DE974828C - Transformator mit von der Wicklung getrennt fluessigkeitsgekuehltem lamellierten Eisenkern fuer induktive Erhitzer, insbesondere fuer die Oberflaechenhaertung mit Mittel- und Hochfrequenz - Google Patents

Description

• Transformator mit von der Wicklung getrennt flüssigkeitsgekühltem lamellierten Eisenkern für induktive Erhitzer, insbesondere für die Oberflächenhärtung mit Mittel- und Hochfrequenz Die Erfindung betrifft einen Transformator mit flüssigkeitsgekühltem lamelliertem Eisenkern für induktive Erhitzer, insbesondere für die Oberflächenhärtung mit Mittel- und Hochfrequenz, der zwischen Stromerzeuger und Heizleiter (Induktor) geschaltet ist.
• Bei der Induktionserwärmung für die Zwecke des Glühens oder Oberflächenhärtens sind die Platzverhältnisse der Glüh- oder Härtemaschinen beschränkt. Es ist daher die Forderung gestellt, daß der Hochfrequenztransformator die kleinstmöglichen Baumaße aufweist bei voller Leistung des Generators, wobei auf den Wirkungsgrad weniger Gewicht gelegt zu werden braucht.
• Die bisherige Entwicklung beim Bau von Hochfrequenztransformatoren ist so vor sich gegangen, daß in Anlehnung an die eisenlose Induktionsspule bei eisenlosen Induktionsöfen ein Lufttransformator erstellt wurde, bei dem also das induzierende Magnetfeld sich ausschließlich über Luftwege erstreckt. Der Anwendung eines lamellierten Eisenkerns stand man zunächst fremd gegenüber, da einerseits eisenlose Transformatoren leicht herzustellen sind und andererseits bezüglich der Leistungsübertragung für höhere Frequenzen keine Erfahrungen vorlagen. Es wurden bei höheren Frequenzen übermäßige Eisenverluste infolge des elektromagnetischen Hauteffektes erwartet, die man nur durch vergrößerte Eisenquerschnitte oder durch eine feinere, aber kostspieligere Lamellierung glaubte beherrschen zu können. Nachteile des eisenlosen Transformators sind der große Blindstrom mit erheblichen Kupferverlusten, die störende Streuwirkung und die beträchtlichen Abmessungen. An den Kupferverlusten wurde - obwohl auch hier die Hautwirkung in Erscheinung tritt - wenig Anstoß genommen, weil mittels Wasserkühlung in rohrförmigen Leitern die Stromwärmeverluste verhältnismäßig leicht abzuführen sind. Um die Transformatoren kleiner zu gestalten bzw. um die Kupferverluste herabzusetzen, wurden später nach den Gesichtspunkten der Niederfrequenz-Starkstromtechnik lamellierte Eisenkerne angewendet, die so ausgelegt wurden, daß die Eisenverluste innerhalb der üblichen Grenzen blieben, d. h., es wurde mit Rücksicht auf die höheren Frequenzen die Induktion stark herabgesetzt. Dies galt insbesondere für die bei den vorerwähnten Induktionsöfen verwendeten mittleren Frequenzen. Für höhere Frequenzen wurde anstatt des lamellierten Eisenkernes der sogenannte Massekern benutzt, um die Eisenverluste zu begrenzen. Der Massekern ist ein Hochfrequenzeisenkern aus Eisenpulver mit isolierendem Bindemittel. Diese magnetisch verbesserten Transformatoren haben immer noch den Nachteil, daß die Stromwege, die wassergekühlt sind, weitaus stärker beansprucht werden als die Feldwege. Die Typenleistung eines solchen Transformators ist gering, weshalb er kostspielig ist.
• Bei Hochspannungstransformatoren ist es bereits bekannt, Wicklungen und Kern, der einen die Wicklungen zum Teil umgebenden geschlossenen Eisenpfad für die magnetischen Feldlinien bildet, als Ganzes in einem Behälter unter Öl anzuordnen. Für Transformatoren nach der Erfindung gelten hinsichtlich des Aufbaues der Wicklungen wie auch des Kernes andere Gesichtspunkte. Bei Transformatoren für induktive Erhitzer ist es bereits durch Wologdin bekannt, den Eisenkern getrennt von der Wicklung zu kühlen, und zwar durch wassergekühlte Zwischenlagen aus Kupfer oder Aluminium, im Transformatorkern und auch durch an der Stirnseite des Eisens angeschweißte kupferne, mit Wasser gekühlte Platten.
• Eine sehr wirkungsvolle und konstruktiv eindeutig zu beherrschende Lösung für Mittel- und Hochfrequenztransformatoren mit von der Wicklung getrennt flüssigkeitsgekühltem lamelliertem. Eisenkern wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der die konzentrischen Primär- und Sekundärwicklungen durchsetzende und ungefähr beiderseits der Wicklungen endende Eisenkern in einer rohrförmigen nichtmetallischen Hülle untergebracht ist. Diese Ausbildung fördert die Wärmeabführung und die gedrängte Bauweise erheblich und ergibt auch eine bessere Kühlwirkung des Transformators, als wenn der Eisenkern mit wassergekühlten Zwischenlagen aus Kupfer oder Aluminium versehen wäre. Außerdem ist die Herstellung einfacher und billiger als bei den zuletzt genannten Transformatoren.
• Der erfindungsgemäße Transformator läßt sich durch die äußerst gedrängte Baugröße ohne Schwierigkeiten in die induktiven Erwärmungsvorrichtungen einordnen, was besonders bei Härteeinrichtungen wichtig ist, bei denen wegen der Anordnung der Abschreckvorrichtung, von Tastorganen usw. sehr wenig Platz zur Verfügung steht. Ein weiterer Vorteil ist der, daß er sowohl in Verbindung mit Maschinengeneratoren als auch mit Röhrengeneratoren brauchbar ist.
• Zweckmäßig ragt der Eisenkern des Transformators beiderseits aus der Wicklung heraus, und zwar um den 0,5- bis zfachen Radius der Öffnung der ihn umschließenden Spule, so daß das Feld im Luftraum ziemlich ungestört übertreten kann.
• Der erfindungsgemäße Transformator wird so berechnet, daß die Temperatur im Innern des Paketes nicht größer als etwa 150'C wird, damit die Blechisolation (Papier und Lack) nicht leidet. Da die Wärme in der Blechrichtung abwandern kann, wird der Querschnitt des Eisenkernes im kreisförmigen Hüllrohr gleich F - a . a . j/ 2 ausgelegt. Bei diesem Größenverhältnis wird die geringste Temperatur bei gleichem Feldfluß und Rohrdurchmesser erzielt (Fig. 4).
• Für größere Leistungen wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung der Eisenkern in Einzelpakete aufgeteilt, die in dem kreisförmigen Hüllrohr liegen. Zweckmäßig sind dabei die Einzelpakete in schlauchartigen Hüllen untergebracht, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Die Hüllen können z. B. aus Gummi oder einem Kunstpreßstoff bestehen. Auf diese Weise wird eine besonders gute Wärmeabfuhr erreicht.
• In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise veranschaulicht: Fig. i zeigt einen Transformptor im Längsschnitt; Fig. 2 ist ein Seitenriß, Fig. 3 ein Grundriß nach Fig. i; Fig.4 zeigt den lamellierten Eisenkern im Querschnitt; Fig. 5 und 6 zeigen Beispiele für die Aufteilung des Eisenkernes in einzelne Pakete.
• Der in Fig. i bis 3 dargestellte Hochfrequenztransformator wird innerhalb einer Einrichtung zum Oberflächenhärten gebraucht, die mit Hochfrequenz arbeitet. Von außen nach innen betrachtet, besteht der Transformator aus dem Mantelblech i, das mit der Fußplatte 2 verbunden ist. Diese ist mit Schrauben 3 auf dem Sockel 4 befestigt. Auf dem Mantel i, der die Sekundärwicklung darstellt, sind Rohre 5 und 6 aufgelötet, durch die Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, strömt. Innerhalb des Mantels liegt die mit Isolierschlauch umzogene Primärspule 7, die aus einem Kühlwasser führenden Rohr besteht. Durch den Innenraum der Primärspule 7 ist eine nichtmetallische Hülle 8 gesteckt. Die Hülle 8 hat einen geschlossenen Boden8 a und einen Deckel 8 b, der zwei Bohrungen für eine Kühlflüssigkeitsleitung g und eine Kühlflüssigkeitsableitung io enthält. Im Innern der Hülle 8 ist ein lamellierter Eisenkern ii gegen Drehung gesichert gelagert. Die Lamellen bestehen z. B. aus Dynamoblech von o,i mm Stärke und sind gegeneinander durch Papier- und/oder Lackschichten isoliert. Die beiden Seitenflächen des Eisenkerns ii sind durch Bleche 12 aus Kupfer, Aluminium oder Silber abgeschirmt.
• Wie Fig. 2 zeigt, ist der Querschnitt des Transformator-Eisenkerns ein in einem Kreis vom Innendurchmesser der Hülle 8 gelegtes Rechteck, dessen eine in der Blechebene liegende Seite gleich a und dessen andere Seite gleich a . V/ ä ist. Wie eingangs dargelegt, geben diese Abmessungen die geringste Temperatur bei gleichem Feldfluß und Rohrdurchmesser.
• Bei größeren Leistungen kann der Transformator-Eisenkern in einzelne Pakete aufgeteilt werden. Ein Beispiel zeigt schematisch die Fig. 5. Hier ist eine Aufteilung in drei Pakete P1, P2, P3 vorgenommen, die in einer Hülle 8 gelagert sind, durch die Kühlflüssigkeit strömt. Eine bessere Lösung zeigt Fig. 6. Hier ist eine Aufteilung in der Weise vorgenommen, daß um ein zentral gelagertes Paket P1 fünf weitere Pakete P2 bis P6 angeordnet sind. Jedes Paket ist in einer schlauchartigen Hülle 13 untergebracht, die z. B. aus Kunstpreßstoff oder Gummi bestehen kann. Die einzelnen Pakete sind wieder in einem Kühlrohr, ähnlich wie in Fig. i, gelagert oder durch Bandagen zusammengehalten. Jedes Eisenkernpaket wird für sich durch Kühlflüssigkeit gekühlt, die durch die Hüllen 13 strömt.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Transformator mit von der Wicklung getrennt flüssigkeitsgekühltem lamelliertem Eisenkern für induktive Erhitzer, insbesondere für die Oberflächenhärtung mit Mittel- und Hochfrequenz, der zwischen Stromerzeuger und Heizleiter geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der die konzentrischen Primär- und Sekundärwicklungen durchsetzende und ungefähr beiderseits der Wicklungen endende Eisenkern in einer rohrförmigen nichtmetallischen Hülle untergebracht ist.
2. 2. Transformator nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern beiderseits der Wicklung herausragt.
3. 3. Transformator nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Eisenkerns im kreisförmigen Hüllrohr gleich F = a . a f -,-,ist, wobei a die Blechbreite und a 2 die Stapelhöhe der Bleche ist.
4. 4. Transformator nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern in Einzelpakete aufgeteilt ist, die in dem kreisförmigen Hüllrohr liegen.
5. 5. Transformator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Einzelpakete für sich in einer schlauchartigen Hülle untergebracht ist, durch die Kühlflüssigkeit strömt. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 92 566, 109 377, 467 201, 593 718, 645 o63, 664 532, 658 668; USA.-Patentschrift Nr. 2181899; Buch von Wologdin, »Oberflächenhärtung nach dem Induktionsverfahren«, S. iog bis 113 und 164; »Archiv für Elektrotechnik«, 13. Band, 1939, Heft 3, S. 146; Lehrbuch Dr. Vidmar, »Die Transformatoren«, 1921, S. 37o bis 372.