-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage eines luftspaltfreien lamellierten Magnetkerns für einen Transformator. Die Montage eines Magnetkerns wird manchmal auch als Herstellung eines Magnetkerns bezeichnet.
-
Transformatoren enthalten einen Magnetkern, der einen Magnetkreis bildet. Magnetkerne sind in der Regel aus mehreren als Kernsegmente bezeichneten Teilen aus Weicheisen zusammengefügt, beispielsweise aus einem I-Teil und einem C-Teil, zwei L-Teilen oder vier I-Teilen. Beim Zusammenbau der verschiedenen Kernsegmente ist darauf zu achten, dass Luftspalte möglichst vermieden werden, da ein Luftspalt die Effizienz des Transformators deutlich reduziert. Die einzelnen Teile oder Segmente eines Magnetkerns sind aus geschichteten Transformatorblechen gebildet. Derartige Magnetkerne werden als lamellierte Magnetkerne bezeichnet, da sie aus Paketen von geschichteten Blechen bestehen.
-
Aus der
DE 1 273 084 ist ein lamellierter Magnetkern bekannt, der aus vier I-Teilen, nämlich zwei Längsschenkeln und zwei Querschenkeln zusammengefügt ist, wobei die einzelnen Schenkel jeweils Pakete aus geschichteten Transformatorblechen sind und jeweils mit einer Stirnseite einer Längsseite eines benachbarten Schenkels zugewandt sind. Fertigungstoleranzen können somit durch Verschieben der Schenkel relativ zueinander ausgeglichen und ein Luftspalt vermieden werden. Allerdings ist die Handhabung der aus Blechstreifen bestehenden Pakete beim Zusammenbau mühsam und aufwendig.
-
Dieser Aufwand kann vermieden werden, indem die Anzahl der Kernsegmente reduziert wird, beispielsweise indem ein C-förmiges Kernsegment mit einem I-förmigen Kernsegment kombiniert wird. Allerdings lässt sich dann ein Luftspalt in dem Magnetkreis wegen Fertigungstoleranzen praktisch nicht vermeiden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie möglichst kostengünstig ein luftspaltfreier lamellierter Magnetkern für eine Zündspule geschaffen werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch einen Magnetkern gemäß Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß wird ein Permanentmagnet verwendet, um die Blechpakete der einzelnen Kernsegmente bei der Herstellung des Magnetkerns zusammen zu halten. Indem der Permanentmagnet an ein erstes Blechpaket, das ein Kernsegment bildet, angelegt wird, wird dieses Blechpaket magnetisiert und ab dann durch Magnetkraft zusammengehalten. Danach wird ein weiteres Blechpaket, das ein weiteres Kernsegment bildet, an den Permanentmagneten oder das bereits magnetisierte Blechpaket angelegt. Dadurch wird auch das weitere Blechpaket magnetisiert und ab dann durch Magnetkraft zusammen und an dem so gebildeten Teil des Kerns gehalten. Im Folgenden werden dann weitere Blechpakete an den Permanentmagneten oder eines der bereits magnetisierten Blechpakete angelegt und dadurch ebenfalls magnetisiert, bis der Magnetkern geschlossen ist.
-
Erfindungsgemäß wird also ein Permanentmagnet als Montagehilfe verwendet. Der Permanentmagnet magnetisiert die an ihm anliegenden Blechpakete sowie die an bereits magnetisierten Blechpaketen anliegenden Blechpakete, so dass ein fester gut handhabbarer Verbund geschaffen wird. Dadurch wird die Montage des Magnetkerns und auch die weitere Montage, insbesondere eines den Magnetkern enthaltenden Transformators wesentlich vereinfacht.
-
Permanentmagnete werden in herkömmlichen Magnetkernen manchmal verwendet, um den Wirkungsgrad des Transformators zu verbessern. Um die Montage zu vereinfachen, ist eine magnetische Wirkung bei Gebrauch des Magnetkerns in einem Transformator aber nicht erforderlich. Erfindungsgemäß werden deshalb bevorzugt kostengünstige Permanentmagnete, beispielsweise Ferritmagnete, verwendet, deren Magnetwirkung im Betrieb nicht benötigt wird, beispielsweise Permanentmagnete mit einer Curie-Temperatur, die unter der zulässigen Betriebstemperatur des Transformators liegt, in dem der Magnetkern verwendet wird. Wenn bei Betriebsbedingen die Curie-Temperatur des verwendeten Permanentmagneten überschritten wird, verschwindet dessen Magnetkraft.
-
Die Erfindung kann beispielsweise vorteilhaft für Zündspulen verwendet werden, die in Motornähe verwendet werden und deshalb im Betrieb einer erheblichen Temperaturbelastung ausgesetzt sind. Erfindungsgemäß kann ein Magnetkern, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, in einer Zündspule verwendet werden, die dafür ausgelegt ist, dass im Betrieb die Temperatur des Magnetkerns die Curie-Temperatur des Permanentmagneten übersteigt.
-
Ferritmagnete sind wesentlich kostengünstiger als Seltenerdmagnete, haben aber auch eine wesentlich geringe Magnetisierung und eine geringere Curie-Temperatur. Zur Optimierung der Effizienz eines Magnetkerns sind Ferritmagnete deshalb deutlich weniger geeignet als Seltenerdmagnete, etwa NdFeB-Magnete. Die schlechteren Eigenschaften eines billigeren Magneten im Betrieb können aber durch eine entsprechende Auslegung des Magnetkerns, insbesondere einen größeren Querschnitt, ausgeglichen werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Magnetkernsegmente jeweils einen Schenkel des Magnetkerns bilden. Ein Magnetkern aus vier I-förmigen Kernsegmenten ist besonders vorteilhaft, da jedes der Kernsegmente in der magnetischen Vorzugsrichtung des Transformatorblechs ausgeschnitten werden kann.
-
Um bei der Montage die Vorteile eines Permanentmagneten zu nutzen, kann dieser an einer beliebigen Stelle an ein Blechpaket angelegt werden. Bevorzugt ist der Permanentmagnet aber eine Scheibe, die an eine Stirnseite eines Blechpakets angelegt wird, also beim fertigen Magnetkern zwischen zwei Kernsegmenten sitzt.
-
Ein erfindungsgemäßer Magnetkern gemäß Anspruch 7 hat zwei Längsschenkel und zwei Querschenkel aus geschichtetem Transformatorblech. Zwischen einem ersten Längsschenkel und einem ersten Querschenkel ist ein Permanentmagnet angeordnet. Wie bereits erläutert, vereinfacht diese Maßnahme das Zusammensetzen des lamellierten Magnetkerns erheblich. Sobald man den Permanentmagneten an einen der Schenkel anlegt, beispielsweise an die Stirnseite des ersten Längsschenkels, wird das diesen Schenkel bildende Paket aus geschichteten Blechzuschnitten durch Magnetkraft zusammengehalten. Wenn dann weitere Schenkel angelegt werden, hält die Magnetkraft auch die weiteren Pakete zusammen und die einzelnen Teile des Magnetkreises, insbesondere die Schenkel aneinander, so dass sich mit deutlich reduziertem Aufwand ein luftspaltfreier Magnetkreis bilden lässt.
-
Ein erfindungsgemäßer Magnetkern ist insbesondere für Transformatoren geeignet, deren Primär- und Sekundärwicklungen koaxial übereinander liegen. Derartige Transformatoren werden in großem Umfang in Zündspulen verwendet.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Längsschenkel mit einer ersten Stirnseite an dem Permanentmagneten und mit einer zweiten Stirnseite an dem zweiten Querschenkel anliegt. Dies ermöglicht einen effizienteren Magnetkreis mit einer besseren magnetischen Ankopplung des ersten Längsschenkels an die beiden Querschenkel als die aus der
DE 1 273 084 bekannte Anordnung.
-
Ein erfindungsgemäßer Magnetkern ist bevorzugt aus zwei separaten Längsschenkeln und zwei separaten Querschenkeln zusammengefügt. Möglich ist es aber auch, einen der Längsschenkel und einen der Querschenkel zu einem L-Teil zusammenzufassen und somit den Magnetkern aus nur drei statt vier Weicheisenteilen zu bilden.
-
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Längsschenkel an seiner ersten Stirnseite, die an dem Permanentmagneten anliegt, verbreitert ist. Vorteilhaft kann der Permanentmagnet so über eine größere Fläche magnetischen Fluss in den ersten Längsschenkel einkoppeln. Der erste Längsschenkel kann beispielsweise an seiner ersten Stirnseite verbreitert sein, indem der erste Längsschenkel L-förmig ist. Bevorzugt ist dabei, dass die Breite des ersten Längsschenkels zu seiner ersten Stirnseite hin in einem Endabschnitt kontinuierlich zunimmt.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Längsschenkel überall eine größere Breite als der zweite Längsschenkel hat. Auf dieser Weise kann die Effizienz des Magnetkreises weiter verbessert werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Querschenkel gleich ausgebildet sind und jeweils mit einer Stirnseite dem zweiten Längsschenkel zugewandt sind. Alternativ ist es aber auch möglich, zwei unterschiedliche Querschenkel zu verwenden, wobei einer der beiden Querschenkel sowohl an der Stirnseite des ersten Längsschenkels als auch an der Stirnseite des zweiten Längsschenkels anliegt, während der andere Querschenkel an einer Stirnseite des ersten Längsschenkels und an einer Längsseite des zweiten Längsschenkels anliegt.
-
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Grenzflächen, mit der die Schenkel aneinander oder an dem Permanentmagneten anliegen, jeweils entweder in Längsrichtung oder in Querrichtung verlaufen. Auf diese Weise lässt sich die Fertigung der einzelnen Schenkel vereinfachen, da schrägverlaufende Verbindungsflächen zwischen den einzelnen Schenkeln vermieden werden.
-
Ein erfindungsgemäßer Magnetkreis ist bevorzugt aus vier einzelnen Schenkeln und mindestens einem Permanentmagneten gebildet. Jeder der Schenkel kann aus mehreren übereinanderliegenden Blechen bestehen oder auch einstückig als Gussteil hergestellt sein. Dabei bildet aber jeder der vier Schenkel ein einzelnes Teil bzw. eine einzelne Baugruppe, die dann bei der Herstellung mit den übrigen Schenkeln und dem wenigstens einem Permanentmagneten verbunden werden.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Gleiche und einander entsprechende Komponenten sind in den verschiedenen Figuren mit übereinstimmenden Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkerns;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Transformators mit einem Magnetkern gemäß 1;
- 3 eine Schnittansicht nach 2;
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkerns;
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetkerns; und
- 6 Blechzuschnitte für die Schenkel dieses Magnetkerns.
-
In 1 ist ein Magnetkern für einen Transformator, beispielsweise eine Zündspule dargestellt, der vier separate Kernsegmente aus Weicheisen enthält, nämlich einen ersten Längsschenkel 1, einen zweiten Längsschenkel 2, einen ersten Querschenkel 3 und einen zweiten Querschenkel 4. Die Schenkel 1, 2, 3, 4 sind als Pakete von aneinander anliegenden Blechzuschnitten gebildet. Solche Pakete werden manchmal auch als Stapel bezeichnet.
-
Der Magnetkern enthält zusätzlich einen Permanentmagneten 5, der zwischen einer ersten Stirnseite des ersten Längsschenkels 1 und einer Längsseite des ersten Querschenkels 3 angeordnet ist. Der erste Längsschenkel 1 liegt bei dem dargestellten Magnetkreis mit seiner ersten Stirnseite an dem Permanentmagneten 5 und mit seiner zweiten Stirnseite an dem zweiten Querschenkel 4 an.
-
Der erste Längsschenkel 1 ist an seiner ersten Stirnseite, die an dem Permanentmagneten 5, beispielsweise einem Ferritmagneten, anliegt, verbreitert. Auf diese Weise kann ein Permanentmagnet mit einer vergrößerten Fläche eingesetzt werden und die Einkopplung von magnetischem Fluss in den ersten Längsschenkel 1 erhöht werden. Der erste Längsschenkel 1 kann beispielsweise L-förmig ausgebildet sein. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt die Breite des ersten Längsschenkels 1 in einem Endabschnitt kontinuierlich zu. Der erste Längsschenkel 1 hat somit in seinem Endabschnitt auf seiner dem zweiten Längsschenkel 2 zugewandten Längsseite einen keilförmigen Fortsatz.
-
Die beiden Querschenkel 3, 4 sind gleich ausgebildet, jeweils mit einer Stirnseite dem zweiten Längsschenkel 2 und mit einer Längsseite dem ersten Längsschenkel 1 zugewandt. Der erste Längsschenkel 1 ist deshalb bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kürzer als der zweite Längsschenkel 2. Die Querschenkel 3, 4 und der zweite Längsschenkel 2 können dieselbe Stärke haben. Der erste Längsschenkel 1 kann breiter als der zweite Längsschenkel 2 und die beiden Querschenkel 3, 4 ausgeführt sein. Beispielsweise können die Querschenkel 3, 4 und der zweite Längsschenkel 2 überall eine Breite haben, die weniger als zwei Drittel der Mindestbreite des ersten Längsschenkels 1 beträgt, beispielsweise können die Querschenkel 3, 4 und der zweite Längsschenkel 2 eine Breite haben, die nicht mehr als halb so groß ist, wie die Breite eines Hauptabschnitts des ersten Längsschenkels 1.
-
Die Grenzflächen, mit denen die Schenkel 1, 2, 3, 4 aneinander bzw. an dem Permanentmagneten 5 anliegen, verlaufen jeweils entweder in Längsrichtung oder in Querrichtung. Auf diese Weise lässt sich das Zusammensetzen des Magnetkerns sowie die Fertigung der einzelnen Schenkel 1, 2, 3, 4 erleichtern.
-
2 zeigt in einer Seitenansicht und 3 in einer Schnittansicht schematisch einen Transformator in Form einer Zündspule, die einen Magnetkern gemäß 1 enthält. Deutlich zu sehen sind der zweite Längsschenkel 2 sowie die beiden Querschenkel 3, 4 des Magnetkerns. Der erste Längsschenkel 1 ist von Primärwicklungen 12 und Sekundärwicklungen 11 des Transformators umgeben. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Sekundärwicklung 11 als eine Kammerwicklung um die Primärwicklung 12 gewickelt. Zündspulen können aber auch mit einer außenliegenden Primärwicklung verwirklich werden.
-
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetkerns für einen Transformator. Dieser Magnetkern enthält einen mittleren Längsschenkel 20, äußere Längsschenkel 21, 22 sowie zwei Querschenkel 23, 24. Zwischen dem mittleren Längsschenkel und dem Querschenkel 24 ist ein Permanentmagnet 5 angeordnet, beispielsweise ein Ferritmagnet. Der mittlere Längsschenkel 20 liegt also mit einer ersten Stirnseite an dem Permanentmagneten 5 und mit einer zweiten Stirnseite an dem Querschenkel 23 an. Der mittlere Längsschenkel 20 hat an seinem dem Permanentmagneten 5 zugewandten Ende eine fußartige Querschnittserweiterung.
-
5 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, das sich von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nur in der Ausgestaltung der Querschenkel unterscheidet. Anstelle durchgehender Querschenkel hat der in 4 gezeigte Magnetkern geteilte Querschenkel 23a, 23b und 24a, 24b, die sich jeweils von dem mittleren Längsschenkel 20 bis zu einem der äußeren Querschenkel 21, 22 erstrecken. Im Bereich des mittleren Längsschenkels 20 können die Querschenkel 23, 24 bzw. 23a, 23b, 24a, 24b wie in 4 gezeigt an den Magnetfluß angeglichen sein, so dass sich zu dem mittleren Längsschenkel 20 hin eine gerundete Aussparung ergibt. Auf diese Weise kann eine Gewichtseinsparung erzielt werden, ohne das Magnetfeld negativ zu beeinflussen.
-
In 6 ist dargestellt, wie sich aus einem Band Transformatorblech wirtschaftlich Zuschnitte für die Schenkel 1, 2, 3, 4 ausschneiden lassen, also das Transformatorblech effizient ausgenutzt und der Verschnitt minimiert werden kann. Die Zuschnitte aus Transformatorblech werden dann zu einem Paket geschichtet, das einen der Schenkel 1, 2, 3, 4 bildet. Transformatorblech wird manchmal auch als Elektroblech oder Kernblech bezeichnet. Dabei handelt es sich um weichmagnetische Eisenlegierungen, beispielsweise Eisen-Silizium Legierungen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Längsschenkel
- 2
- Längsschenkel
- 3
- Querschenkel
- 4
- Querschenkel
- 5
- Permanentmagnet
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
