-
Die
Erfindung betrifft einen Blechschnitt für einen geschichteten Kern
eines Transformators mit einem ersten Blechteil, das eine E-förmige Grundform
hat und das ein erstes Joch, zwei Außenschenkel und einen Mittelschenkel
einer Schicht des Kerns bildet. Der Blechschnitt umfasst ein zweites
Blechteil, das eine I-förmige
Grundform hat und das ein zweites Joch der Schicht des Kerns bildet.
Im zusammengesetzten Zustand des ersten und des zweiten Blechteils
stoßen
die freien Enden der Schenkel des ersten Blechteils gegen eine Längsseite
des durch das zweite Blechteil gebildeten Jochs, so dass zwei Fenster
mit rechteckiger Grundform gebildet werden, die von den Schenkeln
und Jochen begrenzt werden. Solche Blechschnitte werden zu geschichteten
Kernen zusammengesetzt, wobei auf den Mittelsteg vorzugsweise mindestens
ein Spulenkörper
mit Spulenwicklungen aufgesteckt werden. Der Spulenkörper umfasst
mindestens eine Primärwicklung
und/oder mindestens eine Sekundärwicklung.
Ferner kann ein Spulenkörper
auch alternativ oder zusätzlich
auf einem oder je ein Spulenkörper
auf jedem der Außenschenkel
des Kerns vorgesehen sein.
-
Solche
Blechschnitte werden für
elektromagnetische Wandler, insbesondere Transformatoren, verwendet,
die allgemein auch als ruhende elektrische Maschinen bezeichnet
werden.
-
Blechschnitte
für solche
elektromagnetischen Wandler sind beispielsweise in der deutschen Industrienorm
(DIN) spezifiziert. In den 1 und 2 ist
beispielhaft ein Blechschnitt mit der Bezeichnung EI30 gemäß DIN dargestellt,
wobei in 1 die Umrisse des EI-Schnitts
dargestellt sind. In 2 sind zusätzlich die Maßangaben
für den EI30-Schnitt
gemäß DIN angegeben.
Bei einem Blechschnitt nach DIN EI30 ist das Jochmaß, d. h.
die Länge
des Jochs am E-förmigen
Blechteil und die Länge
des I-förmigen
Blechteils je 30 mm. Solche Blechschnitte, wie der Blechschnitt
EI30 nach DIN, werden vorzugsweise bei sogenannten Print-Transformatoren eingesetzt,
die direkt mit einer gedruckten Schaltung verbunden werden können. Beispielsweise
können
solche Transformatoren sogenannte Printanschlüsse haben, die durch Löcher in
einer Leiterplatte hindurchgesteckt und auf der gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte mit Hilfe einer Lötverbindung mit Leiterzügen einer
auf der Leiterplatte befindlichen gedruckten Schaltung verbunden
werden. Es ist ausdrücklich
darauf hinzuweisen, dass der erfindungsgemäße Blechschnitt nicht auf einen
Schnitt mit Jochlängen
nach der EI30-Norm beschränkt
ist sondern dieser Schnitt lediglich zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Blechschnitts
dient, so dass der erfindungsgemäße Blechschnitt
auch wesentlich größere Jochmaße oder
wesentlich kleinere Jochmaße
haben kann.
-
Zwischen
den auf Spulenkörpern
befindlichen Wicklungen und dem Kern können entlang des vorzugsweise
aus Isolierstoff bestehenden Spulenkörpers Kriechstrecken gebildet
werden, insbesondere dann, wenn dass Isolationsvermögen des
Spulenkörpers
zumindest auf dessen Oberfläche
insbesondere durch Feuchtigkeit herabgesetzt ist. Über eine
solche Kriechstrecke kann dann ein unerwünschter Kriechstrom zwischen
der Spulenwicklung und dem Kern fließen. Kriechströme führen allgemein
zu Energieverlusten und zu Fehlfunktionen des Transformators und
können
eine Gefahr für
den Anwender darstellen.
-
Aus
dem Dokument
GB 761,823
A ,
DE 26 50 929
C2 und
DE
29 20 365 C2 sind Blechschnitte für einen geschichteten Kern
eines Transformators bekannt, für
die Ausnehmungen in einem Teilbereich vorgesehen sind.
-
Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Blechschnitt für einen Kern eines Transformators
anzugeben, bei dem unerwünschte
Kriechströme
auf einfache Art und Weise vermieden werden.
-
Diese
Aufgabe wird durch einen Blechschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Durch
einen Blechschnitt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 können auf
einfache Art und Weise die Kriechstrecken zwischen einer auf einen
Spulenkörper
um den Mittelsteg gewickelten Wicklung zu dem geschichteten Kern
vergrößert werden,
wodurch Verluste in Folge von Kriechströmen verringert oder ganz vermieden
werden. Durch die zusätzlich
vorgesehenen Aussparungen sind zumindest die äußeren Enden eines Spulenkörpers nicht
mehr in direkter Berührung
mit dem Kern. Dadurch werden Kriechströme auch dann wirkungsvoll vermieden,
wenn die Spulenwicklung bis zum äußeren Rand
des Spulenkörpers
gewickelt ist oder das Isolationsvermögen des Isolierstoffs herabgesetzt
ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Blechschnitts
können
Spulenkörper ferner
bis zum äußeren Rand
des Spulenkörpers
bewickelt werden und es ist trotzdem eine ausreichende Kriechstrecke
vorhanden, durch die mögliche
Kriechströme
auf dieser Strecke und die daraus resultierenden Verluste gering
sind.
-
Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden auf die in den Zeichnungen
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug
genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung
dadurch nicht einge schränkt
werden soll, da derartige Veränderungen
und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen und/oder
dem Verfahren sowie derartige weitere Anwendungen der Erfindung, wie
sie darin aufgezeigt sind, als übliches
derzeitiges oder künftiges
Fachwissen eines zuständigen
Fachmanns angesehen werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele
der Erfindung, nämlich:
-
1 den
Umriss eines Blechschnitts EI30 nach DIN;
-
2 den
Blechschnitt nach 1 mit Bemaßung;
-
3 eine
Vorderansicht eines Printtransformators gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 eine
Seitenansicht des Transformators nach 3;
-
5 eine
Schnittdarstellung des Transformators nach 3 entlang
der Schnittlinie A-A;
-
6 eine
vergrößerte Darstellung
des in 5 mit Y bezeichneten Bereichs;
-
7 den
Umriss eines Blechschnitts des Transformators nach 3;
-
8 den
Blechschnitt nach 7 mit Bemaßung;
-
9 eine
Vorderansicht eines Printtransformators gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
10 eine
Seitenansicht des Transformators nach 9;
-
11 eine
Schnittdarstellung des Transformators nach 9 entlang
der Schnittebene B-B;
-
12 eine
vergrößerte Darstellung
des in 11 mit Z bezeichneten Bereichs;
-
13 einen
Umriss eines Blechschnitts des Trafos nach 9;
-
14 den
Blechschnitt nach 13 mit Bemaßung.
-
In 3 ist
eine Vorderansicht eines Printtransformators 10 dargestellt.
Nicht sichtbare Körperkanten
des Printtransformators 10 sind als Strichlinien dargestellt.
Der Printtransformator 10 hat eine äußere Hülle 12, die beispielsweise
aus einem Kunststoff hergestellt ist. Im Inneren der Hülle 12 ist
ein aus Blechlamellen geschichteter Kern 16 angeordnet,
der zwei äußere Stege
und einen Mittelsteg enthält,
die jeweils an einem Ende an ein Joch angrenzen bzw. in ein Joch übergehen.
Um den Mittelsteg des Kerns 16 ist ein Spulenkörper 18 angeordnet,
auf den mindestens eine Wicklung 20 beispielsweise aus
Kupferdraht, gewickelt ist. Die Blechlamellen werden auch als Blechschnitte
bezeichnet.
-
Aus
dem Inneren des Transformators 10 stehen Stifte 14a bis 14d,
sogenannte Anschlussgins, nach unten heraus, so dass sie nach unten über eine Unterkante 15 der
Hülle 12 herausragen.
Die Anschlussgins 14a bis 14d können beispielswei se durch
Löcher
in einer Leiterplatte gesteckt werden und dann auf der dem Printtransformator 10 gegenüberliegenden
Seite der Leiterplatte mit Leiterzügen einer dort vorhandenen
gedruckten Schaltung mit Hilfe einer Lötverbindung verbunden werden.
Die Enden der auf dem Spulenkörper 18 befindlichen
Wicklungen 20 werden elektrisch mit Anschlusselementen 22a bis 22e verbunden,
die auf einem Träger 24 im Inneren
der Hülle 12 des
Trafos 10 angeordnet sind. Das Anschlussgin 22c ist
in der in 3 dargestellten Ausführungsform
zwar auf dem Träger 24 vorhanden,
wird jedoch nicht genutzt. Bei anderen Ausführungsformen, die beispielsweise
zwei Primär- und/oder
zwei Sekundärwicklungen
haben, wird auch das Anschlusselement 22c genutzt. Die
Anschlusselemente 22a und 22e sind mit den Anschlussklemmen 14a bzw. 14d elektrisch
verbunden, wobei über
die Anschlussgins 14a und 14d die Primärspannung
zugeführt
wird. Die Anschlusselemente 22b und 22d sind mit
den Anschlussgins 14b bzw. 14c elektrisch verbunden.
-
Über die
Anschlussgins 14b und 14c wird die Sekundärspannung
aus dem Transformator 10 herausgeführt. Beispielsweise ist der
Printtransformator 10 im Bereich der Anschlussgins 14a bis 14d mit
einem Umspritzmaterial, z. B. einem Thermoplast oder Duroplast,
umhüllt
und/oder mit einer Vergussmasse vergossen, so dass zumindest ein
Teil des Trägers 24 und
ein Teil der Anschlusselemente 22a von dem Umspritzmaterial
bzw. der Vergussmasse umschlossen sind und nur die Anschlussgins 14a bis 14d aus dem
Umspritzmaterial bzw. der Vergussmasse herausragen. Vorzugsweise
wird die Vergussmasse in die Hülle 12 eingeführt, wenn
der Printtransformator 10 um 180° gedreht ist, so dass die Unterseite 15 nach
oben zeigt ist und die Hülle 12 ein
nach oben geöffnetes
Gefäß bildet.
Die Vergussmasse wird dann vorzugsweise bis zur Kante 15 oder
bis kurz unterhalb der Kante 15 eingeführt, so dass zumindest die
Anschlusselemente 22a bis 22e mit Vergussmasse
bedeckt sind. Die Seitenschenkel des Kerns 16 sind in 3 mit
den Bezugszeichen 26 und 28 und der Mittelschenkel
mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet.
-
In 4 ist
eine Seitenansicht des Transformators 10 nach 3 dargestellt.
Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen. In 4 ist
weiterhin sichtbar, dass auf dem Spulenkörper 18 eine zweite Wicklung 21 angeordnet
ist. Die Wicklung 21 ist eine Primärwicklung und die Wicklung 20 eine
Sekundärwicklung
des Transformators 10.
-
In 5 ist
eine Schnittdarstellung des Transformators 10 nach 1 entlang
der Schnittebene A-A dargestellt. Das obere Joch 34, das
zusammen mit den Seitenstegen 26, 28 und dem Mittelschenkel 30 ein
erstes E-förmiges
Blechteil bildet, enthält
Aussparungen 36a, 36b, durch die in einem oberen
Bereich des Spulenkörpers 18 von
der Außenkante 38 des
Spulenkörpers 18 her
im Bereich der Aussparung 36a, 36b eine Berührung des
Spulenkörpers 18 mit
dem Kern 16 vermieden wird. In den Seitenschenkeln 26, 28 ist
jeweils eine Aussparung 40a, 40b gebildet, die
derart an die jeweilige Aussparung 36a, 36b im
Joch 34 angrenzt, dass eine gemeinsame Aussparung um die
Außenwände 38 des
Spulenkörpers 18 gebildet
ist. In dem mittleren Bereich der Seitenschenkel 26, 28 ist
jeweils eine weitere Aussparung 42a, 42b vorgesehen,
in die Begrenzungselemente 44a, 44b des Spulenkörpers 18 hineinragen.
Durch die Aussparungen 42a, 42b wird eine Berührung dieser
Begrenzungselemente 44a, 44b mit den Seitenschenkeln 26, 28 durch
die Aussparung 42a, 42b verhindert. Im Joch 32 sind
Aussparungen 46a, 46b vorgesehen, die sich von
der Außenkante 48 des
Spulenkörpers 18 in
Richtung des Mittelschenkels 30 hin erstrecken, sich jedoch nicht
bis zum Mittelschenkel 30 hin ausdehnen. Somit verbleiben
Bereiche 50, 52 des Jochs 32, auf denen
der Spulenkörper 18 aufsitzt
und die durch die die Lage des Spulenkörpers 18 in bezug
auf den Kern 16 fixiert ist. Ferner sind seitlich der Außenkante 48 in
den Seitenschenkeln 26, 28 Aussparungen 54a, 54b ähnlich den
Aussparungen 40a, 40b vorgesehen, durch die die
Außenkante 48 des
Spulenkörpers 18 die
Seitenschenkel 26, 28 und das Joch 32 nicht berührt.
-
In 6 ist
der Ausschnitt Y nach 5 in einer vergrößerten Darstellung
gezeigt. Durch die Aussparungen 36b, 40b der Außenkante 38 wird
der Bereich des Spulenkörpers 18,
der an die Aussparungen 36b, 40b angrenzt, zum
Kern 16 hin isoliert, wodurch eine Kriechstrecke zwischen
der Primärwicklung 21 zum
Kern 16 hin entlang des Spulenkörpers 18 erheblich
verlängert
worden ist. Die Kriechstrecke zwischen der Primärwicklung 21 entlang
des Spulenkörpers 18 bis
zum Kern 16 ist durch den Pfeil P1 dargestellt.
-
Die
durch die Aussparungen 46b, 54b bewirkte Kriechstrecke
an der unteren Außenkante 48 des
Spulenkörpers 18 zwischen
der Sekundärwicklung 22 und
dem Kern 16 ist durch den Pfeil P2 dargestellt. Der Blechverlauf
nach DIN EI30 ist durch die Strich-Punkt-Punkt-Linie 56 dargestellt.
Die Aussparungen 36a, 36b, 40a, 40b, 42a, 42b, 46a, 46b, 54a, 54b bewirken
somit eine Isolation von Teilen des Spulenkörpers 18 gegenüber dem
Kern 16, wodurch erheblich längere Kriechstrecken P1, P2
vorhanden sind als ohne diese Aussparungen, wodurch der Weg, den
mögliche
Kriechströme
zurücklegen
müssen,
erheblich verlängert
ist. Mögliche
Kriechströme sind
dadurch wesentlich kleiner oder können ganz verhindert werden.
Durch die Aussparungen 36a, 36b, 40a, 40b, 42a, 42b, 46a, 46b, 54a, 54b gegenüber eines
Blechschnitts nach DIN können
auch bei Spulenkörpern
nach DIN die Kriechstrecken auf einfache Art und Weise kostengünstig verlängert werden.
Insbesondere dadurch, dass die Aussparungen 36a, 36b, 46a, 46b nicht
bis zum Mittelsteg 30 geführt sind, ist der Spulenkörper 18 in
seiner Lage fixiert.
-
Zusätzlich kann
der durch die Aussparungen 36a, 36b, 40a, 40b, 42a, 42b, 46a, 46b, 54a, 54b um die
Spulen 20, 21 oder den Spulenkörper 18 erzeugte Hohlraum
mit einer Vergussmasse gefüllt
werden, um so die Isolation zwischen den Wicklungen 20, 21 und
dem Kern 16 weiter zu erhöhen. Vorzugsweise wird der
Primärwicklung 21 eine
Nennspannung von 230 V AC zugeführt,
wobei abhängig
von dem Verhältnis
der Windungszahlen der Primärwicklung 21 zur
Sekundärwicklung 20 in
der Sekundärwicklung 20 eine
entsprechende Sekundärspannung
von beispielsweise 5, 12, 15, 24 und/oder 30 V AC induziert wird.
-
In 7 ist
ein erfindungsgemäßer Blechschnitt
des Transformators 10 nach 1 dargestellt.
In 8 ist der Umriss des Blechschnitts nach 7 mit
einer Bemaßung
dargestellt, wobei sich der Blechschnitt des Transformators 10 vom
Blechschnitt nach DIN gemäß 1 und 2 insbesondere durch
die Aussparungen 36a, 36b, 40a, 40b, 42a, 42b, 46a, 46b, 54a, 54b unterscheidet.
Durch diese Aussparungen werden auch die Luftstrecken zwischen den
Wicklungen 21, 20 und dem Kern 16 vergrößert, so
dass auch die Möglichkeit
von Überschlägen verringert
ist. Ferner kann auch ein Umspritzmaterial auf die Innenseite des
Kerns, auf den Spulenkörper
und/oder die Wicklungen 20, 21 in einem Umspritzverfahren
aufgetragen werden, wodurch die Isolation erhöht und die Möglichkeit
von Überschlägen und
Kriechströmen
verringert wird.
-
In 9 ist
ein Printtransformator 60 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Der Transformator 60 ist ähnlich aufgebaut
wie der Transformator 10 nach 1. Die Transformatoren 10 und 60 unterscheiden
sich in der Form des jeweiligen Blechschnitts, wie nachfolgend insbesondere
im Zusammenhang mit den 11 bis 14 noch
näher erläutert wird.
Gleiche Elemente haben gleiche Bezugszeichen.
-
In 10 ist
eine Seitenansicht des Transformators 60 nach 9 dargestellt.
-
In 11 ist
eine Schnittdarstellung des Transformators 60 nach 9 entlang
der Schnittlinie B-B dargestellt. Gegenüber dem Blechschnitt nach DIN
gemäß 1 sind
die Seitenstege 62, 64 des Transformators 60 schmaler
ausgebildet, so dass die in Längsrichtung
zwischen den Aussparungen 40a, 42a und 54a sowie
zwischen den Aussparungen 40b, 42b und 54b verbleibenden
Bereiche der Außen stege 26, 28 bei
der Ausführungsform
des Transformators 60 gegenüber der ersten Ausführungsform
nach 3 weggelassen worden sind, so dass längs der
Seitenstege 62, 64 im Bereich des Spulenkörpers 18 eine
große
Aussparung vorgesehen ist. Dadurch berührt der Spulenkörper 18 die
Außenstege 62, 64 in
keinem Bereich. Im oberen Joch 66 sind Aussparungen 68a, 68b vorgesehen,
die etwa die gleichen Abmessungen wie die im unteren Joch 70 vorgesehenen
Aussparungen 72a, 72b haben. Mit Hilfe der Aussparungen 68a, 68b, 72a, 72b sowie
durch den Abstand zwischen den Seitenstegen 62, 64 zum
Spulenkörper 18 werden
die Luftstrecken zwischen den Wicklungen 20, 21 sowie
die Kriechstrecken zwischen den Wicklungen 20, 21 bis zum
Kern 74 entlang des Spulenkörpers 18 erheblich vergrößert, wodurch
Kriechströme
zumindest verringert werden. Zusätzlich
kann der durch die Aussparungen entstehende Raum mit einer Vergussmasse und/oder
einem Umspritzmaterial gefüllt
werden.
-
In 12 ist
der Ausschnitt Z nach 11 dargestellt. Die Strich-Punkt-Punkt-Linie
gibt in gleicher Weise wie in 6 den Verlauf
eines Blechschnitts nach DIN EI30 an. Durch die Vergrößerung des
Abstandes zwischen dem Spulenkörper 18 und dem
Seitenschenkel 64 sowie durch die Aussparungen 68a, 68b, 72a, 72b werden
die Kriechstrecken zwischen der Primärwicklung 21 und dem
Kern 60 sowie zwischen der Sekundärwicklung 20 und dem Kern 16 erheblich
vergrößert, wie
durch die Pfeile P3 und P4 gezeigt.
-
In 13 ist
der Umriss einer Blechlage des geschichteten Kerns 74 des
Transformators 60 nach 9 dargestellt.
Diese Blechlage ist aus einem ersten Blechteil 76 mit einer
E-förmigen
Grundform und einem zweiten Blechteil 78 mit einer I-förmigen Grundform zusammengesetzt,
wobei mehrere erste Blechteile 76 zu einem ersten Kernelement übereinandergeschichtet
und miteinander verbunden werden und vorzugsweise die gleiche Anzahl
zweiter Blechteile 78 übereinandergelegt
und miteinander verbunden werden, wobei der erste Blechstapel und der zweite
Blechstapel erst zusammengefügt
werden, nachdem der Spulenkörper 18 auf
den Mittelschenkel 30 aufgeschoben worden ist.
-
In 14 ist
der Umriss des Blechschnitts nach 13 mit
Bemaßung
dargestellt.
-
Die
in den Transformatoren 10 und 60 verwendeten Blechschnitte
haben dieselben Aussenmaße
wie der in der EI30 DIN spezifizierte Blechschnitt. Auch die Breite
des Mittelstegs 30 und der Abstand zwischen den zwei gegenüberliegenden
Jochen in den an den Mittelsteg 30 angrenzenden Bereichen 50, 52 entspricht
dem Abstand der Joche der EI30 DIN. Dadurch können auch bei den erfindungsgemäßen Blechschnitten
Standardspulenkörper
genutzt werden, wie sie auch bei Blechschnitten nach EI30 DIN eingesetzt
werden. Die Transformatoren 10 und 30 können in
alternativen Ausführungsformen
auch eine höhere
Sekundärspannung
als Primärspannung haben.
Die Seitenschenkel des Kerns werden allgemein auch als Außenschenkel
und die Aussparungen auch als Ausnehmungen bezeichnet.
-
Obgleich
in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte
Ausführungsbeispiele
aufgezeigt und detailliert beschrieben worden sind, sollte dies
als rein beispielhaft und die Anmeldung nicht einschränkend angesehen
werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele
dargestellt und beschrieben worden sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen,
die derzeit und künftig
im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen.
-
- 10,
60
- Printtransformator
- 12
- Hülle
- 14a
bis 14d
- Anschlussgin
- 15
- Unterkante
- 16,
74
- Kern
- 18
- Spulenkörper
- 20,
21
- Wicklung
- 22a
bis 22d
- Anschlusselemente
- 24
- Träger
- 26,
28, 62, 64
- Seitenschenkel
- 30
- Mittelschenkel
- 32,
34, 66, 70
- Joch
- 36a,
36b, 40a, 40b, 42a, 42b, 46a, 46b, 54a, 54b, 68a, 68b, 72a, 72b
- Aussparungen
- 44a,
44b
- Vorsprung
im Spulenkörper
- 48
- Außenkante
- 50,
52
- Vorsprung
- P1
bis P4
- Kriechstrecke
- 76
- erstes
Blechteil
- 78
- zweites
Blechteil