DE1589518A1

DE1589518A1 - Multi-turn coil for surge current systems

Info

Publication number: DE1589518A1
Application number: DE19671589518
Authority: DE
Inventors: Walter Auerswald; Dipl-Phys Gerhard Siewerth
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1967-04-22
Filing date: 1967-04-22
Publication date: 1970-04-09
Also published as: GB1206665A; CH462324A

Description

BROWN, BOVERI & CIE AGBROWN, BOVERI & CIE AG

MANNHEIM Mannheim, den 18.4.67MANNHEIM Mannheim, April 18, 67

■— ■ ■ Pat.Ki/Mi■ - ■ ■ Pat.Ki/Mi

.-.■"■ Mp.-Nr. 547/67.-. ■ "■ Mp. No. 547/67

- Mehrwindige Spule für Stoßstromanlagen- Multi-turn coil for impulse current systems

Gegenstand der Erfindung ist eine mehrwindige Spule für Stoßstromanlagen.The invention relates to a multi-turn coil for surge current systems.

Stoßstromanlagen dienen zur Erzeugung sehr kurzer Stromimpulse mit großer Stromanstiegsgeschwindigkeit. Es ist auf diese Weise möglich, in einer als Verbraucher angeschlossenen Spule schnell veränderliche Magnetfelder hervorzurufen. Diese Felder indu- _: zieren in einem im Innern der Spule angeordneten Werkstück aus Metall elektrische Ströme. Infolge ihrer Wechselwirkung mit den Magnetfeldern werden auf das Werkstück mechanische Kräfte ausgeübt, die zu seiner bleibenden Verformung führen.Impulse current systems are used to generate very short current pulses with a high rate of current rise. In this way, it is possible to generate rapidly changing magnetic fields in a coil connected as a consumer. These fields _indu-: decorate in a cylinder disposed in the interior of the coil metal workpiece electric currents. As a result of their interaction with the magnetic fields, mechanical forces are exerted on the workpiece, which lead to its permanent deformation.

Es ist bekannt (DAS'1 122 188), nach diesem Verfahren mittels Kupferspulen'Kupferrohre mit einem Außendurchmesser von 3,5cm und einer Wandstärke von annähernd 1,5 mm zu verformen. Auf die gleiche Weise werden auch teleskopartig ineinander gesteckte Metallrohre fest miteinander verbunden.It is known (DAS'1 122 188) to use this method by means of Copper coils' copper tubes with an outer diameter of 3.5cm and a wall thickness of approximately 1.5 mm. on In the same way, telescopically nested metal pipes are firmly connected to one another.

Da das Feld auch in der Spule Ströme induziert, wirken auf ihre WindungenKräfte ein. Aus diesem Grunde muß sie eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als das zu verformende Werksück. Deshalb ist es beispielsweise nicht möglich, mit Kupferspulen Kupferrohre mit größerer Wandstärke bzw. Stahlrohre zu· · verformen. Die hierfür erforderlichen Stoßströme hätten eine . Zerstörung der Spule zur Folge. ·Since the field also induces currents in the coil, they act on it Forces a. For this reason it must be a higher one have mechanical strength than the workpiece to be deformed. Therefore it is not possible, for example, with copper coils To · · deform copper pipes with greater wall thickness or steel pipes. The surge currents required for this would have a . Destruction of the coil as a result. ·

Es ist weiterhin bekannt (DAS 1 218 060), die Windungsteile einer Spule aus Stahl herzustellen und sie auf der dem Werkstück zugewandten Seite mit einer Schicht aus einem -elektrisch gut leitendem Material, wie Kupfer oder Kupferlegierungen zu versehen. Da der Strom infolge des Skin-Effektee hauptsächlich an der Innenseite der Windungen entlang und folglich durch die It is also known (DAS 1 218 060) to manufacture the winding parts of a coil from steel and to provide them on the side facing the workpiece with a layer of a material with good electrical conductivity, such as copper or copper alloys. Since the current as a result of the skin effect mainly along the inside of the windings and consequently through the

0098 15/10 010098 15/10 01

- 2 -. 54-7/67- 2 -. 54-7 / 67

angeordnete Schicht fließt, wirken die Windungsteile aus Stahl hauptsächlich als Widerlager und Halterung für die Schicht. Es ist auf diese Weise möglich, Kupferrohre größerer Wandstärke zu verformen. Es zeigt sich jedoch, daß infolge der thermischen Spannungen und der auftretenden Kräfte sich die Schichten auf den Windungen bereits nach wenigen Entladungen ablösen, so daß die erhöhte mechanische Festigkeit eine viel geringere Betriebsdauer zur Folge hat.arranged layer flows, the coil parts made of steel act mainly as an abutment and support for the layer. In this way, it is possible to use copper pipes with a greater wall thickness to deform. It turns out, however, that due to the thermal stresses and the forces that occur, the layers on the Loosen turns after just a few discharges, so that the increased mechanical strength a much shorter service life has the consequence.

Im allgemeinen erlauben die bekannten Spulen für die Verformung von Werkstücken keine hohe Dauerbelastung und auch keine große Zahl von Entladungen. Insbesondere darf die zeitliche Aufeinanderfolge der Entladungen infolge einer geeigneten Spulenkühlung nicht zu kurz bemessen sein.In general, the known coils allow for deformation of workpieces no high continuous load and also no large number of discharges. In particular, the chronological order of the discharges should not be too short due to suitable coil cooling.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, diese Nachteile zu vermeiden. Sie ist.dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen aus Stahl bestehen. Erfindungsgemäß ist jede Windung der Spule als Stc^lscheibe ausgebildet, die radial geschlitzt und zur Jchraubenflache verschränkt ist, wobei die Schlitzkanten benachbarter Windungen miteinander verschweißt sind. Weiterhin sind die Stromzuführungen zur Spule als Stahlschienen ausgebildet, die an den letzten-Windungen rechtwinklig angeschweißt sind. Die einzelnen Windungen der Spule sind mittels über die Kanten der Stahlringscheiben gepreßter U-förmige Isolierungen gegenseitig isoliert und mittels einer Spannvorrichtung unter Bildung eines dichten zu den Windungen parallel verlaufenden Kühlkanals verspannt. Die Spannvorrichtung besteht aus zwei an den Stirnflächen der Spule angebrachten Spannplatten mit zwischenliegenden Isolierringen und achsparallelen Spannbolzen, die zweckmäßigerweise mit den Spannplatten galvanisch verbunden sind. Zusätz-r lieh ist an der Außenseite der Spule ein Joch für den magnetischen Rückfluß vorgesehen. -"The object of the invention is to avoid these disadvantages. It is characterized in that the windings are made of steel. According to the invention, each turn of the coil is as Stc ^ lscheibe formed, which slotted radially and for The screw surface is crossed, with the slot edges being adjacent Windings are welded together. Furthermore, the power supply lines to the coil are designed as steel rails that are welded at right angles to the last turns. the individual turns of the coil are mutually by means of U-shaped insulation pressed over the edges of the steel ring disks insulated and clamped by means of a clamping device to form a tight cooling channel running parallel to the windings. The clamping device consists of two clamping plates attached to the end faces of the coil with intermediate ones Isolating rings and axially parallel clamping bolts, which are expediently galvanically connected to the clamping plates. Additional r There is a yoke for the magnetic on the outside of the coil Reflux provided. - "

Im Gegensatz.zu den bekannten Spulen für Stoßstromanlagen bestehen die Windungen der erfindungsgemäßen Spule völlig aus Stahl. Stahl hat im Vergleich zu Kupfer und seinen legierungen eine geringere Leitfähigkeit. Deshalb ist sein ohmecher Widerstand, derIn contrast to the well-known coils for impulse current systems the turns of the coil according to the invention are made entirely of steel. stole has a lower value compared to copper and its alloys Conductivity. Therefore his ohmic resistance is the

009815/1001009815/1001

- 3■-...' 547/67- 3 ■ -... '547/67

proportional zur Länge des Leiters und umgekehrt proportional zu seiner Leitfähigkeit und seinem Querschnitt ist, größer als derjenige der "bisher verwendeten Metalle und ihrer Legierungen.proportional to the length of the conductor and inversely proportional to its conductivity and its cross-section is greater than that of the "previously used metals and their alloys.

Bei hochfrequenten Wechselströmen ist der Strom jedoch nicht mehr gleichmäßig über den Leiterquerschnitt verteilt. Der Strom drängt sich vielmehr auf eine dünne Schicht an der Oberfläche zusammen (Skin-Effekt). Bezeichnet man als Eindringtiefe .diejenige Strecke, auf der die Spannungsamplitude auf den e-ten Teil geschwächt wird, so gilt (Becker: "Theorie der Elektrizität", Seite 176)In the case of high-frequency alternating currents, however, the current is not more evenly distributed over the conductor cross-section. Rather, the current is concentrated on a thin layer on the surface (Skin effect). This is called the penetration depth Distance on which the stress amplitude on the e-th part is weakened, the following applies (Becker: "Theory of Electricity", Page 176)

d =d =

/"■/»ο/ "■ /» ο

wobei ω die Frequenz des Stromes, /u_Q die Induktionskonstante, u und i*die Permabilität und die Leitfähigkeit des vom Strom „durehflosseneii Materials bedeuten. ·where ω is the frequency of the current, / u _{Q is} the induction constant, u and i * are the permeability and conductivity of the material flowing through the current. ·

Die Eindringtiefe von Stahl ist also größer als diejenige von Kupfer, welches eine bessere Leitfähigkeit hat. Folglich ist bei Stoßentladungen der wirksame Querschnitt in Stahl größer, so daß auf diese Weise die geringere Leitfähigkeit zum großen Teil kompensiert ist.The penetration depth of steel is therefore greater than that of copper, which has better conductivity. Hence is in the case of shock discharges, the effective cross-section in steel is larger, so that in this way the lower conductivity is largely compensated for.

Die Figuren 1 und 2 zeigen ein besonderes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung.Figures 1 and 2 show a special embodiment according to the invention.

Die Fig. 1 zeigt die gesamte Anordnung im Längsschnitt, die Fig. 2 die Aufsicht.Fig. 1 shows the entire arrangement in longitudinal section, Fig. 2 is a plan view.

Gemäß Fig. 1 besteht die einzelne Spulenwindung aus einer Stahlringscaeibe 1 mit ebener Unterseite und profilierter Oberseite sowie einer radial durchgehenden Nut. Sowohl der Innenrand als auch der Außenrand ist in einer Hingzone derart ausgebildet_r daß der axiale Querschnitt ein trapezförmiges Profil dieser Zonen zeigt, wobei jeweils der Rand die Basis des Trapezes ist. Die einzelnen Hingscheiben sind verschränkt und längs ihrer Schlitze' derart miteinander verschweißt, daß ⁴die gebildete Spule die Form einer Schraubenfläche aufweist. , Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Spule sind dieAccording to FIG. 1, the individual coil winding consists of a steel ring disk 1 with a flat bottom and a profiled top and a radially continuous groove. Is both the inner edge and the outer edge is formed in such a manner _r in a zone Hing that the axial cross-section shows a trapezoidal profile of these zones, wherein each of the edge is the base of the trapezoid. The individual disks are interleaved and Hing along their slots' welded to each other in such a way that the coil ⁴ formed has the shape of a helical surface. , To increase the mechanical strength of the coil are the

009815/100 1 . ₄ 009815/100 1. _4th

·· - 4 - ■ 54T/6?·· - 4 - ■ 54T / 6?

•miteinander verschweißten Schlitze zueinander versetzt, über den Innen-und Außenrand jeder Soheibe greift Jeweils eine U-fönnige Gummidichtung 2 bzw. 3, die die auf der Unterseite jeder Scheibe befindliche Dichtung 4- überlappt.• welded slots offset to one another, over The inner and outer edge of each shoe is gripped by a U-shaped blow dryer Rubber seal 2 or 3, which overlaps the seal 4- located on the underside of each disc.

Die Stromführung erfolgt mittels den bandförmigen Stahlschienen 5 und 6, die an die Ringscheiben an den Stirnflächen der Spule rechtwinklig aufgekantet geschweißt sind. Diese Maßnahme ver- ι hindert, daß während einer Stoßentladung an den Verbindungsstellen der Stromabnehmer" und der Spule in einem kleinen Bereich.¹ große mechanische Kräfte auftreten. Die Stahlschienen 5 bzw. 6 ι sind durch Schlitze in den Isolierungen 7 bzw. 8 und Spannplatten 9 und 10 geführt, die auf den Stirnflächen der Spule angeordnet sind. An den Ringscheiben der Stirnflächen der Spule sind weiterhin Rohrstutzen 11 bzw. 12 angesetzt, welche ebenfalls durch Kanäle in den Isolierungen und Spannplatten geführt sind j und die Spule mit einem Kühlkreislauf verbinden.The current is carried by means of the band-shaped steel rails 5 and 6, which are welded at right angles to the ring disks on the end faces of the coil. ^{This measure prevents large mechanical forces occurring in a small area 1} at the connection points between the current collectors and the coil during a shock discharge. The steel rails 5 and 6 are through slots in the insulation 7 and 8 and clamping plates 9 and 10, which are arranged on the end faces of the coil. On the annular disks of the end faces of the coil, pipe stubs 11 and 12 are also attached, which are also passed through channels in the insulation and clamping plates and connect the coil to a cooling circuit.

Die gesamte Anordnung wird mittels Spannbolzen verspannt, die von den Spannplatten achsenparallel geführt sind. Während des Verspannens werden über die Spannplatten und Isolierringen die IThe entire arrangement is clamped by means of clamping bolts, which are guided axially parallel by the clamping plates. During the tensioning, the I

U-förmigen Gummidichtungen der Ringscheiben flüssigkeitsdicht aufeinander gepreßt. Zu diesem Zwecke sind weiterhin auf jeder Ringscheibe in der Nähe des Randes ringförmige Lippen 13 und 14 vorgesehen, so daß diese mit Rändern der Scheiben und den Gummi- , dichtungen nach Art einer Stopfbüchse abdichten. Auf der Außenseite der Spule ist ein Joch 15 aus Weicheisen angeordnet für den magnetischen Rückfluß. Auf diese Weise lassen sich mit !Energien vom gleichen Betrag stärkere Werkstücke verformen, da das magnetische Streufeld verringert ist.U-shaped rubber seals of the ring disks, liquid-tight pressed together. For this purpose there are also annular lips 13 and 14 on each annular disk near the edge provided so that these with the edges of the discs and the rubber, seal the seals like a stuffing box. On the outside a yoke 15 made of soft iron is arranged for the coil the magnetic reflux. In this way, stronger workpieces can be deformed with! Energies of the same amount, since the stray magnetic field is reduced.

Die erfindungsgemäße Spule erlaubt die Verformung von dickwandigen Stahlzylindern, die mit den bekannten Spulen bisher nicht möglich war. Infolge der scheibenartigen Ausbildung der . einzelnen Spulenwindungen ergibt sich eine sehr wirksame Kühlung, so daß.die Stromstöße in sehr kurzzeitiger Aufeinanderfolge erzeugt werden können und eine unzulässige Erwärmung der SpuleThe coil according to the invention allows the deformation of thick-walled steel cylinders that were previously made with the known coils was not possible. As a result of the disk-like training. individual coil windings result in a very effective cooling, so that the current surges can be generated in very short succession and inadmissible heating of the coil

ι ■ ι ■

nicht erfolgt.not happened.

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Claims

V-. - 5 - "547/67

Patent claims:

· ''% .. * Multi-turn coil for impulse current systems, characterized by,. that the windings are made of steel.

2. Coil according to claim 1, characterized in that each Turn of the coil is designed as a steel ring disc, the is radially slotted and twisted to form helical surfaces, and that the slot edges of adjacent turns with each other are welded. ·.-....

3. Coil according to claim 2, characterized in that the power supply lines are designed as steel rails to the coil, which are welded at right angles to the last turns.

4. Coil according to the preceding claims, characterized in that the individual turns of the coil by means of the edges of the steel ring disks are pressed U-shaped insulation mutually isolated and by means of a clamping device are braced to form a tight cooling channel running parallel to the windings.

5. Coil according to the preceding claims, characterized in that the clamping device consists of two clamping plates attached to the end faces of the coil with intermediate insulating rings and axially parallel clamping bolts, the clamping plates being galvanically connected to the clamping bolts

■ sind. :■ are. :

6. Coil according to the preceding claims, characterized in that a Jooh is provided for the magnetic return flow on the outside of the coil iat · ..

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