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Scheibenförmiger Leistungstransformator für die induktive ErwEr-
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mung von metallischen Werkstücken Zusammenfassung Es wird ein scheibenförmiger
Leistungstransformator zur Erzeugung einer Spannung und eines Stromes erhöhter Frequenz
für die induktive Erwärmung von metallischen Werkstücken vorgeschlagen. Der Leistungstransformator
besitzt wenigstens eine flache, mehrwindige Primärwicklung aus einem Hohlleiter,
der von einem Kühlmittel durchströmt ist, und eine flache, vorzugsweise einwindige,
ebenfalls von einem Kühlmittel durchflossene Sekundärwicklung zur Speisung eines
Induktors. Durch die vorgeschlagene Konstruktion erhält man eine sehr flache, leistungsstarke
Scheibentransformatorkonstruktion, welche wirtschaftlich herstellbar ist, gut gekühlt
werden kann und aufgrund ihrer besonders flachen Bauweise bei beschränkten Raumverhältnissen
besonders zur induktiven Erwärmung sehr schmaler Erwärmungszonen geeignet ist. Durch
die flache Konstruktion läßt sich der vorgeschlagene Transformator mit ähnlichen
oder baugleichen Transformatoren zu einer Baugruppe zusammenfassen für die induktive
Erwärmung mehrerer, dicht nebeneinanderliegender Erwärmungszonen, wie sie beispielsweise
bei der Härtung von Kurbelwellen vorgegeben sind.
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem bekannten Leistungstransformator
nach der Gattung des Hauptanspruches. Es ist bereits ein derartiger
Mittelfrequenz-Leistungstransformator
bekannt (DT-PS 2 133 987), der ebenfalls sehr flach ausgeführt ist und sich grundsätzlich
für die gleichen Anwendungsgebiete eignet. Bei diesem bekannten Leistungstransformator
ist jedoch die Sekundärwicklung aus Hohlleitern hergestellt, für die wegen des erforderlichen
Kupferquerschnittes ein relativ großer Querschnitt benötigt wird, wobei weiterhin
der Kupferquerschnitt der Sekundärwicklung im Verlauf der Windung verändert werden
muß, um insgesamt eine Sekundärwicklung mit gleichbleibendem Querschnitt zu erzielen.
Weiterhin ist die Anbringung der für große Leistungen zu bemessenden Sekundäranschlüsse
und die Anbringung und Anordnung der Kühlmittelanschlüsse bei der bekannten Konstruktion
aufwendig, worin ein weiterer Nachteil dieser bekannten Anordnung besteht.
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Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße, scheibenförmige Leistungstransformator
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches hat demgegenüber den Vorteil,
daß auch die Sekundärwicklung besonders flach ausgeführt werden kann, was zu einer
weitergehenden Raumersparnis in Achsrichtung der Windungen führt. Als weiterer Vorteil
ist anzusehen, daß bei der vorgeschlagenen Lösung nicht großvolumige Kupferrohre
exakt in eine vorgegebene Form gebogen werden'müssen und daß nicht die Stromanschlüsse,
welche große Leistungen übertragen sollen, an einem rohrförmigen Gebilde angeformt
oder befestigt werden müssen.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Lösung mbglich.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn die Sekundärwicklung aus einem ersten,
dickeren, scheibenförmigen Teil mit eingearbeiteten Kühlmittellcanälen und einem
zweiten, dekkelartigen Verschlußteil zusammengesetzt ist. Durch diese Ausbildung
wird die Konstruktion vereinfacht, da nur noch eines der beiden flachen Teile, welche
die Sekundärwicklung des Leistungstransformators bilden, zur Herstellung der Kühlmittelkanäle
bearbeitet werden muß, während das zweite Teil im wesentlichen eben ausgebildet
ist. Zweckmäßigerweise ist wenigstens eines, vorzugsweise jedoch
beide
scheibenförmigen Teile, aus Kupfer hergestellt, weil sich dieses Material einerseits
leicht bearbeiten läßt und andererseits sehr geringe elektrische Verluste besitzt
und die entstehende Verlustwärme gut abführt. Gegebenenfalls ist es jedoch auch
möglich, den mit den Kühlmittelkanälen versehenen scheibenförmigen Teil beispielsweise
als Aluminiumgußteil herzustellen, wenn die elektrischen Anforderungen dies zulassen.
Eine besonders wirkungsvolle Kühlung der Sekundärwicklung erreicht man, wenn diese
mehrere, im wesentlichen parallel verlaufende Kühlkanäle besitzt, die bezüglich
des Kühlmitteldurchsatzes in Reihe liegen. Auf diese Weise erzielt man mit nur zwei
Kühlmittelanschlüssen eine optimale Kühlung der Wicklung. In konstruktiver Hinsicht
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Sekundärwicklung zusammen mit einer
einlagigen Primärwicklung zwischen drei Schenkeln eines Doppel-11E11-förmigen Magnetkernes
sitzt, welcher seinerseits seitlich in Aussparungen eines rahmenförmigen Gestells
gehalten ist. Eine solche Anordnung ist einfacher und preiswerter herzustellen als
ein Transformator mit einer unterteilten Primärwicklung, ohne daß für die Praxis
bedeutende, höhere Verluste entstehen. Die mechanische Befestigung, die Anordnung
der Kühlmittelzur und -abflüsse und die mechanische und elektrische Verbindung mit
dem Induktor werden bei dieser Konstruktion vereinfacht.
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Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht der Primärwicklung, Fig. 2 eine
Seitenansicht der Sekundärwicklung mit Induktor, teilweise im Schnitt, und Fig.
3 eine Stirnansicht des erfindungsgemEßen, scheibenförmigen Leistungstransformators
teilweise im Schnitt.
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Beschreibung der Erfindung In Figur 1 ist mit 1 ein Tragarm bezeichnet,
an welchem ein rahmenartiges Gestell 2 mit Schrauben 3 befestigt ist. An dem Rahmen
2 sind zwei Kühlmittelanschlsse 4 für den Einlaß des Kühlmittels für eine Primärwicklung
5 sowie ein Kühlmittelanschluß 6 für den Auslad, dieses Khlmittels befestigt. Ein
Magnetkern 7 des scheibenförmigen Leistungstransformators ist in Aussparungen 8
einerseits in einem Ansatz 9 am linken Gestellteil und andererseits direkt am rechten
Teil des rahmenartigen Gestells 2 gehalten. Der Magnetkern 7 hat die Form eines
Doppel-1'E11, seine beiden Hälften sind in der Mitte miteinander verklebt.
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Die Primärwicklung 5 des scheibenförmigen Leistiingstransformators
ist einlagig aus einem im Querschnitt rechteckigen fIohlleiter in Form einer flachgedrückten
Spirale gewickelt und sitzt mit ihren zueinander parallel verlaufenden Mittenabschnitten
zwischen drei Schenkeln 11, 12 und 13 des Magnetkerns 7. Die verschiedenen Primärwindungen
des Transformators liegen elektrisch in Reihe, wahrend die Kühlmittelanschlüsse
4 und 6 einerseits an den beiden Wicklungsenden und andererseits an einer Anzapfung
14 etwa in der Mitte der Wicklung liegen. Die vier äußeren Windungen der Primrwicklung
5 besitzen mit dieser fest verbundene Anschlußfahnen 15a bis 15d, die zur Veränderung
der Primärwindungszahl herausgeführt und außerhalb der Wicklung 5 durch elektrisch
leitfähige Kontaktstücke 18 (Fig. 3) wahlweise mit einer äußeren Anschlußschiene
19 verbindbar sind. Bei dem in Figur 1 dargestellten Schaltungsbeispiel sind die
Anschlußfahnen 15b, 15c und 15d durch gestrichelt gezeichnete Isolierstücke 20 gegen
die Anschlußschiene 19 elektrisch isoliert. Eine zweite primärseitige Anschlußschiene
21 ist mittels einer herausgeführten Anschlußfahne 22 mit der innersten Windung
der Primärwicklung elektrisch verbunden.
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Figur 2 zeigt in der anderen Seitenansicht die Sekundärwicklung 23
des scheibenförmigen Leistungstransformators. Diese Sekundärwicklung 23 besitzt
nur eine Windung und wird ebenso wie die Primärwicklung von einem Kühlmittel durchströmt.
Sie ist in einer
Ebene 24 (Fig. 3) parallel zum Windungsverlauf
unterteilt und aus zwei flachen Teilen zusammengesetzt, von denen ein erster, dickerer,
scheibenförmiger Teil 25 mit eingearbeiteten Aussparungen 26 zur-Bildung von Kühlmittelkanälen
versehen ist. Ein zweiter, deckelartiger Verschlußteil 27 bildet zusammen mit dem
ersten Teil 25 die Sekundärwicklung 23. Beim Ausführungsbeispiel sind sowohl das
dickere erste Teil 25 wie auch das zweite, als Verschluß dienende Teil 27 der Sekundärwicklung
23 aus Kupfer hergestellt, die Aussparungen 26 sind in das dickere erste Teil 25
eingefräst.
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Die Aussparungen 26, welche nach dem Aufsetzen des deckelartigen Verschlußteils
27 Kühlkanäle bilden, verlaufen im wesentlichen parallel und liegen bezüglich des
Kühlmitteldurchsatzes in Reihe, wie dies aus der gestrichelten Linienführung ersichtlich
ist.
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Elektrisch ist die Sekundärwicklung 23 am unteren Ende unterteilt
die beiden Wicklungsenden sind elektrisch isoliert über hohle Anschlußstücke 28
und 29 herausgeführt zu einem Induktoranschlußteil, Welches hier nicht näher erläutert
werden soll.
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Der Kühlmittelzustrom erfolgt über eine Leitung 30, der Abfluß des
Kühlmittels der Sekundärwicklung 25 über eine Leitung 31.
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Figur 3 zeigt in einer Stirnansicht, wie schmal der erfindungsgez
mäße Leistungstransformator gebaut ist. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen
wie in den Figuren 1 und 2 versehen, so daß sich eine nähere Erläuterung erübrigt.
Aus dieser Darstellungsweise sind jedoch die dicht nebeneinanderliegenden lVicklungen
5 (Primär-) und 23 (SekundEr-) deutlich zu erkennen, wobei auch die Trennebene 24
zwischen den beiden Teilen der Sekundärwicklung zu erkennen ist.
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Der erfindungsgemäße scheibenförmige Leistungstransformator dient
zur Erzeugung einer Spannung und eines Stromes erhöhter Frequenz für die induktive
Erwärmung von metallischen Werkstücken. Die Funktion eines Transformators ist allgemein
bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Besonders wesentlich und
neu an der vorgeschlagenen Ausführungsform ist die Ausbildung und
die
Anordnung der Sekundärwicklung aus zwei im wesentlichen ebenen Teilen, die nach
dem Zusammenfügen in ihrem Inneren Kühlmittelkanäle freilassen. Heben dieser Ausbildung
der Sekundärwicklung ist die besonders flache Zusammenfügung der beiden Wicklungen
und deren gemeinsame lialterung durch den Magnetkern wesentlich, welcher seinerseits
wiederum direkt in einem rahmenartigen Gestell, im Ausführungsbeispiel unter Einfügung
eines Verlängerungs-Ansatzes 9 gehalten ist. Die getroffene Anordnung ist besonders
wirtschaftlich und platzsparend, was für die Herstellung und die vorgegebene Anwendung
sehr wichtig ist.
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L e e r s e i t e