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Verfahren zur Herstellung eines geschichteten Magnetkernes für Induktionsvorrichtungen und nach diesem Verfahren hergestellter Kern Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines geschichteten Magnetkernes für Induktionsvorrichtungen und einen nach diesem Verfahren hergestellten Kern, insbesondere einen Kern, der solche Verbindungsstellen besitzt, dass er um den Wicklungsquerschnitt vorgeformter Spulen herumgelegt werden kann.
Bisher hatten Kerne mit Verbindungsstellen, die es ermöglichten, dass ein Kern in Verbindung mit vorgeformten Spulen verwendet werden kann, nur ein bescheidenes Mass von Erfolg zu verzeichnen. Doch zeigen Kerne, die aufgeschnitten sind, an den Verbindungsstellen Verluste, die hoch genug sind, um beträchtlich zu den Kosten des Betriebs einer Übertragungseinrichtung beizutragen, und es entsteht das Problem, wie diese Kernverluste niedrig gehalten werden können.
Es gibt eine ganze Anzahl bekannter Arten der Verbindungen, die derzeit verwendet werden. Bei der Stossfuge geht der magnetische Fluss, der durch die Lamellen verläuft, vom einen Ende der Stossfuge zum anderen. Kerne mit Stossfugen wurden seit langem verwendet und werden auch künftig verwendet werden, doch können die Kosten der Herstellung und der Verluste durch einen Kern der nachstehend zu beschreibenden Art verringert werden.
Ein anderer Kern benutzt eine Verbindung mit Überlappung bei der Stossfuge. Bei diesem Kern ist eine Anzahl Lamellen gruppenweise angeordnet und diese Gruppen besitzen rechteckige Endflächen. Die Gruppen sind aufeinandergesetzt, wobei die rechteckigen Enden gegeneinander versetzt sind. Die rechteckigen Enden der Gruppen sind ähnlich wie bei einer Nut- und Federverbindung zusammengepasst, um eine geschlossene Schlaufe um die vorgeformte Spule zu bilden. Bei diesem Kern besteht das Problem darin, beim Zusammenbau einen guten Stosskontakt zu erreichen und einen magnetischen F2uss mit gutem Wirkungsgrad zu erhalten.
Die Ausführungsformen der Kerne mögen voneinander abweichen, doch bieten alle das gleiche Problem, das heisst sie zwingen dazu, nach einer Kostenminderung Ausschau zu halten.
Es ist das Ziel dieser Erfindung, einen geschichteten Kern zu schaffen mit einer Verbindungsart der Kernenden, die abgestuft angeordnete überlappun- gen der Lamellenenden aufweist, und ermöglicht, dass der Kern mit einer vorgeformten Wicklung oder Spule zusammengefügt werden kann.
In der beigefügten Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigen: .
Fig. 1 im Aufriss einen geschichteten Kern, der bei der Schnittstelle zusammengeklemmt ist, Fig. 2 einen Aufriss des Kernes nach Fig. 1, wobei der Hauptteil des Kernes gerade gerichtet ist, so dass die Lamellen in abgestufter Form zueinander endigen, Fig.3 einen Aufriss eines geschichteten Kerns nach Fig. 2 nach Zurechtbiegen in einen kreisförmig verlaufenden Kern, bei dem die Lamellen an ihren Enden in abgestuft angeordneten überlappungen miteinander verbunden sind, Fig. 4 einen Aufriss eines geschichteten und auseinandergespreizten Kernes,
bei dem die Lamellen in Gruppen unterteilt und die Enden der Lamellen innerhalb der einzelnen Gruppen stufenförmig zueinander angeordnet sind, Fig.5 einen geschichteten Kern, bei dem die Lamellen in Gruppen und in abgestufter Beziehung zueinander angeordnet und so geformt sind, dass sie einen Kern bilden, bei dem die Verbindungen der Enden mit abgestuft angeordneten überlappungen
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innerhalb des geraden Teiles eines Kernabschnittes liegen, Fig. 6 einen Aufriss eines Kernes, der zeigt, wie die Lamellen sich aneinander anpassen, wenn sie Ende gegen Ende gebracht werden,
Fig. 7 einen Aufriss eines geschichteten Kerns mit Verbindungen in abgestuft angeordneten Überlappun- gen, wobei die Lamellen in Gruppen gleicher Zahl angeordnet sind und der Kern eine bestimmte Form besitzt, Fig. 8 einen Seitenriss der Enden eines Kernes, die so zusammengefügt sind, dass sie eine Verbindung mit abgestuft angeordneten überlappungen bilden, Fig. 9 teilweise im Schnitt und teilweise im Seitenriss die Ansicht einer Spule und von Abschnitten des Kernes, um zu zeigen, wie der Kern um die Spule zusammengebaut sein kann,
Fig. 10 einen Kern und eine Spule teilweise im Schnitt und teilweise im Seitenriss, um die Verbindung mit abgestuft angeordneten Überlappungen bei der Ecke des Kernes zu zeigen, und Fig. 11 teilweise im Schnitt und teilweise im Seitenriss einen Kern und eine Spule, um eine Verbindung im Schenkel des Kernes darzustellen.
Der in den Figuren und insbesondere in Fig. 1 gezeigte, geschichtete Magnetkern wird dadurch hergestellt, dass eine Anzahl Windungen 10 aus orientiertem Magnetbandmaterial aufeinandergewickelt werden. Die Zahl der Windungen und die Breite des Bandes richten sich nach dem erstrebten Zweck und der erwarteten Leistungsfähigkeit des Kernes 9. Der Durchmesser des Kernes 9 wird durch die Grösse der vorgeformten Spule oder Wicklung 8 bestimmt, die benutzt werden soll.
Damit der Kern mit einer vorgeformten Spule verwendet werden kann, wird er entlang einer Ebene 11 aufgeschnitten. Die Richtung, in der die Lamellen 10 aufgeschnitten werden, kann sich ganz nach den Zwecken der Konstruktion richten. Üblicherweise verläuft der Schnitt entlang einem Durchmesser des Kernes, wie das Fig. 1 zeigt. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein kreisförmiger Kern gezeigt, doch ist diese Form nicht Bedingung, sondern es kann irgendeine den beabsichtigten Zwecken angepasste Form gewählt werden.
Um eine Anordnung der Lamellen mit abgestuft geordneten überlappungen zu fertigen, die geringe Luftspaltverluste besitzen, werden die Lamellen durch eine Klemmvorrichtung 12 auf einer Seite des Schnittes 11 fest zusammengepresst und, wie in Fig. 2 bei 13 gezeigt ist, über den Hauptteil ihrer Länge gerade verlaufend gemacht. Wie ersichtlich ist, werden die Lamellen 10 durch das Geraderichten über den Hauptteil ihrer Länge an ihren Enden abgestuft geordnet, wie das in Fig.2 bei 14 ersichtlich ist.
Wenn die Lamellen statt durch Geraderichten in Gruppen oder in einem Stoss einzeln in die Form gebracht werden sollen, können sie im entgegengesetzten Sinne zur Krümmung des ersten Wicklungsvorganges durchgebogen oder kurvenförmig umge- bogen werden. Es können noch weitere Massnahmen dieser Art angewandt werden, um das Fertigstellen eines Kernes zu beschleunigen. Solche Massnahmen ergeben sich ohne weiteres aus der Darstellung des hier zu beschreibenden Verfahrens.
Eine zweite Klemmvorrichtung 15 wird nun beim anderen Ende des geradegerichteten Teiles 13 des Kernes angebracht. Die Klemmvorrichtung 12 wird gelöst und der gerade Teil des Kernes 13 so gebogen, dass er eine Schleife bildet, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Wie die Lamellen durchgebogen werden, werden die Teile der Lamellen, die zuvor den geraden Abschnitt 13 bildeten, gegeneinander verschoben und an ihren Enden so gegeneinander zur Abstufung gebracht, dass die Lamellen mit den gestuft angeordneten Enden so aufeinanderpassen, wie das bei 14 gezeigt ist.
Die Durchführung des Anordnens der Lamellenenden in gestufter Ordnung kann mehrere Male durchgeführt werden, um die gewünschte abgestufte Anordnung zu erreichen. Es war möglich, mittels zweimaliger Durchführung dieser Massnahmen eine Abstufung der Endteile vom sechsfachen der Dicke der Lamellen zu erreichen.
Wenn nun die abgestuften Enden der Lamellen zusammengepasst werden, entsteht eine Reihe von Verbindungen mit abgestuft angeordneten Überlap- pungen, wie das bei 16 gezeigt ist. Wie ersichtlich ist, sind die Lamellen, die in einer Anzahl gleich der Windungszahl vorhanden sind, so angeordnet, dass jede Lamelle eine Verbindungsstelle besitzt, die zur Verbindungstelle der nächsten anliegenden Lamelle verschoben oder versetzt liegt. Das Ende einer Lamelle überlappt das Ende der nächsten anliegenden Lamelle.
Dementsprechend umfasst die Verbindungsstelle des Kernes die Enden einer Anzahl Lamellen, wobei die Enden abgestuft angeordnet sind und die Endteile der einen Lamelle den Endteil der nächsten Lamelle überlappen, so dass eine Verbindung geschaffen wird, die infolge der beschriebenen Art der Anordnung der Lamellen und Lamellenenden als Verbindung mit abgestuft angeordneten überlappungen bezeichnet werden kann. Die Enden jeder einzelnen Lamelle können gegeneinander zum Anliegen kommen. Doch ist das nicht wesentlich. Die Enden der einzelnen Lamellen können auch in Abstand voneinander bleiben. Es wurden befriedigende Resultate bei einer Ausführungsform erreicht, bei der die Enden um eine oder zwei Lamellendicken voneinander entfernt blieben.
Doch sollten die Lamellenenden einer Lage die Lamellenenden der nächsten Lage um einen bestimmten Betrag überdecken. In der Praxis wurden sehr gute Ergebnisse erzielt, wenn die Lamellenenden Verbindungen mit abgestuft angeordneten überlappungen vom sechsfachen der Dicke der Lamellen bildeten.
Durch Versuche ergab sich, dass beim überlappen der Lamellenenden um den 1,5fachen bis 5fachen Wert der Dicke der Lamelle, das heisst wenn
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das Verhältnis von Überlappung zu Dicke 1,5: 1 bis 5:1 beträgt, sich eine Verringerung sowohl der Scheinleistung wie hinsichtlich der Wirkleistungsver- luste ergibt. In einem Diagramm aufgetragen, ergibt sich zwischen Scheinleistung und Wirkleistung eine lineare Beziehung. Weiter ergab sich, dass eine Erhöhung des Verhältnisses der Überlappungsfläche zur Querschnittsfläche auf mehr als 6 : 1 nur mehr sehr geringe Verbesserung der Scheinleistung und der Wirkleistung mit sich bringt.
Aus den Versuchen ergab sich für den Kern mit einem L7berlappungsver- hältnis von 6: 1, dass der Verlust an Scheinleistung weniger als 13 1/o und an Wirkleistung weniger als 10/9 von den Verlusten eines gewickelten Kernes aus dem gleichen Material und ohne Verbindung abwich. Durch Vergrössern des überlappungsverhältnisses über 6: 1 ist also nur wenig zu gewinnen. Das zu benutzende Verhältnis Überlappung zu Dicke beträgt im Minimum vorzugsweise 2,5: 1.
Der Abstand, um den die Verbindung in einer Lamelle gegenüber der Verbindung in der nächsten anliegenden Lamelle versetzt oder gestaffelt ist, kann in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Entwurfes in weiten Grenzen veränderlich sein. Es wurden sehr zufriedenstellende Kerne erzeugt, wenn die Verbindungen in aneinandergrenzenden Lamellen oder Gruppen von Lamellen, deren Enden in Abstand blieben, mit einer Überlappung der Lamellen auf eine Strecke von etwa dem 6fachen der Dicke der Lamellen bzw. des Lamellenaufbaues gebildet waren.
Der Kern kann nun bei der Verbindungsstelle 11 zusammengeklemmt und so geformt werden, dass er sich der vorgeformten Spule anpasst, mit der er verwendet werden soll. Üblicherweise sind die Kerne so geformt, wie das in Fig. 5 veranschaulicht ist. Wenn der Kern seine Form erhalten hat, wird er ausgeglüht, damit er von Spannungen frei wird. Das Ausglühen kann nach irgendeinem geeigneten Verfahren erfolgen und braucht deswegen hier nicht beschrieben zu werden.
Das Ausglühen sollte erfolgen, nachdem der Kern seine Form erhalten hat und keine weiteren Massnahmen an ihm durchgeführt werden müssen, die neuerdings zu Spannungen im Eisenkern führen und die Verluste bei Betrieb erhöhen würden. Nachdem der Kern seine Form erhalten hat und ausgeglüht ist, kann er bei den Verbindungsstellen geöffnet werden und die Lamellen können durch die vorgeformte Spule geführt werden, wie das beispielsweise in Fig. 9 gezeigt ist. Die Lamellen werden alsdann wieder zusammengefügt, um die beschriebene Verbindung mit abgestuft angeordneten überlappungen zu formen.
Es ist festgestellt worden, dass das Biegen der Lamellen, das bei der Einführung in die Spule notwendig wird, das Material nicht so beansprucht, dass Spannungen entständen und die Verluste im Betrieb wesentlich höher wären.
Wenn der Kern eine grosse Anzahl von Lamellen aufweist, dann kann die Verbindung mit abgestuft angeordneten Überlappungen, die die Hauptverbin- dung darstellt, sich über einen grossen Abschnitt des Kernes erstrecken.
Es ist als zweckmässig gefunden worden, die überlappt angeordneten Verbindungen der einzelnen Lamellen auf den geraden Abschnitt eines Joches oder Schenkels zu begrenzen. Doch kann es in manchen Fällen vorteilhaft sein, eine Verbindungsstelle in einer Ecke anzuordnen. Wenn die. Verbindungsstelle im Joch liegen soll, werden die Lamellen in Gruppen angeordnet, wie das in Fig. 4 gezeigt ist.
In Fig. 4 sind vier Gruppen 17, 18, 19 und 20 sichtbar, die aus Lamellen bestehen. Die Gruppe 17 weist nur zwei Lamellen auf, die Gruppe 18 deren 3, die Gruppe 19 deren 4 und die Gruppe 20 deren 5. Die Gruppen 17-20 können jedoch so viel Einzellamellen umfassen, wie der Konstrukteur mit Rücksicht auf den Herstellungsvorgang und das Endergebnis für zweckmässig hält.
Da die Lamellen alle von gleicher Dicke sind, können Greifschablonen und Standardvorrichtungen hergestellt werden, mit denen es ein leichtes ist, die gewünschte Anzahl von Lamellen, die für jede Gruppe des aufzubauenden Kernes erforderlich ist, zu trennen. Wenn die Lamellen in Gruppen der gewünschten Grösse getrennt worden sind, können sie zur Erreichung der abgestuften Anordnung in der bisher beschriebenen Weise entweder als Einzelgruppe oder als Gesamtheit behandelt werden.
Wenn die Lamellen in Einzelgruppen angeordnet sind, um die gewünschte stufenartige Anordnung der einzelnen Lamellen zu erreichen, können sie zusammengebaut werden, indem eine Gruppe auf die andere in der Reihenfolge aufgesetzt wird, in der sie gewickelt wurden. Wenn alle Gruppen, die zusammengehalten waren, aber durch eine Schablone oder eine andere Vorrichtung gruppenweise getrennt gehalten wurden, in der gewünschten Weise angeordnet sind, sind sie so weit fertig, dass bewirkt werden kann, dass die Verbindungen an die gewünschte Stelle zu liegen kommen.
Es sei nun angenommen, dass die Gruppen so angeordnet worden sind, dass die Lamellen 10 gruppenweise in der gewünschten Anordnung zueinander abgestuft sind; dann wird die Gruppe 18 auf die Gruppe 17 aufgesetzt, wobei die Verbindungsstellen der abgestuft angeordneten Überlappungen der Gruppen miteinander ausgerichtet sind. Der gleiche Vorgang wird mit der Gruppe 19 und 20 wiederholt. Das Ergebnis ist, dass die Verbindungen der abgestuft angeordneten überlappungen nun so gelegen sind, dass sie, indem der Kern die in Fig.5 gezeigte Form erhält, innerhalb des geraden Teiles des oberen Joches des Kernes liegen. Das erleichtert in hohem Masse das Zusammenhalten der Teile, die die magnetische Verbindung darstellen, und ergibt nur einen geringen Verlust an der Verbindungsstelle.
Wenn ein Kern, der aus Gruppen von Lamellen hergestellt ist, die so angeordnet sind, dass sie Ver-
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bindungen mit abgestuft angeordneten überlappungen bilden, zusammengesetzt ist, so dass er eine geschlossene Schleife bildet, dann wird dieser Kern mit seinen Verbindungen in abgestufter Anordnung zusammengeklemmt, geformt und, wie bereits angegeben worden ist, ausgeglüht. Es sind viele Kerne in der beschriebenen Weise zusammengebaut und untersucht worden, um ihren Wirkungsgrad zu ermitteln. Es hat sich ergeben, dass dieses Verfahren der Kernherstellung für die praktische fabrikmässige Erzeugung besonders geeignet ist und viele der bisher notwendigen und kostspieligen Massnahmen unnötig macht.
Es ergab sich, dass es unnötig ist, die Enden der Lamellen zu bearbeiten, um den Grat zu entfernen, da diese Gratbildungen in Kontakt mit einer isolierenden Schicht zu liegen kommen, die auf dem magnetischen Band vorgesehen ist. Ausserdem werden während des Ausglühens des Kernes eine ganze Reihe der Gratbildungen entfernt. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die verbleibenden Gratbildungen die Isolation nicht durchschneiden und in keiner Weise zusätzliche Verluste bedingen.
Die Tatsache, dass die Lamellen des Kernes nicht durch ein Klebemittel miteinander verbunden sind, bedeutet, dass der Kern, wenn er geformt und ausgeglüht ist, aus einer Anzahl hinreichend flexibler, voneinander unabhängiger Lamellen oder Lamellengruppen besteht, die getrennt ergriffen und durch die Öffnung der vorgeformten Wicklung geführt werden können, wobei die Enden der Lamellen wieder in Verbindungen mit abgestuft angeordneten Überlappungen zusammengepasst werden können, wie das in Fig. 5 gezeigt ist. Es hat sich gezeigt, dass die Lamellen, die den Kern bilden, um einen Betrag verbogen werden können, der genügt, um sie innerhalb vorgeformter Spulen anzuordnen, ohne dabei infolge von Spannungen neue nennenswerte Verluste zu bewirken.
Fig. 6 zeigt, wie die Verbindung hergestellt wird, wenn die Lamellen in Gruppen angeordnet sind, wie das in Fig. 4 angedeutet ist. Fig.7 zeigt einen ähnlichen Kern wie Fig.5, doch mit drei Lamellen in jeder Gruppe und mit waagrecht ausgerichteten Verbindungen.
Fig. 8 zeigt einen Stoss Lamellen, die übereinandergesetzt sind, und gibt an, wie die Lamellen zusammengefügt werden, um eine Verbindung zu erreichen.
Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der Verbindung mit Überlappungen, die in der Ecke eines Kernes angeordnet sind, während Fig. 11 eine Ausführungsform mit Überlappungen zeigt, die im Schenkel des Kernes vorgesehen sind.
Die Leichtigkeit und Geschwindigkeit, mit der diese Kerne auseinandergebaut und wieder um eine vorgeformte Spule zusammengebaut werden können, macht die Fabrikationsmassnahmen für solche Kerne besonders einfach. Ausserdem erfordert ein Kern, der in dieser Weise hergestellt wird, nur einen einzigen Schnitt, um ihn für den Zusammenbau um eine vorgeformte Spule brauchbar zu machen. Ein solcher Kern besitzt also nur eine Verbindungsstelle, die zusätzliche Verluste verursacht. Doch kann auch mehr als eine Verbindungsstelle längs des Kreisumfanges vorgesehen werden, um bestimmten Konstruktionserfordernissen gerecht zu werden, wobei die Verluste etwa proportional zu der Anzahl der Verbindungsstellen zunehmen.
Ein weiterer Vorteil dieses Typs eines Magnetkernes besteht darin, dass die Lamellen nicht miteinander verklebt sind, so dass die Kosten der Herstellung bedeutend herabgesetzt werden. Auch verringert ein Kern mit Lamellen, die voneinander unabhängig sind und einander überlappen, das Geräusch des Kernes während des Betriebes in merklichem Masse; eine Erscheinung, die in höchstem Masse erwünscht ist. Auch dämpft das Eintauchen in Öl das Summen an der Verbindungsstelle und verringert dadurch das Geräuschniveau um 20 bis 30 Dezibel.
Um eine Vorstellung von dem niedrigen Wert der Verluste und dem niedrigen Niveau des Geräusches dieses Typs eines Magnetkernes zu erhalten, wurden Versuche angestellt, und die dabei erhaltenen Daten sind in nachstehender Tabelle aufgeführt:
EMI4.33
<tb> Verbindung <SEP> mit <SEP> abgestuft <SEP> angeordneten <SEP> Überlappungen
<tb> Wirkleistung <SEP> Scheinleistung
<tb> gewickelter, <SEP> ungeschnittener <SEP> Ring <SEP> 1,355 <SEP> W/kg <SEP> 1,923 <SEP> W/kg
<tb> fertiger <SEP> Ring <SEP> mit <SEP> Verbindung <SEP> 1,428 <SEP> W/kg <SEP> 2,321 <SEP> W/kg
<tb> Epstein-Probe <SEP> zum <SEP> Vergleich <SEP> 1,529 <SEP> W/kg
<tb> Zunahme <SEP> vom <SEP> ungeschnittenen <SEP> zum <SEP> 5,5% <SEP> 21 <SEP> 0/0
<tb> fertigen <SEP> Ring <SEP> mit <SEP> Verbindung
<tb> Geräuschstärke <SEP> in <SEP> Dezibel <SEP> (in <SEP> Luft)
<SEP> lose <SEP> Verbindung <SEP> dichte <SEP> Verbindung
<tb> 53 <SEP> 42
Die Kerne, die bei der Prüfung die vorstehend angegebenen Werte zeigten, waren in der in Fig. 5 veranschaulichten Form aufgebaut. Bei diesen Ver- suchen besassen die Lamellen eine Verbindung mit Überlappungen im Verhältnis von 6 : 1 zwischen der Länge in Wicklungsrichtung zum Gruppenaufbau.
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Die 6fach vergrösserte Übergangsfläche bei dieser Verbindung ermöglichte das Herabsetzen der Induktion und damit auch des magnetischen Widerstandes (Reluktanz) auf ein Sechstel, wodurch, wie sich aus der Tabelle ergibt, ganz ausgezeichnete Resultate erzielt wurden.
Doch können diese Verhältnisse in weiten Grenzen geändert werden, um bestimmten Konstruktionsanforderungen gerecht zu werden.
Bei der Konstruktion eines solchen Kernes können aber auch mehr als eine Verbindungsstelle der beschriebenen Art verwendet werden, wobei diese Verbindungsstellen, um die Verlustleistung niedrig zu halten, mit abgestuft angeordneten überlappun- gen versehen sind, wie vorstehend beschrieben wurde.