DE3029650A1

DE3029650A1 - Ringkerntransformator zum widerstandsstumpfschweissen

Info

Publication number: DE3029650A1
Application number: DE19803029650
Authority: DE
Inventors: Stanislav D Dobrovolsky; Boris A Galjan; Sergej I Kutschuk-Jatsenko; Vladimir K Lebedev; Boris E Paton; Vasilij A Sacharnov
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1979-08-06
Filing date: 1980-08-05
Publication date: 1981-02-26
Also published as: JPS5627909A; GB2059167A; CA1134455A; GB2059167B; FR2463493B1; AU5925380A; IT8041591A0; SU904004A1; FR2463493A1; AU520733B2; US4297665A; DE3029650C2; SE439856B; IT1154189B; SE8004094L

Description

PATENTANWALT Oipl.-Phys.' RICHAR^ j^yjCEN

HINGKEBNTEAliüFÜItMATOR ZUM

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schweißgerüte und betrifft insbesondere die bauliche Gestaltung eines Ririgkorntransfomiatora zum vViderstandsstumpfschweißen. Derartige Transformatoren finden Verwendung in iSchweißmaschinen zum Widerstandsstumpfschweißen, insbesondere zum Verschweißen von Rohren.

Besonders zweckmäßig kann die Erfindung in ijchweißmaschinen zum Widerstandsstumpfschweißen, welche innerhalb der zu verschweißenden Rohre arbeiten, verwendet werden, d.h. in dem Fall , in dem bei vorgegebener Leistung vom Transformator minimales Gewicht und minimale Außenmaße verlangt worden.

Es ist ein Ringkerntransformator zum Widerstandestumpfschweißen (üU-KS 1? IW-29) begannt, in dein eine Sekundärwicklung aus zwei in Reihe geschalteten windungen besteht,

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welche als koaxial angeordnete Zylinder ausgeführt sind, wobei sie einen Kern und eine Primärwicklung umhüllen und einen hermetischen Mantel mit Doppelwänden bilden, zwischen welchen eine Kühlflüssigkeit umläuft.

Obwohl in einem derartigen Transformator die Abkühlung verbessert wird, ist jedoch seine Verwendung erschwert. Die Schwierigkeit besteht hauptsächlich darin, daß die als zwei Zylinder ausgestaltete Sekundärwicklung im Vergleich zu Transformatoren einwindiger Ausführungsform einen größeren Wicklungewirkwiderstand besitzt. Eine Vergrößerung des Wicklungswirkwiderstandes der Sekundärwicklung des Transformators beschränkt seine technologischen Möglichkeiten, d.h. der Größenbereich der Querschnitte der zu verschweißenden Bohre wird kleiner.

Es ist auch ein Transformator zum Widerstandsstumpfschweißen (SU-ES 9884-7) bekannt, der einen Ringkern aufweist, wobei der Ringkern von zwei Transformatorenspulen umfaßt wird, von denen jede eine Primär- und eine Sekundärwicklung mit Stromabnehmergleitschuhen (-backen) besitzt. Der Transformatorkern wird vorzugsweise als ein mehreckiger Ring ausgeführt,wobei jede Seite in ihrem Querschnitt vollkommen _vou der Primärwicklung und diese ihrerseits von der Sekundärwicklung umfaßt wird. In Abhängigkeit von der Ausführungsform der Wicklungsenden der Sekundärwicklung kann der Ringkerntransformator sowohl in einer außen- als auch in einer innenarbeitenden Schweißmaschine zum Widerstandsstumpf schweißen verwendet werden.

Entsprechend den gestellten Anforderungen kann die Sekundärwicklung des Transformators mit

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den für die Elektrotechnik üblichen Mittel⁷¹ und Verfahren sowohl natürlich als auch künstlich gekühlt werden.

Bei der einwindigen Ausführungsform der Sekundärwicklung besitzt der Transformator einen Wirkwiderstand, welcher innerhalb des zulässigen Wertes liegt, Jedoch ist in diesem Falle die Verwendung des Transformators aus folgenden Gründen erschwert.

Da die Wicklungen und der Kern des Transformators konzentrisch zueinander angeordnet sind und die Sekundärwicklung die Primärwicklung umfaßt, ist die Länge der letzteren bedeutend kleiner als die Länge der Sekundärwicklung. Daraus

eine
resultiert Zunahme des WirKwiderstandes des sekundären Stromkreises' der Schweißmaschine, was zur überhitzung des Transformators führt.

Außerdem befindet sich die Sekundärwicklung bei einer konzentrischen Anordnung der Wicklungen bedeutend weiter weg vom Transformatorkern, was einen Leistungsabfall am Transformator zur Folge hat.

Schließlich ist das Anordnen der Transformatorenspulen an einem Ringkern, welcher als Ring bzw. als Vieleck ausgeführt ist, die Ursache für das Vorhandensein von Hohlräumen, welche mit aktiven Stoffen (Kupfer, Eisen) nicht gefüllt sind. Dies trägt natürlich zur Abnahme des Füllfaktors des Transformators bei.

Eine Schwierigkeit besteht auch darin, daß bei der Verwendung dieses Transformators in innerhalb der zu verschweißenden Rohre arbeitenden Schweißmaechinen der Versuch, eine in diesem Falle notwendige künstliche

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Kühlung zu verwirklichen, zu keinem positiven Ergebnis führt. Wenn zum Beispiel der Querschnitt irgendeiner Wicklung verkleinert und einige Kanäle (irgendwelche Rohrleitungen) zwecks Abkühlung eingebaut werden, führt dies zu einer raschen Zunahme der Außenmaße des Transformators,

den
welche durch Innendurchmesser der zu verschweißenden Bohre beschränkt sind. Andererseits, wenn innerhalb einer Wicklung Hohlräume zur Abkühlung vorgesehen und die Wicklungsabmessungen beibehalten werden,<foimmti>der Wirkquerschnitt der Wicklung (des Kupfers) ab und der elektrische Widerstand der Wicklung zu.

Der erwähnte Transformator zeichnet sich durch eine komplizierte Technologie seines Zusammenbaus aus. Dies ist mit dem komplizierten Aufsetzen der konzentrisch zusammengebauten Wicklungen auf den?. Ringkern verbunden, welche eine große Länge entlang der Achse des Traneformatorkerns aufweisen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen zu schaffen, welcher bei kleinen Außenmaßen im Vergleich zu den bekannten Ringkerntransformatoren^tiber eine größere Leistung^» durch Änderung der Form und gegenseitige Anordnung der Transforuiatorwicklungen verfügt.

Diese Aufgabe wird in einem Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen, bestehend aus einem Ringkern, welcher von Transformatorspulen umfaßt ist, von denen jede eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung mit ßtromabnehmerbacken aufweist, erfindungsgemäß dadurch ge-

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löst, daß Windungen der Primär- und der Sekundärwicklungen im Querschnitt des Transformators als Sektoren ausgestaltet sind, die Windungen der Primärwicklung mit ihren Seitenflächen an die Seitenflächen jeder einzelnen Windung der Sekundärwicklung angrenzen, und ferner daß die Windungen der Wicklungen Bohrungen aufweisen, welche einen ringförmigen Hohlraum bilden, durch den der Kingkern hindurchläuft, wobei der geometrische Mittelpunkt jeder Wicklung in der Weise gegenüber des geometrischen Mittelpunktes des Kerns in der tyierschnittsebene des letzteren versetzt ist, daß der geometrische Mittelpunkt des Kerns zwecks eines Ausgleichs der Stromdichte in den Wicklungen sich von der Transformatorachse weiter entfernt befindet·

Die Ausführung der Transformatorspulen als in einem Kreis angeordnete Sektoren gewährleistet eine vollkommene Füllung des Transformatorvolumens mit den elektrisch aktiven Stoffen. Dank dieser Anordnung weist der Transformator kleine Ausmaße und hohe elektrische Kennwerte, insbesondere eine hohe spezifische Leistung und einen kleinen elektrischen Widerstand, auf. Das erlaubt es, den Transformator an einer Schweißmaschine anzuordnen, welche innerhalb von zu verschweißenden Rohren sowohl kleinen (ca.520 mm) als auch mittleren (bis 900 mm) Durchmessers verwendet wird.

Es ist zweckmäßig, in jeder Windung der Sekundärwicklung einen Kanal zum Umlauf eines Kühlmittels vorzusehen; dfipu ist es vorteilhaft, £_en Transformator mit zwei Kontaktringen zu versehen, von denen einer mit zwei Sammelkanälen, welche einerseits zum Anschließen an Zu-

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für das
bzw. Ableitungen Kühlmittel dienen und andererseits mit

Kanälen der Sekundärwicklungen in Verbindung stehen* Dabei sollte der andere Kontaktring einen ringförmigen Kanal haben, welcher mit den Kanälen in den Sekundärwicklungen derart in Ver-

daß das

bindung steht, Kühlmittel einer Hälfte der gesamten Anzahl der Wicklungen zugeführt und von der anderen Hälfte abgeführt werden kann.

Die gleichzeitige Zuführung des Kühlmittels an eine Hälfte (z.B. an die obere bezüglich der Durchmesserebene des Transformators) der Sekundärwicklungen und Abführung des Kühlmittels von der anderen Hälfte (z.B. von der unteren bezüglich der Durchmesserebene des Transformators) verein-

die facht die bauliche Gestaltung sowie Fertigung und Wartung

des Transformators.

Eine bevorzugte Weiterbildung des Transformators be-

von

steht darin, daß er aus einer Vielzahl einzelnen, ringförmig gewickelten und mittels Spannstangen radial zusammengespannten Metallstreifen gebildet wird.

Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungen, die einen Hingkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen zeigen, näher erläutert.

Dabei zeigt .

° einen

Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch erfindungsgemäßen Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen;

Fig. 2 eine Ansicht nach II-II in Fig. 1 zur Darstellung des Längsschnittes einer Windung der Se-

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kundärwicklung des erfindungsgemäßen Transformators ;

Fig. 3 eine Ansicht ^Fig. I^gemäß der Linie III-III zur Darstellung des Längsschnittes der Primär-

windung des erf indungsgeniäßen Transformators; das

Fig. 4 KUhlschema des erfindungsgemäßen Transformators. Im Falle der Verwendung des Transformators

in Schweißmaschinen, welche innerhalb der zu verschweißenden Rohre arbeiten, wird er üblicherweise an einer zentralen

die Rohr--stange 1 (Fig. 1) montiert, an der Hauptbaugruppen

der Schweißmaschine befestigt sind.

Der Ringkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen enthält einen Ringkern 2, welcher von Transformatorspulen 3 umfaßt wird, von denen jede eine Primärwicklung 4 und eine gekühlte Sekundärwicklung 5 besitzt, wobei die letztere mit den nachstehend beschriebenen Stromabnehmerbacken verbunden ist.

Erfindungsgemäß sind die Windungen 4 und 5 der Primärwicklung 4 und Sekundärwicklung 5 in ihrem Querschnitt als Sektor ausgestaltet. Die Windungen 4' und 5' sind im Kreis in der Weise angeordnet, daß an die Seitenflächen jeder einzelnen Windung 5 der Sekundärwicklung 5 die Windungen 4' der Primärwicklung 4 mit ihren Seitenflächen angrenzen. Die Windung jeder der Wicklungen 4 und 5 weist eine öffnung auf. Demzufolge fallen beim Anordnen der Windungen 4' und 5 in einem Kreis die genannten öffnungen zusammen und bilden einen ringförmigen Hohlraum. In diesem

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Hohlraum wird der Ringkern 2 untergebracht, welcher aus

zwei Hälften besteht, die in einem Lia-

6. .

metralstoß miteinander kontaktieren.

Der Ringkern 2 wird aus einem kaltgewalzten bandförmigen Stahlelektroblech gewickelt. Zum Erhalten einer gewünschten Qualität des Ringkerns 2 erfolgt das Aufwickeln mit einem bis zu 110 mm breiten Band und zum Erhalten einer gewünschten Breite des Ringkerns 2 wird dieser aus einigen gleichgroßgewickelten Ringkernen 2 (Fig. 2), welche mittels in einer Reihe um die Transformatorachse angeordneten Spannetangen 7 (Fig· 1 und 2) zusammengespannt werden, zusammengesetzt. Die gewickelten Ringkerne 2.' werden mittels einer gemeinsamen Einfassung 8 zum Ringkern 2 vereinigt.

Die öffnungen in den Windungen 4 , 5 sind derart ausgeführt, daß die radiale Länge jenes Abschnittes der einzelnen Windung, welcher sich näher zur Transformatorachse befindet, größer ist, als die radiale Länge des entsprechenden peripheren Windungsabschnittes. Eine derartige Ausführungsform gewährleistet eine Versetzung des geometrischen Mittelpunktes (X, der Windungen bezüglich des geometrischen Mittelpunktes (X, (Fig. 3) des Ringkerns 2 in der C^uerschnittsebene des letzteren. Dadurch ist der

geometrische Mittelpunkt O2 des Ringkerns 2 in der Querechnittsebene des letzteren immer weiter von der Transformatorachse^{611 ern} als der geometrische Mittelpunkt O^ jeder einzelnen Windung.

Jede Transformatorspule J> (Fig. 1) besteht aus einer Windung 5' der Sekundärwicklung 5, wobei beiderseits an die

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Seitenflächen der Windung 5 die Windungen 4* der Primärwicklung 4 angrenzen. Die Windungen 4' der Primärwicklung 4 sind starr mittels Stegen 9 in Reihe miteinander verbunden, welche oberhalb der Windung 5 ' der Sekundärwicklung 5 verlaufen·

Sämtliche Windungen werden mittels einer Windungeisolation 10 voneinander isoliert und jede Traneformatorepule mit einer Vergußmasse aus Epoxydharz vergossen.

Der Wicklungsanfaiig der Primärwicklung 4 der Transformatorspule 3 wird mit dem Wicklungsende der Wicklung 4 der nächstfolgenden Transformatorspule mit Hilfe einer Überbrückung 11 (Fig. 1) in Reihe geschaltet.

Die zu einem Ring zusammengeschlossenen Transformatorspulen werden in einem Mantel 12 untergebracht.

Anschlüsse 13 der Windungen 4' der Primärwicklung werden an ein Versorgungsnetz (Fig. 1 und 2) angeschlossen.

Zur Schweißstromübertragung vom Transformator zum Schweißstück werden an den Stirnflächen jeder einzelnen Sekundärwindung 5' (Fig. 2) Stromabnehmerbacken 14 und 15 angebracht, welche ihrerseits mit für sämtliche Sekundärwicklungen 5' gemeinsamen Kontaktringen 16 und 17 kontaktieren. An die Kontaktringe 16 und 17 werden biegsame Schienen angeschlossen, welche mit Stromabnehmerschuhen (nicht gezeigt) der Schweißmaschine verbunden sind.

Jede Windung 5' der Sekundärwicklung 5 weist (bezüglich der Transformatorachse) einen Längskanal 18 auf, welcher zum Umlaufen des Kühlmittels, z.B. Wassers dient.

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Einer der Kontaktringe, in diesem Falle der innere Kontaktring 16, weist zwei Sammelkanäle auf, welche einerseits zur Verbindung mit Zu- und Ableitungen des Kühlwassers dienen und andererseits mit den Kanälen in den Sekundärwicklungen 5 in Verbindung G*emäß Fig. 2 gelangt das Kühlwasser durch die Zuleitung (nicht gezeigt) über eine öffnung 19 in eine Nut 20, welche an der Oberfläche der Stange 1 ausgeführt ist und die Form eines Halbringes hat. Aus der halbringförmigen Nut 20 gelangt das Kühlwasser über die Eadialbohrungen 21, welche in dem inneren Kontaktring 16 ausgeführt sind, und über die öffnungen 22, welche in der Stromabnehmerbacke 14 ausgeführt sind, in den entsprechenden Kanal 18 der Windung 5' der Sekundärwicklung 5, d.h. das Kühlwasser gelangt in eine Hälfte der gesamten Anzahl der Windungen 5' der Sekundärwicklungen 5 (Fig. 4).

Ein anderer Konta&tring, in diesem Falle der äußere Kontaktring 17 (Fig. 2), weist einen ringförmigen Kanal 23 auf, welcher mit dem Kanal 18 der Windungen 5 der Sekundärwicklungen 5 in Verbindung/Das aus dem Kanal 18 der Windung 5' der Sekundärwicklung 5 herausfließende Kühlwasser strömt über die in der Ltromabnehmerbacke 15 befindlichen Öffnungen 24 in den ringförmigen Kanal 23 und nach dem Erreichen der öffnungen 24 der Stromabnehmerbacke 15 der zweiten Hälfte der gesamten Anzahl der Transformatorspulen 3 (Fig. ^) % gelangt in jeden Kanal 18 der Windung 5' der Sekundärwicklung 5 dieser Transformatorspulen 3. Durch die Öffnungen 22 in der Stromabnehmerbacke 14 gelangt das Kühlwasser über die Eadialbohrungen 21 in die halbringförmige Nut 25 und weiter-

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hin über die Ausflußöffnung 26, an die die Abflußrohrleitung (nicht gezeigt) angeschlossen ist, heraus zum Abfluß,

>Vie aus der Beschreibung und beigefügten Zeichnungen ersichtlich , wird der iJammolkanal, welcher zum Anschließen an die Zuleitung bestimmt ist, durch die Einstrümöffnung \j, nalbringformige Nut 2ü und Radia!bohrungen 21 und cer JammeLκanal zum Anschließen an die Ableitung durch die Kadialbohrungen ^I , halbringturiuLge Hut d^ und Ausflu:iöffnung do gebildet, Auf diese ,Vuiho wird das Kühlwasser dem Kanal 1o der iVindungen ^Lj j,ugoi'ahrb und durch ein und denselben ...unla^l.ι mg Iu abr.of iihi b ,

Leerseite

Claims

ο η ο η c c n

PATENTANWALT Dipl-Phys RICHARD LUYKEN

Institut Elektrosvarki imeni E.O.Patona Akademii Nauk

Ukrainskoi SSR, Kiew/UdSSR ^{p 82} 4 32-E-61

' yi 5. Aug. 1980

⁽ L/Kdg

RINGKERNTRANSFORMATOR ZUM WIDERSTANDSSTUMPFSCHWEISSEN PATENTANSPRÜCHE

( 1.JRingkerntransformator zum Widerstandsstumpfschweißen, Destehend aus einem Ringkern, welcher mit Transformatorspulen umfaßt ist, von denen jede eine Primärwicklung und eine gekühlte Sekundärwicklung mit JJtromabnehmerbacken aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Windungen der Primär- und Sekundärwicklungen im querschnitt des Transformators als Sektoren ausgestaltet sind,

die Windungen der Primärwicklung mit ihren Seitenflächen an die Seitenflächen jeder einzelnen Windung der Sekundärwicklung angrenzen,

die Windungen der Wicklungen Bohrungen aufweisen, welche einen ringförmigen Hohlraum bilden, der Ringkern durch den Hohlraum hindurchläuft, wobei

der geometrische Mittelpunkt jeder Wicklung in der Weise gegenüber dem geometrischen Mittelpunkt des Kerns in der Querschnittsebene des letzteren versetzt ist, daß der geometrische Mittelpunkt des Kerns zwecks eines Auegleiches der Stromdichte in den Wicklungen

weg sich weiter von der Transformatorachse befindet.
2. Ringkerntransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

jede Windung der Sekundärwicklung einen Kanal für den

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Umlauf eines Kühlmittels aufweist und daß er zusätzlich

zwei Kontaktringe enthält, von denen einer zwei Sammelkanäle einerseits zum Anschließen an Zu-

bzw. Ableitungen Kühlmittel und andererseits zur Ve: bindung mit den Kanälen in den Sekundärwicklungen

aufweist, und

der andere einen ringförmigen mit den Kanälen in den

stehenden

Sekundärwicklungen in Verbindung Kanal aufweist,durch

den Kühlmittel einer Hälfte der gesamten Anzahl der Wicklungen zugeführt und von der anderen Hälfte dieser Wicklungen abgeführt wird. 3· itingkerntrancformator nach Anspruch 1 oder 2, d adurch gekennzeichnet, daß der Ringkern aus einer Vielzahl der ringförmig gewickelten, mittels opannsfcangen radial zusomiiiengespannten Metallstreifen gebildet ist."

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