DE858435C

DE858435C - Transformer, especially high-frequency transformer

Info

Publication number: DE858435C
Application number: DEP14327A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl-Ing Kaufmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1948-10-02
Filing date: 1948-10-02
Publication date: 1952-12-08

Description

Transformator, insbesondere Hochfrequenztransformator Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator, insbesondere Hochfrequenztransformator, mit einer blanken Unterspannungswicklung, vorzugsweise für die induktive Oberflächenerhitzung. Bei derartigen Transformatoren ist es oft erforderlich, die Unterspannungswicklung wegen der hohen Ströme zu kühlen. Die Führung der Kühlanlage und ihre Ausbildung machen jedoch erhebliche Schwierigkeiten, insbesondere hinsichtlich der Abdichtung gegenüber den anderen elektrischen und mechanischen Teilen.Transformer, especially high frequency transformer The invention relates to a transformer, especially a high-frequency transformer a bare low voltage winding, preferably for inductive surface heating. Such transformers often require the low voltage winding to cool because of the high currents. The management of the cooling system and its training however, make considerable difficulties, in particular with regard to the sealing compared to the other electrical and mechanical parts.

Erfindungsgemäß werden alle diese Nachteile dadurch beseitigt, daß der die Unterspannun.gswicklung tragende Isolierkörper aus einem keramischen Werkstoff besteht und mit ihr an den Rändern so verschmolzen oder verlötet ist, daß dazwischen Hohlräume zur Führung von Kühl- oder Abschreckmitteln entstehen. Besonders vorteilhaft können die von der Röhrentechnik (Gasentladungsgefäße) her bekannten Metallkeramikverschmelzungen hierfür Anwendung finden. Besonders vorteilhaft gestaltet sich die Anwendung eines derartigen Transformators für die induktive Oberflächenerhitzung mittels einer an die Unterspannungswicklung angeschlossenen Heizleiterschleife. Dabei wird die Heizleiterschleife mit dem zu erhitzenden Werkstück induktiv gekoppelt und von Hochfrequenzströmen entsprechend der gewählten Höhe durchflossen. Die Heizleiterschleife ist, wenn sie zur Oberflächenhärtung von Teilen aus Stahl benutzt werden soll, meistens hohl ausgebildet und wird mit einem Abschreckmittel beschickt, das durch brausenartige Öffnungen in der Schleife selbst austritt und auf den erhitzten Stahlteil _ trifft und diesen .dadurch abschreckt bzw. härtet.According to the invention all these disadvantages are eliminated in that the insulating body carrying the undervoltage winding made of a ceramic material exists and is so fused or soldered to her at the edges that in between Cavities for the guidance of coolants or quenchants arise. Particularly beneficial can use the metal-ceramic fusions known from tube technology (gas discharge vessels) find application for this. The use of one is particularly advantageous such a transformer for inductive surface heating by means of a the low voltage winding connected heating conductor loop. The heating conductor loop is thereby inductively coupled with the workpiece to be heated and by high-frequency currents flowed through according to the selected height. The heating conductor loop is when they to be used for surface hardening of parts made of steel, mostly hollow and is charged with a quenchant that passes through shower-like openings exits in the loop itself and hits the heated steel part _ and this .thereby quenches or hardens.

Zur Anpassung des aus dem zu erhitzenden Werkstück und Heizleiter bestehenden transformatorischen Systems als Hochfrequenzverbraucher an den Erzeuger ist es erforderlich, den Blind- und Wirkwiderstand des Verbrauchers- so auszulegen, daß die Bauelemente des Schwingungskreises hinsichtlich ihrer Spannungssicherheit und strommäßigen Belastung nicht ungünstig beansprucht werden. Im allgemeinen wird die induzierende Heizleiterschleife nicht unmittelbar vom Schwingkreisstrom durchflossen, sondern es wird der hier beschriebene Transformator als Zwischenübertrager vorgesehen. Unterspannungswicklung und Heizleiterschleife sind dann konstruktiv eng vereinigt, um Verluste zu sparen. Heizleiterschleife und Transformator bilden dann den sogenannten Induktor, der auch vielfach als Glühkopf bezeichnet wird. Er stellt dann bei der mechanischen Härtevorrichtung gewissermaßen das Werkzeug dar, mit dem die Behandlung ausgeführt wird. Die konstruktive Durchbildung des Induktors bildet in mancher Hinsicht gewisse Schwierigkeiten, da große Stromdichten, hohe Spannungen und Frequenzen auf kleinem Raum beherrscht werden wollen. Hinzu kommt, daß dieser elektrisch hoch beanspruchte Apparat nicht im trockenen Betriebsraum arbeitet; sondern ständig unter einem Wasserschleier mit chemischen Zusätzen liegt, der von der Abschreckflüssigkeit für die Härtung herrührt. Die Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des erfindungsgemäßen Transformators in seiner Ausbildung als Induktor, der .elektrisch und thermisch allen Anforderungen genügt, dabei aber durch seinen konstruktiven Aufbau auch in der Lage ist, selbst unter Wasser zu arbeiten. Bei dem Transformator werden durch die Wahl des Werkstoffes aus keramischem Hochfrequenzmaterial die Zusatzverluste auf ein Minimum gebracht und die Streuung des Transformators durch magnetischen Rückschluß so bemessen, d-aß die Anpassung an den Hochfrequenzerzeuger günstige Werte ergibt. Eine Kapselung des Transformators bei seiner Verwendung für derartige Zwecke wird nicht durch besondere Teile erzielt, sondern durch die an sich beim Transformator notwendigen Hauptbestandteile, wie Wicklung und Isolation. Der Erfindungsgedanke besteht darin, durch Verwendung von Hartverlötung oder Verschmelzung zwischen Isolierstoff und Metallteilen, aber auch zwischen den Isolierstoffen der Ober- und Unterspannungswicklung selbst mit Hilfe der in der Wandlertechnik gebräuchlichen Edelfuge ein brauchbares Gerät zu schaffen, das allen oben angeführten Bedingungen gerecht werden kann.For adapting the workpiece and heating conductor to be heated existing transformer system as a high frequency consumer to the Producer it is necessary to design the reactive and active resistance of the consumer in such a way that that the components of the oscillation circuit with regard to their voltage security and current loads are not negatively stressed. Generally will the inductive heating conductor loop is not directly traversed by the oscillating circuit current, instead, the transformer described here is provided as an intermediate transformer. Low-voltage winding and heating conductor loop are then closely combined in terms of construction, to save losses. Heat conductor loop and transformer then form the so-called Inductor, which is also often referred to as the glow head. He then poses at the mechanical hardening device is, so to speak, the tool with which the treatment is performed. The structural design of the inductor forms in some respects certain difficulties because of high current densities, high voltages and frequencies want to be mastered in a small space. In addition, it was subject to high electrical loads The apparatus does not work in the dry operating room; but constantly under a veil of water with chemical additives that is used by the quenching liquid for hardening originates from. The invention also relates to the use of the invention Transformer in its training as an inductor, the .electrically and thermally meets all requirements, but also in is able to work underwater by himself. When the transformer is through the choice of ceramic high-frequency material the additional losses brought to a minimum and the leakage of the transformer by magnetic Inference measured in such a way that the adaptation to the high-frequency generator is favorable Values. Encapsulation of the transformer when it is used for such Purpose is not achieved by special parts, but by the per se with The main components required for the transformer, such as winding and insulation. The idea of the invention consists in using brazing or fusing between insulating material and metal parts, but also between the insulating materials of the high and low voltage windings even with the help of the noble joint commonly used in converter technology, a useful one To create a device that can meet all of the above conditions.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt.In the figures, an embodiment according to the invention is shown.

Fig. z zeigt einen Längsschnitt durch den Transformator, Fig. 2 .einen Querschnitt durch ihn mit der angeschlossenen Heizleiterschleife und Fig. 3 eine besondere Querschnittsgestaltung der Unterspannungswicklung.Fig. Z shows a longitudinal section through the transformer, Fig. 2 .ein Cross-section through it with the connected heating conductor loop and FIG. 3 a special cross-sectional design of the low voltage winding.

Der Transformatorkern r aus Hochfrequenzmasseeisen ist; wie aus Fig. r ersichtlich, in der Mitte geteilt und stellt einen Mantelkern bzw. dien magnetischen Rückschluß dar. Die Oberspannungswicklung 2 ist auf einen keramischen Körper 3 aufgewickelt, und zwar in einer dafür vorgesehenen Schraubenrinne. Die nicht besonders gezeichneten Anschlüsse dieser Wicklung werden durch diesen keramischen Körper nach .der einen oder anderen Seite isoliert J durch den Eisenkern z hindurchgeführt. Zwischen den einzelnen Windungen der Wicklung befinden sich die Stege q.. Die Endbunde 5 sind an ihrem Umfang genau kreisrund geschliffen, um mit den Endbunden des Keramikrohres 6 für die Unterspannungswicklung 7 genau passend zusammengesetzt zu werden. Durch diesen Schliff wird die Fuge zwischen den beiden Keramikkörpern 3 und 6 dielektriseh dicht gemischt, so daßdiese Stelle eine sogenannte Edelfuge bildet, die in der Wandlertechnik als solche an sich in ihrer Ausbildung bekannt ist. Man spricht dann auch von einer dielektrischen Verlötung. Dadurch wird es möglich, für die Oberspannüngswicklung hohe Spannungen zu benutzen und eine Spannungssicherheit zu gewährleisten.The transformer core r is made of high frequency bulk iron; as from Fig. r can be seen, divided in the middle and represents a cladding core or a magnetic one This represents a conclusion. The high-voltage winding 2 is wound onto a ceramic body 3, in a screw channel provided for this purpose. The not particularly marked Connections of this winding are through this ceramic body or the other side insulated J passed through the iron core z. Between individual turns of the winding are the webs q .. The end collars 5 are Ground exactly circular on its circumference to match the end collars of the ceramic tube 6 for the low voltage winding 7 to be put together exactly to match. By this cut is the joint between the two ceramic bodies 3 and 6 dielektriseh tightly mixed, so that this point forms a so-called noble joint, which is used in converter technology is known as such in their training. One then speaks of one dielectric soldering. This makes it possible for the high-voltage winding to use high voltages and to ensure voltage security.

Der Keramikkörper 6 trägt außen die blanke Unterspannungswicklung 7, die aus einer massiven Windung besteht und mit ihren Rändern an den Stellen 8 mit ihrem Isolierkörper 6 durch Hartverlötung oder einer sonstigen Keramikverschmelzung fest verbunden ist. Zwischen dem Keramikkärper 6 und der Unterspannungswicklung7entsteht dadurch ein Hohlraum 9, der zur Führung von Kühl- oder Abschreckmitteln Verwendung finden kann.The ceramic body 6 carries the bare low voltage winding on the outside 7, which consists of a massive turn and with its edges at the points 8 with their insulating body 6 by hard soldering or some other ceramic fusion is firmly connected. Between the ceramic body 6 and the low voltage winding 7 occurs thereby a cavity 9, which is used to guide coolants or quenchants Can be found.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Unterspannungswicklung 7 geschlitzt und an ihren Enden die Heizleiterschleife 13 angeschlossen. In der gezeichneten Darstellung ist sie angelötet, kann jedoch auch durch eine Klemmvorrichtung befestigt werden. Der Schlitz der Unterspannungswicklung ist an der Stelle 8 wieder mit dem Keramikkörper 6 der Unterspannungswicklung hart verlötet. Die Heizleiterschleife 13 selbst besteht aus einem hohlen Kupferrohr, das so geformt ist, wie es auf Grund der Form des zu härtenden Gegenstandes notwendig ist. Auf der Unterseite ist die Unterspannungswick-Jung durch die Einlage einer Trennwand 14 in zwei Kühlkammern unterteilt, so daß der Hohlraum 9 mit einem Kühlwasserzu- und -ablauf, wie durch die Pfeile angedeutet, verbunden werden kann. Als Spritzwasserschutz ist außerdem noch eine gebogene Isolierstoffplatte 15 vorgesehen, die dafür sorgt, daß das von oben her auftreffende Abschreckwasser von einem unmittelbaren Auftreffen auf die Transformatorteile abgehalten wird und abfließen kann.As can be seen from FIG. 2, the low voltage winding 7 is slotted and the heating conductor loop 13 is connected at its ends. In the illustration shown, it is soldered on, but it can also be attached using a clamping device. The slot in the low-voltage winding is again hard-soldered at point 8 to the ceramic body 6 of the low-voltage winding. The heating conductor loop 13 itself consists of a hollow copper tube which is shaped as necessary due to the shape of the object to be hardened. On the underside, the Unterspannungswick-Jung is divided into two cooling chambers by inserting a partition 14, so that the cavity 9 can be connected to a cooling water inlet and outlet, as indicated by the arrows. A curved insulating material plate 15 is also provided as splash water protection, which ensures that the quenching water hitting the top is kept from directly hitting the transformer parts and can flow away.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 wird das im Hohlraum 9 strömende Kühlmittel bzw. Abschreckmittel gleichzeitig für die Kühlung der Unterspannungswicklung und der Heizleiterschleife 13 bzw. zum Austritt aus dieser als Abschreckmittel benutzt. Es ist jedoch auch möglich, für die Kühlung der Unterspannungswicklung und für die Heizleiterschleife getrennte Wege für das Kühl- bzw. Abschreckmittel vorzusehen.In the embodiment according to FIG. 2, the coolant flowing in the cavity 9 is or quenching means at the same time for cooling the low voltage winding and the heat conductor loop 13 or used as a deterrent to exit from this. However, it is also possible for the cooling of the low voltage winding and for the Separate paths for the coolant or quenchant to be provided for the heating conductor loop.

Dies kann z. B. dann der Fall sein, wenn für die Heizleiterschleifenkühlung Wasser von erheblichem Druck zur Anwendung kommt und man den gesamten Kühlraum nicht für hohen Druck ausbilden oder wenn man ein spezielles chemisches Abschreckmittel der Heizleiterschleife zuführen will. Für diesen Fall erfolgt der Anschluß der Heizleiterschleife an die geschlitzte Windung -der Unterspannungswicklung nur elektrisch, und der Schlitz ist nichtmetallisch zu schließen, so daß das Kühlmittel nach dem Schnitt von Fig. 2 im Kreise herumfließt. Für das Kühlabschreckmittel der Heizschleife 13 wird dann, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ein Kanal 17 in der Unterspannungswicklung 7 selbst vorgesehen und der Hohlraum der Heizleiterschleife mit diesem Kanal entsprechend verbunden. Die Unterspannungswicklung 7 besteht dann aus zwei Teilen, deren einander zugekehrte Enden Höhlkehlen besitzen, die durch Zusammenlöten der Ränder den Kanal 17 in der Windung bilden. Besonders vorteilhaft läßt sich dieser Kanal anbringen, wenn. die Unterspannun:gswicklung nach der Stelle 'hin ansteigt, an der die Heizleiterschleife, z. B. in der Mitte, angeschlossen ist zur Erzielung einer gleichmäßigen Strombelastung. Auch ohne die Verwendung eines derartigen Kanals 17 läßt sich die Unterspannungswicklung derartig ausbilden, um den Querschnitt aus Werkstoffersparnisgründen nur für dietatsächliche Stromverteilung zu bemessen.This can e.g. This can be the case, for example, when water of considerable pressure is used for cooling the heating conductor loop and the entire cooling space is not designed for high pressure or when a special chemical detergent is to be added to the heating conductor loop. In this case, the heating conductor loop is connected to the slotted turn of the low-voltage winding only electrically, and the slot must be closed non-metallic so that the coolant flows around in a circle according to the section in FIG. For the cooling deterrent of the heating loop 13 , a channel 17 is then provided in the low-voltage winding 7 itself, as can be seen from FIG. 3, and the cavity of the heating conductor loop is correspondingly connected to this channel. The low voltage winding 7 then consists of two parts, the ends of which face one another with hollow fillets which, by soldering the edges together, form the channel 17 in the turn. This channel can be attached particularly advantageously if. the undervoltage winding increases towards the point at which the heating conductor loop, e.g. B. in the middle, is connected to achieve an even current load. Even without the use of such a channel 17 , the low-voltage winding can be designed in such a way that the cross section is only dimensioned for the actual current distribution in order to save material.

Der Zusammenbau des Transformators erfolgt in folgender Weise: Über den Keramikkörper 3 der Oberspannungswicklung 2 wird der Keramikkörper 6 mit der Unterspannungswicklung 7 von oben herübergeschoben. Auf jeder Seite wird dann eine elastische ringförmige Scheibe io aus Kunstgummi aufgelegt, und dann werden von beiden Seiten die Hälften des Kerns i eingeschoben, die in der Mitte eine Bohrung haben. In diese Bohrung wird dann ein Bolzen i i aus einem nichtmagnetischen Werkstoff eingeführt, der mit den an seinen. Enden befindlichen Muttern die keramischen Spannplatten 12 auf das ganze Gebilde preßt.The assembly of the transformer is done in the following way: About the ceramic body 3 of the high-voltage winding 2 is the ceramic body 6 with the Low voltage winding 7 pushed over from above. Then there will be one on each side elastic ring-shaped disk io made of synthetic rubber is placed, and then from the halves of the core i inserted on both sides, with a hole in the middle to have. A bolt i i made of a non-magnetic material is then inserted into this hole introduced the one with the at his. The nuts located at the ends of the ceramic clamping plates 12 presses on the whole structure.

Der beschriebene Transformator kann ganz allgemein für olle elektrischen Zwecke benutzt werdien, auch unter Fortlassung der Heizleiterschleife 13. Ebenso ist es möglich, auch den Isolierkörper 6 für die Unterspannungswicklung geometrisch so auszubilden. wie den Isolierkörper q. für :die Oberspannungswicklung, um eine Unterspannungswicklung verwenden zu können, die aus mehreren Windungen einer Lage besteht. Dann erfolgt,die Verlötung bzw. Verschmelzung nach zwei Schraubenlinien. Diese ergeben sich daraus, daß die Ränder jeder Windung mit den benachbart liegenden Stegen q. verbunden sind.The transformer described can be used in general for olle electrical Purposes are used, also omitting the heating conductor loop 13. Likewise it is possible to also geometrically shape the insulating body 6 for the low-voltage winding so train. like the insulator q. for: the high-voltage winding to a To be able to use low voltage winding, which consists of several turns of a layer consists. Then the soldering or fusing takes place after two helical lines. These result from the fact that the edges of each turn with the adjacent ones Webs q. are connected.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Transformer, especially high frequency transformer, with a bare low voltage winding, preferably for inductive surface heating, characterized in that the insulating body carrying the low voltage winding consists of a ceramic material and fused with the winding at the edges or is soldered so that there are cavities between them for guiding coolants or quenching agents develop.

2. Transformer according to claim i, characterized in that the of Metal-ceramic fusions known from tube technology are used.

3. Transformer according to claim i for inductive surface heating by means of a heating conductor loop connected to the low-voltage winding, characterized in that that the cross section of the low voltage winding increases towards the point to which the heating conductor loop is connected, in order to achieve a uniform Current load. d ..

Transformer according to claim 3, characterized in that in addition to the cavity channel between the insulating body and the low-voltage winding in the low-voltage winding even another channel connected only to the hollow heating conductor loop is provided is.

5. Transformer according to claim d., Characterized in that .the low voltage winding consists of two parts, their facing. Ends have fillets that go through Soldering the edges together will form the channel in the winding itself.

6. Transformer according to claim 3 to 5, characterized in that the division of the low-voltage winding and the additional channel is provided at the reinforced point of the undervoltage winding is.

7. Transformer according to claim i or the following claims, characterized in that that with concentric winding structure, the insulating bodies of both windings are made of ceramic There are insulating cylinders, which are soldered together dielectrically tight at their edges are (Edelfuge). B. Transformer according to claim i to 7, characterized in "that a sheath core split in the middle is used for magnetic yoke finds, which surrounds the windings on both sides and a concentric hole has, which is used to accommodate a clamping bolt that the entire transformer Holds together with the help of ceramic clamping plates.