DE2642111A1

DE2642111A1 - Disc shaped power transformer - has multiturn primary winding and single turn secondary winding, with coolant flowing through both windings

Info

Publication number: DE2642111A1
Application number: DE19762642111
Authority: DE
Inventors: Guenter Uhlig; Rolf Woehr
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1976-09-18
Filing date: 1976-09-18
Publication date: 1978-03-23

Abstract

The transformer generates a HF voltage and current for inductive heating of metal workpieces. It has a flat, multiple turn primary winding made of a hollow conductor through which a coolant flows. It has a flat, pref. single turn secondary winding through which the coolant also flows. It supplies an inductor. The secondary winding is divided in a plane parallel to the winding, and consists of two flat parts, of which at least one (25) has a hollow for the coolant flow.

Description

Scheibenförmiger Leistungstransformator für die induktive ErwEr-Disc-shaped power transformer for inductive expansion

mung von metallischen Werkstücken Zusammenfassung Es wird ein scheibenförmiger Leistungstransformator zur Erzeugung einer Spannung und eines Stromes erhöhter Frequenz für die induktive Erwärmung von metallischen Werkstücken vorgeschlagen. Der Leistungstransformator besitzt wenigstens eine flache, mehrwindige Primärwicklung aus einem Hohlleiter, der von einem Kühlmittel durchströmt ist, und eine flache, vorzugsweise einwindige, ebenfalls von einem Kühlmittel durchflossene Sekundärwicklung zur Speisung eines Induktors. Durch die vorgeschlagene Konstruktion erhält man eine sehr flache, leistungsstarke Scheibentransformatorkonstruktion, welche wirtschaftlich herstellbar ist, gut gekühlt werden kann und aufgrund ihrer besonders flachen Bauweise bei beschränkten Raumverhältnissen besonders zur induktiven Erwärmung sehr schmaler Erwärmungszonen geeignet ist. Durch die flache Konstruktion läßt sich der vorgeschlagene Transformator mit ähnlichen oder baugleichen Transformatoren zu einer Baugruppe zusammenfassen für die induktive Erwärmung mehrerer, dicht nebeneinanderliegender Erwärmungszonen, wie sie beispielsweise bei der Härtung von Kurbelwellen vorgegeben sind.mation of metallic workpieces Summary It becomes a disk-shaped Power transformer for generating a voltage and a current of increased frequency proposed for the inductive heating of metallic workpieces. The power transformer has at least one flat, multi-turn primary winding made of a waveguide, through which a coolant flows, and a flat, preferably single-wind, Secondary winding through which a coolant also flows to feed a Inductor. The proposed construction gives a very flat, powerful one Disc transformer construction which is economical to manufacture, well cooled can be and due to their particularly flat design in limited space is particularly suitable for inductive heating of very narrow heating zones. By the flat design can be compared to the proposed transformer with similar or combine transformers of the same construction into one assembly for the inductive Heating of several, closely spaced heating zones, such as those for example are specified in the hardening of crankshafts.

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem bekannten Leistungstransformator nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bereits ein derartiger Mittelfrequenz-Leistungstransformator bekannt (DT-PS 2 133 987), der ebenfalls sehr flach ausgeführt ist und sich grundsätzlich für die gleichen Anwendungsgebiete eignet. Bei diesem bekannten Leistungstransformator ist jedoch die Sekundärwicklung aus Hohlleitern hergestellt, für die wegen des erforderlichen Kupferquerschnittes ein relativ großer Querschnitt benötigt wird, wobei weiterhin der Kupferquerschnitt der Sekundärwicklung im Verlauf der Windung verändert werden muß, um insgesamt eine Sekundärwicklung mit gleichbleibendem Querschnitt zu erzielen. Weiterhin ist die Anbringung der für große Leistungen zu bemessenden Sekundäranschlüsse und die Anbringung und Anordnung der Kühlmittelanschlüsse bei der bekannten Konstruktion aufwendig, worin ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht.PRIOR ART The invention is based on a known power transformer according to the genre of the main claim. It is one of those already Medium frequency power transformer known (DT-PS 2 133 987), which is also very flat and basically suitable for the same areas of application. In this known power transformer However, the secondary winding is made from waveguides, for which because of the required Copper cross-section a relatively large cross-section is required, while still the copper cross-section of the secondary winding can be changed in the course of the turn must in order to achieve a secondary winding with a constant cross-section overall. Furthermore, the attachment of the secondary connections to be dimensioned for large outputs and the attachment and arrangement of the coolant connections in the known construction expensive, which is another disadvantage of this known arrangement.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße, scheibenförmige Leistungstransformator mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil, daß auch die Sekundärwicklung besonders flach ausgeführt werden kann, was zu einer weitergehenden Raumersparnis in Achsrichtung der Windungen führt. Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß bei der vorgeschlagenen Lösung nicht großvolumige Kupferrohre exakt in eine vorgegebene Form gebogen werden'müssen und daß nicht die Stromanschlüsse, welche große Leistungen übertragen sollen, an einem rohrförmigen Gebilde angeformt oder befestigt werden müssen.Advantages of the Invention The disk-shaped power transformer according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage over this that the secondary winding can be made particularly flat, resulting in a leads to further space savings in the axial direction of the turns. Another advantage it can be seen that the proposed solution does not have large-volume copper pipes must be bent exactly into a given shape and that the power connections which should transmit great power, molded onto a tubular structure or need to be attached.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung mbglich. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Sekundärwicklung aus einem ersten, dickeren, scheibenförmigen Teil mit eingearbeiteten Kühlmittellcanälen und einem zweiten, dekkelartigen Verschlußteil zusammengesetzt ist. Durch diese Ausbildung wird die Konstruktion vereinfacht, da nur noch eines der beiden flachen Teile, welche die Sekundärwicklung des Leistungstransformators bilden, zur Herstellung der Kühlmittelkanäle bearbeitet werden muß, während das zweite Teil im wesentlichen eben ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise ist wenigstens eines, vorzugsweise jedoch beide scheibenförmigen Teile, aus Kupfer hergestellt, weil sich dieses Material einerseits leicht bearbeiten läßt und andererseits sehr geringe elektrische Verluste besitzt und die entstehende Verlustwärme gut abführt. Gegebenenfalls ist es jedoch auch möglich, den mit den Kühlmittelkanälen versehenen scheibenförmigen Teil beispielsweise als Aluminiumgußteil herzustellen, wenn die elektrischen Anforderungen dies zulassen. Eine besonders wirkungsvolle Kühlung der Sekundärwicklung erreicht man, wenn diese mehrere, im wesentlichen parallel verlaufende Kühlkanäle besitzt, die bezüglich des Kühlmitteldurchsatzes in Reihe liegen. Auf diese Weise erzielt man mit nur zwei Kühlmittelanschlüssen eine optimale Kühlung der Wicklung. In konstruktiver Hinsicht hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sekundärwicklung zusammen mit einer einlagigen Primärwicklung zwischen drei Schenkeln eines Doppel-11E11-förmigen Magnetkernes sitzt, welcher seinerseits seitlich in Aussparungen eines rahmenförmigen Gestells gehalten ist. Eine solche Anordnung ist einfacher und preiswerter herzustellen als ein Transformator mit einer unterteilten Primärwicklung, ohne daß für die Praxis bedeutende, höhere Verluste entstehen. Die mechanische Befestigung, die Anordnung der Kühlmittelzur und -abflüsse und die mechanische und elektrische Verbindung mit dem Induktor werden bei dieser Konstruktion vereinfacht.The measures listed in the subclaims are advantageous Further developments and improvements of the solution specified in the main claim are possible. It is particularly advantageous if the secondary winding consists of a first, thicker, disc-shaped part with incorporated coolant channels and a second, lid-like closure part is composed. Through this training the construction is simplified because only one of the two flat parts, which form the secondary winding of the power transformer to produce the coolant channels must be machined, while the second part is formed substantially flat is. At least one is expedient, but preferably both disc-shaped parts, made of copper, because this material is on the one hand can be easily machined and on the other hand has very low electrical losses and dissipates the resulting heat loss well. However, it may also be possible, the disk-shaped part provided with the coolant channels, for example to be manufactured as an aluminum casting, if the electrical requirements allow it. A particularly effective cooling of the secondary winding can be achieved if this has several, substantially parallel cooling channels, which with respect to of the coolant throughput are in series. This way you get it with just two Coolant connections an optimal cooling of the winding. In a constructive way it has proven to be advantageous if the secondary winding together with a single-layer primary winding between three legs of a double 11E11-shaped magnetic core sits, which in turn laterally in recesses of a frame-shaped frame is held. Such an arrangement is easier and cheaper to manufacture than a transformer with a subdivided primary winding, without any practical use there are significant, higher losses. The mechanical fastening, the arrangement the coolant supply and drainage and the mechanical and electrical connection with the inductor can be simplified in this construction.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description.

Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Primärwicklung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Sekundärwicklung mit Induktor, teilweise im Schnitt, und Fig. 3 eine Stirnansicht des erfindungsgemEßen, scheibenförmigen Leistungstransformators teilweise im Schnitt.The figures show: FIG. 1 a side view of the primary winding, FIG. 2 a Side view of the secondary winding with inductor, partly in section, and Fig. Fig. 3 is an end view of the disk-shaped power transformer according to the invention partly in cut.

Beschreibung der Erfindung In Figur 1 ist mit 1 ein Tragarm bezeichnet, an welchem ein rahmenartiges Gestell 2 mit Schrauben 3 befestigt ist. An dem Rahmen 2 sind zwei Kühlmittelanschlsse 4 für den Einlaß des Kühlmittels für eine Primärwicklung 5 sowie ein Kühlmittelanschluß 6 für den Auslad, dieses Khlmittels befestigt. Ein Magnetkern 7 des scheibenförmigen Leistungstransformators ist in Aussparungen 8 einerseits in einem Ansatz 9 am linken Gestellteil und andererseits direkt am rechten Teil des rahmenartigen Gestells 2 gehalten. Der Magnetkern 7 hat die Form eines Doppel-1'E11, seine beiden Hälften sind in der Mitte miteinander verklebt.Description of the invention In Figure 1, 1 denotes a support arm, on which a frame-like frame 2 is attached with screws 3. On the frame 2 are two coolant connections 4 for the inlet of the coolant for a primary winding 5 and a coolant connection 6 for the discharge, this coolant attached. A Magnetic core 7 of the disk-shaped power transformer is in recesses 8 on the one hand in an approach 9 on the left frame part and on the other hand directly on the right Part of the frame-like frame 2 held. The magnetic core 7 has the shape of a Double 1'E11, its two halves are glued together in the middle.

Die Primärwicklung 5 des scheibenförmigen Leistiingstransformators ist einlagig aus einem im Querschnitt rechteckigen fIohlleiter in Form einer flachgedrückten Spirale gewickelt und sitzt mit ihren zueinander parallel verlaufenden Mittenabschnitten zwischen drei Schenkeln 11, 12 und 13 des Magnetkerns 7. Die verschiedenen Primärwindungen des Transformators liegen elektrisch in Reihe, wahrend die Kühlmittelanschlüsse 4 und 6 einerseits an den beiden Wicklungsenden und andererseits an einer Anzapfung 14 etwa in der Mitte der Wicklung liegen. Die vier äußeren Windungen der Primrwicklung 5 besitzen mit dieser fest verbundene Anschlußfahnen 15a bis 15d, die zur Veränderung der Primärwindungszahl herausgeführt und außerhalb der Wicklung 5 durch elektrisch leitfähige Kontaktstücke 18 (Fig. 3) wahlweise mit einer äußeren Anschlußschiene 19 verbindbar sind. Bei dem in Figur 1 dargestellten Schaltungsbeispiel sind die Anschlußfahnen 15b, 15c und 15d durch gestrichelt gezeichnete Isolierstücke 20 gegen die Anschlußschiene 19 elektrisch isoliert. Eine zweite primärseitige Anschlußschiene 21 ist mittels einer herausgeführten Anschlußfahne 22 mit der innersten Windung der Primärwicklung elektrisch verbunden.The primary winding 5 of the disk-shaped power transformer consists of a single-layer waveguide with a rectangular cross-section in the form of a flattened waveguide Spiral wound and sits with their middle sections running parallel to one another between three legs 11, 12 and 13 of the magnetic core 7. The different primary windings of the transformer are electrically in series, while the coolant connections 4 and 6 on the one hand at the two winding ends and on the other hand at a tap 14 lie approximately in the middle of the winding. The four outer turns of the primary winding 5 have terminal lugs 15a to 15d firmly connected to this, which are used to change the number of primary turns led out and outside the winding 5 by electrical conductive contact pieces 18 (Fig. 3) optionally with an outer connecting rail 19 are connectable. In the circuit example shown in Figure 1 are Terminal lugs 15b, 15c and 15d by insulating pieces 20 shown in dashed lines the connecting rail 19 is electrically insulated. A second connection rail on the primary side 21 is by means of a lead out terminal lug 22 with the innermost turn the primary winding electrically connected.

Figur 2 zeigt in der anderen Seitenansicht die Sekundärwicklung 23 des scheibenförmigen Leistungstransformators. Diese Sekundärwicklung 23 besitzt nur eine Windung und wird ebenso wie die Primärwicklung von einem Kühlmittel durchströmt. Sie ist in einer Ebene 24 (Fig. 3) parallel zum Windungsverlauf unterteilt und aus zwei flachen Teilen zusammengesetzt, von denen ein erster, dickerer, scheibenförmiger Teil 25 mit eingearbeiteten Aussparungen 26 zur-Bildung von Kühlmittelkanälen versehen ist. Ein zweiter, deckelartiger Verschlußteil 27 bildet zusammen mit dem ersten Teil 25 die Sekundärwicklung 23. Beim Ausführungsbeispiel sind sowohl das dickere erste Teil 25 wie auch das zweite, als Verschluß dienende Teil 27 der Sekundärwicklung 23 aus Kupfer hergestellt, die Aussparungen 26 sind in das dickere erste Teil 25 eingefräst.FIG. 2 shows the secondary winding 23 in the other side view of the disc-shaped power transformer. This secondary winding 23 has only one turn and, like the primary winding, a coolant flows through it. She is in one Level 24 (Fig. 3) parallel to the course of the winding divided and composed of two flat parts, of which a first, thicker, disk-shaped part 25 with incorporated recesses 26 for the formation of coolant channels is provided. A second, lid-like closure part 27 forms together with the first part 25, the secondary winding 23. In the exemplary embodiment, these are both thicker first part 25 as well as the second part 27 of the secondary winding serving as a closure 23 made of copper, the recesses 26 are in the thicker first part 25 milled.

Die Aussparungen 26, welche nach dem Aufsetzen des deckelartigen Verschlußteils 27 Kühlkanäle bilden, verlaufen im wesentlichen parallel und liegen bezüglich des Kühlmitteldurchsatzes in Reihe, wie dies aus der gestrichelten Linienführung ersichtlich ist.The recesses 26, which after placing the lid-like closure part Form 27 cooling channels, run essentially parallel and lie with respect to the Coolant throughput in series, as can be seen from the dashed lines is.

Elektrisch ist die Sekundärwicklung 23 am unteren Ende unterteilt die beiden Wicklungsenden sind elektrisch isoliert über hohle Anschlußstücke 28 und 29 herausgeführt zu einem Induktoranschlußteil, Welches hier nicht näher erläutert werden soll.The secondary winding 23 is electrically subdivided at the lower end the two winding ends are electrically insulated by means of hollow connecting pieces 28 and 29 led out to an inductor connection part, which is not explained in detail here shall be.

Der Kühlmittelzustrom erfolgt über eine Leitung 30, der Abfluß des Kühlmittels der Sekundärwicklung 25 über eine Leitung 31.The coolant inflow takes place via a line 30, the outflow of the Coolant of the secondary winding 25 via a line 31.

Figur 3 zeigt in einer Stirnansicht, wie schmal der erfindungsgez mäße Leistungstransformator gebaut ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1 und 2 versehen, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt. Aus dieser Darstellungsweise sind jedoch die dicht nebeneinanderliegenden lVicklungen 5 (Primär-) und 23 (SekundEr-) deutlich zu erkennen, wobei auch die Trennebene 24 zwischen den beiden Teilen der Sekundärwicklung zu erkennen ist.Figure 3 shows in a front view how narrow the erfindungsgez proper power transformer is built. The same parts are given the same reference symbols as provided in Figures 1 and 2, so that a more detailed explanation is superfluous. However, the tightly juxtaposed windings are from this representation 5 (primary) and 23 (secondary) can be clearly seen, with the parting plane 24 can be seen between the two parts of the secondary winding.

Der erfindungsgemäße scheibenförmige Leistungstransformator dient zur Erzeugung einer Spannung und eines Stromes erhöhter Frequenz für die induktive Erwärmung von metallischen Werkstücken. Die Funktion eines Transformators ist allgemein bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Besonders wesentlich und neu an der vorgeschlagenen Ausführungsform ist die Ausbildung und die Anordnung der Sekundärwicklung aus zwei im wesentlichen ebenen Teilen, die nach dem Zusammenfügen in ihrem Inneren Kühlmittelkanäle freilassen. Heben dieser Ausbildung der Sekundärwicklung ist die besonders flache Zusammenfügung der beiden Wicklungen und deren gemeinsame lialterung durch den Magnetkern wesentlich, welcher seinerseits wiederum direkt in einem rahmenartigen Gestell, im Ausführungsbeispiel unter Einfügung eines Verlängerungs-Ansatzes 9 gehalten ist. Die getroffene Anordnung ist besonders wirtschaftlich und platzsparend, was für die Herstellung und die vorgegebene Anwendung sehr wichtig ist.The disk-shaped power transformer according to the invention is used to generate a voltage and a current of increased frequency for the inductive Heating of metallic workpieces. The function of a transformer is general known and does not need to be explained in more detail here. Especially essential and What is new about the proposed embodiment is the training and the Arrangement of the secondary winding from two essentially flat parts, which according to release coolant channels in their interior after joining. Lifting this training the secondary winding is the particularly flat joining of the two windings and their joint storage by the magnetic core is essential, which in turn again directly in a frame-like frame, in the exemplary embodiment with insertion an extension approach 9 is held. The arrangement made is special economical and space-saving, what for the production and the given application is very important.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claims W Disc-shaped power transformer for generation a voltage and a current of increased frequency for the inductive heating of metallic workpieces, with at least one flat, multi-turn primary winding consisting of a waveguide through which a coolant flows and with a flat, preferably single-turn secondary winding through which a coolant flows Feeding an inductor, characterized in that the secondary winding (23) divided in a plane (24) parallel to the course of the winding and made up of two flat ones Parts (25, 27) is composed, of which at least one (25) has recesses (26) for the coolant throughput.

2. Power transformer according to claim 1, characterized in that that the secondary winding (23) consists of a first> thicker, disc-shaped part (25) with incorporated recesses (26) for the coolant channels and a second, lid-like closure part (27) is composed.

3. Power transformer according to claim 1 or 2, characterized in that that at least one of the two disc-shaped parts (25, 27) consists of copper.

4. Power transformer according to one of the preceding claims, characterized in that the secondary winding (23) has several, essentially parallel running cooling channels (26) which with respect to the coolant throughput in Row.

5. Power transformer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the secondary winding (23) together with a single-layer primary winding (5) between three legs (11, 12, 13) of a double "Eg" -shaped magnetic core (7) sits, which in turn laterally in recesses (8) of a frame-like Frame (2) is held.

6. Power transformer according to claim 5, characterized in that that the two halves of the double "E" core (7) are glued together.

7. Power transformer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the primary winding (5) consists of a single layer of a waveguide (10) in a spiral shape is wound, the various windings being electrically in series while the coolant connections (4, 6) on the one hand at a tap (14) approximately in the middle the winding (5) and on the other hand at the two winding ends.

8. Power transformer according to one of the preceding claims, characterized characterized in that several turns of the primary winding (5) are firmly connected to this Have connecting lugs (15a-d) which lead out to change the number of primary turns and optionally outside the winding by electrically conductive contact pieces (18) can be connected to an outer connecting rail (19).