DE896241C

DE896241C - System for induction heating with tube converter operation

Info

Publication number: DE896241C
Application number: DEW4063D
Authority: DE
Inventors: Karl Dr-Ing Schoenbacher
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1944-05-16
Filing date: 1944-05-16
Publication date: 1953-11-09

Description

.Anlage für Induktionserwärmung mit Röhrenumformerbetrieb Die Erfindung betrifft eine Anlage für Induktionserwärmung mit Röhrenumformerbetrielb, insbesondere eine Anlage zum Glühen:, Härten oder Schweißen von Werkstücken..System for induction heating with tube converter operation The invention relates to a system for induction heating with a tube converter, in particular a facility for annealing:, hardening or welding of workpieces.

Ein Röhrenumformer wird verwendet, wenn bestimmte Betriebsaufgaben. auf dem Gebiet der Inr duktionserwürmung Ströme von sehr hoher Frequenz erfordern, z. B. von solchen Frequenzen, wie sie in der Funktechnik gebräuchlich sind. Die bekannten Anlagen für Induktionserwärmung mit Röhrenumformerbetrieb sind in enger Anlehnung an. ,den Rund.funksenderbau und unter Zugrundelegung der auf diesem Gebiet bestehenden. Erfahrungen entwickelt worden.. Abweichungen mit Rücksicht auf den anders gearteten Verwendungszweck wurden z. B. nur insoweit getroffen, als der Röhrenumformer einstufig und damit einfacher und billiger ausgeführt werden kann als der Rundfunlsender, weil die Forderung nach der Frequenzkonstanthaltung entfällt. Ebenso wird keine Forderung nach Oberwellenreinheit erhoben. Aus -dem entscheidendeni Unterschied zwischen Rundfunksender und Röhrenumformer, -der .darin liegt, daß jener einen Verbraucher speist, der sich ;aus dem hohen Ohmschen: Wedlen!wi.derstand der Antenne ergibt, während dieser die m-it einer verhältnismäßig niedrigen Ohmsohen Komponente behaftete Induktivität von induktiven Heizleitern, sogenannten Induktoren, speist, wurde aber hinsichtlich der Ausbildung .des Schwingkreises des Röhrenumformers keinerlei: Folgerung-gezogen. Vielmehr wurde beim Röhrenumformer für Induktionserwärmung derselbe luftgekoppelte Schwingkreis, bestehend aus einer Schwingspule in Gestalt einer Kupferrohrwendel und einer umfangreichen Kondensatorbatterie; vorgesehen; wie beim Rundfunksender, einzig mit .dem Unterschied, daß anstatt des Antennenkreises ein tunlichst einwindiger transformatorisch abgeschlossener Sekundärkreis für die Speisung des. Induktors benutzt wird.A tube converter is used when performing certain operational tasks. in the field of induction worming require currents of very high frequency, e.g. B. of such frequencies as are common in radio technology. The known systems for induction heating with tube converter operation are closely based on. , the construction of radio transmitters and based on the existing in this area. Experience has been developed. Deviations with regard to the different purpose were z. B. only taken insofar as the tube converter can be made single-stage and therefore easier and cheaper than the broadcast transmitter, because the requirement for constant frequency is eliminated. There is also no requirement for harmonic purity. From the decisive difference between radio transmitters and tube converters, which lies in the fact that the one feeds a consumer that results from the high ohmic resistance of the antenna, while the antenna has a relatively low ohmic component Affected inductance of inductive heating conductors, so-called inductors, feeds, but no conclusion was drawn with regard to the formation of the resonant circuit of the tube converter. Rather, the same air-coupled resonant circuit was used in the tube converter for induction heating, consisting of a voice coil in the form of a copper tube helix and an extensive capacitor battery; intended; As with the radio transmitter, with the only difference that instead of the antenna circuit, a secondary circuit with a single winding transformer and closed off as far as possible is used to feed the inductor.

Man baute also den Röhrenumformer im wesentlichen nach dem Gesichtspunkt des Rundfunksenders, bei dem, wie angeführt, erst eine Schwingong in einem eigenen Schwingkreis erzeugt und dann dem Verbraucher zugeführt wird.So you built the tube converter essentially according to the point of view of the radio station, where, as mentioned, first one vibrating gong in one of its own Resonant circuit generated and then fed to the consumer.

Unter Abkehr von der bisherigen Auffassung beim Bau von. Röhrenumformern für Induktionserwäranung beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß ein eisengekoppelter Schwingkreis hinsichtlich des mit großem. Innenwiderstand behafteten Luftschwingkreises bessere Anpassungsbedingungen schafft.Turning away from the previous view of the construction of. Tube converters for Induktionserwäranung the invention is based on the knowledge that an iron-coupled Oscillating circuit with regard to the large. Internal resistance affected air oscillating circuit creates better conditions for adaptation.

Die erfindungsgemäße Anlage für Induktionserwärmung mit Röhrenumformerbetrieb ist somit dadurch gekennzeichnet, daß der Verbraucherkreis über einen Eisenkerntransformatar eng mit dem Röhrenumformer gekoppelt ist und der Verbraucherkreis wesentlich .zum Schwingkreis des Röhrenumformers: gehört und eine Streuinduktivität der Kopplung möglichst vermieden ist.The system according to the invention for induction heating with tube converter operation is thus characterized in that the consumer circuit has an iron core transformer is closely linked to the tube converter and the consumer circuit is essential Resonant circuit of the tube converter: belongs and a leakage inductance of the coupling is avoided if possible.

Die erfindungsgemäße Anlage hat gegenüber einer mit Luft-Schwingspule arbeitenden Anlage den Vorteil, raumsparender und billiger zu -sein., denn, nicht nur .der große C'Lt-Aufwand derartiger Anordnungen kommt in Fortf.all, sondern es werden auch erheblich weniger Kondensatoren benötigt.The system according to the invention has compared to one with an air voice coil working system has the advantage of being more space-saving and cheaper., because, not only. the great C'Lt effort of such arrangements comes in continuation, but it considerably fewer capacitors are also required.

Das. wesentlichste Unterscheidungsmerkmal zwischeneiner Schwingkreisspule mit :angekoppeltem Niedsrspannungss.tröamkreis, wie sie bisher ausgeführt wurde, und der erfindungsgemäßen Anlage besteht darin, @daß reit dem Schwingkreis künstlich Induktivität für das mit den Kondensatoren schwingungsfähige System beschafft wird, während der Transformator nur .die kurzschlußartige Belastung der :induktiven Heizeeinri,chtung an ,die Umfarmerröhre anpaßt. Er stellt unter möglichster Vermeidung von Streuinduktivität ein passendes Übersetzungsverhältnis der Ströme her. In den -in der Zeichnung dargestellten elektrischen Ersatzbildern kommt in Fig. z die anzustrebende Wirkungsweise eines Schwingkreises in bekannter Anordnung und in Fig. 2 diejenige eines Transformators optimaler Ausführung zum Ausdruck. Beim Schwingkreis sieht man in einer großen Streuinduktivität L, einen Nutzern für das Schwingungssystem und in einer kleinen Hauptin.duktivität L eine Maßnahme -zur Beeinflussung des Übersetzungsverhältnisses (Kopplung). Hingegen bildet bei .der Induktionserwärmung der Induktor die Schwingungsinduktivität, so daß also, für den Trans.formator keine Streuinduktivität erstrebt wird. Die Hauptinduktivität soll möglichst groß sein, da das Übersetzungsverhältnis allein durch das Windungsverhältnis zu bestimmen ist.That. most essential distinguishing feature between an oscillating circuit coil with: coupled low-voltage flow circuit, as it has been carried out up to now, and the system according to the invention is that @ that artificially rides the resonant circuit Inductance is procured for the system that can vibrate with the capacitors, while the transformer only. the short-circuit-like load of the: inductive heating device on, the Umfarmerröhre adjusts. It provides avoidance of leakage inductance as much as possible a suitable transmission ratio of the currents. In the -shown in the drawing electrical substitute images comes in Fig Resonant circuit in a known arrangement and in Fig. 2 that of a transformer optimal execution for expression. A large leakage inductance can be seen in the resonant circuit L, a user for the vibration system and in a small main inductance L a measure to influence the transmission ratio (coupling). On the other hand forms the vibration inductance during induction heating, see above so that no leakage inductance is sought for the transformer. The main inductance should be as large as possible, since the transmission ratio is determined solely by the turns ratio is to be determined.

Die erfindungsgemäße Anlage hat gegenüber einer mit Schwingspule arbeitenden Anlage den Vorteil, raumsparender und, billiger zu sein., denn nicht nur .die Schwingspule kommt . in -Fortfall, sondern es werden auch erheblich weniger Kondensatoren benötigt. Die Induktivität des Arbeitskreises, von .den Zuleitungen und der Streuung des Induktors herrührend, reicht aus, um bei den Dämpfungen durch das Werkstück noch schwingungs,fähig zu sein. Während bei den mit Schwingkreis arbeitenden Anlagen die geringe Hauptinduktnvität des Schwingkreises bei Luftkopplung transformatorisch betrachtet einen hohen Blindstrom bedingt, :der erhebliche Kupferverluste verursacht und- den Wirkungsgrad. verschlechtert, arbeitet die erfindungsgemäße Anlage trotz des verringerten Aufwandes mit einem annehmibaxen Wirkungsgrad.The system according to the invention has compared to a working with a voice coil The system has the advantage of being more space-saving and cheaper, because not only the voice coil comes . in case of discontinuation, considerably fewer capacitors are required. The inductance of the working circuit, of the leads and the scatter of the inductor originating, is sufficient to still be able to vibrate with the damping by the workpiece to be. While the systems working with an oscillating circuit have a low main inductance of the resonant circuit in the case of air coupling, a high reactive current from a transformer perspective conditional: which causes considerable copper losses and - the efficiency. worsened, works the system according to the invention despite the reduced effort with a acceptable efficiency.

Erfindungsgemäß wird innerhalb der gekennzeichneten Anlage ein Transformator verwendet, der einen lamellierten Eisenkern :besitzt, vorzugsweise in einer solchen; Bemessung, daß die Eisenverluste etwa gleich .den Kupferverlusten sind.According to the invention, a transformer is used within the designated system is used, which has a lamellar iron core: possesses, preferably in one; Dimensioning that the iron losses are approximately equal to the copper losses.

Vorzugsweise besitzt der Transformator einen Einwinduri"gsseaeun:därkrei.s, der als Doppelmantel von U-förmigem Querschnitt gestaltet ist.The transformer preferably has a Einwinduri "gsseaeun: därkrei.s, which is designed as a double jacket with a U-shaped cross-section.

Der lamellierte Eisenkern kann luftgekühlt bzw. mittelbar durch flüssigkeitsführende Kupferzwischenlagen oder unmittelbar durch Flüssigkeit gekühlt sein. Bei diesem Transformator ist der Wicklungsdurchmesser bedeutend verkleinert, wodurch der Einbau .der Heizeinrichtung mit Transformator in eine Maschine oder einen Apparat erleichtert wird. Die Kupferverluste des Transformators sind verringert, ebenso die Streuinduktivität, deren magnetischer Leitwert vom Durchmesser und dem mit Rücksicht auf ,die Spannungsfestigkeit festgelegten Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung abhängt. Entgegen der üblichen Ansicht, daß lamellierte Eisenkerne .bei Rundfunkfrequenzen wegen des Hauteffektes. nicht mehr verwendbar sind, kann nach den Rechnungsgrundsätzen: von .den magnetisch parallel geschalteten Eisenhäuten ein durchaus brauchbarer Eisenkern kleinster Abmessungen errechnet werden. Mit ,der Ausbildung des Eisenwindungssekundärkreises als Doppelmantel wird eine Verminderung der Streuung und eine bessere Kupferausnutzung erzielt.The lamellar iron core can be air-cooled or indirectly through a liquid-carrying Copper interlayers or cooled directly by liquid. With this one Transformer, the winding diameter is significantly reduced, which makes installation .the heating device with transformer in a machine or apparatus will. The copper losses of the transformer are reduced, as is the leakage inductance, whose magnetic conductance depends on the diameter and with regard to the dielectric strength determined distance between primary and secondary winding depends. Contrary to the common view that laminated iron cores .at radio frequencies because of the skin effect. can no longer be used, according to the accounting principles: von .den magnetic iron skins connected in parallel a perfectly usable iron core of the smallest dimensions can be calculated. With the formation of the iron winding secondary circuit as a double jacket a reduction of the scattering and a better copper utilization is achieved.

In @ der Zeichnung zeigt Fig. 3 ein schematisches Schaltbild des Erfindungsgegenstandes für eine Anlage zum induktiven Oberflächenhäxten. - Die Anlage besteht aus dem Röhrenumformer A und der eigentlichen Härtemaschine B. Der erstere umfaßt im wesentlichen .die Umformerröhre ZIr, die Kondensatoren C und den erfindungsgemäßen Transformator T1 mit Rückkopplungsspule RK. Hieran angeschlossen ist der Transformator T2 mit dem Induktor T, welche den elektrischen Teil der Härtemaschine bilden. Für gewisse Betriebsfälle genügt auch ein einziger Transformator mit Rückkopplung, in, dessen Sekundärkreis der Induktor liegt.In the drawing, FIG. 3 shows a schematic circuit diagram of the subject matter of the invention for a system for inductive surface axes. - The system consists of the tube converter A and the actual hardening machine B. The former essentially comprises .die Converter tube ZIr, the capacitors C and the transformer T1 according to the invention with feedback coil RK. Connected to this is the transformer T2 with the Inductors T, which form the electrical part of the hardening machine. For certain operational cases A single transformer with feedback is also sufficient, in its secondary circuit the inductor lies.

Fig. q. zeigt eine bevorzugte Ausführungsform des Transformators innerhalb des Röhrenumformers zum induktiven Oberflächenhärten.Fig. Q. Figure 3 shows a preferred embodiment of the transformer within of the tube converter for inductive surface hardening.

Der Hochfrequenztransformator nach Fig. q. besteht, von außen nach innen betrachtet, aus dem U-förmig gestalteten Doppelmantel i, der -den. E'inwindungssekund,ärkreis darstellt und eine Schleife bildet, die in die. Klemmschienen 2 für den Anschluß des Transformators T2 m.it Induktor ausläuft. Der Mantel i besteht z. B. aus Kupferblech von o,5 mm. In :dem zwischen den Schenkeln des U-förmigen. Doppelmantels i gebildeten Zwischenraum 3 liegt eine wassergekühlte Kupferrohrwendel q., die den Primärkreis des Transformators darstellt. In .der Öffnung des Doppelmantels ist .der lamellierte' Eisenkern 6 eingemi;ttet. Er sitzt vollständig in einer geschlossenen! Hülse aus Isolierstoff oder, wie dargestellt, an beiden Enden in. stirnseitig geschlossenen kurzen Isolierhülsen 7, die in den. Führungsringen 5, die z. B. Simmerringe sind, abdichtend geführt sind. Die Isolierhülsen 7 sind mit einer Flüssigkeitszuleitung 8 und einer Ableitung 9 versehen. Bei der dargestellten Ausbildung wird eine gleichzeitige Kühlung des Eisenkernes und des Sekundärkreises, @d. h. :des Mantels i, erreicht. Dabei ist zwecks Schaffung eines flüssigkeitsdichten Hohlraumes der Luftspalt am inneren Steg des Mantels i durch eine Einlage i i aus Iso:lierstaff überbrückt. Dadurch, daß der Eisenkern des Transformators beiderseits der Wicklungen herausragt, kann,das magnetische Feld im Luftraum ungestört übertreten. Zweckmäßig isst 'der Ouerschnitt des Eisenkernes 6 in. den kreisförmigen IOsolierhülsen 7 so beimessen, daß seine Fläche wird die geringste Temperatur bei gleichmäßigem ist. Bei .diesem Größenverhältnis Feldfluß erreicht. Für größere' Leistungen kann, der Eisenkern 6 in :Einzelpakete aufgeteilt werden, die je'de's für sich in schlauchartigen Hülsen untergebracht sind, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Einzelne Pakete können, ähnlich wie in Fig. ¢ in Hülsen 7 untergebracht oder durch Bandagen zusammen:gehalten werden. Dem beschriebenenTransfo'rmat:o'r isst eine Rückkopplungsspule RK zuge'o'rdnet, die entsprechend dem Doppelpfeil io quer zum Eisenkern 6 verstellbar ist und ,mit dem Gitter der Umformerröhre zusammenwirkt.The high-frequency transformer according to Fig. Q. consists, viewed from the outside in, of the U-shaped double jacket i, the -den. E'inwindungssecond, represents a circle and forms a loop, which in the. Clamping rails 2 for the connection of the transformer T2 with inductor running out. The coat i consists z. B. from copper sheet of 0.5 mm. In: the one between the legs of the U-shaped. Double jacket i formed space 3 is a water-cooled copper coiled tubing q., Which represents the primary circuit of the transformer. The laminated iron core 6 is embedded in the opening of the double jacket. He sits completely in a closed one! Sleeve made of insulating material or, as shown, at both ends in. Frontally closed short insulating sleeves 7, which are in the. Guide rings 5, the z. B. Simmerrings are sealed. The insulating sleeves 7 are provided with a liquid feed line 8 and a discharge line 9. In the embodiment shown, a simultaneous cooling of the iron core and the secondary circuit, @ ie: the shell i, is achieved. In order to create a liquid-tight cavity, the air gap on the inner web of the jacket i is bridged by an insert ii made of insulating material. Because the iron core of the transformer protrudes on both sides of the windings, the magnetic field in the air space can pass undisturbed. Expediently, the cross-section of the iron core 6 is attached to the circular insulating sleeves 7 so that its surface has the lowest temperature at a constant temperature is. At this size ratio field flux is achieved. For greater performance, the iron core 6 can be divided into: individual packages, each of which is housed in hose-like sleeves through which the cooling liquid flows. Individual packages can be accommodated in sleeves 7, similar to FIG. The described transformer mat: o'r has a feedback coil RK assigned to it, which can be adjusted transversely to the iron core 6 according to the double arrow io and interacts with the grid of the converter tube.

Claims

PATENT CLAIMS: i. System for induction heating with tube converter operation, thereby characterized in that the consumer circuit is closely related to an iron core transformer the tubes, reshape, is coupled and: the consumer circuit essentially to the oscillating circuit of the tube converter and a leakage inductance of the coupling avoided as far as possible is.

2. Plant according to claim i, characterized in that a transformer with laminated iron core is used, preferably in such a dimension, that: the iron losses are approximately equal to the copper losses.

3. Plant according to claim i and 2, characterized in that: the transformer has a Einwi.ndungssekun'därkreis. possesses, which is designed as a double jacket of U-shaped cross-section, in the space between which the primary coil is placed. q .. System with a liquid-cooled transformer according to claim 3, characterized in -that the laminated iron core is only supported at: the ends via insulating pieces in the opening of the double jacket, so that simultaneous cooling of the iron core and the secondary circuit is present.