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Zusammenhängendes Kernblech mit mindestens einem Fenster zur Schichtung
von Metallkernen für Transformatoren und Drosseln, insbesondere Magnetverstärker
Es ist bekannt, Schichtkerne der Manteltype aus Blechen gemäß Fig. 1 aufzuschichten,
deren Mittelschenkel 1 doppelt so breit ist wie die Joche 3, 3' und die Außenschenkel
4, 4'. Der Mittelschenkel 1 ist zum Einschichten in die fertig gewickelte Spule
mit einem einseitigen Schnitt 2 vom zugeordneten Joch 3 abgetrennt. Es ist auch
bekannt, diesen Schnitt 2 - wie dargestellt - aus Halterungsgründen mit einem leichten
Bogen in das Joch 3 etwas hineinragen zu lassen. Diese so geformten Bleche werden
abwechselnd um 180° versetzt aufeinandergeschichtet, so daß die Trennfugen2 auf
entgegengesetzten Seiten liegen, wie bei 2 gestrichelt angedeutet ist. Es ist weiterhin
bekannt, die Auftrennung zwischen Joch und Mittelschenkel durch zwei in der Verlängerung
der beiden Seitenkanten des Mittelschenkels 1 quer durch das Joch 3 verlaufende
Schnitte vorzunehmen, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet und mit 2' bezeichnet
sind. Für Transformatoren und Drosseln der üblichen Art hat sich insbesondere die
erstgenannte Kernbauform zwar durchaus bewährt. Wenn es jedoch darauf ankommt, die
magnetischen Eigenschaften des verwendeten Kernbaustoffes voll auszunutzen, wie
es vor allem bei Magnetverstärkern der Fall ist, so sind derartige Kerne nicht brauchbar,
weil die Magnetisierungskurve stark geschert ist. Die Ursache hierfür ist in dem
sogenannten Trennfugeneffekt zu sehen, der an Hand der Fig. 2 erklärt wird.
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Fig.2 zeigt in vergrößertem Maßstah einen teilweisen Schnitt durch
das Trennfugengebiet im Kern nach Fig. 1. Der in den einzelnen Blechen verlaufende
Kraftfluß ist durch zwei gestrichelt gezeichnete Linien veranschaulicht. Wegen des
relativ hohen magnetischen Widerstandes des Luftspaltes an den Schnittstellen2 weicht
der magnetische Fluß zu seinem überwiegenden Teil vorübergehend in die Nachbarbleche
aus. Diese gehen somit an dieser Stelle praktisch schon in Sättigung, wenn der übrige
Teil der Bleche erst etwa zur Hälfte gesättigt ist. Auf diese Weise entsteht eine
Scherung der Magnetisierungskurve, die etwa bei der halben Sättigungsinduktion einsetzt.
Diese Erscheinung, der sogenannte Trennfugeneffekt, wirkt sich bei allen Anwendungen
des Kernes nach Fig. 1 nachteilig aus, bei denen bei einer bestimmten Anzahl von
Amperewindungen ein möglichst rascher Übergang des Kernes vom ungesättigten in den
Sättigungszustand angestrebt wird, wozu man vielfach einen besonderen Kernwerkstoff
mit möglichst rechteckförmiger Magnetisierungsschleife wählt. Kernwerkstoffe mit
solchen magnetischen Eigenschaften sind beispielsweise weichmagnetische Eisen-Nickel-Legierungen
mit 40 bis 60'% Nickel, insbesondere 49 bis 510!o Nickel, wie sie in Deutschland
unter der Handelsbezeichnung pPermenorm 5000 Z« erhältlich sind und welche sich
durch einen besonders scharfen Magnetisierungsknick auszeichnen. Würde man den zweifenstrigen
Kern nach Fig. 1 aus einem solchen Werkstoff herstellen, so würde die Magnetisierungskennlinie
statt des dem Werkstoff an sich eigenen scharfen, fast rechtwinkligen Magnetisierungsknickes
aus den angeführten Gründen eine Hysteresisschleife ergeben, wie sie in Fig. 3 schematisch
dargestellt ist. Diese weist bei etwa der halben Sättigungsinduktion des Werkstoffes
einen ersten Knick auf. Er tritt ein, wenn gemäß Fig.2 an der Stoßfugenstelle die
die Luftspalte2 überlappenden Bleche in Sättigung gehen. Sobald dann auch die übrigen
Teile des Kernes in Sättigung gehen, entsteht ein zweiter Sättigungsknick. Der Vorteil
der gestrichelt idealisiert dargestellten oberen und unteren scharfen Knicke der
Hysteresisschleife geht somit bei dem in Fig.1 dargestellten Kern verloren. Es wäre
deshalb unvorteilhaft, ihn beispielsweise für eine durch Vormagnetisierung steuerbare
Ventildrossel zu verwenden, bei der durch die Vormagnetisierung der Zeitpunkt des
sprunghaften Überganges in die Sättigung für die sogenannte Sättigungswinkelsteuerung
ausgenutzt wird. Man hat daher für derartige Zwecke Kernbauformen verwendet, bei
denen der Trennfugeneffekt nicht auftritt,
z. B. den Bandringkern,
den überlappt geschichteten U-Schnitt-Kern mit gegenüber den Schenkeln doppelt breitem
Joch, sowie den L-Schnitt-Kern, der aus zwei rahmenförmig aneinanderstoßenden L-förmigen
Blechen mit doppelt breiter Basis besteht, bei dem die einzelnen Lagen abwechselnd-
ebenfalls überlappt geschichtet sind. Um einen zweifenstrigen Kern zu erhalten,
kann man zwei derartige einfenstrige Kerne nebeneinanderlegen.
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Es ist ferner bekannt, Kerne aus streifenförmigen Schnitten zu schichten,
die aus einem Material mit nur einer Vorzugsrichtung bestehen. Bei solchem Material
ist es bekanntlich unvorteilhaft, Schnitte zu verwenden, bei denen die Flußrichtung
senkrecht zur Vorzugsrichtung läuft. Auch hier können aus zwei einfenstrigen Kernen
Mantelkerne aufgebaut werden. Diese Kerne haben jedoch mehrere Huftrennungen in
jeder Jochpartie.
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Die Erfindung ermöglicht die volle Ausnutzung der magnetischen Eigenschaften
des Kernwerkstoffes auch bei zweifenstrigen Kernen der -Ivlanteltype, bei denen
jeweils. der Schnitt zwischen -den gegenüber dem Außenschenkel verbreiterten Joch
und dem gegenüber dem Außenschenkel doppelt breiten Mittelschenkel abwechselnd auf
entgegengesetzten Seiten liegt. Ein Kernblech nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Huftrennung in einer Jochpartie des Kernbleches eine Gesamtschnittlänge
von mindestens annähernd der doppelten .Breite des Mittelschenkels aufweist und
daß beide Jochpartien des Kernbleches um den hierfür erforderlichen Betrag breiter
als die Außenschenkel sind. Die Kernbleche nach der Erfindung vermeiden den Trennfügeneffekt
und haben nur eine -einzige Huftrennung- in jeder Jochpartie. An Hand der Fig. 4
bis 6 sei die Erfindung und der durch sie erzielte Vorteil näher erläutert.
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Das in Fig. 4 dargestellte zweifenstrige Kernblech nach der Erfindung
hat -die gleiche Grundform wie das Kernblech nach Fig. 1,d. h. der Mittelschenkel
1 hat die doppelte Breite wie die beiden Außenschenkel 4, 4', und der durch die.
beiden Fenster gebildete Wicklungsraum ist gleich groß wie im Falle Fig. 1. Während
in letzterer die beiden Joche 3, 3' ebenso breit wie die Schenkel sind, beträgt
die Breite der beiden Joche 5, 5' ebenso wie beim Mittelschenkel l das Zweifache
eines der beiden Außenschenkel 4, 4'. Die Huftrennung zwischen dem Mittelschenkel
1 und dem einen Jochs ist in an sich bekannter Weise durch zwei Schnitte 6, 6' bewirkt,
die sich in der Verlängerung der beiden Kanten des Mittelschenkels quer durch das
Joch 5 erstrecken. Die so ausgebildeten Bleche werden überlappt geschichtet, so
daß die Schnittstellen 6, 6' abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten liegen. Der
magnetische Fluß des Mittelschenkels, der sich hälftig nach beiden Seiten über die
Außenschenkel 4. 4' schließt, weicht dabei an den Schnittstellen 6 und 6', ebenso
wie es in Fig. 2 veranschaulicht ist, vorübergehend in die benachbarten Überlappungsbleche
aus. Da aber diese doppelt so breit sind wie die Außenschenkel bzw. der halbe Mittelschenkel;
tritt die Sättigung der Überlappungsbleche im Bereich der Schnittstellen erst ein,
wenn auch die Außenschenkel 4; 4' bzw. der Mittelschenkel in Sättigung gehen. Der
nachteilige Trennfugeneffekt und die damit verbundene -Scherung der Hysteresisschleife
gemäß Fig. 3 werden somit vermieden.
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Die beiden Trennschnitte-6, 6' können auch, wie es in Fig. 5 veranschaulicht
ist, schräg zu den Kanten des Mittelschenkels 1 liegen und gemäß Fig. 6 gegebenenfalls
an der Außenkante: des Joches 5 in einem spitzen Winkel zusammenlaufen. Da die Länge
des einzelnen Schnittes 6 bzw. 6' nur mindestens annähernd gleich der doppelten
Breite eines der Außenschenkel 4, 4' bzw. der Breite des Mittelschenkels 1 zu sein
braucht, kann die Höhe der Joche auf den Betrag a 1 3 gegenüber der Ausführung nach
Fig. 4 verringert werden.
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Wenn im vorstehenden bezüglich der Fig. 4 bis 6 davon gesprochen wurde,
daß die Länge des Schnittes bzw. der Schnitte mindestens annähernd gleich der doppelten
Breite eines der Außenschenkel sein soll, so ist dies so zu verstehen, daß genau
die doppelte Breite dem Optimum entspricht und daß geringfügige Abweichungen nach
unten noch keine wesentliche Verschlechterung bringen.
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Um dem Joch 5 einen besseren mechanischen Zusammenhalt zu geben, kann
man den Jochen eine solche Breite geben, daß außerhalb der Huftrennung ein Verbindungssteg
7 stehenbleibt, wie es in Fig. 7 veranschaulicht ist, in der außerdem die Spitze
der aus dem Joch 5 herausgeschnittenen Verlängerungszunge des Mittelschenkels 1
abgerundet ist.
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Bei den in den Fig. 4 bis 7 dargestellten Ausführungsformen des Schnittes
ist die Querschnittsverstärkung an den äußeren Ecken nicht erforderlich. Diese können
daher in einer solchen Entfernung von den Kernfenstern, daß für den magnetischen
Kraftfluß mindestens ein ungestörter Querschnitt von der Größe eines Außenschenkelquerschnittes
verbleibt, abgeschnitten werden, etwa wie es gestrichelt bei 8 angedeutet ist. Es
können aber auch in bei Transformatoren und Drosseln an sich bekannter Weise Eckbohrungen
9 in einer solchen Entfernung von den Kernfenstern angebracht werden, daß für den
magnetischen Fluß mindestens ein ungestörter Querschnitt von der Größe eines der
Außenschenkel bestehenbleibt. Dadurch kann das Kernpaket in üblicher Weise durch
Bolzen zusammengehalten werden, ohne daß die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt
werden.
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Aus dem symmetrischen Aufbau ergibt sich, daß die gleichen Vorteile
in magnetischer Hinsicht auch erzielt werden, wenn man die Bleche bzw. Kerne nach
Fig. 4 bis 7 entlang der Mittellinie des Mittelschenkels 1 auftrennt. Es entstehen
dabei einteilige einfenstrige Bleche, wie sie in Fig. 8 und 9 dargestellt sind,
die überlappt geschichtet werden können, so daß der nachteilige Trennfugeneffekt
ebenfalls nicht auftritt.