-
Klein- und Kleinstspule auf einem zylindrischen Spulenkörper aus magnetisierbarem
Blech Die Erfindung betrifft eine Klein- und Kleinstspule auf einem zylindrischen
Spulenkörper aus magnetisierbarem Blech mit zur Zylinderachse senkrechten Flanschen,
wobei der Spulenkörper von einer Hülse aus dem gleichen magnetisierbaren Stoff umgeben
ist.
-
Es sind Spulen bekannt, die unmittelbar auf Flansche aufweisende Magnetkerne
aufgewickelt sind. Bei Klein- und Kleinstspulen bietet eine solche Ausführung Schwierigkeiten
bezüglich der Herausführung der äußerst feinen Spulenenden, die gegen mechanische
Beschädigung nur unvollständig geschützt werden können. Es ist auch bekannt, derartige
Spulen bzw. den Magnetkern dieser Spulen mit einer Hülse aus magnetisierbarem Material
zu umgeben. Bei dieser Anordnung besteht zwischen der Hülse und den Umfangsflächen
der Flansche des Magnetkerns ein verhältnismäßig großer Luftspalt.
-
Es sind weiterhin Spulenkerne in Rollenform bekannt, bei denen aber
ebenfalls die Herausführung der sehr feinen Spulenenden bei Klein- und Kleinstspulen
schwierig ist. Bei diesen bekannten Spulenkörpern ist zwar innerhalb ein Hohlraum
vorgesehen, jedoch ist der in den Flanschen ursprünglich vorgesehene Schlitz durch
eine Einlage geschlossen, so daß eine Herausführung der Spulenenden durch diesen
Schlitz nicht möglich ist. Auch ist der Hohlraum im Innern des Spulenkörpers für
die Aufnahme eines Magnetkerns vorgesehen. Schließlich ist auch hier eine einen
magnetischen Rückschluß bildende den Spulenkörper umgebende Hülse nicht vorgesehen.
-
Bei Kernen von Klein- und Kleinstspulen, beispielsweise für Transformatoren,
müssen die Luftspalte äußerst klein sein. Bei derartigen Spulen ist bekanntlich
die Einstellung eines wohl definierten wirksamen Luftspaltes schwierig, eben weil
dieser außerordentlich kleine Abmessungen haben muß. Mit den bekannten Spülenanordnungen
ist für Klein-und Kleinstspulen die genaue Einstellung und Aufrechterhaltung eines
genau definierten wirksamen Luftspaltes nicht möglich.
-
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkörper ein
Hohlzylinder ist und einen in axialer Richtung durch den Zylindermantel und in radialer
Richtung durch die Flansche verlaufenden ununterbrochenen Schlitz aufweist, daß
die ebenfalls axial geschlitzte Hülse, mit ihrem Schlitz mit dem Schlitz im Spulenkörper
fluchtend, fest an den Umfangsflächen der Flansche anliegt und die Umfangsfläche
eines der Flansche entsprechend dem gewünschten wirksamen Luftspalt des Magnetkreises
nur teilweise überdeckt, daß die Drahtenden der Spulen durch den radialen Schlitz
wenigstens eines Flansches geführt, in den Hohlzylinder eingebracht und in diesem
durch ein Bindemittel gehalten sind, und daß auf der Hülse und den Flanschen ein
die gegenseitige Lage von Hülse und Spulenkörper fixierender und die Spulenenden
schützender plastischer Stoff aufgebracht ist. Vorzugsweise besitzen die Flansche
eine mittlere runde Öffnung, mit welcher sie auf dem Hohlzylinder aufgepaßt sind.
Koaxial zu der Achse des Spulenkörpers kann zwischen den Flanschen eine erste Wicklung
gewickelt sein, und es kann eine weitere Wicklung nach Art einer Toroidwicklung
um die Flansche und durch das Innere des Hohlzylinders geführt sein. Insbesondere
kann auf die geschlitzte Metallhülse eine Hülse aus plastischem Material solcher
Art aufgebracht sein, daß die Hülse ihren Durchmesser bei Behandlung mit einem geeigneten
Lösungsmittel vergrößert und sich bei Entfernen des Lösungsmittels auf einen solchen
Durchmesser zusammenzieht, daß dadurch ein Zusammenpressen der geschlitzten Blechhülse
bewirkt wird. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung von Spulenkörper und Hülse wird
neben einer günstigen Herausführung der Spulenenden, wobei die feinen Drähte der
Spulen innerhalb des Hohlzylinders an stärkere Leitungsdrähte angelötet werden können,
die Möglichkeit der leichten Einstellbarkeit eines wohldefinierten kleinen Luftspaltes
ermöglicht. Durch die Ausfüllung des Hohlraumes des Spulenkörpers mit einem Bindemittel
und den Überzug der Hülse und der Flansche
mit einem plastischen
Stoff wird die Einhaltung des einmal eingestellten Luftspaltes gesichert sowie eine
Beschädigung der sehr feinen herausgeführten Drahtenden mit Sicherheit vermieden.
Derartige Spulen lassen sich leicht und wirtschaftlich herstellen und ermöglichen
die Anpassung des Luftspaltes des Magnetkreises an jedem gewünschten Fall.
-
Die erfindungsgemäßen Spulen können zur Herstellung von Induktivitäten
und Transformatoren verwendet werden. Sie können beispielsweise aus einem Blech
aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen. Wird die Spule mit einem stark bindenden
Kunststoff imprägniert, so kann die auf die Hülse aufgebrachte Kunststoffhülse nach
Polymerisation des Harzes entfernt werden, wobei ein völlig dichtes und festes Gefüge
und ein fester Sitz der geschlitzten Blechhülse gewährleistet ist. Selbstverständlich
kann die Kunststoffhülse auch bleiben, wenn dies erwünscht ist. Durch die Verwendung
einer Wicklung nach Art der Toroidwicklung um die Flansche und um das Innere des
Hohlzylinders kann der Kern vormagnetisiert werden. Derartige Induktivitäten können
als sättigungsfähige Drosselspulen mit Verwendung einer Hilfssättigungsspule verwendet
werden. Gegebenenfalls kann auch die unmittelbar auf den Spulenkörper gewickelte
Wicklung als Sättigungswicklung und die andere als Wicklung zur Vormagnetisierung
dienen, d. h., die Funktionen der Spulen können vertauscht werden. Statt zweier
Flansche am Ende des Hohlzylinders können auch mehrere Flansche verwendet werden,
und es kann die Hülse entweder als gemeinsamer Zylinder für alle Spulenabschnitte
des Kerns ausgebildet sein, oder es können getrennte Hülsen für die einzelnen Spulenabschnitte
verwendet werden.
-
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung an einigen Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 den Kern einer erfindungsgemäßen
Spule mit dem zylindrischen Spulenkörper aus magnetisierbarem Blech und mit zur
Spulenachse senkrechten Flanschen ohne Schlitz, Fig. 2 die zugehörige ebenfalls
noch ungeschlitzte Hülse, Fig. 3 und 4 den geschlitzten Spulenkörper und die geschlitzte
Hülse nach Fig. 1 und 2, Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Spulenkörper mit
aufgebrachter Wicklung, Fig.6 bis 10 verschiedene Ausführungen der Spulenkörper
und Hülsen, Fig. 11 eine Spule mit einer Wicklung nach Art einer Toroidwicklung,
Fig.12 eine mit einem Kunststoff imprägnierte Spule und Fig. 13 eine fertige Spule
mit einer Kunststoffhülse um die geschlitzte Metallhülse, welche ein Zusammenpressen
der Metallhülse bewirkt.
-
In der Fig. 1 ist mit 1 der Spulenkörper bezeichnet, welcher aus einem
Hohlzylinder mit zwei Flanschen 3 und 4 aus dünnem magnetisierbarem
Blech von hoher Permeabilität, etwa einer 45- bis 7810/eigen Nickel-Eisen-Legierung
besteht. Das Blech ist stark genug, um eine ausreichende mechanische Festigkeit
zu gewährleisten. Es sind bisher Bleche mit einer Stärke zwischen 0,07 und 1,3 mm
mit gutem Erfolg verwendet worden. Die Flansche 3 und 4 können konzentrisch auf
den Hohlzylinder 2 aufgebracht sein. Der Hohlzylinder 2 kann als Ganzes aus einem
Rohr des erforderlichen Materials oder unmittelbar aus einem flachen Blech hergestellt
oder aus Stabmaterial in bekannter Weise gedreht werden. Dem Spulenkörper 1 ist
eine zylindrische Hülse 5 zugeordnet, die aus dem gleichen Material wie der Spulenkörper
1, gegebenenfalls aber auch aus einem anderen magnetisierbaren Material bestehen
kann (Fig. 2). Die Hülse 5 weist einen dem Außendurchmesser der Flansche 4 und 3
entsprechenden Innendurchmesser auf und besitzt etwa die gleiche oder eine etwas
größere axiale Länge als der Spulenkörper 1.
-
Auf den Spulenkörper 1 wird eine Wicklung aufgebracht und dann die
Hülse über den Spulenkörper bzw. über die Flansche 3 und 4 geschoben, wodurch ein
geschlossener Magnetkreis gebildet wird. Um das Auftreten von Wirbelströmen zu vermeiden,
wird in den Flanschen ein radial verlaufender, ununterbrochener Schlitz 6 vorgesehen
und ein entsprechender Schlitz 7 in der Hülse 5 (Fig. 3 und 4).
-
Zur Isolation der Wicklung 8 gegen den Kern 1
ist auf
dem Hohlzylinder 2 und auf der inneren Stirnseite der Flansche 3 und 4 eine Isolationsschicht
9, beispielsweise Schellack, aufgebracht (Fig. 5). Nach dem Aufbringen der Wicklung
8 auf den Hohlzylinder 2 können die Spulenenden 10 und 11 durch den Schlitz 6 in
den Flanschen 3 und 4 herausgeführt und mit starken Leitungsdrähten 12 verbunden
werden, welche durch die axiale Öffnung in dem Hohlzylinder 2 verlaufen. Die Verbindung
der sehr feinen Drähte 10 und 11 mit den starken Drähten 12 befindet sich dann innerhalb
des Hohlzylinders.
-
Die Hülse 5 kann danach über die Flansche 3 und 4 geschoben werden.
Um einen festen Sitz zwischen der Hülse 5 und den Rändern der Flansche 3 und 4 sicherzustellen,
kann die Hülse 5 in eine dünne Kunststoffhülse 14 eingeschlossen werden, die sich
ausdehnt, wenn sie einem flüchtigen Lösungsmittel ausgesetzt wird, und schrumpft,
wenn sich das Lösungsmittel verflüchtigt. Die Kunststoffhülse 14 wird in gedehntem
Zustand aufgesetzt. Sie schrumpft mit der Verflüchtigung des Lösungsmittels und
zieht sich mit großer Kraft zusammen, wodurch ein starker, gleichmäßiger radialer
Druck auf die Hülse 5 ausgeübt wird, die sich gegen die Ränder der Flansche 3 und
4 anlegt. Die gesamte Anordnung einschließlich der axialen Öffnung und der Schlitze
und Einschnitte 6 und 7 kann mit einem Harz 13 mit starken Bindeeigenschaften im
Vakuum imprägniert werden (Fig. 12). Sobald sich das Harz 13 verfestigt hat, kann
die Hülse 14 entfernt werden. Gewünschtenfalls kann die Hülse 14 aber auch auf der
Hülse 5 verbleiben. Das Bindemittel 13 dringt durch die Einschnitte 6 und 7 und
durch die axiale Öffnung in die Spule ein, wodurch die Drähte gegen mechanische
Beschädigung geschützt werden.
-
Eine erfindungsgemäße Spule kann beispielsweise als Niederfrequenztransformator
od. dgl. verwendet werden. Bei einem derartigen Transformator kann eine Sättigung
des Kernes eintreten, wodurch die Wirksamkeit des Transformators in bezug auf die
abgegebene Leistung bei einer bestimmten zulässigen Verzerrung und Niederfrequenzübertrag
stark herabgesetzt wird. Zur Verhinderung der Kernsättigung wird gewöhnlich ein
kleiner Luftspalt im Kern vorgesehen, welcher den Magnetfluß unterbricht. Bei jeder
Anwendung liegt ein bestimmter Bestwert oder
ein bestimmtes Bestmaß
für den Luftspalt vor. Bei Klein- und Kleinsttransformatoren wird der optimale Luftspalt
so klein, daß besondere Abstandshalter nicht erforderlich sind. Bei der erfindungsgemäßen
Ausbildung des Spulenkerns wird eine innige Berührung zwischen der Hülse 5 und den
Rändern der Flansche 3 und 4 erzielt, wodurch die Luftspaltbreite klein bleibt.
Die Einstellung des wirksamen Luftspaltes auf die optimalen Bedingungen kann durch
axiale Bewegung der Hülse 5 auf den Spulenkörper 1 erreicht werden, wie es in Fig.
10 dargestellt ist.
-
In Fig. 6 ist eine Abwandlung dargestellt, bei welcher eine Hülse
5 a zwischen den Flanschen 3 und 4 angebracht ist. In Fig. 7 ist eine Anordnung
dargestellt, bei welcher drei Flansche 3, 3 a und 4 vorgesehen sind. In Fig. 8 werden
vier Flansche 3, 3 n, 4, 4 a
verwendet. Selbstverständlich kann die Zahl der
Flansche nach Wunsch erfüllt und jeweils eine besondere Spule oder Spulen auf jedem
sich ergebenden Abschnitt des Spulenkörpers gewickelt werden, wobei die Drahtenden
der Wicklungen durch den radialen Schlitz in den Flanschen herausgeführt werden.
Die Hülse 5 kann ebenfalls in getrennten Abschnitten, jeweils eine für je einen
oder mehrere Abschnitte des Spulenkörpers gefertigt sein (Fig. 9).
-
In Fig. 11 ist eine sättigungsfähige Drosselspule dargestellt. Hier
ist eine Wicklung 15 in Form einer Toroidwicklung auf dem Spulenkörper 1 vorgesehen,
welche durch die axiale Öffnung des Hohlzylinders 2 und um die Flansche 3 und 4
und die Hülse 5 verläuft. Diese Wicklung 15 kann von einem Vormagnetisierungssystem
durchflossen werden, mit welchem die Sättigung des Magnetkreises des Spulenkörpers
1 und der Hülse 5 gesteuert werden kann. Dadurch kann der Wechselstromfluß in der
Hauptwicklung 8 in Abhängigkeit vom Vormagnetisierungsstrom in der Wicklung 15 gesteuert
werden. Selbstverständlich kann die Funktion der Wicklungen untereinander vertauscht
werden, so daß der Vormagnetisierungsstrom in der Wicklung 8 und der Sättigungsstrom
in der Wicklung 15 fließt.