DE1050893B - Kern für Transformatoren u. dgl. mit im Wickelverfahren hergestellten Schenkel- und Jochstücken - Google Patents

Description

DEUTSCHES

INTERNAT. KL. H 02 1

PATENTAMT

S 45324 VIII b/21 d²

ANMELDETAG: 27. A U G U S T 1 9 5 5

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 1 9. F EB RU AR 195 9

Die in der Elektrotechnik verwendeten Magnetkerne werden mit Rücksicht auf Wirbelstromverluste aus dünnen, gegeneinander isolierten Blechlamellen aufgebaut, insbesondere geschichtet. Das Schichten ist sehr umständlich und vor allem zeitraubend. Weiter nachteilig dabei ist, daß die die Wicklungen tragenden Schenkel nur annähernd mit runden Querschnitten ausführbar sind. Runde Schenkelquerschnitte sind aber mit Rücksicht auf die sehr kurzschlußfesten runden Spulen möglichst anzustreben. Unangenehm bei im Querschnitt abgetreppten, geschichteten Kernen sind die vielen sich dabei ergebenden Ecken und Kanten. Besonders bei Hochspannungstransformatoren ist dies unerwünscht und gefährlich. Um einen so geschichteten Kern mit in einer Ebene liegenden Sehenkein die für den Betrieb erforderliche mechanische Stabilität zu geben, sind recht umständliche und aufwendige zusätzliche Konstruktionsteile, wie Deckplatten, Spannbolzen, Gestelle usw., erforderlich.

Die aus Bandmaterial gewickelten Kerne üblicher Bauart wurden bisher in Ring- oder Rechteckform erstellt. Bei ihnen ist das Aufbringen der Wicklung beträchtlich erschwert, sei es, daß die Wicklung auf den runden Kern im umständlichen Verfahren aufgewickelt oder der Kern beim Aufbringen der Wicklung zerschnitten und wieder zusammengesetzt werden mußte.

Es wurde schon ein Wickelkern bekannt, bei dem die Schenkelteile aus flachgedrückten Blechbandspiralen bestehen, während die Jochteile aus an die Schenkelspiralen stumpf anstoßenden Verbindungsstücken aufgebaut sind, die aus gleichfalls aus Blechband aufgewickelten, aber in Achsrichtung geteilten Spiralhälften bestehen. Solche Kerne sind umständlich im Aufbau und magnetisch nicht besonders günstig, weil die einzelnen Bleche keine sehr günstige Lage zueinander an den Stoßstellen einnehmen, was insbesondere bei Verwendung von kornorientierten Blechen ein Nachteil ist. Ähnliches gilt auch für einen anderen bekannten Kern, dessen Schenkel- und Jochteile aus Blechrollen so aneinandergesetzt sind, daß die Wickel richtung der Blechrollen in Schenkel- und Jochteilen in gleicher Richtung verläuft.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber einen weit einfacheren, billigeren und vor allem schnell herstellbaren Wickelkern zu schaffen, der auch magnetisch günstige Verhältnisse zeigt. Gemäß der Erfindung sind die zum Aufbau von Schenkel und Jochen verwendeten, vorzugsweise aus kornorientierten Blechen bestehenden, spiralig gewickelten Blechrollen mit ihrer Wickelachse in Schenkel- bzw. Jochrichtung angebracht und stoßen mit Gehrungsschnitten insbesondere unter 45° unter Zwischenlage von dünnen Isolierschichten, insbesondere Folien anein-Kern für Transformatoren u. dgl.

mit im Wickelverfahren hergestellten

Schenkel- und Jochstücken

Anmelder:

Siemens-Schuckertwerke

Aktiengesellschaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. Herbert Wojtech und Alexander Wacker,

Nürnberg,
sind als Erfinder genannt worden

ander. Dabei können die einzelnen Schenkel und Joche auch aus mehreren unter Zwischenlage von Isolierschichten übereinandergestapelten Rollen aufgebaut sein, und die Rollen können zur Unterdrückung der durch den magnetischen Fluß in ihnen induzierten Spannung über ihre ganze axiale Länge mit wenigstens einem vorzugsweise radial angebrachten Schlitz, der mit Isoliermaterial ausgefüllt wird, versehen werden. Statt dessen können die einzelnen Rollen zu dem gleichen Zweck aus mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Teilrollen, die keine leitende Verbindung miteinander haben, aufgebaut werden, oder man kann den Bandanfang der Rolle mit dem Bandende mit Hilfe eines geeigneten Kondensators überbrücken, um so den Blindanteil des Leerlaufstroms zu kompensieren. Dabei ist darauf zu achten, daß die Induktivität der Rollenwicklung selbst und die Kapazität des durch die Rolle gebildeten Kondensators zusammen mit einem noch zusätzlich anzubringenden Kondensator bei Betriebsfrequenz einen in Resonanz befindlichen Schwingkreis darstellen muß. Bei Wickelkernen nach der Erfindung lassen sich nicht nur die Herstellungszeiten bedingt durch das einfache Aufwickeln verkürzen, sondern es wird bei ihnen noch der große Vorteil erreicht, daß zur Herstellung nunmehr auch wesentlich dünnere Bleche als bisher, z. B. 0,2 oder 0,1 mm starke Bleche Verwendung finden können. Durch diese Maßnahmen lassen sich Kerne mit besonders kleinen Wirbelstromverlusten erzielen. Besonders hervorzuheben ist, daß der verfügbare Raum innerhalb der runden Wicklung

809 750/234

Claims (6)

in bisher nicht erreichtem Maße mit aktivem Eisenkernmaterial völlig ausfüllbar ist. Nicht unerwähnt soll bleiben, daß die erfindungsgemäßen Kerne keinerlei Deckplatten, wie die geschichteten Kerne erfordern und damit auch keine die Bleche quer durchsetzenden Spannbolzen. Auch die gesamte Kernverspannung, die die Kernschenkel bzw. -joche nunmehr mittig durchsetzt, ist billig und erfordert kaum einen nennenswerten zusätzlichen Raum. Besonders hervorzuheben ist noch die Möglichkeit der Blindstromkompensation bei den erfindungsgemäßen Kernen. An Hand der Zeichnung, die beispielsweise Einzelheiten eines nach der Erfindung hergestellten Eisenkerns zeigt, soll die Erfindung, näher erläutert werden. In der Fig. 1, die eine Teilansicht eines mehrschenkligen Eisenkerns wiedergibt, sind mit 1 bis 5 die Eisenblechrollen, die aus Blechbändern mittels eines Wickeldorns 6, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, aufgewickelt sind, bezeichnet. Der Blechbandanfang wird beim Aufwickeln beispielsweise in bekannter Weise in einen Schlitz des' Dörns 6 eingesteckt. Die einzelnen Blechlagen sind durch dünne Schichten eines Isoliermaterials voneinander getrennt, und zwar eignen sich dazu, sofern die fertigen Kerne später bei höheren Temperaturen nachbehandelt, insbesondere nachgeglüht werden sollen, hochwärmebeständige Isolierstoffe, insbesondere anorganische Isolierstoffe, wie Glas in Form von eingestreutem Pulver, eingelegten Folien, Geweben oder Fasern oder auch Asbest-, , Schlacken-, Steinwolle usw. Gegebenenfalls kann die Bandisolation auch zum Verkleben der Bandlagen benutzt werden, z. B. Glas durch Niederschmelzen desselben. Die fertiggewickelten Rollen können durch außen um sie herumgelegte Spannbänder oder sonstige Halterungen des Bandendes an der vorhergehenden Bandlage, z. B. durch Verschweißen usw., zusammengehalten werden. Um keine Überschläge zwischen den einzelnen Bandlagen, in denen durch den magnetischen Fluß eine Spannung induziert wird, in Kauf nehmen zu müssen, kann man die einzelnen Rollen, wie in Fig. 2 bei 7 gestrichelt angedeutet ist, mit einem axial und radial verlaufenden Schlitz versehen. Auch können mehrere solcher axial verlaufender Schlitze, die mit Isoliermaterial, ζ. Β. einer Isolierstoffolie ausgefüllt werden, vorgesehen sein. Das gleiche Ergebnis wie durch Schlitze läßt sich durch Übereinanderanordnung einzelner Teilrollen erreichen, die konzentrisch übereinander zu liegen kommen. Auch hierdurch wird erreicht, daß die einzelnen Bandlagen nicht mehr hintereinandergeschaltet werden und so eine Addition der in jeder Bandlage induzierten Spannung eintritt. Den Blindanteil des Leerlaufstroms kann man bei dem erfindungsgemäßen Kern auch durch zusätzlich anbringbare Kondensatoren geeigneter Größe kompensieren, wenn man diese Kondensatoren zwischen den Anfang des Blechbandes einer Rolle und dessen Ende einschaltet und so dimensioniert, daß bei Betriebsfrequenz die Induktivität der Rollenwicklung und die Kapazität des Rollenkondensators sowie die Kapazität des zusätzlichen Kondensators einen Schwingkreis bildet. In Fig. 3 ist die Anbringung eines solchen zusätzlichen Kondensators 20 an einer Eisenblechrolle 21 in schematischer Darstellung wiedergegeben. Mit 22 ist dabei die Primärwicklung angedeutet. Zum Kernaufbau kann für jeden Schenkel und jedes Loch jeweils nur eine Blechrolle, insbesondere bei der Herstellung von kleineren Kernen, benutzt werden. Statt dessen können selbstverständlich für jeden Schenkel oder jedes Joch auch mehrere in Axialrichtung übereinandergestapelte Rollen verwendet werden, wie dies beispielsweise die Fig. 1 bei den Kernschenkeln zeigt, wo der eine Schenkel aus den Rollen 1 und 2 und der andere aus den Rollen 3 und 4 besteht. Die einzelnen Rollen, z. B. 1 und 2, müssen dabei durch eine zwischengelegte Isolation 8 voneinander getrennt werden. Das gleiche gilt für die in Gehrung ausgeführten Stoßstellen 9 und 90 der Schenkel. Der Gehrungsschnitt der Stoßstellen ist ίο vorzugsweise mit einem Winkel von 45° ausgeführt. Bei mehrschenkligen Kernen führt man die Einmündestelle der Mittelschenkel in das Joch zweckmäßig mit einem dachartigen Zuschnitt des Schenkels aus, der in eine entsprechende Kerbe des Joch-Stückes 5 hinein paßt. Selbstverständlich sind hier auch andere Zuschnittsformen für das Schenkelende möglich, z. B. in Kegelform oder ein stumpfer Querschnitt, wenn der Jochteil 5 einen entsprechend trichterförmigen bzw. rechteckigen Ausschnitt erhält. Die einzelnen zum Kernaufbau verwendeten Rollen werden im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 mit Hilfe der die Schenkelrollen 1 und 2 bzw. 3 und 4 mittig durchsetzenden Spannbolzen 10, die auch den Jochteil 5 quer durchsetzen, zusammengehalten. In Fig. 4 ist die Spannbolzenanordnung in den Rollen 1 und 2 in vergrößertem Maßstab wiedergegeben. Die Spannbolzen sind auf ihrer ganzen Länge mit einem Isolationsauftrag 11 umkleidet, der selbstverständlich gleichermaßen hochhitzebeständig sein muß wie die zur Blechbandisolation bzw. zur sonstigen Isolation verwendeten Isolierstoffe. Die an den Spannbolzenenden vorgesehenen Druckmuttern 12 pressen unter Zwischenlage eines Druckstückes 13 die Kernteile zusammen. Die zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kerne verwendeten Bleche müssen vorzugsweise quer zur Walzrichtung die besten magnetischen Eigenschaften oder in der Walzrichtung und quer dazu etwa gleichwertige Eigenschaften haben. Patentansprüche:

1. Kern für Transformatoren u. dgl. mit im Wickelverfahren hergestellten, spiralig gewickelten Schenkel- und Jochstücken, die an den Stoßstellen durch die Schenkel bzw. Joche durchsetzende Spannbolzen zusammengehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Aufbau von Schenkel und Jochen verwendeten vorzugsweise aus kornorientierten Blechen bestehenden Blechrollen mit ihrer Wickelachse in Schenkel- bzw. Jochrichtung liegen und mit Gehrungsschnitten insbesondere unter 45°, unter Zwischenlage von dünnen Isolierschichten, insbesondere Folien, aneinanderstoßen.

2. Kern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zweischenkligen Eisenkernen die Mittelschenkel mit ihren etwa dachförmigen, kegelförmig oder sonstwie zugeschnittenen Schenkelenden in entsprechende Kerben, Aussparungen u. dgl. des anliegenden Jochstückes einmünden.

3. Kern nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Herstellung der Blechrollen verwendete Eisenblechband mit einem Tsolierüberzug bzw. Isolierauftrag, vorzugsweise Glaspulver, Glasseide, Glasgewebe, Glasfolien, Asbest-, Schlacken- oder Steinwolle, versehen ist, wobei dieses Isoliermaterial vorzugsweise hochhitzebeständig ist und gegebenenfails die Blechbandagen miteinander verklebt.

4. Kern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenblechrollen auf ihrer ganzen axialen Länge wenigstens einen vorzugsweise radial angebrachten Schlitz, der mit Isoliermaterial ausgefüllt ist, aufweisen.

5. Kern nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenblechrollen aus mehreren konzentrisch übereinander angebrachten und voneinander isolierten Teilrollen aufgebaut sind.

6. Kern nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die fertiggewickelte Eisenblechrolle zwischen Anfang und Ende des Blechbandes zum Zweck der Kompensierung des Blindanteils des Leerlauf stroms ein entsprechend dimensionierter Kondensator eingebracht und angeschlossen ist, so daß die Induktivität der Rollenwicklung und die Kapazität des von der Eisenrolle selbst gebildeten Kondensators sowie eines angeschlossenen Zusatzkondensators bei Betriebsfrequenz einen in Resonanz befindlichen Schwingkreis darstellen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 834 874, 915 711;
schweizerische Patentschrift Nr. 144 957;
britische Patentschrift Nr. 695 632;
USA.-Patentschriften Nr. 2 393 038, 2 300 964.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 750/234 2.