DE1244944B - Aus Blechen aufgebauter Mantelkern fuer einen Hochspannungstransformator - Google Patents

Aus Blechen aufgebauter Mantelkern fuer einen Hochspannungstransformator

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DE1244944B
DE1244944B DE1963M0056405 DEM0056405A DE1244944B DE 1244944 B DE1244944 B DE 1244944B DE 1963M0056405 DE1963M0056405 DE 1963M0056405 DE M0056405 A DEM0056405 A DE M0056405A DE 1244944 B DE1244944 B DE 1244944B
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sheet metal
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transformer
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DE1963M0056405
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Inventor
Alfred Kuntke
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C H F MUELLER GmbH
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C H F MUELLER GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24Magnetic cores
    • H01F27/245Magnetic cores made from sheets, e.g. grain-oriented

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

  • Aus Blechen aufgebauter Mantelkern für einen Hochspannungstransformator Die Erfindung betrifft einen ferromagnetischen, aus Blechen aufgebauten Kern für einen Hochspannungstransformator von verhältnismäßig niedriger Leistung, insbesondere den Speisetransformator einer Röntgenröhre, mit die Wicklungen tragendem stabförmigem Mittelschenkel und bandgewickeltem Ringkernmantel, der die Enden :der Mittelschenkel in diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen aufnimmt. Derartige Transformatorenkerne sind bekannt und werden üblicherweise als Manteltransformatorenkerne bezeichnet. Der Aufbau erfolgt gewöhnlich aus Blechen von langgestreckter rechteckiger Form, die in geeigneter Weise ineinandergeschachtelt sind, so @daß sich ein magnetischer Schluß mit vernachläßigbar geringem Einfluß der an den Stoßstellen unvermeidlichen Luftspalte ergibt.
  • Man hat auch bereits Kerne für .den Hochspannungstransformator einer Röntgenröhre aus Blechen aufgebaut, .die nicht eine gleichmäßige Dicke aufweisen, sondern nach außen hin stärker werden, so daß sich ein im Grundriß kreisförmiger Kern infolge der Keilform der Blechlamellen erzielen läßt.
  • Bei einem Transformator, der bei verhältnismäßig kleinen Leistungen hohe Spannungen abgeben muß, ist es besonders schwierig, die Wicklung in ausreichendem Maße zu isolieren. Deshalb wird für derartige Transformatoren ein verhältnismäßig großer Fensterquerschnitt benötigt; der Transformator, dessen Kern die mit ihrer Isolation versehene Wicklung in ausreichendem Abstand umgeben muß, hat einen verhältnismäßig großen Platzbedarf, der in vielen Fällen unerwünscht ist.
  • Ferner ist ein Transformatorenkern bekannt, der aus einem Hohlzylinder mit einem Mittelschenkel besteht. Dabei sind in der Mitte an gegenüberliegenden Stellen des bandgewickelten Hohlzylinders kegelförmige Bohrungen zur Aufnahme des spiralförmig gewickelten Mittelschenkels mit sich kegelförmig verjüngenden Enden vorgesehen. Das Einsetzen des Mittelschenkels in den Hohlzylinder geschieht durch Deformieren des Hohlzylinderkörpers derart, daß der Durchmesser an den Stellen mit den Bohrungen zur Aufnahme des Mittelschenkels vergrößert :wird. Nach dem Einsetzen des Mittelschenkels nimmt der Hohlzylinder auf Grund seiner elastischen Eigenschaften wieder seine ursprüngliche Form an.
  • Dieses Verfahren läßt sich naturgemäß nur bei Hohlzylinderkernen mit geringer Wandstärke anwenden. Außerdem kann dabei das Aufbringen der Wicklungen erst nach dem Einsetzen des Mittelschenkels erfolgen, wodurch diese Arbeit unnötig erschwert wird. Schließlich ist es bei einer Fertigung kaum zu erreichen, daß die Bohrung im Hohlzylinder und die Spitze des Mitelschenkels exakt zueinander passen, so daß mit einer Vergrößerung des magnetischen Widerstandes an den übergangssteilen gerechnet werden muß, weil sich die magnetischen Kraftlinien dann nicht mehr ausschließlich über das Eisen schließen können.
  • Bei der Erfindung sind diese Schwierigkeiten dadurch behoben, daß zwei Mittelschenkel übereinander mit rechtwinklig einander kreuzenden Schenkelachsen angeordnet und in drei aufeinandergesetzten, ringförmigen Mantelteilen gelagert sind, von denen wenigstens der mittlere Mantelteil jeweils an gegenüberliegenden Seiten Ausschnitte für die Aufnahme der Mittelschenkel besitzt.
  • Die stabförmigen Mittelschenkel können beispielsweise aus Blechen geschichtet .sein und werden bei der Fertigung des Transformators in die gesondert hergestellte Wicklung eingeschoben, die mit den nötigen Isolationszwischenlagen versehen in eine geeignete Isoliermasse, vorzugsweise ein Kunstharz, eingebettet wird. Bei solchen Hochspannungswicklungen werden bekanntlich die einzelnen Wicklungs-Lagen aus Isolationsgründen in Achsrichtung gesehen nach außen hin immer kürzer; daher besitzt die fertige vergossene Wicklung annähernd Kugelgestalt. Nach Einschieben des stabförmigen Mittelschenkels in die Wicklung werden dessen aus der Wicklung herausragende Enden in die Ausnehmungen der das Schließjoch bildenden Ringkernmäntel eingelegt; die Hohlzylinderform der Mäntel ermöglicht eine besonders gute Raumausnutzung, da sie der Kugelgestalt der Wicklung weitgehend angepaßt ist.
  • Bei einem Kern nach der Erfindung können die Mittelschenkel auch einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, während die Ausschnitte der Ringkernmäntel halbkreisförmig gestaltet sind. Durch Wahl eines kreisförmigen Querschnitts können auch die Wicklungen annähernd kreisförmig gestaltet werden; man erzielt dadurch neben einem geringen Widerstand eine gute Raumausnutzung der Wicklung.
  • Eine Ausführungsmöglichkeit für die Mittelschenkel mit kreisförmigem Querschnitt besteht darin, daß sie in an sich bekannter Weise aus ebenen Blechstreifen verschiedener Breite geschichtet sind, die durch ein Bindemittel zusammengehalten werden. Dabei ist es eine Frage des vertretbar erscheinenden Aufwandes, wie weit man die Annäherung an die Kreisform des Querschnitts treiben will. Durch den Aufbau aus parallel geschichteten Blechen ergibt sich allerdings am Übergang zwischen Mittelschenkel .und Ringkernmantel eine geringfügige Erhöhung des magnetischen- Widerstandes, die in manchen Fällen unerwünscht sein kann.
  • Eine weitere Ausführungsmöglichkeit für die Mittelschenkel mit kreisförmigem Querschnitt ergibt sich in der Anwendung eines radial lamellierten Aufbaues mit kreisringförmigem Querschnitt. Dabei ist es nicht erforderlich, für den Aufbau dieser Mittelschenkel Bleche mit keilförmigem Querschnitt zu verwenden; man kann auch Bleche von gleichmäßiger Dicke verarbeiten, bei denen dann jedes Blech derart in seiner Längsrichtung gefaltet ist, daß es über etwa seine halbe Breite doppelt liegt.
  • Zweckmäßigerweise wird ein Kern gemäß der Erfindung so ausgebildet, daß bei Anwendung der üblichen Querschnittsformen für den Mittelschenkel die Wandstärke .der hohlzylindrischen Ringkernmäntel mindestens gleich einem Viertel der größten Querschnittsabmessung des Mittelschenkels ist; ein unter dem Wert »1cc liegender Füllfaktor des Mittelschenkel-Eisenquerschnitts ist dabei proportional berücksichtigt. Auf diese Weise läßt sich gegenüber einem Manteltransformator der üblichen Bauart eine Verringerung der Kern-Breite erzielen.
  • Die Wandstärke der Ringkernmäntel ist so gewählt, daß die Übergangsfläche zwischen Mittelschenkel und Ringkernmantel gleich oder größer ist als der Eisenquerschnitt des Mittelschenkels.
  • Bezeichnet man das Verhältnis der effektiven Querschnitts$äche des Mittelschenkels bei kreuz-oder kreisförmiger Querschnittsform zur Fläche des Quadrates oder Kreises als Eisenfüllfaktor, dann ergibt sich, daß bei kreuzförmigem Querschnitt des Mittelschenkels die Wandstärke der zylindrischen Ringkernmäntel gleich einem Viertel der Quadratseite multipliziert mit dem Füllfaktor und beim kreisförmigen Querschnitt des Mittelschenkels gleich einem Viertel des Außendurchmessers, ebenfalls multipliziert mit dem Füllfaktor, sein muß.
  • In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Transformatorenkern nach der Erfindung mit zwei sich senkrecht kreuzenden Mittelschenkeln, F i g. 2 einen Schnitt durch einen Mittelschenkel mit aufgebrachten Wicklungen und F i g. 3 a bis 3 e den Querschnitt und Aufbau des Mittelschenkels in verschiedenen an sich bekannten Formen.
  • Der in F i g. 1 dargestellte ferromagnetische Kern besitzt zwei stabartig geformte Mittelschenkel 4, 5, die ihrerseits aus Blechen geschichtet sind, deren Länge mit dem Außendurchmesser der als Schließjoch dienenden Ringkernmäntel6, 7, 8 übereinstimmt. Diese axial miteinander fluchtenden Ringkerne 6, 7, 8 sind bandgewickelt und besitzen je an einer Stirnseite halbkreisförmige Ausnehmungen, die einander gegenüberliegen und die Enden der stabförmigen Mittelschenkel 4, 5 aufnehmen. Dabei weisen die Ringkerne 6 und 8 nur in einer Stirnfläche zwei einander diametral gegenüberliegende Ausnehmungen auf, während der mittlere Ringkern 7 an beiden Stirnseiten je zwei derartige, einander diametral gegenüberliegende Ausnebmungen besitzt. Die Ausnehmungen der einen Stirnseite sind hierbei um 90° gegen die der anderen Stirnseite versetzt angeordnet, um ein rechtwinkliges Kreuzen der beiden Mittelschenkel zu erreichen. Auf diese Weise lä.ßt sich ein Transformator aufbauen, dessen Wicklungen durch Verteilung auf die einander kreuzenden Mittelschenkel magnetisch gut gegeneinander entkoppelt sind.
  • Ein Hochspannungstransformator mit einem erfindungsgemäßen Kern entsprechend F i g. 1 ist in F i g. 2 im Schnitt dargestellt. Diese Figur läßt erkennen, daß die Wicklungen sich räumlich sehr günstig auf dem Mittelschenkel anbringen lassen. Als Träger der Wicklungen dient ein Isolierrohr 9, auf dem die Primärwicklung 10 unmittelbar angebracht ist. Ein weiteres Isolierrohr 11 trennt die Primärwicklung 10 von der auf dem Rohr 11 vorgesehenen Sekundärwicklung 12, die aus Gründen der Spannungsfestigkeit einen abgestuften Wicklungsquerschnitt besitzt; Isolierzwischenlagen sind zwischen den einzelnen Lagen der Wicklung vorgesehen, die an beiden Seiten überstehen und in an sich bekannter Weise nach außen umgebogen sind. Die gesamte Wicklung ist schließlich in eine Kunstharzmasse 13 eingebettet, die der fertigen Wicklung im wesentlichen Kugelgestalt gibt und eine gute Raumausnutzung erlaubt.
  • Der Aufbau des stabförmigen Kernmittelschenkels kann in verschiedener an sich bekannter Weise durchgeführt sein. Gemäß F i g. 1 kann der Mittelschenkel aus flach aufeinandergeschichteten Blechen von verschiedener Breite bestehen; es können aber auch Mittelschenkel aus radial gerichteten Lamellen eingesetzt werden. Die verschiedenen Möglichkeiten für den Aufbau eines Mittelschenkels sind in den F i g. 3 a bis 3 e dargestellt.
  • Der Mittelschenkel gemäß F i g. 3 a weist quadratischen Querschnitt auf und besteht aus gleich breiten Blechen. Dieser Querschnittsform entsprechend müssen die Ausnehmungen in den zugehörigen Ringkernmänteln, abweichend von dem Ausführungsbeispiel F i g. 1, quadratisch gewählt werden.
  • Nach dem Aufeinanderschichten der Bleche können diese mittels eines .geeigneten Bindemittels zu einem kompakten Körper vereinigt werden. Verwendet man ein Bindemittel von ausreichender Festigkeit, dann kann dem Kern gemäß F i g. 3 a auch die Querschnittsform nach F i g. 3 b gegeben werden, indem man den Quadratstab auf einer Drehbank runddreht. Naturgemäß kann ein Querschnitt gemäß F i g. 3 b auch durch Aufschichten aus Blechen ver= schiedener Breite erhalten werden.
  • In F i g. 3 c ist eine im Transformatorenbau ebenfalls seit langem übliche Quersehnittsform dargestellt, die eine bessere Raumausnutzung ermöglicht als der Querschnitt nach F i g. 3 a. Dieser kreuzförmige Querschnitt kann natürlich auch mehrfach abgestuft sein. Weitere Einzelheiten einer zweckmäßigen Ausführungsform eines radial lamellierten Kernmittelschenkels gehen aus den F i g. 3 d und 3 e hervor. Der Kern ist in an sich bekannter Weise aus einzelnen Blechen radial geschichtet. Da hierfür Bleche von keilförmigem Querschnitt benötigt werden, die eine Sonderanfertigung bedingen würden und dementsprechend teuer sind, werden in .an sich bekannter Weise gemäß F i g. 3 d Bleche von gleichmäßiger Dicke verwendet, die .in der aus F i g. 3 e ersichtlichen Weise derart längsgefaltet sind, daß sich außen eine Verdopplung der Wandstärke ergibt. Man erhält so ein Blech mit grob angenäherter Keilform, das sich mit Vorteil für radial lamellierte Kerne verwenden läßt.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Aus Blechen aufgebauter Mantelkern für einen Hochspannungstransformator, insbesondere den Speisetransformator einer Röntgenröhre, mit die Wicklungen tragendem stabförmigem Mittelschenkel und bandgewickeltem Ringkernmantel, der die Enden der Mittelschenkel in diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Mittelschenkel (4, 5) mit rechtwinklig einander kreuzenden Schenkelachsen übereinander angeordnet und in drei aufeinandergesetzten, ringförmigen Mantelteilen (6, 7, 8) gelagert sind, von denen wenigstens der mittlere Mantelteil (7) jeweils an gegenüberliegenden Stirnseiten Ausschnitte für die Aufnahme der Mittelschenkel (4, 5) besitzt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 450 560, 750 987; USA.-Patentschrift Nr. 2142 066; Bulletin-Oerlikon, Nr. 326 v. Februar 1958, S. 11; BBC-Mitteilungen, Heft 6/1956, Bild 1.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2438325A1 (fr) * 1978-10-04 1980-04-30 Bbc Brown Boveri & Cie Noyaux magnetiques pour champs magnetiques tridimensionnels
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DE750987C (de) * 1939-02-05 1955-04-28 Brown Ag Dreiphasige, gesaettigte Drosselspule

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