DE7220252U - Fluessigkeitsgekuehlte induktorspule fuer netzfrequenz - Google Patents

Description

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AEG—Elοtherm GmbH 563 Remseheid-Hasten > Hammesberger Str. 31

Flüssigkeitsgekühlte induktorspule für Netzfrequenz

Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgekühlte induktorspule für das induktive Erwärmen ferromagnetischer Körper bei Netzfrequenz.

Für diesen zweck dienende induktorspulen werden meist einlagig unter Verwendung von kühlmitteldurchflossenen Kupferprofilen ausgeführt, in dieser Ausführur^ haben sie

; sich z.B. beim induktiven Erwärmen von s^ahlstangen oder

• -Blöckchen auf Temperaturen in der Nähe des Curiepunktes, : beispielsweise auf 75o ⁰C bewahrt. Bei der induktiven Er-

j wärmung von ferromagnetischen stangen- oder Blöckchen

:" ergibt sich aber, daß, um eine gleichbleibende Leistungs-

;. dichte im werkstück zu erreichen, die dazu benötigte magne-

tische Feldstärke umso höher sein muß, umso geringer der

j Werkstückdurchmesser ist. Der bei einlagigen spulen bei

j· höherer gewünschter Feldstärke notwendige höhere Spulenstrom

führt aber zu höheren Verlusten in der spule. Ein höherer Spulenstrom führt überdies auch zu anlagentechnisch ungünstigen Anschlußwerten.

Wegen dieser Tatsachen gilt für die praxis, daß einlagige { induktorspulen zum induktiven Erwärmen von ferromagnetischen

< Stangen oder Blöckchen sich nur für höhere Werkstückdurchmesser^d.h. von in etwa bo mm und mehr^bewähren.

Für die induktive Erwärmung bei Netzfrequenz von werkstücken geringeren Durchmessers bietet auch ein Übergang auf mehr-

< lagige induktorspulen aus Kupferhohlprofilleitern dabsi keinen i

• Ausweg, denn bei mehrlagigen spulen tritt das problem der

Wirbelstromverluste hinzu, die in dem von einem magnetischen Wechselfeld durchsetzten innoren Leiterlagen entstehen, Für die Erwärmung von ferromagnetischen werkstücken geringeren Durchmessers ist man daher im allgemeinen auf höhere Frequenzen ausgewichen.

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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine induktorspule für Netzfrequenz anzugeben, mit der das induktive Erwärmen von ferromagnetischeη Körpern auf etwa Curietemperatur, insbesondere stahlstangen oder stahibiöckchen bei geringer«» Werkstückdurchmessern als z.ß. öo mm mit gutem Wirkungsgrad ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die induktorspule einen als doppelwandigen, kühlmitteldurchflossenen Kühlmantel ausgebildeten spulenkörper aufweist, bei dem wenigstens die innenwand aus austenitischem stahl besteht und bei dem der Umfang seines lichten Querschnitte ·£=■ Ίοο mm verzugsweise aber ^==. 250 mm ist, und eine in dem Kühlmantel eingebettete und mit dem Kühlmittel -vorteilhaft Kühlöl- in Wärmeleitverbindung stehende mehrlagige Kupferdraht- oder Kupferlitzenwicklung aufweist, wobei die Abmessungen der Wicklungsleiter in Richtung senkrecht zu den Wickelflachen kleiner sind als 70 /6 der Eindringtiexe des elekifonagn«ti5casn Feldes in das Leitermaterial bei Betriebsfrequenz.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen der spulenwicklung und der innenwand des Kühlmantels ein Raum zum Durchfluß des Kühlmittels freigelassen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die spulenwicklung in mehrere koaxial zueinander angeordnete Teilwicklungen unterteilt, wobei zwischen benachbarten Teilwicklungen jeweils ein Raum zum Durchfluß des Kühlmittels freigelassen ist. ·

Die Erfindung wird nun anhand dar Figuren 1 und 2, die in Längs- bzw. (Querschnitt eine bevorzugte Ausführung der erfinderischen jnduktorspule darstellen, näher erläutert.

Der spulenkörper wird durch einen zylindrischen Kühlmantel 1 aus austenitischem stahl gebildet. Dieser Kühlmantel 1 weist eine jeweils zylindrische innenwand 2 bzw. Außenwand 'J auf, welche an ihren Enden mit ringförmigen Deckblechen U verschweißt sind. An diesen Deckblechen h sind Anschlüsse 5 für die Zu-

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bzw. Abfuhr eines Kühlmittels, vorzugsweise eines Transformator- , Öles vorgesehen. Die aus zwei zueinander koaxial angeordneten Teilwicklungen 6, 7 bestehende Spulenwicklung ist in dem vom »Γμμ1μμ«·1τw« » ΐΐΐΐΐ£οΐ3>ΧO£Sξηβη ^ofeX sr?.***** ϊι?!teybrÄ <ϊ1γ|t und -WjLi*d[ dort vom Kühlmittel umspült, um einen allseitigen wärmeaustausch zwischen den Teilwicklung?n 6, 7 und dem Kühlmittel zu gewährleisten,' sind zwischen der innenwand 2 des Kühlmantel und der inneren Teilspule 6, sowie zwischen den beiden Teilspulen 6, 7 sich in axialer Richtung erstreckende Abstandsleisten ti (siehe Fig· 2) angeordnet, die vorzugsweise aus einem ölfesten Kunststoff bestehen.

Auf diese weise entsteht zwischen der innenwand 2 des Kühlt mantels und der inneren Teilspule 6, einerseits, bzw. zwischen den beiden Teilspulen 6, 7 andererseits, jeweils ein Raum 9, Io der den Durchfluß des Kühlmittels gestattet.

jede der Teilspulen 6, 7 besteht aus mehreren Lagen eines vorzugsweise glasseiden- oder papierisolierten Kupferflachdrahtes, wobei benachbarte Lagen durch eine Lackschicht miteinander verbunden sind. Die Abmessungen des Kupferdrahtes in Richtung senkrecht zu den Wickelflächen sind dabei kleiner als 7o £ der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes im Leitermaterial bei. Betriebsfrequenz. Diese Eindringtiefe beträgt in Kupfer bei 5o Hz ca. Io mm. Ein dieser Vorschrift entsprechender Flachkupferleiter weist* gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel z.B· einen Querschnitt von 2 xlo mm auf.

Durch diese Vorschrift wird sichergestellt, daß sich in den Leitern der inneren Wicklungslagen praktisch keine nennenswerten wirbelströme ausbilden können. Dazu kommt noch, daß -wie die Anmelderin gefunden hat- Rohre aus austenitischem Stahl mit einem umfang von weniger als in etwa koo mm sich in spulenfeld bei Netzfrequenz und annehmbaren wirkungsgrad nur sehr schlecht, und bei einem umfang von weniger als 25o mm kaum noch erhitzen lassen. Dieser überraschende, bei einer beabsichtigten Erhitzung von Rohren aus austenitischem stahl jedoch nachteilige Effekt, führt nun bei der erfindungsgemäßen spule zu dem vorteil, daß die sich am ort maximaler

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magnetischer Feldstärke befindliche innenwand 2 des Kühlmantels 1 nur zu einer geringen Minderung des Wirkungsgrades der induktiven Erwärmung eines in die induktorspule «i±S»g»führten wer

Hit Hilfe der beschriebenen mit Netzfrequenz gespeisten induktorspule kann z.ß· das Ende eines stangenförmigen Werkstücke 8 11 aus stahl mit gutem wirkungsgrad (z.B. kl $) auf eine Temperatur von 75o ³C gebracht werden.

Die erfinderische induktorspule ist nicht auf Ausführungen mit kreisförmigem lichten Querschnitt beschränkt, sondern kann im wesentlichen mit beliebigen Querschnitten -z.B. quadratischen oder rechteckigen- vorteilhaft realisiert werden. Auch kann es genügen, nenn nur Jene Teile des Kühlmantels, die an stellen maximaler magnetischer Feldstärke angeordnet sind, also zum Beispiel das innenrohr allein -oder dieses samt den quer zur Spulenachse verlaufenden Frontwänden- aus austenitiechem Stahl bestehen.

Claims (5)

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1) Flüssigkeitsgekühlte induktorspule für das induktive Erwärmen ferromagnetischer Körper bei Netzfrequenz, gekennzeichnet durch einen als doppelwandigen, kühlmitteldurchflossenen Kühlmantel (1) ausgebildeten spulenkörper, bei dem wenigstens die innenwand (2) aus austenitischem Stahl besteht und bei dem der Umfang seines lichten Querschnitts ^-Ίοο mm ist, und durch eine in dem Kühlmantel (1) eingebettete und mit dem Kühlmittel in Wärmeleitverbindung stehende mehrlagige Kupferdraht- oder Kupferlitzentficklung (6, 7)» wobei die Abmessungen der Wicklungsleiter in Richtung senkrecht zu den Wickelflachen kleiner sind als 7o io der Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes in das Leitermaterial bei Betriebsfrequenz.

2) Flüssigkeitsgekühlte induktorspule nach Anspruch 1, daß der Umfang des lichten spulenkörper-Querschnittes ^=25o mm ijt.

3) Flüssigkeitsgekühlte induktorspule nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der innenwand (2) des Kühlmantels (1) und der Spulenwicklung (6, 7) ein Raum (9) zum Durchfluß des Kühlmittels freigelassen ist.

k) Flüssigkeitsgekühlte induktorspule nach einem, der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenwicklung in mehrere koaxial zueinander angeordnete Teilwicklungen (6, 7) unterteilt ist, wobei zwischen benachbarten Teilwicklungen jeweils ein Raum (lo) zum Durchfluß des Kühlmittels freigelassen ist.

5) Flüssigkeitsgekühlte induktorspule nach einem der Ansprüche 1-k, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlflüssigkeit ein Kühlöl ist.