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Mehrschenkeliger Bandkern für Transformatoren, Drosselspulen u. dgl.
Die Erfindung bezieht sich auf einen mehrschenkeligen Bandkern für Transformatoren,
Drosselspulen u. dgl. mit mindestens zwei nebeneinander liegenden, aus magnetischen
Bändern gewickelten, geschlossenen Innenrahmen und einem die Innenrahmen umschließenden,
ebenfalls aus magnetischen Bändern gewickelten Außenrahmen.
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Derartige Bandkerne werden für Mehrphasentransformatoren, -drosselspulen
u. dgl. verwendet. Bei einem Dreiphasenkern beispielsweise bilden die nebeneinanderliegenden
Teile der Innenrahmen den mittleren Schenkel, während die anderen Seiten der Innenrahmen
zusammen mit den neben diesen Seiten liegenden Seiten des Außenrahmens die Außenschenkel
bilden.
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Bei den bisher bekannten Kernen dieser Art, bei denen jeder Innen-
und Außenrahmen für sich hergestellt war, bestand der Nachteil, daß sich eine unsymmetrische
Flußverteilung ergibt, die äußerst unerwünscht ist. Beispielsweise kann der größte
Teil des Flusses des mittleren Schenkels nicht durch den ganzen Querschnitt der
Außenschenkel wandern, sondern ist hauptsächlich in den von den Innenrahmen gebildeten
Teilen dieser Schenkel konzentriert. Dies liegt daran, daß die Reluktanz in einer
Richtung senkrecht zu den Bandwindungen sehr groß ist und daher der Fluß nicht von
einem Rahmen zum anderen überwechseln kann.
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Diese Schwierigkeiten werden erfindungsgemäß auf einfache Weise dadurch
überwunden, daß die Bänder der unmittelbar an den Außenrahmen angrenzenden Innenrahmenteile
sich in die Bänder des Außenrahmens direkt fortsetzen und diesen gemeinsam bilden:
Durch diese Maßnahme, die auch fabrikatorisch gewisse Vorteile mit sich bringt,
weil der gesamte Bandkern in einem Zug gewickelt werden kann, ergibt sich eine nahezu
symmetrische Flußverteilung. Durch Messungen wurde nachgewiesen, daß der Anteil
des Flusses, der im mittleren Schenkel erzeugt wird, im Außenrahmen weit über 100'mal
größer ist als bei den bekannten Bandkernen mit getrennten Außen- und Innenrahmen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die harmonischen Oberschwingungen in den
einzelnen Kernen stark vermindert werden. Außerdem ist der Kernquerschnitt besser
als bisher ausgenutzt, so daß man auch Kernmaterial einsparen kann.
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All diese Vorteile treten' auf, weil durch das fortlaufende Wickeln
von Innenrahmen und Außenrahmen eine Bahn geringen magnetischen Widerstandes von
den Innent-ahmen zum Außenrahrrien geschaffen wird. Man hat es ahne 'weiteres in
der Hand, den magnetischen Widerstand auf einen gewünschten Wert einzustellen, weil
man in der Wahl der Bandstärke oder der Wähl der jeweils parallel zu wickelnden
Bänder frei ist.
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In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
schematisch dargestellt. Es zeigt Fig. 1 einen Aufriß mit teilweisem Schnitt einer
ersten Ausführung, Fig.2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
dieFlußübertragung noch günstiger ist, und Fig. 3 eine Abwandlung der Ausführungsform
nach Fig. 1, bei welcher eine Anzahlmagnetischer Bänder jeden Innenteil mit dem
Außenteil verbindet.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die beiden Innenrahmen
A, B " von 'einem Außenrahmen C umgeben, wobei alle drei Rahmen aus gewickelten
Bändern bestehen. Hierbei werden vorzugsweise Magnetbänder aus Silikonstahl mit
in Wickelrichtung verlaufenden Fasern bzw. Kerncrientierung verwendet: Die Rahmenteile
können entweder durchweg aus einem Band gleicher Breite oder aber auch gemäß -dem
Aus= führungsbeispiel nach Fig. 1 aus Bändern verschiedener Breite gewickelt sein,
wobei sich dann- ein kreuzförmiger Querschnitt der Rahmenteile ergibt. So haben
hier die aus magnetischen Bändern gleicher
Breite gewickelten Kernteile
10, 10', 19 eine geringere Breite als die übrigen Kernteile. So sind Kernteile
11, 11', 18 breiter als die Kernteile 10, 10', 19; sie sind jedoch
schmäler als die mittleren in der Zeichnung detailliert dargestellten Kernteile
12, 13 bzw. 12', 13'. Die Wicklung der Kernteile erfolgt um einen Dorn entsprechender
Form. Der Übergang vom Kernteil 10 zu 11 usf. kann in bekannter Weise durch Löten
oder Heftschweißen, wie bei 14 angedeutet, erfolgen. Jedoch ist erfindungsgemäß
der Übergang von den Innenrahmen A, B zu den Außenrahmen C so gestaltet,
daß zwischen Innen- und Außenrahmen ein direkter Flußübergang möglich ist.
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Nachdem durch Wicklung der Bänder die Kernteile 12 bzw. 12' und 13
bzw. 13' der Innenrahmen A und B
gewickelt wurden, wird vorzugsweise
durch gemeinsame Drehung der beiden Innenrahmen A, B mittels eines Drehtisches
erreicht, daß die Bänder 12, 13 gemäß Ziffer 17 als Bänder des Außenrahmens C sich
in diesem direkt fortsetzen und diesen gemeinsam bilden. Sie werden somit parallel
zueinander im Verlauf des Außenrahmens um sämtliche Innenrahmen gewickelt und bilden
mindestens die erste Windung des Außenrahmens gemeinsam.
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Die Windungszahl sowie die Dicke der Kerne kann variieren. In der
Zeichnung sind zwecks besserer Darstellung die Bänder übertrieben dick gezeichnet
worden.
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Nach Fertigstellung des Teiles 17 des Außenrahmens C werden dann die
bereits genannten weiteren Außenrahmenteile 18, 19 hinzugefügt. Nach dem Wickeln
,wird der Kern ausgeglüht, um die beim Wickeln entstehenden Spannungen zu beseitigen.
Alsdann werden die Primär- und Sekundärwicklungen des Transformators 20, 21 und
22 auf den fertigen Kern gewickelt. In den Fig. 2 und 3 wurden die Wicklungen der
Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Im Ausführungsbeispiel nach Fig.2 ist eine noch günstigere Flußverkettung
zwischen den Kernteilen erreicht. Die Innenrahmen A', B', welche gleich sind
den Teilen A, B gemäß Fig. 1, sind auf dem Drehtisch derart angeordnet, daß
sie den gleichen Windungssinn, z. B. hier entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn besitzen.
Es sei angenommen, daß die Innenrahmenteile A', B' bereits fertig gewickelt
sind, wobei die freien, allerdings nicht abgeschnittenen Enden der beiden magnetischen
Bänder 25, 26 der Innenrahmenteile 27, 28 sich an entgegengesetzten Enden des gebildeten.
Mittelschenkels 29 befinden. Die Wicklung ist nun so vorgenommen, daß die Bänder
der Innenrahmenteilt zunächst den anderen Innenrahmen umschließen, bis sie dann
letztlich sich in die Wicklung des Außenrahmens fortsetzen. Dies wird erreicht durch
eine Drehung des Drehtisches in umgekehrtem Drehsinn zur Wickelrichtung der Innenrahmen,
d. h. hier im Uhrzeigersinn.
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Die letzte Windung 31 des magnetischen Bandes 25 des Kernteiles 27
trennt sich vom mittleren Schenkel bei 32. Es ist dann im Uhrzeigerdrehsinn um den
Innenteil B' gewickelt, wobei es die Windung 33 bildet. In gleicher Weise ist das
magnetische Band 26 des Kernteiles 28 des anderen Innenteiles B' nach Durchlaufen
seiner letzten Windung 34 am unteren Ende des mittleren Schenkels 29 bei 35. vom
Innenrahmen B' ebenfalls durch Drehung des Drehtisches im Uhrzeigersinn weggeführt
worden. Es bildet dann eine den Innenrahmen A' umlaufende Windung 36. Alsdann läuft
es parallel und zusammenliegend mit dem vom Innenrahmen A' herrührenden Band und
bildet zusammen mit diesem den Kernteil 30 des Außenrahmens C. Somit sind
die beiden Innenrahmen, magnetisch betrachtet, eng miteinander verkettet, wodurch
sich eine weite Verbesserung in der Flußübertragung auf den Außenrahmen
C ergibt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 entspricht im prinzipiellen dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß hier mehrere magnetische
Bänder die Innenrahmen mit den Außenrahmen verbinden. Die Innenrahmen D, E gemäß
Fig. 3 entsprechen den Rahmen A, B nach Fig. 1, jedoch ist im Ausführungsbeispiel
nach Fig.3 die Breite der verwendeten. magnetischen Bänder durchweg gleich, so daß
der Kernquerschnitt viereckig statt, wie bei Fig. 1, kreuzförmig ist.
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Jede Windung besteht hier aus zwei parallelen magnetischen Bändern
40 bzw. 40' für die Teile D'bzw. E. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine
größere Anzahl Bänder parallel zueinander zu wickeln, um somit die Innen- und Außenrahmen
miteinander zu verketten. Ebenso wie in Fig. 1 wurden die Bänder 40 bzw. 40' nach
Fertigstellung der Teile D, E nicht abgeschnitten, sondern diese Teile auf einem
gemeinsamen Drehtisch montiert und nach Aneinanderlegen der Enden der Bänder 40,
40' sowie der Längsseiten der Teile D, E durch Drehung des Tisches die Wicklung
des Außenrahmens F vorgenommen. Bevorzugt ist hierbei ein gleicher Wickelsinn sowohl
der Innenrahmen D und E als auch des Außenrahmens F. Es sei noch bemerkt, daß, ebenso
wie in Fig. 1, bei Beginn der gemeinsamen Drehung der Innenrahmenteil zwecks Bildung
des Außenrahmens sich die freien Enden der Wicklungen 40, 40' an entgegengesetzt
liegenden Enden des Innenschenkels 42 befinden.
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Die Erfindung ist nicht an die dargestellte Rahmenbauart gebunden.
Wesentlich ist, daß hier Innen- und Außenrahmenteile direkt mittels ferromagnetischer
Bänder verkettet sind, wobei die Verbindung keinen Zwischenraum aufweist und die
kornorientierten Bänder in Flußrichtung einen sehr kleinen magnetischen Widerstand
besitzen.
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Es sei noch bemerkt, daß hier ein Zweig den magnetischen Fluß vom
mittleren Schenkel zum Außenschenkel und zurück führt. Es kann somit der Fluß jedes
Schenkels über den gesamten Querschnitt der anderen Schenkel zurückfließen, ohne
daß er, quer zu den Windungen verlaufend, einen hohen magnetischen Widerstand, wie
bisher, überwinden müßte.