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Geschichteter Magnetkern Transduktoren und auch andere elektrische
Geräte erfordern geschichtete magnetische Kerne, die einen kleinen magnetischen
Widerstand und ein möglichst scharf ausgeprägtes Knie der Magnetisierungskurve aufweisen.
Diese Eigenschaften erreicht man bisher am besten durch geschlossene Ringkerne,
die aus einem Eisenband mit magnetischer Vorzugsrichtung gewickelt sind. Solche
Kerne erfordern aber kostspielige Wickelmaschinen zum Aufbringen der Spulen. Versuche,
einen Bandringkern zu teilen, so daß normale, vorher hergestellte Spulen benutzt
werden können, waren nicht erfolgreich, weil der unvermeidliche Luftspalt eine bedeutende
Erhöhung des magnetischen Widerstandes verursacht.
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Es ist weiter bekannt, daß ein niedriger magnetischer Widerstand und
ein scharfes Knie erreicht werden können, wenn ein Kern aus E- oder U-förmig gestanzten
Blechen mit Jochen von doppelter Schenkelbreite zusammengesetzt wird, weil in einem
solchen Kern die Bleche sich überlappen und die Sättigung gleichzeitig in allen
Teilen des Kraftflußweges eintritt. Werden jedoch solche Kerne aus Blechen mit magnetischer
Vorzugsrichtung aufgebaut, so sind ihre magnetischen Eigenschaften schlechter als
die von Bandringkernen aus dem gleichen Material, weil E- und U-Schnitte nicht so
ausgeführt werden können, daß der magnetische Kraftfluß immer der magnetischen Vorzugsrichtung
folgt.
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Wenn Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung in einem geschichteten
Kern mit Erfolg benutzt werden soll, müssen Joche und Schenkel aus einfachen Blechstreifen
bestehen, und die Schenkel- und Jochbleche müssen sich überlappen. Die Überlappung
ist einmal notwendig, um den Widerstand so niedrig wie möglich zu halten, und zum
anderen, um zu vermeiden, daß der Kraftfluß größere Teile des Bleches quer zu der
magnetischen Vorzugsrichtung des Bleches durchfließen muß. Um weiter zu erreichen,
daß die Sättigung ungefähr gleichzeitig in allen Teilen längs des Kraftflußweges
eintritt, muß der Kern aus gleich breiten Joch- und Schenkelblechen zusammengesetzt
sein. Bei derart in an sich bekannter Weise aufgebauten Kernen beträgt der Eisenfüllfaktor
auch in den Schenkeln nur 50%, was eine sehr nachteilige Erhöhung der mittleren
Wicklungslänge und damit des Kupferverbrauchs der auf dem Kern angebrachten Wicklungen
bedingt.
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Die Erfindung bezieht sich auf einen geschichteten Magnetkern, dessen
Joche und Schenkel aus einfachen Blechstreifen zusammengesetzt sind, der aber einen
höheren Eisenfüllfaktor als 50 % ermöglicht. Erfindungsgemäß ist der Magnetkern
so ausgebildet, daß die Enden der Schenkelbleche mit den zugehörigen Jochblechen
an jeder Überlappungsstelle einzelne sich wiederholende Gruppen bilden und die Enden
der Schenkelbleche durch entsprechende Bemessung der Blechlängen in jeder Grüppe
so abgestuft sind, daß die Überlappungsflächen zwischen jedem Schenkelblech und
zugehörigem Jochblech treppenartig um j eweil"s eine Jöchbreite gegeneinander verschoben
sind, wobei die Enden der außenliegenden Schenkelbleche einer Gruppe bis zur Außenkante
des Kernes reichen und die zugehörigen Jochbleche einander zugekehrt sind.
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Unabhängig davon, aus welchem Material ein Kern nach der Erfindung
aufgebaut ist, wird das Knie der Magnetisierungskurve so scharf wie nur möglich
und der magnetische Widerstand so klein wie möglich. Da der Kern aus rechteckigen
Blechstreifen aufgebaut ist, kann bei hochwertigem Material die magnetische Vorzugsrichtung
voll ausgenutzt und weiter können normale, gesondert hergestellte Spulen verwendet
werden. Der hohe Füllfaktor des Eisens verringert den Aufwand an Kupfer für die
Wicklungen, womit gleichzeitig eine entsprechende Erhöhung der Verstärkung und des
Wirkungsgrades des Gerätes, beispielsweise des Transduktors, erreicht wird.
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Ein großer herstellungstechnischer Vorteil liegt darin, daß das Ausgangsmaterial
eines Kernes gemäß der Erfindung aus Bändern gewünschter Breite bestehen kann, die
vollständig ausgenutzt werden können. Für einen Kern mit gewünschten Abmessungen
ist es nur notwendig, ein solches Band in die für die Joch- und Schenkelbleche erforderlichen
Längen zu schneiden. Wenn hochwertiges Kernmaterial
benutzt wird,
Werden dabei bei der Bearbeltung die magnetischen Eigenschaften nur in einer sehr
kleinen Zone an den Schnittflächen verschlechtert. Dies kann leicht dadurch ausgeglichen
werden, daß die Bleche entsprechend länger gemacht werden, so daß beispielsweise
diese Zonen außerhalb der Überlappungen zü liegen kommen. Weil die Kernbleche nach
dem Schneiden keiner Deformierung unterworfen sind, entstehen keine anderen Verschlechterungen
der magnetischen Eigenschaften des Materials, und der Kern braucht nicht nach dem
Schichten wärmebehandelt zu werden.
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In der Zeichnung zeigen die Fig. 1 bis 3 das Schichtprinzip eines
Kernes nach der Erfindung; Fig. 4 und 5 zeigen zwei Ausführungsformen der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt drei je aus einem Schenkel- und einem Jochblech gebildete
Schichten. Am Schenkelblech 1 liegt das zugehörige Jochblech 3 an der Unterseite
an, am Schenkelblech 2 liegt das zugehörige Jochblech 4 an der Oberseite an, und
an dem in der Schenkelachse verschobenen Schenkelblech 5 liegt das zugehörige Jochblech
6 wieder an der Unterseite an. Wenn die Bleche in den Pfeilrichtungen zusammengelegt
werden, liegen die Jochbleche 4 und 6 in einer Lage nebeneinander und das Jochblech
3 in einer Lage mit dem Schenkelblech 5. Bei dem weiteren Aufbau des Kernes werden
die gezeichneten drei Schichten ständig wiederholt. Jeweils drei Schichten erfordern
die Höhe von vier Blechstücken. Der Füllfaktor in den Schenkeln beträgt also 75
"/o.
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Einen höheren Füllfaktor kann man durch die Schichtweise gemäß Fig.2
erhalten. In Fig.2 sind zwei weitere Schenkelbleche'? und 8 hinzugekommen, die über
die Schenkelbleche 1 und 2 um eine Jochblechbreite in ihrer Längsrichtung hinausragen,
so daß die zugehörigen Jochbleche 9 bzw. 10 in derselben Lage wie die Schenkelbleche
1 bzw. 2 angeordnet werden können. Aus dieser Figur geht hervor, däß der Zwischenraum
zwischen den Jochblechen 9 und 10 ausgefüllt werden muß, damit die Jochbleche 9
und 10 mit den zugehörigen Schenkelblechen zusammengepreßt werden können. Diesem
Zweck dienen Streifen 11 und 12 aus unmagnetischem Material, die in den Kern
eingelegt werden.
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Ein Kern gemäß Fig. 2 ergibt einen Eisenfüllfaktor in den Schenkeln
von 83,3 -%. Durch Anordnen von weiteren Schenkelblechen, die nach dem in den Fig.
1 und 2 gezeigten Prinzip stufenweise verschoben sind, kann ein noch höherer Eisenfüllfaktor
erreicht werden, aber die immer mehr zunehmende Jochbreite setzt hier eine praktische
Grenze.
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In der Praxis wird ein Optimum an Materialaufwand für einen Kern erhalten;
der aus Gruppen von Blechen gemäß Fig. 1 aufgebaut ist, wo die gesamte Jochbreite
nur der Breite zweier Jochbleche entspricht. Ein solcher Kern ist außerdem aus Rerstellungsgründen
vorteilhaft, weil die Überlappungsstellen voll ausgefüllt sind, was von Bedeutung
bei der Zusammenpressung des Kernes und dessen Einbau in Apparate ist. Fig. 3 zeigt
die Überlappung in einem Kern dieser Art. Der Deutlichkeit halber sind die Schenkelbleche
mit starken Linien wiedergegeben, während die Jochbleche als offene Vierecke gezeigt
sind.
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Fig.4 zeigt perspektivisch, wie eine Gruppe von Blechen gemäß Fig.
1 zu einem zweischenkligen Kern zusammengesetzt werden kann. Zwei Schenkelbleche
15, 16 mit voller S-Clienkellänge haben zugehörige Jochbleche 17, 18 an einem Ende
und Jochbleche 19, 20 am anderen Ende. Die Jochbleche haben dieselbe Breite wie
die Schenkelbleche und liegen übereinander. Die genannten Bleche schließen ein drittes
Schenkelblech 21 ein, das zwei Blechbreiten kürzer ist als die beiden übrigen Schenkelbleche
und das zwei Jochbleche 22 bzw. 23 hat. Zwischen dem Schenkelblech 16 und dem Schenkelblech
21 entsteht also eine Luftschicht. Die Pfeile zeigen an jeder Überlappungsstelle
den magnetischen Flußweg bei dem Übergang von den Joch- zu den Schenkelblechen.
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Fig. 5 zeigt perspektivisch eine Gruppe von Blechen in einem zweischenkligen
Kern, dessen Aufbau von dem vorhergehenden Kern etwas abweicht, der aber auch nach
dem Prinzip in Fig. 1 aufgebaut ist. Zwei Jochbleche 24 und 25 in derselben Lage
liegen an einer Überlappungsstelle und zwei Jochbleche 26 und 27 an der anderen.
Schenkelbleche 28 und 29, die um eine Blechbreite kürzer sind als die gesamte Länge
des Kernes, liegen an den genannten Jochblechen an. Über dem Schenkelblech 28 liegt
ein Schenkelblech 30 mit voller Kernlänge. Zugehörige Jochbleche sind bei der erstgenannten
Überlappungsstelle mit 31 und bei der letzgenannten mit 32 bezeichnet. Auch in dieser
Figur sind Kraftflußlinien an den Übergängen zwischen Jochblechen und Schenkelblechen
eingezeichnet.
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Die Figuren zeigen nur zweischenklige Kerne, die nach dem beschriebenen
Schichtungsprinzip aufgebaut sind, aber auch mehrschenklige Kerne können nach diesem
Prinzip aufgebaut werden, Wobei die Jochbleche für sämtliche Schenkelbleche gemeinsam
sind. In solchen Kernen müssen manchmal gewisse Schenkel breiter als andere gemacht
werden, und in diesen Fällen können natürlich statt zweier nebeneinanderliegender
gleich breiter Schenkelbleche solche von doppelter Breite benutzt werden.
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In dreischenkligen Kernen für Transduktoren muß der Mittelschenkel
wenigstens doppelt so breit sein wie die Außenschenkel, und in diesem Fall kann
statt zweier nebeneinanderliegender gleich breiter Bleche in dem Mittelschenkel
ein einziges Blech verwendet werden, das die. gewünschte Breite hat. In derselben
bei ferrornagnetischen Lamellenkernen bekannten Weise können zwei in derselben Lage
nebeneinanderliegende Jochbleche durch ein einziges Loch ersetzt werden.
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Auf Grund der Streuverhältnisse ist es oft erwünscht, daß die Joche
so dimensioniert werden, daß sie später gesättigt werden als die Schenkel, diese
Bedingung kann in bekannter Weise dadurch berücksichtigt Werden, daß man die Jochbleche
etwas breiter macht als die Schenkelbleche.