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Geschlossener Magnetkern Die Erfindung betrifft einen geschlossenen Magnetkern mit mindestens einer Gruppe von zueinander konzentrischen Lamellen, wobei jede Lamelle in einem Joch des Magnetkernes einander überlappende Enden aufweist. Derselbe zeichnet sich dadurch aus, dass die Überlappungen aufeinanderfolgender Lamellen in Richtung des Joches fortschreitend gegeneinander versetzt sind, wobei aufeinanderfolgende Lamellenenden in derselben Ebene liegen.
Bisher waren bei Magnetkernen mit Lamellenüberlappungen, wie z. B. nach dein USA- Pattent Ser. Nr. 2489 625, diese Überlappungen der Windungen in der dort dargestellten Art in einer Flucht angeordnet. Dies hatte zur Folge, dass bei Herstellung eines soleben Kernes. während besonders die Spulenschenkel gedrängt geschichtet waren, das Einschieben an den Überlappungsstellen und deren Anordnung in einer Flucht eine verhältnismässig lockere Schichtung in dem Sehenkel oder in den Schenkeln bewirkt hat, welche die in einer Flucht. angeordneten Überlappungen enthielten.
Infolgedessen war für Magnetkerne der dargestellten Art verhältnismässig mehr Kernstreifenmetall erforderlich, und dies war wieder verhältnismässig kostspielig, wenn Kernstreifenmetall mit gerichtetem Verlauf der Fasern verwendet wurde, welches bei Verwendung für Transformatoren gewöhnlich mit einer isolierenden Überzugsschicht versehen ist. Eine verwandte, in Fig.16 des USA-Patentes Ser. Nr.2614158 dargestellte Ausführungsweise zeigt Paare von einander benach-. harten Windungen mit zwischen jedem solchen Paar befindlichen, in einer Ebene liegenden Windungsenden.
Aber auch diese Ausführungsart weist eine Anordnung der Überlappungsstellen in einer Flucht und eine verhältnismässig lockere Kernstruktur im obern und untern Teil auf, welche zusätzliches Stahlmaterial im Aufbau der sich an die Spulenschenkel anschliessenden Jochschenkel erfordert.. Überdies erfordert die Anordnung der Überlappungsstellen in einer Flucht bei diesen bekannten Kernkonstruktionen Sorgfalt beim Einschieben der Lamellenenden, um bei jeder Windung für sich eine LTberlappun g herzustellen, wenn bei einem Transformator mehr als eine Windung mit einer Spule zu verketten war. Ferner wurden, z.
B. bei verhältnismässig lockerer Schichtung in einem Schenkel des Kernes, insbesondere bei mit Flüssigkeit gefüllten Transformatoren, grö- ssere Behälter und grössere Mengen an öl oder andern isolierenden Flüssigkeiten notwendig, wodurch wieder Ungelegenheiten und Kosten verursacht wurden.
Bei der neuen Ausführungsweise nach der Erfindung sind diese Schwierigkeiten in bemerkenswerter Weise vermindert oder überwunden. Hierbei sind die wesentlichen Vorteile einer magnetischen L'berlappiuig bei jeder
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Kernwindung beibehalten, während bedeutend weniger Kernstreifenmetall erforderlich ist und eine Dicke des Jochschenkels, der die Überlappung enthält, erzielt wird, welche praktisch die gleiche wie bei den anschliessenden Schenkeln ist, von denen einer oder beide mit einer Spule, vorzugsweise mit einer vorgeformten Spule, verkettet sein kann. Ausserdem scheint der neue Kern infolge der neuen fortschreitend angeordneten überlappungen eine weitere günstige magnetische Eigenschaft aufzuweisen, die z.
B. darauf hinwirkt, Unregelmässigkeiten in der Verteilung des Kraftflusses auf die einzelnen Kernlamellen zu unterdrücken.
Der Erfindungsgegenstand ist in der Zeichnung durch mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt. Hierin zeigen Fig.1 im Profil den Magnetkern mit zwei Überlappungsstellen in jeder Kernwindung, Fig.2 eine bevorzugte Art der Anwendung einer Mehrzahl von Kernstreifen von der ungefähr erforderlichen Länge vor dem Formen zur Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Kernes, Fig. 3 eine vergrösserte Ansicht eines Teils des Kernes nach Fig.1 mit in einer Flucht fortschreitenden Überlappungen in schematischer, schaubildlicher Darstellung, Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsweise des Magnetkernes mit je einer Überlapptung in jeder Kernwindung, Fig.5 das eine Ende des Kernes nach einer weiteren Ausführungsweise, wobei die Fluchten der versetzt angeordneten Überlappungen verschiedene Richtung aufweisen, und Fig.
6 eine weitere für Mehrphasen-Transformatoren geeignete Ausbildung des Kernes nach der Erfindung.
Nach den Fig. 1 bis 3 kann der Magnetkern 10 in allgemein üblicher Weise rechteckig geformt sein, so dass er einen linken Schenkel 11 und einen rechten Schenkel 12 als ein Schenkelpaar auf entgegengesetzten Seiten aufweist. Einer oder beide Schenkel 11 und 12 können von einer oder mehreren bei 13 bzw. 14 angedeuteten Spulen umgeben sein. Das übrige Schenkelpaar des Kernes 10 bildet den obern Jochschenkel 15 und den untern Jochschenkel 16, welche die Spulenschenkel 11 und 12 miteinander verbinden und den magnetischen Kreis des Kernes schliessen. Die innerste Windung 17 hat den kürzesten Umfang um die Achse 18 des von dieser Windung umgrenzten Fensters 19. Die Achse 18 verläuft senkrecht zur Ebene des Kernes 10, welche als mit der Ebene des Zeichnungs- papieres übereinstimmend angesehen wird, in welcher die Fig. 1 dargestellt ist.
Doch verläuft jede Windung des Kernes 10 nach Fig. 1 konzentrisch zu den übrigen Windungen und besteht aus zwei Stücken streifenförmiger Stahllamellen. Die Lamellen benachbarter Windungen liegen mit ihren Seitenflächen nebeneinander. Die Lamellen verlaufen über den grösseren Teil jedes Schenkels vorzugsweise gerade bis zu den Biegungen, welche die Kernecken 20 bilden. Die Oberflächen der Lamellen liegen parallel zur Achse 18.
In der Zeichnung ist die Lamelle jeder Windung, ob sie aus einem oder zwei Streifenstücken bestellt, in üblicher Weise schematisch durch eine einfache Linie dargestellt, obgleich es klar ist. dass bei praktischer Ausführung des Kernes nach der Erfindung die Lamellen eine der Dicke des verwendeten Kernstreifens entspreehende Stärke aufweisen und die Zahl der Windungen den jeweiligen besonderen Anforderungen entspricht.
Die Windung 17 bildet im allgemeinen eine einzelne Lamelle im Kern 10 und kann aus zwei gleichlangen Stücken ans kaltgewalztem Kernstreifenmetall bestellen, die in Fig. 1 mit 17L und 17R bezeichnet sind. Bei dem dargestellten Kern befindet sieh (las obere Ende 17Ru und das untere Ende 17Rb des Streifenstückes 17R oberhalb der entsprecbenden Enden 17Lu bzw. 17Lb des Streifens 17L. Die Überlappungsflä.chen zwischen den Enden 17Ru und 17Lu sowie zwischen den Enden. 17Rb und 17Lb bilden eine obere überlappun, im Jochschenkel 15 und eine untere Überlap- pung im untern Schenkel 16.
Beide Überlap- pungen befinden sieh in der Windung 17 des Kernes 10 und weisen einen verhältnismässig niedrigen magnetischen Widerstand auf, so da.ss die Windung 17 wesentlich einen unabhängigen und für sich wirksamen niagneti-
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sehen Pfad für den Kraftfluss eines Transformators mit dem Kern 10 bildet.
Ferner liegen das in radialer Richtung obere äussere Ende 17Ru und das in radialer Richtung untere äussere Ende 17Lb der Windung 17 näher und in ungefähr gleichem Abstand von den diagonal einander gegenüberliegenden Ecken der Windung 17. Diese Enden 17Lu und 17Rb verlaufen von den ihnen benachbarten Ecken weg und im allgemeinen in der Richtung der entsprechenden Fluchten, von welchen die durch diese Enden zum Teil gebildeten Überlappungen einen Teil bilden.
Mit andern Worten: Die innersten Fluchten oder Reihen von Überlappungen in der innersten Lamellengruppe des Kernes 10, die sich zwischen den Lamellen 17 und 21 einschliesslich erstrecken, beginnen vorzugsweise nahe einer Ecke eines Joehschenkels, so dass sie die fortschreitende Versetzung der entsprechenden, in radialer Richtung äussern, aufeinanderfolgenden Überlappungen in der genannten Flucht gegen die andere Ecke desselben Joch- schenkels hin ermöglichen, wie Fig.l zeigt.
Eine zweite Gruppe von Lamellen besteht aus den Lamellen 22 bis 23 und weist eine zweite Reihe von Fluchten 24 im obern Joch- schenkel 15 und eine zweite Reihe von Fluchten 25 im untern Jochschenkel 16 auf, die sieh in gleicher Richtung über die entsprechenden Jochschenkel erstrecken. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden äussern Fluchtreiben durch die Versetzung der Überlappungen in jeder hergestellt werden, die sieh nur entlang dem entsprechenden Jochschenkel oder den entsprechenden Joehsehenkeln so weit wie erwünscht erstrecken, wobei beide Enden aller Fluchten nahe den Biegungen in den Ecken der ent- sprechenden Windungen liegen.
Im allgemeinen werden die Überlappungen der Fluchten auf einen zwischenliegenden Teil des Jochschenkels beschränkt sein, in welchem sie beiderseits der Jochmitte ein Drittel der ganzen Jochlänge einnehmen.
Wie Fig. 3 zeigt, umgibt die Windung oder Lamelle 26 die Lamelle 17 auf deren Aussenseite. Die Windung 26 besteht aus einem links- seitigen Stück 26L und einem rechtsseitigen Stück 26R eines Kernstahlstreifens und bildet durch die Überlappungsfläche zwischen den Enden 26Lu und 26Ru eine obere Überlappung. In ähnlicher Weise weisen im Joch- schenkel 16 die Enden 26Lb und 26Rb Überlappungsflächen auf, welche eine weitere über- lappung in der Windung 26 mit den elektri- sehen und mechanischen Vorteilen derartiger Überlappungen ergeben.
Wie indessen die Fig. 1 und 3 zeigen, bildet die Überlappung zwischen den Enden 26Lu und 26Ru die zweite überlappung in der ersten Fluchtgruppe und ist in bezug auf die von den Enden 17Lu und 17Ru gebildete Überlappung nach links versetzt. Im übrigen befinden sich die aufeinanderfolgenden Lamellenenden 17Ru und 26Lu in derselben Windungslage im Jochschenkel 15 (bzw. 16), also in derselben zur Zeichnungsebene senkrechten Ebene. Infolgedessen bilden die Enden 17Lu, 17Ru, 26Lu und 26Rit in radialer Richtung nur drei anstatt vier zur Achse 18 parallele Lagen im Aufbau des Jochschenkels 15.
Ein neues Ergebnis besteht darin, dass die Joch- schenkel 15 und, bei der Ausführungsweise nach Fig.1, auch 16 bedeutend gedrängter geschichtet sind als jene der bekannten Konstruktionen und dass daher eine wesentliche Ersparnis an Stahlstreifenmaterial erzielt wird.
Wie gezeigt, ist bei der nächstäussern, die Lamelle 26 auf ihrer Aussenseite umgebenden Lamelle die obere Überlappung fortschreitend . noch weiter nach links und aufwärts in Richtung des Jochschenkels 15 versetzt., und dies setzt, sich so fort bis zur Überlappung der Windung 21.
Da die zwei. Streifenstücke jeder Windung einander gleich und, wie aus Fig.1 ersichtlich, vorgeformt sind, verlaufen die aufein- anderfolgenden Überlappungen der Windungs- gruppe zwischen den Windungen 17 und 21 im Joch 16, welche bei praktischer Ausführung weit mehr als acht Lamellen, wie dargestellt, umfassen wird, fortschreitend abwärts versetzt und nach rechts.
Bei den obern und untern Überlappungen 24 bzw. 25 in der
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nachfolgenden, in radialer Richtung äussern Windungsgruppe zwischen den Windungen 22 und 23 wiederholt sich die neue Überlappungsweise der Windungen. An die Gruppe 22-23 angrenzend können in radialer Richtung nach aussen noch weitere Gruppen mit entsprechenden Fluchten angeschlossen werden. Die Schenkel des Kernes 10 können rechteckigen oder kreuzförmigen Querschnitt oder irgendeine andere Form entsprechend der jeweils gewählten Weite der Windungen aufweisen.
Die Anordnung von benachbarten Überlappungen in Fluchten derart, dass sich zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Überlappungen eine gemeinsame Lage befindet, wie mit Bezug auf die Windungen 17 und 26 dargestellt, bewirkt die genannte Ersparnis dadurch, dass in drei Windungen mit drei in einem Jochschenkel in der angegebenen Weise versetzten Überlappungen die Zahl der Lagen im Überlappungsgebiet vier statt seechs beträgt; im Fall von vier benachbarten und fortschreitend versetzten Überlappungen nehmen die acht Überlappungslagen tatsächlich den Raum von fünf Lagen ein, wie aus Fig. 1 hervorgeht, und so fort bis zum Ende dieser Fluchtreihe und nachfolgender Fluchtreihen, wobei jede Flucht die Form einer Staffel aufweist.
Ausserdem scheint bei Anwendung eines Kernes der beschriebenen Ausführungsart jede Neigung des Kraftflusses zu einem unregelmässigen Verlauf oder ungeregelter Verteilung offenbar dadurch verhindert zu sein, dass bei der beschriebenen neuen Anordnung der Fluchten jedes Windungsende derart von einem oder mehreren angrenzenden Enden einer oder mehrerer benachbarten Windungen umgeben ist, so dass wirksame Übergangswege zusätzlich zum Weg des Kraftflusses des Kernes vorhanden sind.
Eine zweckmässige Art zur Herstellung eines neuen Kernes nach Fig. 1 besteht in der Verwendung einer Maschine zum fortschreitenden Schneiden von Streifen in passender Länge, wie in Fig.2 gezeigt, welche die in Fig. 1 dargestellten Längen der rechtsseitigen Lamellen sowie ein gleiches Streifenbündel der linksseitigen Lamellen erzeugt. Jedes Streifen- paar einer näelhstfolgenden äussern Windung ist entsprechend der zunehmenden Umfangslänge der weiter von der Kernachse entfernten Lamellen länger. Diese Streifen können, beginnend mit dem Paar der längsten äussersten Windungen, etwa in der in der USA- Patentsehrift Ser.
Nr. 2 613430 (Fig. 5 bis 8 ) dargestellten Art, in einer Schablone vereinigt werden, wobei zu beachten ist, dass die aufeinanderfolgenden Überlappungsteile der Windungen in jeder Fluchtreihe in der beschriebenen Weise versetzt werden.
Insofern als der Kern nach Fig.l aus zwei Teilen bestehende Windungen aufweist, ist ausserdem darauf zu achten, dass die relativen Lagen jedes solchen Teils jeder Windung beim Aufstapeln, Einspannen, Binden und Glühen des Kernes sicher eingehalten werden. Nach dem (GHüllen weist der Kern dauernd die aus Fig. 1 ersichtliche Sehichtenlage auf. Hiernach können die Einspann- und Bindestreifen entfernt werden und entweder auf die Schenkel 11 oder 12 oder auf beide Spulen aufgebracht werden, wie in der zuletzt genannten USA-Patentschrift dargestellt ist.
Hierbei ist infolge der beschriebenetn Anordnung und fortschreitenden Versetzun g der aufeinanderfolgenden Überlappungen in den äussern Windungen des Kernes die Arbeit des Einschie bens gegenüber der in der bekannten Weise fluclhtenden Überlappungslkonstrulktion bedeutend vereinfacht, insbesondere im Falle des Kernes nach Fig. 4 der Zeichnung.
Mit Rücksiclht auf die grössere Zahl von Stiicken bei dem Kern nach Fig.1 ist diese Ausführungsweise im vorstehenden zuerst beschrieben worden. Doch bildet die Bauweise nach Fig.4 mit nur einer Überlappung in jeder Windung bzw. Lamelle die bevorzugte Ausführungsform.
Nach ihrem Wesen und ihrer Wirkungsweise gleicht letztere im all- gelneinen jener nach- Fig.l, jedoch mit deni LTntersehied, dass jede Whidung aus einem einzigen Stahlstreifenstiiek besteht. und sieh alle Überlappungen im obern Joehsellenkel in dessen Längsrichtung angeordnet befinden. Aus Zweckmässigkeitsgründen sind die in Aus- fllhrun- und Wirkungsweise mit den Teilen
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nach Fig.1 übereinstimmenden Teile des Kernes naclh Fig.
4 mit gleichen Bezugszeichen unter H inzufügung eines unterscheidenden Beistriches versehen. Aufeinanderfolgende Lamellenenden, z. B. 17Ru' und 26Lu', liegen wiederum in derselben Ebene, was denselben Vorteil zur Folge hat wie im Falle von Fig. 1. Auch die Vorsänge bei der Herstellung des Kernes nach Fig.4 können den Arbeitsvorgängen bei Herstellung des Kernes nach Fig. 1 ähnlich sein, mit dem Unterschied, dass der Kernstahlstreifen bei Beginn auf einen zylindrischen oder polygonalen Dorn aufgewickelt statt in einer Maschine fortschreitend in Stücke geschnitten wird. Wenn der Streifen auf einen Dorn. aufgewickelt wird, kann dieser Vorgang und dlas Zerschneiden in Stücke von zunehmend grösserer Länge, wie im allgemeinen in der bereits genannten Patentschrift Ser.
Nr. 2 613 430 beschrieben, durchgeführt werden. Beim Aufwickeln muss Vorsorge für Einhaltung passender Abstände getroffen werden, wie z. B. in dieser Patentschrift erwähnt oller in der vorhergenannten Patentschrift Ser. Nr. 2489625 gezeigt ist, ob- gleielh einer der Vorzüge der vorliegenden Erfindung darin besteht, dlass dem Einhalten der Abstände nicht so viel Aufmerksamkeit zugewendet werden muss, weil die Zunahme der mittleren Länge zwischen benachbarten Windungen unter im übrigen ähnlichen Bedingungen beim Kern naech der Erfindung über dessen ganze Dicke nicht so gross ist, wie bei den bekannten Kernen.
Das Aufwickeln der Windungen beim Kern nach Fig.4 wird durchgeführt, um die versetzten Überlappungsstellen in der gezeigten Flucht anzuordnen, ohne dass eine Überlappungsstelle oller Flucht in eine Eckbiegung eines Joehschenkels oder in einen Spulenschenkel fällt. N ach dem Aufwickeln wird das Einspannen, Binden und Glühen, wie angegeben, zur Herstellung eines Kernes nach Fig. 4 durchgeführt.
Bei dem Kern nach Fig.5 ist eine Anordnung der Fluchten im Zickzack dargestellt, welche vorzugsweise bei nur einem Jochschen- kel eines Kernes angewendet wird, jedoch, falls erwünscht, auch im obern und im untern Jochschenkel vorgesehen werden kann. Die innerste Windungsgruppe beim Kern nach Fig. 5 und deren Flucht oder Fluchten sind in ihrer allgemeinen Ausbildung und in ihrer Wirkungsweise dem entsprechenden Teil der innern Flucht oder Fluchten des Kernes nach den Fig. 4 oder 1 ähnlich. Es sind daher wieder aus Gründen der Zweckmässigkeit in Fig. 5 die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem doppelten Beistrich, verwendet.
Die nach aussen näehstfolgende Flucht zwischen den Windungen 22" und 23" des Jochschenkels 15" verläuft dagegen in umgekehrter Richtung, wodurch im Kantenprofil ein Verlauf der Fluchten von zickzackartigem Charakter entsteht, mit welchem die neuen Merkmale und Vorteile der andern bereits beschriebenen Ausführungsarten verbunden sind, indem wiederum aufeinanderfolgende Lamellenenden, z. B. 17Ru" und 26Lu", in einer Ebene liegen. Bei der äussern Windungsgruppe liegt im Joch- schenkel 15" das Ende 22Lu" über dem Ende 22Rit", so dass die Flucht 24" unmittelbar über der durch die Enden 21Lu" und 21Rzt" gebildeten Überlappungen beginnt.
Bei der L\berlappung zwischen den Enden der Lamelle 22" ist deren Ende 22Lu" dasjenige, welches die Richtung bestimmt, welche die neue Flieht einzunehmen hat, die im Falle der Flucht 24" nach rechts aufwärts verläuft. Bei weiteren äussern über der Gruppe 22" bis 23" befindlichen Gruppen eines Kernes ähnlich jenem der Fig.5 kann sieh das Fluchtmuster in der gleichen Art wie bei den beiden innern Gruppen fortsetzen und wiederholen. Falls die Lamellen des Kernes nach Fig. 5 mit. Fluchten von Überlappungen im untern nicht dargestellten Jochschenkel ausgestattet sind, werden solche untern Fluchten vorzugsweise in gegenüber jener der Fluchten im Joch- schenkel 15" umgekehrter Richtung verlaufen.
In diesem Falle würde sieh daher im untern Jochschenkel die innerste untere Flucht nach rechts abwärts und die nächstäussere Flucht nach links abwärts, beginnend in der Nähe der äussersten Überlappung der innersten der untern Fluchten, erstrecken.
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Die Magnetkerne nach den Fig.1, 4 und 5 können sowohl bei Einphasen-Transformatoren oder dergleichen wie auch bei Mehrphasen- Transformatoren verwendet werden. Ein Beispiel für eine mehrphasige Ausführungsweise ist durch Fig.6 veranschaulicht. Hiernach besteht ein dreischenkliger Transformatörkern aus zusammengesetzten Schenkeln A, B und C, von denen jeder mit einer oder mehreren Spulen D, F und F verkettet sein kann.
Die innern Kerne 100 und 101 können entspre- ehend Fig. 4, wie dargestellt, oder auf eine der andern Arten ausgeführt und nebeneinander angeordnet sein. Die Spulenschenkel A und C können durch Anordnung eines die innern Kerne umgebenden Kernes 102 gebildet sein, der, abgesehen von den Abmessungen, gemäss Fig.4 oder gemäss den Fig.1 oder 5 ausgeführt sein kann. Bei einem Mehrphasenkern nach Fig. 6 ist die erfindungsgemässe Ausführungsform der Überlappungsfluehten sogar von besonderem Vorteil, indem bei ihm die besseren elektrischen Eigenschaften von Kernen aus aufgewundenen oder gebogenen, einander überlappenden Streifen von magnetisch hochbeanspruchtem Stahl zur Geltung kommen.