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Aus aufeinandergelegten E förmigen und I förmigen Blechschnitten bestehender
magnetischer Kern für einen Transformator oder eine Spule und Verfahren zur Herstellung
dieses Kernes Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetischen Kern für eine Spule
oder einen Transformator, wie sie beispielsweise als Ballastspulen für Quecksilberdampflampen
verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Herstellung
der Blechschnitte, aus denen dieser magnetische Kern aufgebaut wird.
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Die Kerne von Transformatoren mit einer oder mit mehrerenWicklungen
werden gewöhnlich ausBlechen aufgebaut, wobei jede Blechschicht aus zwei oder mehreren
Stücken besteht. Es ist bekannt, eine Blechschicht aus einem E-förmigen Blechschnitt
und einem I-förmigen Blechschnitt aufzubauen. Der E-förmige Blechschnitt besitzt
einen Mittelschenkel, einen breiten Außenschenkel und einen schmalen Außenschenkel.
An ihren freien Enden werden diese Schenkel nach dem Zusammenbau durch einen I-förmigen
Blechschnitt überbrückt.
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Derartige Blechschnitte werden im allgemeinen aus streifenförmigenAusgangsblechen
herausgestanzt. Dabei soll sowohl für eine gegebene Größe des Transformators der
Blechbedarf als auch der entstehende Abfall ein Minimum sein. Angesichts der Tatsache,
daß solche magnetischen Kerne für Spulen oder Transformatoren in Stückzahlen von
Hunderttausenden hergestellt werden müssen, sind Ersparnisse beim Blechverbrauch
offensichtlich wichtig.
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Beim Betrieb von Transformatoren für Quecksilberdampflampen wird die
Flußdichte in Teilen des Transformatorkerns so hoch, daß die Temperatur dort unzulässig
hohe Werte annimmt. Eine Herabsetzung der Temperatur an diesen Stellen würde sich
dadurch erreichen lassen, daß man die Eisenmenge an den nicht kritischen Stellen
des magnetischen Kreises erhöht, so daß die Flußdichte dort vermindert wird. Bei
diesen Verfahren würde jedoch sehr viel Material verbraucht werden.
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Transformatoren oder Ballastspulen für Quecksilberdampflampen sind
gewöhnlich verhältnismäßig klein und besitzen keine Ölfüllung. Solche öllosen Transformatoren
werden gewöhnlich unter Benutzung einer Vergußmasse gekapselt.
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Es besteht somit das Problem, eine Überhitzung des Kerns für derartige
Transformatoren für Quecksilberdampflampen zu vermeiden.
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Durch die Erfindung wird ein magnetischer Kern für Spulen oder Transformatoren
vorgeschlagen, der gute Abkühlungseigenschaften besitzt.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung besteht darin, E-förmige und I-förmige
Blechschnitte solcher Ausbildung vorzuschlagen, daß beim Herausstanzen dieser Blechschnitte
aus dem Ausgangsmaterial praktisch kein Abfall entsteht.
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Die I-förmigen Blechschnitte werden ebenfalls aus einem Ausgangsblech
herausgestanzt. Nach dem Zusammenbau liegen diese I-Blechschnitte am Ende der Innenseite
des schmaleren Außenschenkels und auf der Oberseite des breiteren Außenschenkels
der E-Blechschnitte an.
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Ein derartiger Transformator kann derart zusammengebaut werden, daß
die Primärwicklung und die Sekundärwicklung einen gewissen Abstand besitzen und
zwischen ihnen ein magnetischer Nebenschluß vorhanden ist. Der I-Blechschnitt kann
lauter geradlinige Seitenkanten besitzen oder ein versetztes Mittelstück, welches
dann einen Luftspalt bildet.Man kann auch beideI-Blechschnitte in einem einzigen
Kern verwenden, um seinen magnetischen Widerstand zu beeinflussen.
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Es ist auch bereits bekannt, beim Aufbau von Lamellenkernen durch
Verschiebung einzelner Lamellen oder Lamellengruppen gegeneinander Rippen an den
Außenkanten entstehen zu lassen.
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Es ist ferner bereits bekannt, solche Rippen an Lamellenkernen dadurch
zu erzeugen, daß die einzelnen Blechschnitte unsymmetrisch und in diesem
Falle
mit verschieden langen Schenkeln aufgebaut werden und die Blechschnitte mit den
langen und den kurzen Schenkeln abwechselnd übereinandergelegt werden.
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Außerdem ist es bekannt, einen zwei- oder mehrschenkeligen Kernschnitt,
gegebenenfalls auch unter Verlängerung eines Schenkels, so zu dimensionieren, daß
zwei mit ihren Schenkeln ineinandergelegte Schnitte ein möglichst vollständiges
Rechteck ergeben.
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Schließlich ist es auch bereits bekannt, die einzelnen, zu einem Lamellenkern
aufeinandergeschichteten Blechschnitte mit Ausschnitten zu versehen, die in den
einzelnen Schnitten an der gleichen Stelle liegen und daher beim Zusammenbau zur
Deckung gelangen und den Kern senkrecht zur Blechrichtung durchsetzende Kanäle bilden.
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Die Erfindung betrifft einen aus aufeinandergeschichteten E-förmigen
und I-förmigen Blechschnitten bestehenden magnetischen Kern für einen Transformator
oder eine Spule, dessen E-förmige Blechschnitte je einen Mittelschenkel, einen breiten
Außenschenkel und einen schmalen Außenschenkel besitzen, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß diese E-förmigen Blechschnitte so aufeinandergeschichtet sind, daß nur die Mittelschenkel
sich decken, in den Außenschenkeln jedoch abwechselnd breite und schmale Schenkel
aufeinander zu liegen kommen, so daß Kühlrippen auf beiden Seiten des Kernes gebildet
werden.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines zusammengebauten
Kernes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 zeigt an Hand einer Darstellung,
in welcher mehrere Blechschnitte auseinandergezogen veranschaulicht sind, die gegenseitige
Lage der Blechschnitte in dem magnetischen Kern; Fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht
die Anbringung der Spulen auf dem Kern; Fig. 4 zeigt in der Ansicht von oben und
teilweise im Schnitt einen gekapselten Transformator; Fig. 5 zeigt die Lage der
E-Blechschnitte in dem Ausgangsmaterial, und Fig. 6 zeigt die Lage der I-Blechschnitte
in dem Ausgangsmaterial.
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In Fig. 1 ist ein im ganzen mit 1 bezeichneter Kern dargestellt, der
aus den Blechschnitten 1a, 1b, 1c usw. aufgebaut ist. Dieser Aufbau ist so getroffen,
daß die Blechschnitte zu Gruppen 2 zusammengefaßt sind, zwischen denen Kühlkanäle
gebildet werden. Jede Kühlrippe 2' wird durch eine Reihe von Blechschnitten, die
sich genau decken, gebildet. Nebeneinanderliegende Gruppen von Blechschnitten sind
gegeneinander um180° verdreht, wie weiter unten noch genauer beschrieben werden
wird und bilden dadurch die Kühlrippen 2' auf jeder Seite des Kernes. Das ganze
Blechpaket kann mittels Bolzen 3 und mittels Winkelstücken 4 zusammengehalten werden.
Eine Reihe von überbrückten Luftspalten 5 kann im einen Schenkel des Kernes vorgesehen
werden.
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Gemäß Fig. 2 ist in jeder Schicht ein E-förmiger Blechschnitt 6 bzw.
7 und ein T-förmiger Blechschnitt 8 bzw. 9 vorhanden. Jeder E-Blechschnitt 6 bzw.
7 besitzt einen breiten Außenschenkel 10 bzw. 11 und einen Mittelschenkel 12 bzw.
13 von etwa derselben Breite wie der Außenschenkel und von derselben Breite wie
der zwischen den Schenkeln befindliche Abstand, der in Fig. 5 mit d angedeutet ist.
Jeder E-Blechschnitt 6 bzw. 7 besitzt ferner einen schmaleren Außenschenkel14 bzw.
15 von erheblich geringerer Breite als der Außenschenkel 10 bzw. 11 oder der Mittelschenkel
12 bzw. 13, wie durch die Breite x in Fig. 5 angedeutet ist. Die Breite x kann beispielsweise
die Hälfte der Breite d betragen, kann jedoch auch einen anderen Wert annehmen.
Jeder E-Blechschnitt enthält ferner einen Verbindungsbalken 16 bzw. 17, der mit
den äußeren Schenkeln und dem Mittelschenkel aus einem Stück besteht. Außerdem können
in jedem E-Blechschnitt 6 bzw. 7 ein oder mehrere überbrückte Luftspalte 5 angebracht
werden. Wenn man derartige überbrückte Luftspalte verwenden will, so müssen diese
in den beiden Mittelschenkeln der E-Blechschnitte so angebracht werden, daß sich
nach dem Zusammenbau gemäß Fig. 2 alle öffnungen 5 decken. Am schmalen Außenschenkel
jedes E-Blechschnitts ist auf der Innenseite eine Aussparung 18 angebracht. Diese
Aussparung 18 besteht aus einer Innenfläche 19 und aus einem Absatz 20. Der Absatz
20 liegt in gleicher Höhe wie das Ende des Mittelschenkels; der Zweck dieser Bemessung
wird weiter unten noch erläutert werden.
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Gemäß Fig. 2 ist in jeder Blechlage dem E-Blechschnitt noch ein I-Blechschnitt
zugeordnet. Der I-Blechschnitt kann, wie für den Blechschnitt 9 in Fig. 2 dargestellt,
durch gerade Linien begrenzt sein oder kann, wie durch den Blechschnitt 8 in Fig.
2 dargestellt, einen versetzten Mittelteil 21 besitzen. Die Blechschnitte 8 bzw.
9 liegen auf dem Absatz 20 des zugehörigen E-Blechschnitts auf, wobei sie an der
ganzen Innenfläche 19 anliegen. Das andere Ende dieses I-Blechschnitts liegt auf
der Endfläche des breiteren Außenschenkels auf. Der I-Blechschnitt 8 bildet wegen
seines zurückgesetzten Mittelteils 21 einen Luftspalt 22 mit dem Mittelschenkel,
während der I-Blechschnitt 9 keinen solchen Luftspalt entstehen läßt. In einem fertigen
Kern können entweder lauter I-Blechschnitte mit zurückgesetztem Mittelteil 21 oder
lauter geradlinig begrenzte Blechschnitte 9 vorhanden sein. Man kann aber auch aufeinanderfolgende
Gruppen von E-Blechschnitten gemäß Fig. 2 mit den beiden Formen von I-Blechschnitten
ausrüsten. Auf diese Weise kann der magnetische Widerstand des ganzen Kernes beeinflußt
werden.
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Fig. 3 zeigt einen zusammengebauten Transformator in der Seitenansicht,
dessen Primärwicklung 23 und Sekundärwicklung 24 auf dem Mittelschenkel angebracht
sind und die zwischen dem Mittelschenkel und den Außenschenkeln liegenden Räume
erfüllen. Zur Erhöhung des Blindwiderstandes des Transformators und zur Begrenzung
des durch die Lampen fließenden Stromes ist die Primärwicklung 23 in einem gewissen
Abstand von der Sekundärwicklung 24 angebracht, und eine magnetische Abschirmung
25 füllt diesen Zwischenraum wenigstens teilweise aus. Die magnetische Abschirmung
25 besteht aus einem rechtwinkligen Stapel von magnetischen Blechen und erfüllt
einen Teil des Fensterraumes zwischen den Spulen.
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Transformatoren derjenigen Größe, wie sie bei Quecksilberdampflampen
verwendet werden, werden vielfach gemäß Fig. 4 in ein Gehäuse eingebaut. Ein solcher
eingebauter Transformator besteht also aus einem Kern 1, einer in Fig. 4 nicht mit
dargestellten Primärwicklung 23 und einer Sekundärwicklung 24, die alle innerhalb
eines Gehäuses 26 angeordnet werden,
worauf der Zwischenraum mit
Vergußmasse 27 ausgefüllt wird. Die Leitungen 28 und 29 sowie 30 und 31 für die
Primärwicklung 23 und die Sekundärwicklung 24 werden durch eine Öffnung 32 aus dem
Gehäuse 26 herausgeführt.
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Die gemäß der Erfindung ausgeführten Transformatoren wurden mit gleichartigen
Transformatoren, weiche jedoch keine Kühlrippen besaßen, zunächst beim Betrieb in
Luft verglichen. Es wurde gefunden, daß die Kühlrippen eine Verminderung der maximalen
Kerntemperatur um 69/o, eine Verminderung des Temperaturanstiegs der Primärspule
und Sekundärspule um je 12 ",`o und eine Verminderung des Kupferaufwandes von 14
olo zur Folge hatten. Man konnte nämlich bei Verwendung der Kühlrippen einen dünneren
Draht verwenden. Außerdem vermind--rte sich das Gesamtgewicht des magnetischen Materials
um 34"/a, wie weiter unten noch erläutert werden wird.
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Die Kühlrippen in der Vergußmasse bewirken eine Verminderung des Temperaturanstiegs
der Primärspule um 261/o, eine Verminderung des Temperaturanstiegs der Sekundärspule
um 271/o, eine Verminderung des Kupferaufwandes um 14"/o und eine Verminderung des
Aufwandes an magnetischem Material um 340,'o. Die Kerntemperatur des eingebauten
Transformators wurde nicht gemessen.
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Man sieht also, daß durch die Kühlrippen eine erhebliche Verbesserung
der Kühlung des Transformators in Luft und in Vergußmasse herbeigeführt wird.
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Um das Ausgangsmaterial möglichst gut auszunutzen, werden je zwei
E-Blechschnitte in dem Ausgangsmaterial so angeordnet, daß der breitere Außenschenkel
und der Mittelschenkel die Zwischenräume zwischen den Schenkeln des anderen E-Blechschnitts
ausfüllt. Der schmale Außenschenkel jedes E-Blechschnitts liegt dann an der Außenseite
des Ausgangsmaterials. Die Breite des breiten Außenschenkels und des iMittelschenkels
muß also gleich der Fensterbreite sein, wenn kein Abfall entstehen soll, wobei von
dem unvermeidlichen Abfall für die Bolzenlöcher und für den überbrückten Luftspalt
abgesehen wird. Auf diese Weise wird eine Ersparnis von 349/o des Ausgangsmaterials
gegenüber der bekannten Anordnung ohne Kühlrippen erzielt.
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Fig. 6 zeigt die Bildung der einen Art von I-Blechschnitten aus dem
Ausgangsmaterial. Auf der Außenseite des I-Blechschnitts entsteht eine Erhöhung
33 infolge des versetzten Mittelteils 21, so daß der I-Blechschnitt praktisch konstanten
Querschnitt hat. Die Lage der I-Blechschnitte zu den E-Blechschnitten geht aus Fig.
2 hervor.
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Um einen Transformator mit Kern der hier beschriebenen Art aufzubauen,
werden zunächst die Primärwicklung 23 und die Sekundärwicklung 24 mit einer geeigneten
magnetischen Abschirmung 25 aufeinander angeordnet. Die in Fig. 1 mit 2 bezeichneten
Gruppen von Blechschnitten werden sodann getrennt hergestellt und können mit den
Spulen sodann dadurch zusammengebaut werden, daß man den Mittelschenkel der einen
Gruppe in die Mittelöffnung der Spulen einführt. Aneinandergrenzende Gruppen von
E-Blechschnitten werden von verschiedenen Seiten dabei derart in die Spulen eingeschoben,
daß der breitere Außenschenkel jeder Gruppe auf den schmaleren Außenschenkel der
vorhergehenden Gruppe zu liegen kommt. Dann werden mit den Gruppen von E-Blechschnitten
Gruppen von I-Blechschnitten vereinigt. Nachdem der ganze Kern in dieser Weise aufgebaut
worden ist, werden die Schieaen 4 angebracht und der Kern mit den Bolzen 3 zusammengeschraubt.
Der Transformator kann in Luft benutzt oder gewünschtenfalls in ein Gehäuse 26 eingebaut
werden. Das Gehäuse kann mit Vergußmasse 27 ausgegossen werden.
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Die durch die Erfindung vorgeschlagene Anordnung führt zu einer verminderten
Flußdichte in den Kühlrippen. Da die breiteren Außenschenkel in ihrer Breite gleich
dem Mittelschenkel sind und der schmale Außenschenkel beispielsweise die Hälfte
der Breite des Mittelschenkels besitzt, haben der breite und der schmale Außenschenkel
in zwei aufeinanderfolgenden Gruppen zusammen im Durchschnitt drei Viertel der Breite
des Mittelschenkels. Wenn die Hälfte des Gesamtflusses des Mittelschenkels auf jeden
Außenschenkel entfällt, so kommt in Außenschenkeln, welche drei Viertel des Querschnittes
des Mittelschenkels haben, eine Flußdichte von zwei Drittel des Flusses im Mittelschenkel
zustande.
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Da diese verminderte Flußdichte in den Außenschenkeln, wenn der Mittelschenkel
im Sättigungsgebiet arbeitet, zu einer sehr starken Verminderung der Kernverluste
und der Kernerhitzung führt, wird durch die gleichzeitige Wirkung der Kühlrippen
der Kern sehr wirksam gekühlt.