DEP0001235BA

DEP0001235BA - Rotating transformer in connection with roller electrodes for welding pipes

Info

Publication number: DEP0001235BA
Authority: DE
Inventors: Wilhelm von Kaiserfeld
Original assignee: Alka GmbH, Solingen
Publication date: 1950-08-31

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.The invention relates to a transformer, in particular for heating and longitudinal seam welding of pipes and similar bodies, which rotates at the same time as the roller electrodes rolling on the workpiece.

Schweissnahttransformatoren, die zugleich mit den Rollenelektroden umlaufen, sind bekannt.Welded seam transformers that rotate at the same time as the roller electrodes are known.

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.In a known embodiment, the iron core with the primary windings is arranged in a ring around a cylindrical shaft, which also serves as a shaft. The secondary winding of the transformer is formed by the shaft in connection with the housing, which encloses the iron core with the primary windings. This embodiment has the disadvantage that the heat generated in the primary windings and in the iron core cannot be dissipated because the housing encloses these parts on all sides and emits heat itself by conducting the secondary current.

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 ungleicheAccording to another known proposal, the resulting heat must therefore be dissipated by circulating oil cooling. Experience has shown that the expansion of the shaft and the current-carrying housing caused by the heat generated by the current causes leaks in the oil space, so that either oil is lost or moisture gets into the cavity, which leads to interturn shortfalls. Another disadvantage of this type of construction is that as the built-in power increases, the dimensions of the electrode rings increase in accordance with the growing diameter of the transformer. Large electrode rings expand considerably during operation, despite cooling, so that perfect contact between the housing and the electrode is no longer guaranteed. A lack of contact points in the undervoltage circuit lead to strong local heating and to melting with the housing. They continue to make unequal

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.Tension conditions and, as a result, uneven welding heat. Further disadvantages are: unfavorable expansion options for the electrode rings, high building material costs for the manufacture of the transformers and difficult assembly for repairs.

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.A rotating welding transformer with laterally removed electrodes has also been proposed, in which the two electrodes are attached to the ends of concentrically arranged, tubular, insulated supply conductors, on the one hand, and a transformer of normal design is flanged on the other. However, transformers of normal design only inadequately meet the requirements that are placed on rotating welding transformers of high power with the smallest possible dimensions. Their connection to the concentric pipe leads to considerable structural difficulties, as does the accommodation of the large copper cross-sections required.

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.These disadvantages are avoided in the transformer according to the invention. The invention consists in that the primary and secondary windings are divided between the legs of a polygonal, preferably square, transformer core. This measure makes it possible to accommodate the large conductor surfaces required to conduct the high currents in a structurally and manufacturing-technically favorable manner, to arrange a large-area cooling of the conductor and to reduce current losses due to eddy currents.

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.In the drawing, a transformer according to the invention is shown schematically, for example. Figure 1 shows the transformer in longitudinal section and in elevation, Fig. 2 the windings in elevation and partially in section.

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 SekundärwicklungenOn the four legs of the square iron core 1 there are four series-connected primary windings 2 made of copper pipe, which has a square cross-section for better space utilization. A coolant flows through the copper pipes, which is supplied and discharged through the hollow shaft 4 in the direction of the arrow. A secondary winding 3, which is designed as a double-walled hollow cylinder and is also traversed by a coolant, is arranged above each primary winding 2. Each secondary winding 3 is given its own coolant connection 5 in order to avoid accumulation of the coolant. The secondary windings

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.3 are connected in parallel, so that a large surface is available for conducting the large currents. The individual secondary windings 3 are screwed with their winding end pieces 6 and 7 to two parallel end plates 8 and 9 each in such a way that they are self-supporting and do not touch the primary windings or the iron core. The winding pieces 6 and 7 are reinforced in order to obtain large cross-sectional areas for the connections of the secondary conductors.

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.The end plates 8 and 9 are conductively connected to the roller electrodes 14 by cylindrical connecting sleeves 11 and 12 which are arranged concentrically with little play in one another. The annular cavity 13 between the connecting sleeves 11 and 12 is sealed by the seal 10. A coolant, primarily water, flows through it from the hollow shaft 4 in the direction of the arrow.

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.Annular cooling boxes 15 and 16 are attached to the outer surfaces of the roller electrodes 14 and concentrically therewith. The inner cooling box 15 is connected to the cavity 13 through bores 17 through the connecting piece 11. Bores 18 through the roller electrodes 14 serve to convey the coolant out of the inner cooling box 15. The coolant is discharged from the outer cooling box 16 through the funnel-shaped drain opening 19.

Der umlaufende Transformator ist in den Lagern 20 gelagert. Die Stromzuführung zum umlaufenden Transformator ist mit 21 bezeichnet.The rotating transformer is mounted in bearings 20. The power supply to the rotating transformer is denoted by 21.

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.The greatest amount of heat is generated in the roller electrodes 14. With the usual cooling of the electrodes by sprinkling with water, the cooling water reaches the welding point and causes uneven welding and hardening of the weld seam. A known electrode cooling device by means of cooling liquid channels arranged within the electrode disks is expensive to produce and has a low cooling effect because the cooling channels must be kept small in view of the weakening of the electrode cross-section. If, according to the invention, cooling boxes 15 and 16 are arranged on the outer surfaces of the roller electrodes, then these are adequately cooled. They retain their original hardness and are therefore subject to little wear. Furthermore, uneven thermal expansion of the electrode plates practice and thus avoid irregular welding. The funnel-shaped design of the drainage opening 19 allows the drained coolant to be collected without wetting the weld.

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.The cooling surfaces within the primary and secondary windings 2 and 3, in the cavity 13 between the connecting sleeves 11 and 12 and on the cooled outer surfaces of the roller electrodes 14 are expediently provided with cooling fins for better heat dissipation.

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.To further increase the cooling effect and at the same time to dehumidify the windings, an air cooling device of a known type, e.g. a fan, can be arranged which directs an air flow onto the iron core 1 and the primary and secondary windings 2 and 3.

Die intensive Kühlung der wärmeabgebenden Stromleiter ermöglicht die Anwendung kleinerer Kupferquerschnitte, wodurch Wirbelströme weitgehend vermieden werden.The intensive cooling of the heat-emitting current conductors enables the use of smaller copper cross-sections, which largely prevents eddy currents.

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.Since the temperature increase remains within moderate limits, tap water can be used as a coolant without water contaminants settling in the coolant pipes like scale and affecting the cooling effect.

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.The self-supporting attachment of the secondary coils 3 to the end plates 8 and 9 ensures good ventilation of the windings 2 and 3 and at the same time avoids the risk of electrical flashovers.

Claims

1.) Rotating transformer in connection with roller electrodes, especially for longitudinal seam welding of pipes, characterized in that the primary (2) and secondary windings (3) are divided between the legs of a polygonal, preferably square iron package (1).

2.) Rotating transformer according to claim 1, characterized in that the secondary windings (3) are arranged in a self-supporting manner.

3.) Rotating transformer according to claim 1 and 2, characterized in that the primary (2) and the secondary windings (3) are traversed by a coolant.

4.) Rotating transformer according to claim 3, characterized by the rib-like design of the cooling surfaces of the primary (2) and secondary windings (3).

5.) Rotating transformer according to claim 1 to 4, characterized by an air cooling device, e.g. in the form of a fan, which directs an air flow onto the iron core (1) and the primary and secondary windings (2, 3).

6.) Rotating transformer according to claim 1 to 6, characterized in that the winding end pieces (6 and 7) of the secondary winding (3) through cylindrical connecting sleeves (11 and 12) arranged concentrically with play in one another to form a cavity (13) conductively are connected to the roller electrodes (14).

7.) Rotating transformer according to claim 6, characterized in that the annular cavity (13) is traversed by a coolant.

8.) Rotating transformer according to claim 7, characterized by a rib-like design of the cooling surfaces of the annular cavity (13).

9.) Rotating transformer according to claim 6 to 8, characterized by the arrangement of annular cooling boxes (15 and 16) on the outer surfaces of the roller electrodes (14) through which cooling liquid from the annular cavity (13) flows via bores (17, 18) are.

10.) Rotating transformer according to claim 9, characterized by the funnel-shaped design of the discharge opening (19) from the outer cooling box (16).

11.) Rotating transformer according to claim 9 and 10, characterized by the arrangement of cooling fins on the cooled outer surfaces of the roller electrodes (14).