DE3229375A1 - INDUCTION COIL COMPOSED FROM PARTIAL COILS - Google Patents
INDUCTION COIL COMPOSED FROM PARTIAL COILSInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine mehrlagige zylindrische Induktionsspule zum Erwärmen oder Schmelzen von metallischem Gut im Spuleninnenraum.The present invention relates to a multi-layer cylindrical induction coil for heating or melting of metallic material in the coil interior.
Eine derartige Induktionsspule ist zum Beispiel bekannt aus dem Bericht Nr. M der Abteilung Ha des VIII, der Union Internationale d/Electrothermie "The Theory of Multi-Layered Windings for Induction Heating and ther Application to a 1 MW, 50 Hz, Longitudinal Flux Billet Heater" von I.G. Harvey. In diesem Bericht ist ausgeführt, ä£> mit mehrlagigen Induktionsspulen ein verbesserter Wirkungsgrad gegenüber einlagigen Induktionsspulen erzielt werden kann. In der zitierten Literaturstelle ist nicht angegeben, wie die Wick^ng der Spule speziell ausgeführt ist. Wickelt man die Spule lagenweise, so ergeben sich bei Spulenleitern großen Querschnitts, wie sie bei Induktionsspulen dieser Art verwendet werden müssen, Probleme bei der Ausführung der übergänge zwischen den einzelnen Lagen, da die Spulenleiter an diesen Stellen dann stark geknickt werden müssen. Dieses Problem wird dann besonders gravierend, wenn Spulenleiter mit im Inneren des Leiters verlaufendem Kühlkanal verwendet werden.Such an induction coil is known, for example, from Report No. M of Department Ha des VIII, Union Internationale d / Electrothermie "The Theory of Multi-Layered Windings for Induction Heating and ther Application to a 1 MW, 50 Hz, Longitudinal Flux Billet Heater "by IG Harvey. This report is made, a £> can be achieved with multilayer inductors improved efficiency compared to single-layer inductors. The cited literature does not specify how the winding of the coil is specifically designed. If the coil is wound in layers, then with coil conductors of large cross-section, as must be used in induction coils of this type, problems arise in the execution of the transitions between the individual layers, since the coil conductors then have to be kinked at these points. This problem becomes particularly serious when coil conductors are used with a cooling channel running inside the conductor.
Verwendet man Spulenleiter mit Innenkühlung, und wickelt man die Spule lagenweise, wobei lediglich ein Kühlmitteleinlaß und ein Kühlmittelauslaß vorgesehen sind, so treten unter Umständen auch kühltechnische Probleme auf, weil sich die TemperaturIf you use coil conductors with internal cooling, and you wind the coil in layers, with only one coolant inlet and a coolant outlet are provided, this may occur also cooling problems, because the temperature
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des Kühlmittels beim Durchströmen des Leiters sehr stark ändert und an verschiedenen Stellen der Spule eine unterschiedlich starke Kühlung erfolgt.of the coolant changes very strongly as it flows through the conductor and varies in strength at different points on the coil Cooling takes place.
Ein weiteres Problem ergibt sich bei den bekannten Induktionsspulen, wenn Reparaturen an der Spulenanordnung vorgenommen werden müssen, beispielsweise dann, wenn bei innengekühlten Spulenleitern Undichtigkeiten auftreten. In einem solchen Fall muß bei der bekannten Anordnung die gesamte Spule von dem üblicherweise verwendeten Wärmeisolationsrohr entfernt und gegebenenfalls komplett ausgetauscht werden.Another problem arises with the known induction coils, when repairs have to be made to the coil arrangement, for example when internally cooled Coil conductors leak. In such a case, in the known arrangement, the entire coil of the usually The thermal insulation tube used can be removed and, if necessary, completely replaced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Induktionsspule der eingangs genannten Art zu schaffen, die auch bei Verwendung von Spulenleitern relativ großen Querschnitts eine kompakte Spulenwicklung gestattet und reparaturfreundlich ist. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, nach dem die erfindungsgemäße Induktionsspule ohne großen Aufwand hergestellt werden kann.The invention is based on the object of creating an induction coil of the type mentioned at the beginning, which can also be used when using of coil conductors of relatively large cross-section allows a compact coil winding and is easy to repair. Farther a method is to be specified according to which the induction coil according to the invention can be manufactured without great effort can.
Bei einer mehrlagigen zylindrischen Induktionsspule der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere als Spulensegmente mit zwei mehrlagigen Spulenspiralen ausgebildete Teilspulen vorgesehen sind, und daß die zwei Spulenspiralen eines Spulensegments gegensinnig gewickelt sind, wobei die inneren Windungslagen beider Spulenspiralen durch ein schräg aus der Ebene der Spulenspiralen herausgeführtes Übergangsstück verbunden sind.In the case of a multi-layer cylindrical induction coil, the This object is achieved in that a plurality of coil segments with two multi-layer coil spirals trained partial coils are provided, and that the two coil spirals of a coil segment are wound in opposite directions, the inner winding layers of both coil spirals through one Transition piece led out obliquely from the plane of the coil spirals are connected.
Die durch die beiden Spulenspiralen gebildeten Spulensegmente bilden also jeweils eine kompakt aufgebaute Einheit, die keinerlei scharfe Knicke des Spulenleiters aufweist. DieThe coil segments formed by the two coil spirals thus each form a compact unit, which does not have any sharp kinks in the coil conductor. the
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beiden Enden des jeweiligen Spulenleiters eines Spulensegments sind nach einer Weiterbildung der Erfindung ausgehend von den äußeren Windungslagen der Spulenspiralen radial nach außen geführt. Dies gestattet ein einfaches Anschließen der elektrischen Zuleitungen sowie ein einfaches Befestigen der Kühlflüssigkeitsanschlüsse, falls der Spulenleiter als innengekühlter Spulenleiter ausgebildet ist. Mit derartigen Spulensegmenten lassen sich Induktionsspulen praktisch beliebiger Länge herstellen, und ; zwar können vorgefertigte Teilspulen einfach aneinandergereiht \ werden, so daß man trotz der raschen Montage eine kompakte In- i duktionsspule mit hohem Kupferfüllfaktor erhält. Der Kupferfüllfaktor ist repräsentativ dafür, inwieweit die Spulenquerschnittsfläche tatsächlich von dem Kupferleiter ausgefüllt wird. Je näher der Kupferfüllfaktor dem Viert 1 kommt, umso besser ist der Leistungsfaktor der Spule und umso besser ist der elektrische Wirkungsgrad der Spule. Bei der erfindungsgemäßen Induktionsspule kommt der Kupferfüllfaktor dem Wert 1 sehr nahe, ; zumindest in radialer Richtung.According to a further development of the invention, both ends of the respective coil conductor of a coil segment are guided radially outward starting from the outer winding layers of the coil spirals. This allows simple connection of the electrical leads and simple fastening of the coolant connections if the coil conductor is designed as an internally cooled coil conductor. With such coil segments induction coils of practically any length can be produced, and ; Although prefabricated sub-coils can be easily lined up \ be, so as to obtain despite the rapid mounting a compact home i induction coil with a high copper fill. The copper fill factor is representative of the extent to which the coil cross-sectional area is actually filled by the copper conductor. The closer the copper fill factor comes to the fourth 1, the better the power factor of the coil and the better the electrical efficiency of the coil. In the induction coil according to the invention, the copper fill factor comes very close to the value 1 ; at least in the radial direction.
Jede einzelne Teilspule besitzt einen eigenen Kühlmittel-, einlaß und -auslaß. Die Kühlung ist in axialer Richtung der Spu-; Ie praktisch \öLlig gleichmäßig, so daß es an keiner Stelle zu Überhitzungen kommen kann. Neben einem relativ guten Leistungsfaktor der Spule wird weiterhin der Vorteil erzielt, daß die Spule sehr rasch repariert werden kann, beispielsweise durch Aus* tausch einer oder mehrerer Teilspulen. Die einzelnen Teilspulen : sind sehr leicht zugänglich, und da sie insbesondere einen sepa-; raten Kühlkreislauf aufweisen, zeichnet sich die erf indungsgemäß« Induktionsspule durch hohe betriebssicherheit aus. iEach individual coil section has its own coolant inlet and outlet. The cooling is in the axial direction of the Spu- ; Ie practically evenly so that overheating cannot occur at any point. In addition to a relatively good power factor for the coil, the advantage is also achieved that the coil can be repaired very quickly, for example by replacing one or more sub-coils. The individual sub-coils : are very easily accessible, and since they are in particular a sepa- ; have cooling circuit rates, the induction coil according to the invention is characterized by high operational reliability. i
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, da£ ein äußerer Anschluß einer Spulenspirale eines Spulensegments mit dem Anschluß der benachbarten Spulenspirale des benachbarten Spulensegments elektrisch verbunden ist. Durch diese Verschaltung werden die einzelnen Spulensegmente elektrisch in Serie geschaltet. Es ist auch denkbar, die entsprechenden Enden der äußeren Windungslagen durch eine Zuleitung miteinander zu verbinden, so daß eine Parallelschaltung erhalten wird.In a further development of the invention it is provided that £ an external connection of a coil spiral of a coil segment with the connection of the adjacent coil spiral of the adjacent one Coil segment is electrically connected. This interconnection makes the individual coil segments electrically in series switched. It is also conceivable to connect the corresponding ends of the outer winding layers to one another by means of a supply line connect so that a parallel connection is obtained.
Eine Induktionsspule, bei der die Spulenleiter als mit innerem Kühlkanal ausgestattete Leiter ausgebildet sind, läßt sich dann besonders gut und gleichmäßig kühlen, wenn jedes Segment einen eigenen, getrennten Kühlkreis bildet. Durch die Art von Kühlung wird erreicht, daß die einzelnen Windungslagen benachbarter Spulensegmente im wesentlichen die gleiche Kühltemperatur aufweisen.An induction coil, in which the coil conductors are designed as conductors equipped with an internal cooling channel, can be used cool particularly well and evenly when each segment forms its own separate cooling circuit. Art by cooling it is achieved that the individual winding layers of adjacent coil segments have essentially the same cooling temperature exhibit.
Ein Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Induktio: spule gemäß der Erfindung sieht vor, daß, beginnend mit der Wi: dung geringsten Durchmessers, eine Spulenspirale eines Spulensegments im Uhrzeigersinn, die andere Spulenspirale im Gegenuhrzeigersinn gewickelt wird, daß die inneren Enden der gewikkelten Spulenleiter aus der Ebene der Spulenspiralen herausgeführt werden, und daß die inneren Enden verschweißt werden. Da die beiden Spulenspiralen beim Schweißen möglicherweise vonein ander beabstandet sind, werden sie nach dem Schweißvorgang gegeneinander gedrückt, so daß sie ihre montagefertige Form erhalten, in welcher sie dicht nebeneinander liegen.A method for making a multilayer induction: coil according to the invention provides that, starting with the winding of the smallest diameter, a coil spiral of a coil segment clockwise, the other coil spiral is wound counterclockwise so that the inner ends of the wound Coil conductors are led out of the plane of the coil spirals, and that the inner ends are welded. There the two coil spirals may be spaced apart from each other during welding, they become against each other after the welding process pressed so that they get their ready-to-assemble form in which they are close together.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen einer erfindungsge mäßen Induktionsspule sieht vor, daß, beginnend mit der Windun geringsten Durchmessers, zwei SpulensdLralen gleichsinnig ge~Another method for producing an induction coil according to the invention provides that, starting with the Windun smallest diameter, two coil wires in the same direction
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wickelt werden, und daß die inneren Enden der gewickelten Spulenleiter zusammengeschweißt werden, wobei eine Spulenspirale bezüglich der anderen um 18O gedreht ist.and that the inner ends of the wound coil conductors are welded together with one coil spiral rotated 18O with respect to the other.
Je nach Wickelvorrichtung eignet sich das letztgenannte Verfahren möglicherweise besonders gut, weil sämtliche Spulenspiralen in einem Wicklungsinn, beispielsweise im Uhrzeigersinn, gewickelt werden können..Depending on the winding device, the last-mentioned method is possibly particularly suitable because all the coil spirals can be wound in one winding direction, for example clockwise.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer mehrlagigen Induktionsspule, bei welchem auf das Schweißen der beiden inneren Enden der Spulenleiter verzichtet werden kann, sieht vor, daß der Spulenleiter gegebener Länge für die zwei Spulenspiralen eines Spulensegments, ausgehend von der Mitte des Spulenleiters, gegensinnig zu zwei netieneinanderliegenden Spulenspiralen gewickelt wird. Bei diesem Verfahren wird der Spulenleiter mit der Mitte beispielsweise an einem Wickeldorn eingesetzt, und die beiden Enden des Leiters werden dann gegensinnig um den Dorn herumgewickelt.A method according to the invention for producing a multi-layer induction coil in which the two inner ends of the coil conductors do not have to be welded can, provides that the coil conductor of a given length for the two coil spirals of a coil segment, starting from the Center of the coil conductor, in opposite directions to two lines lying next to one another Coil spirals is wound. In this method, the coil conductor is centered on one, for example Winding mandrel inserted, and the two ends of the conductor are then wound around the mandrel in opposite directions.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:In the following an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Pig. I eine Seitenansicht eines Ausschnitts einer Induktionsspule mit einer Teilspule, undPig. I a side view of a section of an induction coil with a sub-coil, and
Fig. 2 eine Stirnansicht der Induktionsspule.Fig. 2 is an end view of the induction coil.
Fig. 1 zeigt einen Teil einer mehrlagigen zylindrischen Induktionsspule, die zum Erwärmen eines durch den Spuleninnenraum geführten metallischen Werkstücks 1 dient. Der in der Zeich nung dargestellte Teil der Induktionsspule besteht aus einer alsFig. 1 shows part of a multi-layer cylindrical induction coil, which is used for heating a through the coil interior guided metallic workpiece 1 is used. The part of the induction coil shown in the drawing consists of an as
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Spulensegment 2 ausgebildeten Teilspule. Das opulensegment 2 besteht aus zwei gegensinnig gewickelten Spulenspiralen 3 und h. Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel sind insgesamt acht Windungslagen vorgesehen.Coil segment 2 formed part coil. The opulensegment 2 consists of two oppositely wound coil spirals 3 and h. In the exemplary embodiment shown, a total of eight layers of turns are provided.
Die beiden inneren Windungslagen der Spulenspiralen 3 und 4 stehen mit einem Übergangsstück 5 in direkter Verbindung. Das Übergangsstück 5 verläuft schräg zur Ebene der beiden Spulenspiralen 3 und 4.The two inner winding layers of the coil spirals 3 and 4 are in direct connection with a transition piece 5. The transition piece 5 runs obliquely to the plane of the two coil spirals 3 and 4.
Die nach oben herausgeführten Enden der äußeren Windungslagen sind gegeneinander, das heißt aus der Zeichnungsebene heraus beziehungsweise in die Zeichnungsebene hinein, versetzt. Dies ist aus Fig. 2 deutlich erkennbar. Der elektrische Anschluß der Teilspule erfolgt über die Anschlußfahnen 6 und 7· bei dieser Ausführungsform sind die Spulenleiter als einen inneren Kühlkanal aufweisende Hohlleiter ausgebildet. An den Enden der Spulenleiter befinden sich Wasseranschlußstutzen 8 und 9 für den Wassereinlaß beziehungsweise -auslaß,The ends of the outer winding layers that lead out upward are against one another, that is, out of the plane of the drawing or into the plane of the drawing, offset. This can be clearly seen from FIG. The electrical connection the partial coil takes place via the connecting lugs 6 and 7 · in this embodiment the coil conductors are designed as an inner one Formed hollow conductor having cooling channel. At the ends of the coil conductors there are water connections 8 and 9 for the water inlet or outlet,
Eine Induktionsspule gemäß der Erfindung setzt sich aus mehreren Spulensegmenten 2 zusammen. Die Segmente liegen - wie in Fig. 1 durch gestrichelte Linien angedeutet ist - dicht nebeneinander. Sie umgeben ein Wärmeisolationsrohr 10, durch das aas Werkstück 1 gleitend geführt, beziehungsweise in dem das Werkstück gehalten wird. Die einzelnen Teilspulen können derart gegeneinander verdreht sein, daß die Wasseranschlüsse sowie die Anschlußfahnen für den elektrischen Anschluß leicht zugänglich sind, wie dies in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Wie weit die Enden der äußeren Windungslagen radial nach außen geführt sind, hängt davon ab, wie der elektrische Anschluß und der Kühlmittelschlauchanschluß erfolgen soll. Bei der Mon-An induction coil according to the invention is composed of several coil segments 2. The segments are - how is indicated in Fig. 1 by dashed lines - close to each other. They surround a thermal insulation tube 10 through which aas workpiece 1 is slidably guided, or in which the Workpiece is held. The individual coil sections can be twisted against each other in such a way that the water connections as well as the Terminal lugs for electrical connection are easily accessible, as indicated in Fig. 2 by dashed lines is. How far the ends of the outer winding layers are led radially outward depends on how the electrical connection is made and the coolant hose connection should be made. At the Mon
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tage werden die Teilspulen zunächst in den Ofenkörper eingebaut. Anschließend wird das Wärrneisolationsrohr in die Spule geschoben. Alternativ kann als Wärmeisolation eine keramische Masse in die fest eingebaute Spule eingebracht werden.days, the partial coils are first built into the furnace body. Then the thermal insulation tube is pushed into the coil. Alternatively, a ceramic insulation can be used as thermal insulation Mass can be introduced into the permanently installed coil.
Zur Bildung einer elektrischen Serienschaltung werden die Anschlußfahnen zweier benachbarter Spulenspiralen verschiedener Spulensegmente miteinander verbunden. Bei Parallelschaltung werden entsprechende Spulenspiralen der einzelnen Spulensegmente miteinander verbunden.To form an electrical series circuit, the connecting lugs of two adjacent coil spirals are different Coil segments connected to one another. When connected in parallel, there are corresponding coil spirals of the individual coil segments connected with each other.
Zum Herstellen eines Spulensegments 2 gemäß Pig. I wird gemäß einem Verfahren zunächst auf einen Wickeldorn, dessen Äußendurchmesser geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Wärmeisolationsrohrs 10, eine Spulenspirale gewickelt, so daß die einzelnen Windungslagen a, b ... h dicht aufeinanderliegen. Dann wird das Ende der innersten Windung a etwas aus der durch die Spulenspirale gebildeten Ebene herausgedrückt oder -gezogen, beispielsweise in die Zeichenebene von Fig. 2 hinein. An das herausgeführte Ende wird dann das entsprechende herausgeführte Ende einer gegensinnig gewickelten Spulenspirale angeschweißt, so daß die beiden Spulenspiralen dann durch das Übergangsstück 5 miteinander verbunden sind.To produce a coil segment 2 according to Pig. I will according to one method, initially on a winding mandrel, the outer diameter of which is slightly larger than the outer diameter of the thermal insulation tube 10, wound a coil spiral so that the individual winding layers a, b ... h lie close to one another. Then the end of the innermost turn a is pushed somewhat out of the plane formed by the coil spiral or drawn, for example into the plane of the drawing in FIG. 2. The corresponding end is then attached to the led out end out end of an oppositely wound coil spiral welded so that the two coil spirals then through the Transition piece 5 are connected to one another.
Dieses Vefahren wird angewendet, wenn die beiden Spulenspiralen für ein Spulensegment miteinander verschweißt werden sollen, ohne daß eine der Spulenspiralen vor der endgültigen Fertigstellung des Spulensegments von dem Wickeldorn abgezogen werden soll.This method is used when the two coil spirals for a coil segment to be welded together without one of the coil spirals before the final Completion of the coil segment is to be withdrawn from the winding mandrel.
Statt der gegensinnigen Wicklung der einen Spulenspirale können jedoch auch beide Spulenspiralen gleichsinnig gewickelt werden, wobei dann jedoch vor dem Zusammenschweißen der inneren Enden der Spulenspirale eine Spulenspirale um 180 gedreht wird.Instead of winding the one coil spiral in opposite directions, however, it is also possible for both coil spirals to be wound in the same direction but then before welding the inner ends of the coil spiral together a coil spiral is rotated 180 °.
Ein Verfahren, bei dem das Verschweißen der Enden der innersten Wicklungslage nicht notwendig ist, sieht vor, einenA method in which the welding of the ends of the innermost winding layer is not necessary, provides a
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Spulenleiter gegebener Länge mit seiner Mitte tangential an einen Wickeldorn anzulegen, um dann die beiden Hälften nacheinander oder gleichzeitig gegensinnig zu wickeln. Bei Anwendung dieses Verfahrens wird entweder vor dem Wickeln oder beim Wickeln der innersten Windungslage.n darauf geachtet, daß das spätere Übergangsstück entsprechend schräg zu der Achse der Spule verläuft. ..._'-._. Place the coil conductor of a given length with its center tangential to a winding mandrel, in order to then wind the two halves one after the other or simultaneously in opposite directions. When using this method, care is taken, either before winding or when winding the innermost winding layer, that the later transition piece runs correspondingly obliquely to the axis of the coil. ..._'-._.
Nach dem Fertigstellen der Spulensegmente können mehrere solcher Segmente auf ein Wärmeisolationsrohr aufgesetzt, elektrisch verschaltet und an Kühlmittelschläuche angeschlossen werden. Die elektrische Isolation der Spulenleiter erfolgt durch isolierende Wickelbandagen auf der Außenfläche des Spulenleiters. After completing the coil segments, several such segments are placed on a thermal insulation tube, electrically interconnected and connected to coolant hoses will. The coil conductors are electrically insulated by means of insulating wrapped bandages on the outer surface of the coil conductor.
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