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Verfahren zur Herstellung des Magnetkernes für elektrische Transformatoren und Drosselspulen
Es ist bekannt, dass es bei der Konstruktion der Kernteile von magnetischen Kreisen, insbesondere von Transformatoren und Drosselspulen von Vorteil ist, sich der Kreiszylinder-Form möglichst anzu- passen. Die Füllung der vom umschriebenen Kreis gebildeten Querschnittsfläche mit Eisen muss so gross wie möglich sein, um das Minimum des Materialpreises zu erhalten. Des weiteren sollte es möglich sein. eine genügend kräftige Konstruktion zu bekommen, ohne die Bleche lochen zu müssen, was in magnet- scher Hinsicht zu ungünstigen Eigenschaften führen würde.
Um diese Bedingungen zu erfüllen, sind verschiedene Anordnungen vorgeschlagen worden : Anwendung parallel liegender Bleche von nach aussen abnehmender Breite, derart, dass die Blechkanten möglichst auf einem umschriebenen Kreise liegen, oder radial angeordnete Bleche verschiedener Breite in nach aussen zunehmender Zahl, oder schliesslich Anwendung von Blechen gleicher Breite, welche nach einer Evolvente des Kreises gebogen sind und dicht aufeinander liegen.
Die letztgenannte Konstruktion ist bisher nicht in grösserem Masse industriell angewendet worden oder dann nur für Transformatoren sehr kleiner Leistung, weil gewisse Schwierigkeiten nicht überwunden wer- den konnten. Tatsächlich benötigt das Formen der zunächst ebenen Bleche nach einer Evolvente sehr be- deutende Kräfte, welche umso grösser sind je mehr dieAbmessungen bei grösseren Leistungen wachsen. Die entstehenden inneren mechanischen Spannungen und die Elastizität der Bleche bringen grosse Schwierig- keiten bezüglich der Wahrung der Form der aus diesenBlechen gebildeten Teile des magnetischen Kreises, welche umso grösser sind je grösser die Abmessungen dieser Teile werden. Es wird dann nötig, grosse Zwin- gen zum Zusammenhalten zu verwenden, deren Abmessungen die Fabrikation behindern.
Ferner werden durch solche Einspannkräfte die ursprünglichen magnetischen Eigenschaften verschlechtert (s. z. B. die
Schweizer Patentschrift Nr. 160857), Es ist ferner für kleinere Transformatoren bekannt geworden, zur besseren Festigung die Kerne einem Glühverfahren zu umerziehen (USA-Patentschriften Nr. 2, 456, 45'7 und 2, 614, 158). Die einzelnen Bleche werden vorgeformt und dann geglüht. Hinterher müssen dann zur Aufbringung der Spule die Bleche wenigstens teilweise wieder auseinandergenommen werden.
Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Konstruktion solcher Teile von magnetischen Kreisen, insbesondere von Transformatoren und Drosselspulen, bei welchen mindestens teilweise nach einer Kreis- evolvente gebogene Bleche verwendet werden. Sie betrifft ein Herstellungsverfahren, welches eineinter- essante industrielle Anwendung und grosse Festigkeit der Konstruktion bei guten elektromagnetischen
Eigenschaften ergibt. Nach diesem Verfahren ist es möglich, magnetische Kreise auch sehr grosser räumlicher Abmessungen zu bauen und insbesondere gute Verhältnisse hinsichtlich der gegebenenfalls anzuwendenden Kühlung zu erhalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die nachstehend genannten Schritte gekennzeichnet, von denen der erste einzeln an jedem Blech, die andern am ganzen Kern durchgeführt werden : a) die ebenen Bleche werden in Streifen gleicher, durch die Eigenschaften des magnetischen Kreises vorgegebener Breite und Länge geschnitten und dann vorgeformt, so dass sie ungefähr die Form der theoretisch gewünschten Evolvente haben ; b) die auf diese Weise vorgeformten und zusammengesetzten Bleche werden so um einen Dorn herum angeordnet, dass ihre Gesamtheit einen hohlen Kreiszylinder bildet.
Dann werden sie durch kräftige Zwin-
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gen zusammengepresst, bis der Aussendurchmesser des Zylinders dem Soll-Wert entspricht, wobei die einzelnen Bleche gezwungen sind, praktisch die Form der Kreisevolvente anzunehmen ; c) der Kern wird als Ganzes nun einer Wärmebehandlung durch Glühen, im allgemeinen bei einer Temperatur oberhalb 7000C unterworfen, und nach der Wärmebehandlung werden die Zwingen wieder entfernt ; d) der so ausgeführte Kern wird dann mit dem Joch und der Wicklung unverändert zusammengesetzt.
Durch diesen gemäss der Erfindung angewendeten Glühprozess bei Temperaturen von meist mehr als 7000 C werden die eIastischep. mechanischen Spannungen der Bleche beseitigt und ihnen gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften wieder gegeben, welche sie durch das Vorformen verloren hatten.
Der grosse Vorteil der Wärmebehandlung der vorgeformten und zusammengepressten Blechkonstruktion besteht darin, dass ihr eine grosse Festigkeit und Steifheit verliehen wird, welche es ermöglicht, die Zwingen wieder zu entfemen, ohne dass die Bleche sich deformieren.
Damit die Wärmebehandlung möglich ist ohne Schaden für die bekanntlich nötige Isolation der Bleche, müssen diese von einer isolierenden Schicht überzogen sein, welche durch die genannten Temperaturen nicht beschädigt wird.
Diese nach der mechanischen Verformung der Bleche angewendete Wärmebehandlung der Kernteile ist besonders dann vorteilhaft, wenn Bleche mit ausgerichteter Kristallstruktur verwendet werden. Keine weitere Behandlung findet nach dem Glühen mehr statt, welche die magnetischen Eigenschaften der Bleche wieder stören könnte, die gegen mechanische Deformation bekanntlich sehr empfindlich sind.
In gewissen Fällen, nämlich dann. wenn der magnetische Kreis grosse Dimensionen hat, kann es nötig sein, seine Festigkeit zu vergrössern. Gemäss der Erfindung können zu diesem Zwecke am Rande der Kernbleche in der zentralen Öffnung Schweissnähte angebracht werden. Man kann ferner, ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, in bekannter Weise solche Schweissnähte auch auf den Blechränder der Endflächen des Kernes anbringen oder die Bleche miteinander durch einen temperatuifesten Klebstoff zusammenkleben oder sie durch isolierende Bänder zusammenbinden. Diese Art der Befestigung hat natürlich keine Beziehung zu der eben beschriebenen erfindungsgemässen Anwendung von Zwingen.
Diese Ausführung von Teilen des magnetischen Kreises vonTransfonnatoren oder Drosseln ausevolven- tenförmig gebogenen Blechen ist insbesondere bezüglich Kühlung von Vorteil. Die radiale Symmetrie führt zu einer gleichmässigen Kühlung jedes Bleches über zwei axial verlaufende Blechstreifen. Gemäss der Erfindung kann die Kühlung verbessert werden durch Weglassen einiger Bleche und die dadurch gebildeten achsenparallelen Kanäle oder-wie im weiteren beschrieben-durch einzelne radial nach innen in die zentrale Öffnung oder nach aussen ausserhalb des magnetischen Kreises vorstehende Bleche.
Im Falle sehr grosser Abmessungen wird gemäss der Erfindung vorgeschlagen, die Kernteile des magnetischen Kreises aus gebogenen Blechen zusammenzufügen, welche aus zwei Evolventenstücken bestehen, die entgegengesetzt oder im gleichen Sinn verlaufen. Zwischen den beiden Evolventen kann das Blech auch ein Stück weit wenigstens angenähert radial verlaufen. Ferner kann der magnetische Kern aus mehreren ineinander geschobenen Teilen bestehen, welche jeder für sich gemäss der Erfindung hergestellt sein können.
Die Erfindung bezweckt aber die neue industrielle Herstellung von Teilen eines magnetischen Kreises für Transformatoren, Drosselspulen und andere ähnliche Apparate, wobei diese Teile aus Blechen zusammengebaut sind, welche nach einem Biegeprozess mit nachfolgender Glühung wenigstens angenähert die Form einer Evolvente haben.
Die nachfolgende Beschreibung mit Zeichnung dient der näheren Erläuterung der Erfindung. Sie bezieht sich auf das Beispiel der Herstellung eines Transformatorkernes und die dabei verwendeten Mittel.
Es versteht sich dabei, dass die Erfindung nicht auf diesen Teil eines magnetischen Kreises beschränkt ist, sondern ebensogut auf einenTransformatorjochteil oder Teile einer Drosselspule oder analoge Apparate sinngemäss angewendet werden kann.
Die Figuren 1 - 4 sind schematische Darstellungen von Querschnitten von auf verschiedene Weise gemäss der Erfindung hergestellten Kernen.
Die Figuren 5 und 6 sind entsprechende Längsschnitte durch die betreffenden Kerne und zugehörigen Jochteile.
Der in Fig. 1 dargestellte Kern besteht aus Blechen 1, welche nach einer Kreisevolvente gebogen und um einen zylinderförmigen Montagedorn 2 sich gegenseitig berührend angeordnet sind. Der Umfang dieses Zylinders ist der Basiskreis der Evolventen, wobei die Bleche auf ihm senkrecht münden. Es ist jedoch keineswegs immer erforderlich, dass die Bleche bei diesem Kreis beginnen. Six' : 3innen auch schon bei einem grösseren Radius enden.
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Eine Anzahl benachbarter Bleche kann weggelassen und der Zwischenraum durch passende Isolierstücke gesichert werden, so dass ein Kühlkanal konscanter Breite parallel zu den Blechoberflächen entsteht, welcher von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann. Durch solche Kanäle wird die Möglichkeit von Kurzschlüssen zwischen den Blechen über ihre oft nicht entgrateten Ränder vermindert. An Stelle eines weggelassenen Bleches kann nötigenfalls eine Isolierschicht vorgesehen werden.
Eine kräftige Zwinge 5 dient zum Zusammenhalten der, wie oben beschrieben, vorher gebogenen Bleche, welche durch starkes Zusammenpressen die dargestellte Form annehmen. Nach dem Glühprozess wird diese Zwinge 5 entfernt.
Der in Fig. 2 dargestellte Kern betrifft den Fall, wo der durch die maximale Breite der Bleche 1 bestimmte Umkreis 3 kleiner ist als der Umfang 6 des benötigten Kernquerschnittes. Man kann dann zwei oder mehrere konzentrisch angeordnete und nach der Erfindung hergestellte Kernteile benützen, welche ineinandergeschoben werden. Im Falle von beispielsweise zwei Kerntellen, die in der Figur dargestellt sind, lehnen sich die ebenfalls evolventenförmigen Bleche l'des äusseren Teiles an den Umkreis 3 und reichen bis zum Umfang 6.
Zwischen beiden Kernteilen kann ein ringförmiger Zwischenraum vorgesehen sein, welcher von den Kreisen 3 und 3'begrenzt ist, und als Kühlkanal benutzt werden kann.
Die Bleche des äusseren Kernteile können im gleichen Sinn gebogen sein (Bleche 1') wie die inneren Bleche 1 oder eine entgegengesetzte Biegung (Bleche 1") aufweisen. Ihre Anzahl kann gleich oder verschieden von der Anzahl der Bleche 1 sein.
Im Beispiel gemäss Fig. 3 sind die Bleche in die Form von zwei aneinanderstossenden Evolventen gebogen. Ein Teil des Bleches ist zum Beispiel nach einer Evolvente l gebogen, welche sich vom Kreis 2 bis zum Kreis 3 erstreckt, während der übrige Teil nach der Evolvente 11'im entgegengesetzten Sinne gebogen ist, welche beim Kreis 8 endet.
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de Strecke ein radial gerichteter Teil 12 folgt und der dann folgende restliche Teil wieder in die Form einer Evolvente 13 (von gleichem oder entgegengesetztem Biegungssinn) gebogen ist. Auf diese Weise erhält man zwischen den Kreisen 3 und 9 einen Kernteil mit axialen Lücken, welche von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden könner.
Diese Art der Kühlung gemäss der Erfindung ist sehr wirksam, weil die Kühlflüssigkeit mit allen Flächen der Bleche in Berührung kommt. Sie lässt sich auch den Erfordernissen gut anpassen, weil die radiale Länge des Teiles 12 der Bleche genau der benötigten Kühlfläche angepasst werden kann, und dabei ein Minimum an Eisenftillfaktor des magnetischen Querschnittes verloren geht.
Die Kühlung des Kernes kann verbessert werden, indem das eine oder beide der verschiedenen in Fig. 4 dargestellten Mittel benützt werden.
In der Ansammlung der Bleche 1 befindet sich eine gewisse Anzahl von'Blechen 14, welche breiter sind und gegen innen über den Kreis 2 hineinragen, oder von Blechen 15, welche über den Kreis 3 hinausragen.
Diese Mittel zur Kühl Verbesserung können auch bei den Kernen gemäss den oben beschriebenen Aus- führungsbeispie1en angewendet werden.
Der erfindungsgemässe Kern A, dargestellt in Fig. 5, wird von zwei Jochen B und B'begrenzt. Es kann in gewissen Fällen von Interesse sein, zurn Zwecke der Erhöhung der Festigkeit alle Bleche durch eine Schweissnaht zusammenzuhalten oder an den Enden des inneren Hohlraumes bei S und S'eine Platte einzuschweissen. Diese Schweissnähte stören nicht die Anfügung der Jochteile, welche sich auf den äusseren Teil des Kernes stützen.
ImAusfübrungsbeispiel gemäss Fig. 6 stossen die Joche B und B'seitlich an den Kern A. Die Schweiss-nähte befinden sich dann in an sich bekannter Weise an den Endflächen des Kernes bei T und T'.
Bei allen dargestellten Ausfilhrungsbeispielen können zum Zwecke der Erhöhung der Festigkeit des Kernes, ohne aus dem Rahmen der Erfindung zu treten, die Bleche dmch ein gegenüber dem Glühprozess widerstandsfestes Klebemittel oder durch eine isolierende Umhüllung miteinander fest verbunden werden.
Es ist klar, dass die beschriebenen Mittel zur Herstellung von Teilen magnetischer Kreise auf alle Teile solcher Kreise bei Transformatoren, Drosseln oder analogen Apparaten, wie Betatrons oder Syn- chrotrons MW., angewendet werden können.
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