DEP0001235BA - Umlaufender Transformator in Verbindung mit Rollenelektroden zum Schweißen von Rohren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator, insbesondere zum Erwärmen und Längsnahtschweissen von Rohren und ähnlichen Körpern, der zugleich mit den auf dem Werkstück abrollenden Rollenelektroden umläuft.

Schweissnahttransformatoren, die zugleich mit den Rollenelektroden umlaufen, sind bekannt.

Bei einer bekannten Ausführung ist der Eisenkern mit den Primärwicklungen um einen zylindrischen Schaft, der gleichzeitig als Welle dient, ringförmig angeordnet. Die Sekundärwicklung des Transformators bildet der Schaft in Verbindung mit dem Gehäuse, das den Eisenkern mit den Primärwicklungen umschliesst. Diese Ausführungsart hat den Nachteil, dass die in den Primärwicklungen und im Eisenkern entstehende Wärme nicht abgeleitet werden kann, weil das Gehäuse diese Teile allseitig umschliesst und selbst durch Leitung des Sekundärstromes Wärme abgibt.

Die entstehende Wärme muss daher nach einem weiteren bekannten Vorschlag durch umlaufende Ölkühlung abgeführt werden. Die durch die Stromwärme entstehende Ausdehnung der Welle und des stromführenden Gehäuses verursacht erfahrungsgemäss Undichtigkeiten des Ölraumes, so dass entweder Öl verlorengeht oder Feuchtigkeit in den Hohlraum gelangt, wodurch Windungsschlüsse auftreten. Ein weiterer Nachteil dieser Bauart ist: Mit steigender eingebauter Leistung nehmen die Abmessungen der Elektrodenringe entsprechend dem wachsenden Transformatorendurchmesser zu. Grosse Elektrodenringe dehnen sich im Betrieb trotz Kühlung erheblich aus, so dass ein einwandfreier Kontakt zwischen Gehäuse und Elektrode nicht mehr gewährleistet ist. Mangelnde Kontaktstellen im Unterspannungsstromkreis führen zu starken örtlichen Erwärmungen und zum Verschmelzen mit dem Gehäuse. Sie ergeben weiterhin ungleiche

Spannungsverhältnisse und als Folge ungleichmässige Schweisshitze. Als weitere Nachteile sind zu nennen: ungünstige Ausbaumöglichkeit der Elektrodenringe, grosser Baustoffaufwand für die Herstellung der Transformatoren und schwieriger Zusammenbau bei Instandsetzungen.

Es ist weiterhin ein umlaufender Schweisstransformator mit seitlich herausgebauten Elektroden vorgeschlagen worden, bei dem an den Enden von konzentrisch angeordneten, rohrförmigen, voneinander isolierten Zuführungsleitern einerseits die beiden Elektroden befestigt sind, andererseits ein Transformator normaler Bauart angeflanscht ist. Transformatoren normaler Bauart erfüllen aber nur ungenügend die Anforderungen, die an umlaufende Schweisstransformatoren hoher Leistung bei möglichst kleinen Baumaßen gestellt werden. Ihr Anschluss an die konzentrischen Rohrleiter bereitet erheblich Schwierigkeiten konstruktiver Art, ebenso die Unterbringung der erforderlichen grossen Kupferquerschnitte.

Diese Nachteile werden bei dem Transformator gemäss der Erfindung vermieden. Die Erfindung besteht darin, dass die Primär- und Sekundärwicklungen auf die Schenkel eines mehreckigen, vorzugsweise quadratischen Transformatorkerns aufgeteilt sind. Diese Maßnahme gestattet es, die zur Leitung der hohen Stromstärken erforderlichen grossen Stromleiteroberflächen konstruktiv und fertigungstechnisch günstig unterzubringen, eine grossflächige Kühlung der Stromleiter anzuordnen und Stromverluste durch Wirbelströme zu verringern.

In der Zeichnung ist ein Transformator gemäss der Erfindung beispielsweise schematisch dargestellt. Abbildung 1 zeigt den Transformator im Längsschnitt und in Ansicht, Abb. 2 die Wicklungen in Ansicht und teilweise im Schnitt.

Auf den vier Schenkeln des quadratischen Eisenkernes 1 befinden sich vier in Reihe geschaltete Primärwicklungen 2 aus Kupferrohr, das zur besseren Raumausnutzung quadratischen Querschnitt hat. Die Kupferrohre werden von einem Kühlmittel durchflossen, das durch die Hohlwelle 4 in Pfeilrichtung zu- und abgeführt wird. Über jeder Primärwicklung 2 ist je eine Sekundärwicklung 3 angeordnet, die als doppelwandiger Hohlzylinder ausgebildet ist und gleichfalls von einem Kühlmittel durchflossen wird. Jede Sekundärwicklung 3 erhält einen eigenen Kühlmittelanschluss 5, um Stauungen des Kühlmittels zu vermeiden. Die Sekundärwicklungen

3 sind parallelgeschaltet, so dass eine grosse Oberfläche für die Leitung der grossen Stromstärken zur Verfügung steht. Die einzelnen Sekundärwicklungen 3 sind mit ihren Wicklungsendstücken 6 und 7 an je zwei parallele Stirnplatten 8 und 9 derart angeschraubt, dass sie freitragend sind und die Primärwicklungen oder den Eisenkern nicht berühren. Die Wicklungsstücke 6 und 7 sind verstärkt, um grosse Querschnittsflächen für die Anschlüsse der Sekundärleiter zu erhalten.

Die Stirnplatten 8 und 9 sind mit den Rollenelektroden 14 durch zylindrische Verbindungshülsen 11 und 12 leitend verbunden, die konzentrisch mit geringem Spiel ineinander angeordnet sind. Der ringförmige Hohlraum 13 zwischen den Verbindungshülsen 11 und 12 ist durch die Dichtung 10 abgedichtet. Es wird von einem Kühlmittel, vornehmlich Wasser, aus der Hohlwelle 4 in Pfeilrichtung durchflossen.

An den Aussenflächen der Rollenelektroden 14 und konzentrisch mit diesen sind ringförmige Kühlkästen 15 und 16 angebracht. Der innere Kühlkasten 15 steht durch Bohrungen 17 durch das Verbindungsstück 11 mit dem Hohlraum 13 in Verbindung. Zur Weiterleitung des Kühlmittels aus dem inneren Kühlkasten 15 dienen Bohrungen 18 durch die Rollenelektroden 14. Das Kühlmittel wird durch die trichterförmige Abflussöffnung 19 aus dem äusseren Kühlkasten 16 abgeleitet.

Der umlaufende Transformator ist in den Lagern 20 gelagert. Die Stromzuführung zum umlaufenden Transformator ist mit 21 bezeichnet.

In den Rollenelektroden 14 entsteht die grösste Wärmeentwicklung. Bei der üblichen Kühlung der Elektroden durch Berieselung mittels Wasser gelangt das Kühlwasser auf die Schweisstelle und ruft ungleichmässige Schweissung und Härtung der Schweissnaht hervor. Eine bekannte Elektrodenkühlvorrichtung mittels innerhalb der Elektrodenscheiben angeordneten Kühlflüssigkeitskanälen ist teuer in der Herstellung und von geringer Kühlwirkung, weil die Kühlkanäle mit Rücksicht auf die Schwächung des Elektrodenquerschnitts klein gehalten werden müssen. Werden erfindungsgemäss Kühlkästen 15 u. 16 an den Aussenflächen der Rollenelektroden angeordnet, so werden diese ausreichend gekühlt. Sie behalten ihre Ursprungshärte bei und unterliegen damit geringem Verschleiss. Ferner wird ungleichmässige Wärmeausdehnung der Elektrodenschei- ben und damit unregelmässige Schweissung vermieden. Die trichterförmige Ausbildung der Abflussöffnung 19 gestattet das Auffangen der abgeleiteten Kühlflüssigkeit ohne Benetzung der Schweißstelle.

Die Kühlflächen innerhalb der Primär- und Sekundärwicklungen 2 und 3, im Hohlraum 13 zwischen den Verbindungshülsen 11 und 12 und an den gekühlten Aussenflächen der Rollenelektroden 14 werden zweckmässig zur besseren Wärmeableitung mit Kühlrippen versehen.

Zur weiteren Verstärkung der Kühlwirkung und zugleich zum Entfeuchten der Wicklungen kann eine Luftkühlvorrichtung bekannter Bauart, z.B. ein Gebläse, angeordnet werden, das einen Luftstrom auf den Eisenkern 1 und die Primär- und Sekundärwicklungen 2 u. 3 richtet.

Die intensive Kühlung der wärmeabgebenden Stromleiter ermöglicht die Anwendung kleinerer Kupferquerschnitte, wodurch Wirbelströme weitgehend vermieden werden.

Da die Temperaturerhöhung in mässigen Grenzen bleibt, kann Leitungswasser als Kühlmittel verwendet werden, ohne dass sich Wasserverunreinigungen kesselsteinartig in den Kühlmittelleitern absetzen und die Kühlwirkung beeinträchtigen.

Die freitragende Befestigung der Sekundärspulen 3 an den Stirnplatten 8 und 9 bewirkt eine gute Durchlüftung der Wicklungen 2 und 3 und vermeidet gleichzeitig die Gefahr elektrischer Überschläge.

Claims (11)

1.) Umlaufender Transformator in Verbindung mit Rollenelektroden insbesondere zum Längsnahtschweissen von Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- (2) und Sekundärwicklungen (3) auf die Schenkel eines mehreckigen, vorzugsweise quadratischen Eisenpaketes (1) aufgeteilt sind.

2.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärwicklungen (3) freitragend angeordnet sind.

3.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- (2) und die Sekundärwicklungen (3) von einem Kühlmittel durchflossen werden.

4.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch rippenartige Ausbildung der Kühlflächen der Primär- (2) und Sekundärwicklungen (3).

5.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Luftkühlvorrichtung, z.B. in Gestalt eines Gebläses, die einen Luftstrom auf den Eisenkern (1) und die Primär- und Sekundärwicklungen (2, 3) richtet.

6.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungsendstücke (6 u. 7) der Sekundärwicklung (3) durch zylindrische, konzentrisch mit Spiel ineinander angeordnete Verbindungshülsen (11 und 12) unter Bildung eines Hohlraumes (13) leitend mit den Rollenelektroden (14) verbunden sind.

7.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Hohlraum (13) von einem Kühlmittel durchflossen wird.

8.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch rippenartige Ausbildung der Kühlflächen des ringförmigen Hohlraumes (13).

9.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 6 bis 8, gekennzeichnet durch die Anordnung ringförmiger Kühlkästen (15 u. 16) an den Aussenflächen der Rollenelektroden (14), die von Kühlflüssigkeit aus dem ringförmigen Hohlraum (13) über Bohrungen (17, 18) durchflossen sind.

10.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch trichterförmige Ausbildung der Abflussöffnung (19) aus dem äusseren Kühlkasten (16).

11.) Umlaufender Transformator nach Anspruch 9 u. 10, gekennzeichnet durch Anordnung von Kühlrippen an den gekühlten Aussenflächen der Rollenelektroden (14).