Schichtkern für Transformatoren und Drosselspulen. Bei dem Aufbau von Eisenkernen für Transformatoren und Drosselspulen geht die Entwicklung in der Richtung, die Kerne aus Werkstoffen mit magnetischer Vorzugsrich tung herzustellen. Derartige Kerne lassen für eine gegebene Feldstärke, das heisst für einen gegebenen Magnetisierungsstrom, grössere ma gnetische Induktionen zu und führen da durch zu einer Gewichtsersparnis.
Diejenige Kernform, bei der die überlegenen magne tischen Eigenschaften von Blechen mit: magne tischer Vorzugsrichtung unverfälscht zur Wir kung kommen, ist der Bandringkern. Bei die sem ist jedoch das Aufbringen der Wick lung zeitraubend und teuer, und auch der erreichbare Wicklungsfüllfaktor ist besonders bei Ringkernen geringen Durchmessers klei ner als bei Rechteckkernen. In vielen Fällen ist es :daher erwünscht, die Kerne aus ge stanzten oder geschnittenen Blechen zu schichten.
Bei Verwendung des bisher üblichen Kern aufbaues, bei welchem die einzelnen Blech schichten aus verschiedenen gestanzten oder geschnittenen Teilen (Schnitten) zusammen gesetzt werden, so d'ass sich 'Stossfugen. er geben, macht sich der Einfluss der letzteren durch eine Verschlechterung der Magnetisie- rungskurve unangenehm bemerkbar. Es ist ferner zu beachten, dass bei Siliziumeisen im Gegensatz zu Nickeleisen keine solchen ge stanzten Schnitte verwendet werden können, bei denen der Kraftfluss stellenweise quer zur Walzrichtung des Bleches verläuft.
Wäh rend nämlich Nickeleisen zwei Vorzugsrich tungen aufweist, die beide in der Blechebene liegen und von denen die eine in der Walz- richtitng, die andere senkrecht dazu verläuft, ist bei S'iliziumeisen nur eine einzige Vor zugsrichtung vorhanden. Diese fällt mit der Walzrichtung zusammen.
In der Querrichtung dagegen sind die magnetischen Eigenschaften stark verschlechtert. .Siliziumeisenkerne inüs- sei daher aus Streifen derartig geschichtet werden, dass. die Walzrichtung des Bleches stets mit der Richtung der -magnetischen Kraftlinien übereinstimmt.
Bei einem in bekannter Weise aus recht eckigen .Streifen geschichteten Kern liegen die Stossfugen in der Verlängerung der Fen sterseiten einer Blechlage, also senkrecht zur Streifenrichtung des einen Streifens, und die Stossfugen benachbarter Lagen stehen aufein ander senkrecht. Hier könnten zwar- alle Bleche - mit der Walzrichtung in Richtung des Kraftflusses liegen, aber an jeder Stoss fuge eines Bleches tritt nahezu der gesamte Kraftfluss im durch .die Fuge unterbrochenen Blech vorübergehend in die benachbarten, durchgehenden Bleche über.
Infolgedessen ist in diesen die magnetische Induktion an der Stelle -der Stossfugen etwa doppelt so hoch wie in den übrigen Teilen. Das Eisen wird also an diesen Stellen bereits gesättigt, wenn die Induktion in den übrigen Teilen erst halb so gross wie die Sättigungsinduktion B, ist.
Mit andern Worten, bei Überschreitung von- B,/2 in den Hauptteilen des Kernes wirkt das den ,Stossfugen benachbarte, gesättigte Eisen .der durchgehenden Bleche bereits wie ein Luftspalt. Infolgedessen tritt oberhalb von B62 je nach der Länge der Stossfuge eine mehr oder weniger starke 'Scherung der Magnetisierungskurve ein.
Daher kann das Eisen nur mit ungefähr der Hälfte der Sättigungsinduktion ausgenützt werden, wenn der Magnetisierungsstrom auf derselben ge ringen Höhe bleiben soll.
Es ist bekannt (siehe ziun Beispiel. Schwei zer Patentschrift Nr.257843; Fig.3 bis 7), zur Verbesserung :d'er magnetischen Verhält nisse die Stossfugen nicht in die Verlängerung der Fensterseiten, sondern unter einem Win kel von etwa 45 diagonal zu legen. Die um schichtige Versetzung der Stossfugen erfolgt dabei durch parallele Verschiebung der Schenkelbleche in ihrer Längsrichtung bei gleichzeitigem Wenden des Jochbleches.
Der hierfür erforderliche Blechschnitt ergibt eine Jochverstärkung. Diese Ausführung setzt die Induktion neben, den Stossfugen zwar .bereits herab, beseitigt aber die Kennlinienverschlech- terung nicht in ausreichendem Masse. Die Scherung beginnt hier bei etwa<B>0,71</B> B,. Die Richtung der ,Stossfugen wird durch die er wähnte Versetzung nicht geändert. Alle Stoss fugen einer Kernecke haben die gleiche Rich tung; in benachbarten Schichten laufen sie parallel zueinander.
Demgegenüber kann durch die Erfindung die Form der Magnetisierungskurve durch weitere Verringerung des Einflusses der Stossfugen bis zu seiner völligen Beseitigung noch mehr verbessert: werden. Erfindungs- gemäss. ist der Schichtkern mit mindestens teilweise nicht in den Verlängerungen der Fensterseiten liegenden Stossfugen gekenn zeichnet durch mindestens zwei voneinander verschiedene Richtungen des Verlaufes der Übertrittskanten für :die magnetischen Kraft linien an jeder Kernecke.
In den F'ig. 1 bis 14 sind verschiedene Ausführungsbeispiele- des Schichtkernes nach der Erfindung in Ansicht und teilweise auch im Schnitt schematisch dargestellt.
Bei dem Schichtkern nach Fug. 1 und 2 liegen die Stossfugen eines 'Teils der Bleche diagonal. Die Breite der Jochbleche 7 ist gegenüber derjenigen der Schenkelbleche 8 verdoppelt. Jede zweite Schicht 7', 8' :des Kernes wird aus einem vollständigen Rahmen solcher Bleche gebildet. In den Zwischen schichten dagegen befinden sich nur Schen kelbleche 8", die aber jetzt rechtwinklig ge schnitten sind und sich bis zur äussern Um fangsfläche 6 des Kernjoches erstrecken.
Die Schenkel 8', 8" sind somit ganz mit Eisen gefüllt, die mittleren Jochpartien 7' dagegen nur zu 50 %, da die Zahl der Blechschichten in den Jochen geringer ist als in den Schen keln. Die Induktion in diesen Teilen der Joche 7 hat somit die gleiche Grösse wie die In duktion in den Schenkeln.
In den 'Stossfugen dagegen, wo der gesamte Fluss von zwei Blechen in nur einem einzigen :durchgehenden Blech verläuft, ist die Induktion
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wenn man annimmt, dass die Kraftliniendichte längs der ganzen Stossfugenbreite :die gleiche ist. In Wirklichkeit ist die Induktion zwar etwas höher, weil sich die Kraftlinien nicht bis in die äussersten. Kernecken erstrecken, doch wird sie den Wert B nicht nennenswert übersteigen.
Das Ziel, auch neben den Stoss fugen keine höheren Induktionen zu erhalten als in .denn übrigen Kernteilen, wird durch diese Anordnung erreicht, und zwar mit einer nur unwesentlichen. Gewichtszunahme gegen über der bekannten Anordnung.
Will man einen Kern mit verstärktem Jochquerschnitt ausführen, so können die Zwischenräume zwischen den rechteckigen Schenkelblechen 8", bzw. zwischen den Joch- blechen 7' noch durch ebenfalls rechteckige Jochbleche 7" zusätzlich ausgefüllt werden. Der Jochquerschnitt beträgt dann das Dop pelte des Kernquerschnittes.
Zu dem Schichtkern nach Fig.1 und 2 ohne Jochverstärkung werden drei versehie- Jene Blechschnitte gebraucht, nämlich einer für die Jochbleche, ein zweiter für die -Schen kelbleche des Rahmens und ein dritter für die rechteckigen Schenkelbleche.
Es ist auch möglich, den Kern aus nur zwei verschiedenen Blechschnitten zusammen zusetzen. In Fig. 3 ist eine derartige Schicht dargestellt. Sie hat U-Form und besteht aus einem trapezförmigen Jochblech 1 und zwei Schenkelblechen 2. 'Schichten von gleicher Ge stalt können zum Aufbau eines Kernes ab wechselnd mit um 180 gedrehter Lage über einander gestapelt werden.
Geringfügige Abweichungen von der dar gestellten Gestalt sind zulässig, ohne dass die vorteilhaften Wirkungen dadurch wesentlich beeinträchtigt- werden. Insbesondere kann auch eine verhältnismässig geringere Joch- breite unter Umständen ausreichend sein.
Eine beispielsweise nur 50prozentige Ver stärkung des Jochquerschnittes erhält man mit der Anordnung nach Fig. 4 und '5. Die Breite der Jochbleche 7', 7<B>'</B> beträgt hier nur das 1,5fache derjenigen der Schenkelbleche B. 8/..
Nach der neuen Bauart können in sinn gemässer Übertragung der Grundgedanken auch drei- und' mehrschenklige Kerne ausge führt werden. Fig.6 zeigt ein Beispiel für einen dreischenkligen gern.
Während bei den bisher beschriebenen Schichtkernen die übertxittskanten gerade verlaufen, können sie nach den weiteren Fi guren 7 bis 14 bei mindestens einem Teil der Bleche von einer Geraden abweichen. Damit können die erwähnten vorteilhaften Wirkungen unter Umständen in höherem Masse erreicht werden.
Aber auch wenn etwa zugunsten eines vereinfachten Blech schnittes Unvollkommenheiten hinsichtlich der Grösse des übertrittsquerschnittes oder der Berücksichtigung der magnetischen Vorzugs richtungen in Kauf genommen werden sollten, so kann doch die angestrebte Rechteckform. der Hystereseschleife mit, grösserer Annähe rung als mit den bekannten Formen erreicht werden, Die Fig. <B>7</B> und 8 zeigen je eine Ecke von zwei Schichtkernen, die sich von.den Bei spielen nach den Fig. 1 bis 3 dadurch un terscheiden, dass ,die Stossfugen bzw.
Über trittskanten für .die magnetischen Kraftlinien einen zickzack.. bzw. wellenliuiienförmigen Ver lauf haben. In der Ecke stossen ein Schenkel blech 1 und ein Jochbliech 2 zusammen. Die sichtbare gebrochene bzw. gekrümmte Linie ist die Stossfuge zwischen diesen beiden Blechen. In der benachbarten Blechschicht verläuft die Stossfuge nach der gestrichelten Linie.
In dieser Schicht kann das Jochblech fehlen, wenn das Joch etwa doppelt so breit ist wie der Schenkel. Der ganze Kern kann in diesem Falle aus lauter U-förmigen, Blech schichten aufgebaut sein, die aus je einem Jochblech 2 und zwei Schenkelblechen gebil det, und abwechselnd um 180 gegeneinander verdreht gestapelt sind.
Die Schenkelbleche 1 haben an ihrem freien Ende die durch die ge strichelte Linie angedeutete Form, während die Jochbleche 2 in diesem Falle symmetrisch zur Mittelachse des Kernes geformt sind.
Dass auch ohne Jochverbreiterung durch Verlängerung der Stossfugen eine Verbesse rung der Schleifen-form erzielt werden kann, ergibt sich aus den Fig. 9 und 10. In diesen wie auch in den folgenden Fig. 11 bis 14 sind ebenfalls die Schenkelbleehe mit 1 und die Jochbleche mit 2 bezeichnet. Durch .Sehwen- kung ,der Figuren um eine zur 'Zeichenebene senkrechte Achse ergeben sich die nicht dar gestellten untern Schichthälften.
Die benach- bärten 'Schichten werden in an sich bekannter Weise; zum Beispiel um die durch eine strich punktierte Mittellinie bezeichnete Achse, um 180 umgeklappt. Daraus ergibt sich dann der Stossfugenverlauf, der in den Fig. 9 bis 14 in der linken E'eke jedesmal durch eine gestri chelte Linie angegeben, ist. In der rechten Ecke ist auf diese Darstellung<B>de</B> Deutlich keit halber verzichtet worden.
Bei den Aus führungsbeispielen der Fig.9 und 10 über schneiden sich die Stossfugen bzw. Übertritts kanten, ebenso bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 11, bei dem nur eine der beiden dar gestellten 'Stossfugen einen von. einer,Geraden abweichenden Verlauf hat, während die an dere geradlinig verläuft.
Eine besonders günstige Ausführungsform ist diejenige nach Fig.12 bezüglich der Be rücksichtigung .der magnetischen Vorzugsrich tungen. Eine Überschneidung er übertritts kanten ist hier vermieden, ebenso bei der Aus führungsform nach Fig. 13.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 14 sind die Schenkelbleche 1 symmetrisch gestal- tet und, in nur in der Längsrichtung etwas gegeneinander verscho ben.
Auch bei den: Ausführungsformen nach den Fig. 3 bis 8 kann bei ausreichender Joch- verbreiterung jedes zweite Jochblech wegge lassen und mithin, der ganze Kern aus U-för- migen Schichten, wie oben erwähnt, zusam- mengesetzt werden.
Die neue Kernbauart kommt in erster Linie für Bleche mit einer einzigen magneti schen Vorzugsrichtung, z. B. für Bleche aus Siliziumeisen, in Frage, bei deren Verwen dung die Kerne aus Streifen zusammengesetzt werden, damit der Fluss nicht stellenweise quer zur Walzrichtim-g verläuft. Die neue Bauart<B>_</B>ist jedoch auch für Bleche mit zwei magnetischen Vorzugsrichtungen, z.
B. für Bleche aus Nickeleisen, vorteilhaft, wenn die Kerne eine solche Grösse haben, dass die Schnitte aus einzelnen Streifen aufgebaut werdien müssen.
Kerne der beschriebenen neuen Bauart verwendet man mit Vorteil für 'Transforma toren und Drosselspulen; insbesondere für die Endstufen von magnetischen Verstärkern, für gleichstromvormagnetisierte Sättägungsdros- seln zur Steuerung von Trockengleichrichtern, vor allem aber auch für Schaltdrosselspulen von Impulsschaltern und Kontaktumfor mern, für die man bisher fast äusschliesslich Bandkerne benützt hat.