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Magnetischer Kern Die Erfindung betrifft einen magnetischen Kern z. B. für Transformatoren insbesondere grösster Leistungen oder Drosselspulen, welcher aus mehreren aus Bändern, z. B. in einem Stück, gewickelten Teilkernen zusammengesetzt sind. Es werden Anordnungen der Teilkerne vorgeschlagen, welche sich insbesondere bei Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung als besonders günstig erwiesen und ausserdem einen geringen Platzbedarf beanspruchen.
Die Anordnung und Ausführung der magnetischen Kerne spielen bei Transformatoren und Drosselspulen eine besondere Rolle. Je grösser die Leistung und je höher die Spannung ist, um so höhere Anforderungen werden in fabrikatorischer Hinsicht an solche Kerne gestellt.
Man hat bereits Kerne kleinerer Transformatoren aus Eisenbändern gewickelt, so dass diese in einem einzigen Fabrikationsgang hergestellt werden können. Die Wicklung ist dann durch Drehen mit Hilfe besonderer Wickeleinrichtungen aufzubringen. Dies ist nötig, weil diese Kerne einschliesslich des Joches geschlossen hergestellt werden. Man kann also nicht die fertig hergestellte Wicklung aufschieben. Die Verwendung von Wickeleinrichtungen ist aber nur bei kleineren Leitungsquerschnitten und einfachen Wicklungen, also kleineren Leistungen der Transformatoren möglich. Für Transformatoren grösserer und grösster Leistung ist diese Ausführung aber nicht brauchbar, da deren Wicklungen vor dem Aufbringen auf den Kern hergestellt und dann aufgeschoben werden müssen.
Auch sind die Kernquerschnitte so gross, dass die Bleche nur schwer in ihrer ganzen Breite gewickelt werden können. Bei grossen Querschnitten des Kernes erhöht sich die Gefahr der Blechschlüsse und damit der Wirbelstrombildung, welche die Eisenverluste erhöht und die gefürchteten sogenannten Eisenkrankheiten hervorruft. Um fertige Wicklungen auf magnetische Kerne aufbringen zu können, werden bei kleineren Transformatoren die Kerne aufgeschnitten und nach dem Aufbringen der Wicklung wieder zusammengesetzt.
Um diese Massnahme auch bei grösseren Leistungen anzuwenden, wären sehr teuere Bearbeitungsmaschinen zur Auftrennung der grossen Eisenkerne und nachfolgend eine Feinbehandlung zur Vermeidung von Schlüssen zwischen den Platten und zur guten Passung an den Schnittflächen erforderlich. Das Aufschieben fertiger Wicklungen bei grossen Leistungen erforderte bisher die getrennte Herstellung von Säulen und Jochen.
Hierbei ist aber bei der Verwendung von Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung eine stetige Umlenkung des Flusses an den Stossstellen nicht möglich, so dass die Verluste unnötig gross werden.
Es stellt sich also die Aufgabe, die Vorteile der Verwendung von Eisenbändern zur Herstellung der Kerne, der leichten Aufbringung der Wicklung und die Vermeidung unnötiger Eisenverluste miteinander zu verbinden, um hiermit auch die grössten Leistungen beherrschen zu können.
Erfindungsgemäss ist nun der Kern aus mehr als zwei aus Bändern gewickelten, aufgeschnittenen, zweischenkligen Teilkernen zusammengesetzt, bei welchen je die Bänder der einzelnen Lagen verschiedene Breite haben, welche so abgestuft ist, dass der Eisenquerschnitt desjenigen Schenkels eines jeden Teilkernes, welcher mit einem Schenkel des oder der anderen Teilkerne zu einer Säule zusammenstösst, zusammen einen ganz oder teilweise ausgefüllten, angenähert kreisringförmigen Gesamtquerschnitt ergibt.
Es handelt sich also um die Kombination mehrerer einzelner Kennzeichen, welche teilweise bekannt sind.
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In Fig. 1 ist eine Ausführung eines solchen Kernes dargestellt. Es ist dort die Draufsicht gezeigt. Die Teilkerne sind mit 1 bis 8 bezeichnet. Fig. 2 zeigt die Seitenansicht, eines Teilkernes. Jeder besteht aus zwei Schenkeln 9 und 10, welche aufgeschnitten sind, beispielsweise in der Mitte 11. Die Schnittfläche kann auch an anderen Stellen vorgesehen werden, am oberen Ende eines Schenkels 12 oder am Joch 13. Die gestaffelte Lagerung der Bleche ist am Teilkern 1 dargestellt. Das Blech 13 ist breiter als 14, 14 breiter als 15 usw.
Hierdurch entsteht an den Enden eine Prismenform. Die Abstufung muss so bemessen sein, dass sich aus den Teilkernen eine praktisch geschlossene Kreisringfläche ergibt. In der Fig. 1 sind acht Teilkerne gezeigt. Auf der in der Mitte befindlichen Säule kann die nicht gezeichnete Wicklung aufgebracht werden. Die einzelnen Lagen der Bleche werden zunächst von innen nach aussen breiter. Die breiteste Lage bildet eine Sehne in der Kreisringfläche, die darauf folgenden Lagen sind dann wieder kleiner, um das Kreissegment ausfüllen zu können (16, 17).
Die Schenkel, welche den Kreisring bilden, können unmittelbar aneinanderstossen. Man kann aber auch zwischen ihnen einen Spalt stehen lassen, welcher mit anderem Material 18, beispielsweise wärmefestem Isoliermaterial, ausgeführt wird. Die Spalte können auch als Kühlschlitze verwendet werden.
Die Kerne werden mit bekannten Mitteln zusammengehalten. Man kann als Bandage einen Ring um die Säule legen, innen können Prisonstifte die gegenseitige Lage der Schenkel festhalten. Auch die aufgeschnittenen Teile können auf ähnliche Weise zusammengehalten werden. Wie in Fig.2 dargestellt, können die Teile 19 um den Schenkel gelegt werden. Man kann die Kernteile in bekannter Weise auch zusammenkleben.
Es gibt nun eine grosse Anzahl verschiedener Varianten der Zusammensetzung, welche für sich besondere Vorteile haben. Abgesehen von der Zahl der einzelnen Teilkerne, welche verändert werden kann, kann auch die gegenseitige Lage geändert werden. So ist es möglich, zwar die einzelnen Teilkerne im gleichen Winkel zueinander anzuordnen, aber einen Teilkern, beispielsweise den Kern 5, auszulassen. An dieser Stelle entsteht dann ein freier Raum, in welchem die Zuleitungen untergebracht werden können. Bei kleineren Transformatoren kann man auch einen Kernteil etwas schmaler machen, um Platz für die Zuführung zu erhalten.
Man kann auch einzelne Lagen zu Paketen zusammenfassen, wie Fig.3 für einen Teilausschnitt des Kernes zeigt, und zwischen ihnen eine wärmefeste Isolation 20 mitwickeln. Diese muss saugfähig sein, damit keine Luftzwischenräume entstehen; sie kann aus Glas- oder Asbestgewebe, auch aus Metalloxydpulver gebildet werden.
Sehr günstig wirkt sich der Erfindungsgedanke aus, wenn mehr als eine Säule bewickelt ist. Eine solche Anordnung mit beispielsweise zwei Säulen ist in Fig. 4 dargestellt. Die beiden Säulen sind mit 21 und 22 bezeichnet. Die Säule 21 wird aus den Teilkernen 23, 24, 25 zusammengesetzt, die Säule 22 aus den Teilkernen 23, 26, 27. Der Teilkern 23 ist also beiden Säulen gemeinsam, während die anderen Kerne einer einzigen Säule zugeordnet sind. Letzte bilden miteinander einen rechten Winkel. Der beiden Säulen gemeinsame Kern bildet mit den anderen Teilkernen einen Winkel von 135".
Man kann auch jede Säule eines magnetischen Kernes einzeln aus verschiedenen Teilkernen zusammensetzen. Dies zeigt Fig. 5. Hierbei liegen die einzelnen Teilkerne senkrecht zueinander. Sie sind mit 28 bis 35 bezeichnet.
Eine andere Kernform kann dadurch erreicht werden, dass man in Fig. 4 statt der beiden Teilkerne 24 und 25 drei zueinander senkrechte Kerne verwendet, wie in Fig.6 dargestellt. Der Teilkern 36 ist hier beiden Säulen gemeinsam, von den übrigen sind je drei einer Säule zugeordnet.
Man kann auch alle Teilkerne in einer Linie anordnen, wie Fig. 7 zeigt. Die Abstufung der einzelnen Blechlagen muss dann so sein, dass an den Enden eine Halbkreisform entsteht, wie beispielsweise am Teilkern 37 gezeigt ist.
Eine weitere Möglichkeit, um die Teilkerne bei grossen Transformatoren leicht herstellen zu können, ist, die Teilkerne auch in Längsrichtung zu unterteilen (Fig. 8). Die Längsunterteilung ist dort mit 39 bezeichnet.
Fig. 9 zeigt noch eine Ausführung ähnlich Fig. 4, aber mit noch einmal längs aufgeteiltem Kern 23. Diese Unterteilung ist ebenfalls mit 39 bezeichnet worden.
Auch auf Transformatoren oder Drosselspulen mit mehr als zwei bewickelten Kernen lässt sich der Erfindungsgedanke mit Vorteil anwenden. Die Ausführung entspricht der Fig.7, wenn statt der dort gezeigten zwei Säulen drei oder mehr gedacht werden. Alle Säulen liegen dabei in einer Linie und sind durch Teilkerne miteinander verbunden, welche dem Teilkern 3 8 entsprechen.
Der Vorteil der Erfindung besteht vor allem darin, dass mit Hilfe der vorgeschlagenen Unterteilung des Kernes in mehrere Teilkerne und deren Wiederzusammensetzung ihre Herstellung einfach und für mehrere Transformatorengrössen in gleicher Weise erfolgen kann. Eine Begrenzung der Leistung nach oben ist nicht mehr vorhanden.
Die gestuften Lagen der Bleche verringern den Platzbedarf. Die Aufteilung auf mehrere Teilkerne und gegebenenfalls die weitere Längsunterteilung vermindert durch die damit verbundene Verkleinerung der magnetischen Umlaufspannung um den Querschnitt der Teilkerne die Gefahr der Wirbelstrombildung. Man kann durch die Möglichkeit, einfache Herstellungsverfahren zu verwenden, die Herstellungsdauer des ganzen Kernes auf einen Bruchteil der Dauer der bisher bekannten Ausführungen herabsetzen;
die Magnetisierströme sind um eine Grössenordnung geringer als bei den bekannten Ausführungen, weil der Magnetfluss stets
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in der Richtung des Bleches verläuft und keine den Magnetisierungsbedarf erhöhende Spalte oder Einschnürungen vorhanden sind.
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Magnetic core The invention relates to a magnetic core e.g. B. for transformers in particular the greatest power or reactors, which consists of several strips, z. B. are assembled in one piece, wound partial cores. Arrangements of the partial cores are proposed, which have proven to be particularly favorable, especially in the case of sheets with a preferred magnetic direction, and which also require little space.
The arrangement and design of the magnetic cores play a special role in transformers and reactors. The greater the power and the higher the voltage, the greater the demands placed on such cores in terms of manufacturing.
The cores of smaller transformers have already been wound from iron strips so that they can be manufactured in a single production run. The winding is then applied by turning with the help of special winding devices. This is necessary because these cores including the yoke are made closed. So you cannot postpone the finished winding. The use of winding devices is only possible with smaller cable cross-sections and simple windings, that is, lower transformer powers. However, this design cannot be used for transformers of greater or greater power, since their windings have to be produced before being applied to the core and then pushed on.
The core cross-sections are also so large that the metal sheets can only be wound across their entire width with difficulty. With large cross-sections of the core, the risk of sheet metal connections increases and thus the formation of eddy currents, which increases iron losses and causes the dreaded so-called iron diseases. In order to be able to apply finished windings to magnetic cores, the cores of smaller transformers are cut open and reassembled after the winding has been applied.
In order to use this measure even with higher capacities, very expensive processing machines would be required for the separation of the large iron cores and subsequent fine treatment to avoid connections between the plates and for a good fit on the cut surfaces. The postponement of finished windings with high outputs previously required the separate manufacture of columns and yokes.
In this case, however, when using metal sheets with a preferred magnetic direction, a constant deflection of the flux at the joints is not possible, so that the losses become unnecessarily large.
The task is therefore to combine the advantages of using iron strips for the production of the cores, the easy application of the winding and the avoidance of unnecessary iron losses, in order to be able to master even the greatest performance.
According to the invention, the core is now composed of more than two cut, two-legged partial cores wound from bands, in each of which the bands of the individual layers have different widths, which are graduated so that the iron cross-section of that leg of each partial core, which is connected to one leg of the or the other partial cores collide to form a column, together giving a completely or partially filled, approximately circular overall cross-section.
It is therefore a combination of several individual characteristics, some of which are known.
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In Fig. 1 an embodiment of such a core is shown. The top view is shown there. The partial cores are labeled 1 to 8. Fig. 2 shows the side view of a partial core. Each consists of two legs 9 and 10, which are cut open, for example in the middle 11. The cut surface can also be provided at other points, at the upper end of a leg 12 or on the yoke 13. The staggered mounting of the sheets is shown on the partial core 1 . The sheet 13 is wider than 14, 14 wider than 15, etc.
This creates a prism shape at the ends. The gradation must be dimensioned in such a way that the partial cores result in a practically closed circular ring area. Eight partial cores are shown in FIG. The winding (not shown) can be applied to the column in the middle. The individual layers of the metal sheets are initially wider from the inside out. The widest layer forms a chord in the area of the circular ring, the following layers are then smaller again in order to fill the circle segment (16, 17).
The legs that form the circular ring can directly abut one another. But you can also leave a gap between them, which is made with another material 18, such as heat-resistant insulating material. The gaps can also be used as cooling slots.
The cores are held together by known means. You can put a ring around the column as a bandage, inside prison pins can hold the mutual position of the legs. The cut parts can also be held together in a similar way. As shown in Figure 2, the parts 19 can be placed around the leg. The core parts can also be glued together in a known manner.
There are now a large number of different variants of the composition, which have particular advantages in themselves. Apart from the number of the individual partial cores, which can be changed, the mutual position can also be changed. It is thus possible to arrange the individual partial cores at the same angle to one another, but to leave out one partial core, for example the core 5. At this point a free space is created in which the supply lines can be accommodated. In the case of smaller transformers, a core part can also be made a little narrower to get space for the feed.
It is also possible to combine individual layers into packets, as shown in FIG. 3 for a partial section of the core, and to wrap a heat-resistant insulation 20 between them. This must be absorbent so that there are no air gaps; it can be made from glass or asbestos fabric, or from metal oxide powder.
The concept of the invention has a very favorable effect when more than one column is wound. Such an arrangement with, for example, two columns is shown in FIG. The two pillars are labeled 21 and 22. The column 21 is composed of the partial cores 23, 24, 25, the column 22 of the partial cores 23, 26, 27. The partial core 23 is therefore common to both columns, while the other cores are assigned to a single column. The latter form a right angle with each other. The core common to both columns forms an angle of 135 "with the other partial cores.
You can also assemble each column of a magnetic core individually from different partial cores. This is shown in FIG. 5. Here, the individual partial cores are perpendicular to one another. They are labeled 28 to 35.
Another core shape can be achieved by using three mutually perpendicular cores instead of the two partial cores 24 and 25 in FIG. 4, as shown in FIG. The partial core 36 is common to both pillars, of the others three are assigned to one pillar.
It is also possible to arrange all partial cores in a line, as FIG. 7 shows. The gradation of the individual sheet metal layers must then be such that a semicircular shape is created at the ends, as shown, for example, on the partial core 37.
Another possibility to be able to easily manufacture the partial cores in large transformers is to subdivide the partial cores in the longitudinal direction (FIG. 8). The longitudinal subdivision is denoted by 39 there.
FIG. 9 shows another embodiment similar to FIG. 4, but with a core 23 divided longitudinally once again. This division has also been designated 39.
The concept of the invention can also be used to advantage on transformers or inductors with more than two wound cores. The design corresponds to FIG. 7, if instead of the two pillars shown there, three or more are thought. All columns are in one line and are connected to one another by part cores, which correspond to part core 38.
The advantage of the invention is primarily that, with the aid of the proposed division of the core into several partial cores and their reassembly, their manufacture can be carried out simply and in the same way for several transformer sizes. There is no longer any upper limit on performance.
The stepped layers of the sheets reduce the space required. The division into several partial cores and possibly the further longitudinal subdivision reduces the risk of eddy current formation due to the associated reduction in the magnetic circulation voltage around the cross section of the partial cores. The possibility of using simple manufacturing processes means that the manufacturing time of the entire core can be reduced to a fraction of the time required for the previously known designs;
the magnetizing currents are an order of magnitude lower than in the known designs because the magnetic flux is always
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runs in the direction of the sheet and there are no gaps or constrictions that would increase the need for magnetization.