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Sättigungsdrosselspule, insbesondere für Antriebe mit stromrichtergespeisten
Gleichstrommaschinen Zur Glättung des Wellenstromes in stromrichtergespeisten Anlagen
werden oft Eisendrosselspulen verwendet, in deren Luftspalt Isthmusstege angeordnet
sind, die den Eisenpfad der Drosselspule an dieser Stelle einschnüren. Es ist auch
vorgeschlagen worden, solche Sättigungsdrosselspulen bei Anordnungen zur selbsttätigen
Spannungsregelung von Konstantspannungsgemeratoren zu verwenden, deren Erregung
beispielsweise in Stromadditionsschaltung aus einem lastabhängigen und einem lastunabhängigen
Anteil zusammengesetzt wird. Bei einer solchen Schaltungsanordnung wird dann neben
der den lastunabhängigen Erregerstromanteil bestimmenden Drosselspule zur Festlegung
eines stabilen Arbeitspunktes zusätzlich eine gesättigte Drosselspule verwendet,
deren Kern mit einem Isthmus versehen ist.
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Gegenstand der Hauptpatentanmeldung S 56647 VIII b / 21c ist eine
Drosselspule in deren Luftspalt als Sättigungselement ein Steg angebracht ist, der
sich bei bestimmten Stromwerten sättigt und dadurch die Charakteristik der Drossel
beeinflußt. Gemäß der Zusatzpatentanmeldung S 63716 VIITb/21 d2 werden diese Stege
aus Kunststoff mit eingebetteten Teilen aus ferromagnetischem Material ausgeführt.
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Durch die Erfindung wird eine weitere Verbesserung einer solchen Sättigungsdrosselspule
geschaffen, indem als ferromagnetisches Material Eisenpulver, insbesondere Schwammeisenpulver,
verwendet ist, das mit einem ausgehärteten Kunstharz verklebt ist, dessen Einfriertemperatur
höher als die zu erwartende Betriebstemperatur liegt. Unter Einfriertemperatur ist
hierbei die Formbeständigkeit in der Wärme nach M a rt e n s zu verstehen, wie sie
beispielsweise in den deutschen Normblättern Din 53458 und DIN 53462 erläutert ist.
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An sich ist es bekannt, Kerne von Meßwandlern, Drosselspulen od. dgl.
aus einem Eisen- oder Ferritpulver unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels
herzustellen. Abweichend von der Erfindung ist hierbei jedoch der gesamte Kern des
Gerätes auf diese Weise hergestellt.
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Durch die Erfindung wird auch bei Wärmespielen eine große Haftfähigkeit
des Isthmussteges im Luftspalt der Drosselspule erzielt, so daß ein Lockerwerden
und Herausfallen des Steges während des Betriebes der Eisendrosselspule mit Sicherheit
verhindert wird, da die im Wärmespiel auftretenden Ausdehnungsunterschiede nicht
zu plastischen oder quasiplastischen Verformungen des Harzes führen.
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In Weiterbildung der Erfindung können zur Erhöhung der mechanischen
Festigkeit die mit dem ausgehärteten Kunstharz verklebten Eisenpulverplättchen mit
einer insbesondere aus Glasgewebe bestehenden Umhüllung versehen sein, die ebenfalls
mit dem aushärtbaren Kunstharz imprägniert ist.
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Eine Vereinfachung in der Herstellung ergibt sich, wenn jeder Istmussteg
aus einer ausgehärteten, der Größe des Luftspaltes der Drosselspule entsprechenden
Kunststoffplatte besteht, die die mit dem ausgehärteten Kunstharz verklebten Eisenpulverplättchen
aufnimmt. In diesem Fall kann man, unabhängig von der jeweils benötigten Größe des
Isthmussteges, für die mit dem Kunstharz verklebten Eisenpulverplättchen stets die
gleiche Größe benutzen. Die erforderliche magnetische Leitfähigkeit wird dann allein
durch die Zahl der in der Kunststoffplatte eingebetteten Eisenpulverplättchen festgelegt.
Es empfiehlt sich, die mechanische Festigkeit der Kunststoffplatte in an sich bekannter
Weise durch die Einlage von Glasfasern zu erhöhen.
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Zur Verminderung von Wirbelstromverlusten ist es erforderlich, daß
die in die Drosselspule eingefügten Isthmusstege eine möglichst geringe elektrische
Leitfähigkeit haben. Infolge des hohen spezifischen Druckes an den Berührungsflächen
der Körner des Eisenpulvers ergibt sich an sich ein verhältnismäßig geringer Übergangswiderstand,
der eine unerwünscht hohe elektrische Leitfähigkeit des fertigen Plättchens zur
Folge hat. Es empfiehlt sich daher, die Körner des verwendeten ferromagnetischen
Eisenpulvers in an sich bekannter Weise mit einem anorganischen
isolierenden
Überzug zu versehen, der zweckmäßig mit einer geeigneten chemischen Behandlung erzeugt
wird.
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Zur Erzeugung des isolierenden Überzuges kann beispielsweise Phosphorsäure
verwendet werden, die man vorzugsweise mit Azeton verdünnt. Man gibt hierzu beispielsweise
auf 10 kg ferromagnetisches Eisenpulver (Schwammeisenpulver) ungefähr 2 1 Azeton,
die mit 2 g Phosphorsäure versetzt sind. Anschließend wird das Eisenpulver getrocknet.
Durch diese Behandlung des Eisenpulvers mit der stark verdünnten Phosphorsäure bildet
sich auf den einzelnen Körnern des Eisenpulvers eine isolierende Eisenphosphatschicht.
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An Stelle der Phosphorsäure kann man auch Wasserglas verwenden, das
man vorzugsweise mit Alkohol verdünnt. Durch die Behandlung mit verdünntem Wasserglas
bildet sich auf den Körnern des Eisenpulvers nach dem Trocknen eine isolierende
Alkalipolysilikatschicht.
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Zur Erzeugung eines isolierenden Überzuges auf den Körnern des Eisenpulvers
kann man das Eisenpulver vor der Tränkung mit dem aushärtbaren Kunstharz aber auch
einem Oxydierungs- oder Sulfidierungsverfahren unterwerfen. Zur Durchführung des
Oxydierungsverfahrens kann man beispielsweise das Eisenpulver in stark erhitztem
Zustand durch eine sauerstoffhaltige Atmosphäre fallen lassen. Das Sulfidierungsverfahren
wird beispielsweise bei erhöhten Temperaturen des Eisenpulvers mit Schwefelwasserstoff
oder mit anderen schwefelhaltigen Verbindungen, beispielsweise mit einer Natriumpolysulfidlösung
oder einer Ammoniumpolysulfidlösung, durchgeführt.
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Durch die Wahl des verwendeten ferromagnetischen Eisenpulvers können
die im jeweiligen Fall geforderten Eigenschaften, wie beispielsweise eine gute magnetische
Leitfähigkeit oder ein hoher elektrischer Widerstand, bestimmt werden. So kann man
hochpermeables Eisenpulver, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen »Senflust«
bzw. »Permalloy« bekannt ist, verwenden. Es kann aber auch ein normalpermeables
Eisenpulver mit hoher Sättigungsinduktion Verwendung finden. Allgemein empfiehlt
es sich, sogenanntes Schwammeisenpulver zu verwenden, wie es an sich als Ausgangsmaterial
zum Sintern verwendet wird.
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Als aushärtbares Kunstharz, und zwar sowohl zum Verkleben des Eisenpulvers
als auch zur Herstellung der die Eisenpulverplättchen aufnehmenden glasfaserverstärkten
Kunststoffplatte, kann beispielsweise ein Epoxydharz verwendet werden, wobei es
sich empfiehlt, aromatische Aminhärter und/oder zyklische Säureanhydridhärter zu
verwenden. Beispielsweise kommen als Härter Hexachlortetrahydroendomethylenphthalsäureanhydrid
oder Pyromellithsäureanhydrid in Frage. Solche Harz-Härter-Systeme sind an sich
bekannt und werden beispielsweise als Gießharze für elektrotechnische Zwecke eingesetzt.
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Als Härter für die Epoxydharze können auch komplexe Borverbindungen
(deutsche Patentschrift 1041689, deutsches Patent 1 107 935)
verwendet werden, etwa Borsäureester, wie beispielsweise Triäthanolaminborat, und/oder
Borsäurepolyester, wie beispielsweise Trihexylenglycolbiborat oder Trioctylenglycolbiborat,
und/oder Polyborsäureester, wie beispielsweise Hexylenglycolbiborat. Vorteilhafterweise
werden diesen als Härter verwendeten Borsäureverbindungen Aminverbindungen zugesetzt.
Geeignete Aminverbindungen sind primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Amine,
wie beispielsweise Monoäthanolamin, Piperidin, Diäthanolamin, Triäthanolamin, Athylendiamin,
Diäthylentriamin, Triäthylenamin, Dimethylaminopropylamin, Diäthylaminopropylamin,
Pyrrolidin u. dgl. Es können aber auch als Aminverbindungen metallische Aminchelate,
vorzugsweise auf der Basis des Titans oder des Siliciums, verwendet werden.
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Neben den Epoxydharzen werden in den beiden letzten Jahrzehnten auch
ungesättigte Polyesterharze für elektrotechnische Zwecke herangezogen. In an sich
bekannter Weise können als ungesättigte Polyester die Reaktionsprodukte einer u,j3-ungesättigten
Dicarbonsäure oder ihres Anhydrides mit mehrwertigen Alkoholen, insbesondere mit
aromatischen oder aliphatischen Glykolen, verwendet werden. Ein Teil der a,ß-ungesättigten
Dicarbonsäure, für die besonders Fumarsäure oder Maleinsäure in Frage kommt, kann
durch eine gesättigte Dicarbonsäure, wie beispielsweise Orthophthalsäure oder Isophthalsäure,
ersetzt werden.
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Als reaktionsfähige monomere Verbindungen, Zie mit dem ungesättigten
Polyester gemischt werden, können Vinylverbindungen, insbesondere Styrol oder dessen
Derivate, verwendet werden. Besonders empfiehlt sich als reaktionsfähige monomere
Verbindung die Verwendung von Diallylphthalat und/oder Triallylcyanurat. Besonders
der Zusatz der letztgenannten reaktionsfähigen monomeren Verbindungen ergibt Polyesterharze
mit hohen Einfriertemperaturen.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung der Sättigungssteg
einer Drosselspule zur Glättung des Wellenstromes in stromrichtergespeisten Anlagen
in Draufsicht schematisch dargestellt. Der Sättigungssteg besteht aus der glasfaservertärkten
Polyesterharzplatte 6, in die die acht Plättchen 7 eingebettet sind,
die aus mit aushärtbaren Polyesterharzen verklebtem Eisenpulver bestehen. Die Form
und Größe der Plättchen 7 ist einheitlich, während die Größe der Platte 6 der Größe
des Luftspaltes der Drosselspule entspricht, in die der dargestellte Sättigungssteg
eingelegt werden soll.
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Zur Herstellung der Plättchen 7 kann man beispielsweise derart vorgehen,
daß man das Schwammeisenpulver, das zunächst beispielsweise durch eine Behandlung
mit verdünnter Phosphorsäure und anschließender Trocknung mit einer isolierenden
Eisenphosphatschicht überzogen ist, gleichmäßig in der Größe der gewünschten Plättchen
entsprechende Formen einfüllt. Die mit Schwammeisenpulver gefüllten Formen werden
dann mit dem aushärtbaren Kunstharz vergossen, worauf die Aushärtung des Kunstharzes
bei geeigneter Temperatur durchgeführt wird. Damit die fertigen Eisenstoffplättchen
den Formen besser entnommen werden können, empfiehlt es sich, die Formen vor dem
Einfüllen des Eisenpulvers mit Silikonöl einzureiben.