene Stromabnehmer äußerst betriebssicher und jederzeit einsatzbereit. Patentansprüche:1 rotatable or parallel to the central axis of the pantograph up and down on the inner tube. In order to seal the outer tube equipped with bores against the inner tube, the outer tube is advantageously provided with pressure-resistant, abrasion-resistant and temperature-resistant sealing elements at the ends and in the center plane between the bores. Finally, the control range of the current transformer can advantageously be changed by changing the distance between the bores on the circumference of the inner tube. The structure and the mode of operation of the subject matter of the invention are to be explained in more detail with reference to the drawing. A concentric outer tube 4 provided with two or more bores 3 and 3 a is movably arranged around a stationary inner tube 2 passing through the center axis of the primary winding 1 of the current transformer, which is provided with seals 5, 5ö and 5b at its ends and in the middle. is sealed against the inner tube 2. The concentric outer tube 4 is either attached helically around the inner tube 2, the pitch of the screw movement corresponding to that of a coil turn of the primary coil 1, so that the tap is continuously adjustable, or the outer tube 4 is parallel to the central axis of the current collector on the inner tube 2 and from displaceable, so that the tap - as with a sliding resistor - can be regulated in steps according to the resistance of a coil turn. The sealing elements used are primarily seamlessly formed and vulcanized synthetic rubber rings with a circular cross-section, which have good sealing properties for both screwing and reciprocating movements. A cantilever 6 is fixedly attached approximately in the middle of the outer tube 4, which, standing perpendicular or almost perpendicular to the direction of the coil field, makes contact with the primary winding 1 of the current transformer. The boom 6 consists essentially of an inner pipe part 7 which is encompassed by a pipe section 9 which narrows in the manner of a nozzle towards the contact point S. The inner pipe part 7 and the nozzle-like pipe section 9 are telescopically connected to one another in order to compensate for spacing shifts between the central axis O and the coil winding axes 11 and 12 as well as the wear of the hood-shaped contact finger 13. Furthermore, the boom 6 includes a bellows 14, which on the one hand serves as a movable support for the exchangeable contact finger 13 and is fastened on a tubular outer jacket 15 on the other side. The inner tube 2 of the current collector is provided with holes 17 or 17 a at a suitable point on the circumference for the purpose of guiding the coolant. A shut-off valve 18 is connected downstream of the current isolator for pressure regulation at the contact point 8. In addition, a plate 19 is introduced into the inner tube 2 above the bores 17 and is provided with a bore 20 which is small in diameter in relation to the bores 17 in order to prevent air congestion. The control range of the current transformer can be changed with a fixed minimum working stroke H by changing the distance between the bores 17, 17 a. The mode of operation is as follows: The coolant, preferably water, oil or gaseous media, 477 is fed to the inner tube 2 of the current collector under increased pressure and, as indicated by the arrows A, passes through the bores 17, 3 and 21 into the inner ear part 7 of the Cantilever 6 and bounces over the nozzle-shaped constriction at 9 almost perpendicularly against the inner surface of the contact finger 13 Contact pressure generated at the contact point 8. The advantage here is that this contact pressure is generated solely by the dynamic pressure of the coolant, but in particular heat- and abrasion-sensitive or tiring additional pressure elements or holding devices such as spiral springs, rubber rings or similar elements are not required. After the coolant jet has been deflected in the contact finger 13, the coolant enters den.Ringkühlraum22 of the boom 6, leaves it through the bore 3 a to flow into the upper annular cooling chamber 16 a of the current collector, then passes through the bores 17 a into the inner tube 2 and leaves the pantograph via the shut-off valve 18. In order to compensate for the decrease in the speed of the coolant caused by the increasing volume of the annular cooling chambers 22, 16 a and the inner tube at 23 and to provide the overpressure required for the contact pressure of the arm 6 against the primary winding 1 of the current transformer between the contact point 8 of the arm 6 against the coolant outlet at 24, a controllable shut-off valve 18 is connected downstream of the pantograph. The object of the invention is particularly characterized by the fact that, through its use, the power range of the previously known inductive high-frequency heating systems can be expanded considerably. The specified coil arrangement, cuff-shaped enclosure of the primary coil by the secondary coil, achieves a high degree of coupling and thus also a good degree of efficiency of the high-frequency heating system. Due to the few wear surfaces and contact parts, which can also be quickly exchanged, the pantograph described is extremely reliable and ready for use at any time. Patent claims: 1. Stromabnehmer für regelbare Stromtransformatoren für die Verwendung in Hochfrequenzanlagen, der sich im Spulenfeld der Primärwicklung befindet und aus einer konzentrisch zur Primärwicklung gelagerten, hohlen Führungsachse und einem radial dazu angeordneten, hohlen Ausleger besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsachse (2, 4) und der Ausleger (6) von innen durch ein Kühlmittel gekühlt sind, das gleichzeitig durch seinen Druck zum Anpressen des in radialer Richtung flexiblen Auslegers (6) an die Primärwicklung (1) dient.1. Current collectors for adjustable current transformers for use in high-frequency systems, which is located in the coil field of the primary winding and from a concentric to the Primary winding mounted, hollow guide shaft and a radial to this arranged, hollow boom consists, characterized in that the guide axis (2, 4) and the boom (6) are cooled from the inside by a coolant, this at the same time through its pressure for pressing the boom, which is flexible in the radial direction (6) to the primary winding (1) is used. 2. Stromabnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser, Öl oder ein gasförmiges Medium verwendet ist.2. Current collector according to claim 1, characterized in that the coolant is water, oil or a gaseous medium is used. 3. Stromabnehmer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausleger (6) aus einem Iimenrohrteil (7) und einem rohrförmigen Außenmantel (15) besteht, wobei das Kühlmittel3. Current collector according to claim 1 or 2, characterized in that the boom (6) consists of an Iimenrohrteil (7) and a tubular outer jacket (15), wherein the coolant
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