DE1245487B

DE1245487B - Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes fuer Transformatoren und Drosselspulen

Info

Publication number: DE1245487B
Application number: DEW36842A
Authority: DE
Inventors: James G Ford; Henry A Pierce Jun
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1963-05-24
Filing date: 1964-05-22
Publication date: 1967-07-27

Description

Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes für Transformatoren und Drosselspulen Die Erfindung befaßt sich mit der Verminderung 'des Geräusches, das durch elektrische Induktionsgeräte mit geblechtem Eisenkern, dessen magnetischer Pfad an einer oder mehreren Stellen durch .einen Luftspalt oder durch urmagnetische Stege unterbrochen ist, hervorgerufen wird. Geräte dieser Art sind beispielsweise Drosselspulen oder Transfor= matoren.
Es ist bekannt; daß -die geblechten Eisenkerne solcher elektrischer Induktionsgeräte, deren magnetischer Pfad unterbrochen -ist, beträchtlich höhere Geräusche hervorrufen als geblechte Eisenkerne ohne Luftspalt. Man hat bereits versucht, das-durch geblechte Eisenkerne mit unterbrochenem magnetischem Pfad hervorgerufene Geräusch dadurch zu mindern, daß man entweder die Ausnutzung beispielsweise durch Erhöhung des Querschnittes des Eisenkernes herabsetzt oder die Kräfte, mit denen die Bleche des Eisenkernes zusammengedrückt werden, erhöht. Keine dieser Maßnahmen reicht jedoch aus, wenn Wert auf besondere Geräuscharmut gelegt wird, wie es beispielsweise für in Erdkabelnetzen eingesetzte Drosselspülen -der Fall ist, die in Wohn-Bezirken aufgestellt werden.
Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes für Transformatoren und Drosselspulen mit an einer oder mehreren Stellen durch einen Luftspalt öder durch urmagnetische Zwischenlagen unterbrochenen -magnetischen Pfad, dessen der Unterbrechungsstelle zugekehrte Blechenden des. Kernes mit einer guthaftenden härtbaren Masse verkittet werden. Gemäß der Erfindung wird als-guthaftende häitbare Masse `eine an sich bekannte thixotrope aushärtbare Epoxydharzmasse oder Polyurethanhärzmasse verwendet.
Im Rahmen der Erfindung können auch bei einem Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes, in dessen Unterbrechungsstellen urmagnetische Stege eingelegt sind, die Lücken zwischen den .urmagnetischen Stegen und den Blechenden des 'Eisenkernes mit einer guthaftenden thixotropen aushärtbaren Masse verkittet werden.
An sich ist es zur Herstellung von Kernen für Transformatoren und Drosselspulen aus Einzelblechen bekannt, die Einzelbleche miteinander durch .ein Kunstharz zu verkleben. Auch hat man bereits zur Geräuschminderung von geblecht ausgeführten Magnetkernen diese vollständig mit einer Kunstharzümhüllung umgeben. Ebenso sind aus zwei U-förmigen Teilen bestehende Magnetkerne bekannt, bei denen die stumpf aneinanderstoßenden Schenkel an 'ihren Stoßklnten miteinander verklebt sind: Zusätzlieh hat man zwischen den Stoßkanten bereits auch Klebemassen eingebracht, die bis in die- Zwischenräume zwischen den einzelnen -Blechen vordringen und diese zusätzlich zu einem festen einheitlichen Körper verkleben. -Auch ist- es zur Geräuschminderung bei einem Transformator, dessen Kern aus zwei Kernteilen besteht, bekannt, zwischen den beiden Magnetkernteilen eine Zwischenlage mittels einer Klebemasse einzubringen.
Gegenüber allen diesen bekannten Verfahren und Anordnungen ist es für die Erfindung wesentlich, daß die Enden der der Unterbrechungsstelle zugekehrten Bleche des Eisenkernes mit einer guthaftenden, im nicht ausgehärteten 'Zustand thixotropen Masse verkittet werden. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß die störenden Geräusche der erwähnten-elektrischen Induktionsgeräte in den Lücken zwischen den Enden der Blechstapel entstehen, da die einzelnen Bleche infolge von ' Fertigungstoleranzen nicht genau die gleiche Länge aufweisen.
Durch die' Thixotropie der verwendeten Masse ist gewährleistet, daß die Masse nicht-von den Blechen abläuft, also auch in senkrecht stehenden Blechen haftenbleibt, ohne in die Hohlräume zwischen" den Blechen infolge Kapillarwirkung hineingezogen zu werden.
Zur zusätzlichen Geräuschdämpfung können, bei Eisenkernen, ,deren magnetischer Pfad durch urmagnetische Stege unterbrochen ist, zwischen' den urmagnetischen Stegen und. den Erden -der ihnen zugekehrten Bleche des Eisenkernes mechanisch dämpfende Beilagen eingelegt werden. Als` solche mechanisch dämpfenden Beilagen können beispielsweise Glasgewebe verwendet werden, die mit einem flexiblen Lack getränkt sind. Besonders geeignet ist als flexibler Lack für diesen Zweck ein Epoxydharzlack oder Polyurethanlack mit möglichst geringem Elastizitätsmodul-Auch ein ölmodifizierter- Phenolharzlack kann als flexibler Lack zur Tränkung der mechanisch dämpfenden Beilagen verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, als mechanisch d_ 4mpfende Beilage ein silikongummigetränktes Glasgewebe vorzusehen.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in den F i g. 1 und 2 ein dreischenkliger Eisenkern einer Drosselspule dargestellt, während die F i g. 3 einen Teil dieses Eisenkernes--vergrößert wiedergibt.
Der Eisenkern besteht aus den Schenkeln 1, 2 und 3, die zwischen den Jochen 4 und 5 angeordnet sind. Die drei Schenkel sind gleichartig aufgebaut. Jeder Schenkel besteht aus vier Teilen 6 bis 9, zwischen denen unmägnetische Stege 10, 11 und 12-eingelegt sind,:: damfit die gewünschte. Charakteristik des Eisenkernes erreicht wird. Die Stege 10 bis 12 können aus isolierendem Material bestehen, beispielsweise aus gegossenem oder geschichtetem Cellulosematerial. Jedes der Teile 6 bis 9 besteht aus Magnetblechen, beispielsweise aus Siliziumstahl, die aufein-Mdergeschichtet sind: Die ebenfalls geblechten Joche 4 und 5 sind mit den Schenkeln 1 bis 3 magnetisch und mechanisch verbunden, beispielsweise in der in der F i g. 2 dargestellten- Weise, bei der die Bleche der Joche und der Schenkel abwechselnd ineinandergefügt sind. Die Schenkel 1 bis 3 sowie die Joche 4 und 5 bilden also einen Eisenkern, der durch übliche, nicht dargestellte Trage- und Bindeglieder mechanisch zusammengehalten wird. Auf die Schenkel 1 bis 3 werden die Wicklungen aufgebracht. So ist beispielsweise in der F i g. 2 die den Schenkel 3 umschließende Wicklung 13 strichpunktiert eingezeichnet. .
Der vollständige und mit Wicklungen versehene Magnetkern wird dann in ein nicht dargestelltes Gehäuse gesetzt, das in üblicher Weise mit einer isolierenden dielektrischen -Flüssigkeit, beispielsweise mit einem Öl gefüllt ist. Das von einem solchen Eisenkern hervorgerufene Geräusch ist ziemlich stark. Damit dieses Geräusch die vorgegebenen Werte nicht überschreitet, hat man bisher den Querschnitt des Eisenkernes größer gewählt, als es aus magnetischen Gründen erforderlich gewesen wäre.
Wegen der Fertigungstoleranzen ist es für eine unter wirtschaftlich vertretbarem Aufwand betriebene Fertigung nicht möglich, Bleche herzustellen, 'welche genau gleiche Längen aufweisen. -Sind -nun die Bleche aufeinandergestapelt und einem urmagnetischen Steg 10 benachbart, wie es in der F i g. 3 dargestellt ist, so entstehen eine Reihe von kleinen Lücken zwischen den Enden dieser Bleche und dem Steg 10. Infolge der durch die magnetische Induktion hervöigerufenen -Kraft bewegelt siel- die. Blechie ständig, so daß ein hoher_-Geräuschpegel die Folge ist.
Durch die Erfindung kann dieser Geräuschpegel merklich abgesenkt-. werden, so daß der -Eisenkern mit höherer Sättigung betrieben oder auch der Q11Qrsehnitt des --Eisenkernes kleiner gewählt werden kann. In Durchführung des Erfindungsgedankens werden die Lücken zwischen den Enden der Bleche und den Stegen 10 bis 12 mit einer guthaftenden, thixotropen Masse verkittet. Durch diese Masse werden die Lücken zwischen den Blechen und den Stegen ausgefüllt. Wegen ihrer Thixotropie läuft die Masse nicht- heraus - und' wird-äück nicht - -durch Kapillärkräfte zwischen die Bleche gezogen. Auch erfährt die Masse beim Aushärten keine Volumenschrumpfung. Im Ruhezustand -leistet die Masse .jedei= Bewegung Widerstand, besitzt -aber dennoch - die Fähigkeit, unter Scheuspannungen frei fließen'zu können. Beim Zusammenbau der Sehenkel 1 bis 3 werden daher die Stege 10 bis 12 an beiden: Seiten mit der Masse überzogen. Wenn dann die Stege mit den Teilen 6 bis 9 zusammengesetzt werden, wird die-Masse in die Lücken zwischen den Stegen und der Enden der Bleche gedrückt, so däß die Lücken vollständig ausgefüllt werden. Die -Masse muß warmhärtend sein und hinreichende Gebrauchsdauer aufweisen, so daß der Kern zusammengesetzt werden- kann, bevor die Masse aushärtet. - -Das durch den Eisenkern hervorgerufene Geräusch kann weiterhin noch dadurch vermindert werden; daß zwischen die Enden der Bleche und die eirege= legten- urmagnetischen Stege mechanisch dämpfende Beilagen,, beispielsweise aus lackgetränktem oder silikongummigetränktem Glasgewebe, eingelegt werden. -Wie bereits erwähnt, sind Massen, die an den Enden- der Bleche bzw. in den Lücken zwischen diesen Enden und den eingelegten urmagnetischen Stegen gut haften, thixotrop sind und außerdem bezüglich ihrer Auslhärtzeit eine hinreichend lange Gebrauchsdauer aufweisen, thixotrope Epoxydharzmassen oder auch thixotrope Polyurethanharzmassen. Insbesondere sind hierfür Epoxydharzmassen geeignet, die durch Umsetzen von i, bis 2 Mol Epihalohydrin mit etwa 1 Mol Bis-phenol A in 'Gegenwart eines Alkaliüberschusses erhalten werden. Durch Zusatz von Füllstoffen mit kleiner Korngröße, beispielsweise Kalziumkarbonat mit einer mittleren Teilchengröße von 0,1 g. sowie durch den Zusatz geeigneter Katalysatoren, beispielsweise Diätlhylaminopropylamin, läßt sich die gewünschte Thixotropie sowie die- gewünschte Gebrauchsdauer der Harzmasse einstellen:.
Ein Beispiel einer für die Durchführung des Erfindungsgedankens geeigneter Masse besteht aus 200 g Epoxydharz, hergestellt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A, mit einer Viskosität von 100 bis 160 Poise bei 25° C und einer Epoxyäquivalenz von 185 bis 192, 130 g Kalziumcarbonat als Füllstoff und 16 g Diäthylaminopropylamin. Der Gewichtsanteil des Füllstoffes dieser Mischung kann entsprechend der gewünschten Viskosität und Thixotropie auch variiert werden. Ebenso kann der Gewichtsanteil des Katalysators verändert werden, wenn ein abweichendes Härtungsverhalten erzielt-werden soll.

Zum Beweis für die beträchtliche Herabsetzung des Geräuschpegels, welche durch die Erfindung er= reicht wird, sind in der nachstehenden Tabelle die in db angegebenen Geräuschpegel eines 75-kVA-Spartransformators, einmal mit einem Kernaufbau in üblicher Weise und zum anderen gemäß der Erfindung, miteinander verglichen. Für diesen Versuch ist der gleiche Spartransformator benutzt worden.

. Bekannte Ausführung

Ausführung gemäß der Erfindung

Geräuschpegel Geräuschpegel-

db db

Phase A

vom ...... 93 63

Seite ...... 91 62

Phase B

vom ...... 78 62

Phase C

vom ...... 86 62

Seite ...... 84 59

Die in der vorstehenden Tabelle wiedergegebenen Geräuschmessungen sind bei dem Dielektrikum Luft durchgeführt worden. Eine Herabsetzung des Geräusches wird noch dadurch erhalten, daß der Transformator in eine dielektrische Flüssigkeit, beispielsweise in Öl, eingetaucht wird. Dadurch ist es möglich, den Geräuschpegel noch unter 50 db zu senken, wenn die urmagnetischen Stege mit den benachbarten Blechen gemäß der Erfindung verkittet werden.

Als weiteres Beispiel seien die Meßwerte einer Drosselspule für Erdkabelnetze erwähnt, bei der durch die erfindungsgemäße Kernausbildung eine Verminderung des Geräusches um mindestens 10 db erreicht werden konnte. Beim normalen Aufbau der Drosselspüle und Einsetzen in Öl lagen die gemessenen Maximalvierte bei 55 bis 62,5 db. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung wurde unter den gleichen Verhältnissen ein Geräusch von maximal 45 db gemessen. .

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes für Transformatoren und Drosselspulen mit an einer oder mehreren Stellen durch einen Luftspalt oder durch urmagnetische Zwischenlagen unterbrochenen magnetischen Pfad, dessen der Unterbrechungsstelle zugekehrten Blechenden des Kernes mit einer guthaftenden, härtbaren Masse verkittet. werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß als Masse eine an sich bekannte thixotrope, aushärtbare Epoxydharzmasse oder Polyurethanharzmasse verwendet wird.
2. Verfahren zur Herstellung eines geblechten Eisenkernes, in dessen Unterbrechungsstellen un- -magnetische Stege eingelegt sind, nach .Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lücken zwischen den urmagnetischen Stegen und den ihnen zugekehrten Blechenden des Eisenkernes mit einer guthaftenden thixotropen, aushärtbaren Masse verkittet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den urmagnetischen Stegen und den Enden der - ihnen zugekehrten Bleche des Eisenkernes in an sich bekannter _ Weise mechanisch dämpfende Beilagen eingelegt werden. '
4. Verfahren nach Anspruch -3, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanisch dämpfende Beilage ein Glasgewebe verwendet wird, das mit einem flexiblen Lack getränkt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 761728, 512 647, 761575; deutsche Auslegeschrift Nr. 1140 655; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1761284-3 . schweizerische Patentschrift Nr. 316 942; britische Patentschrift Nr. 657 371, 664 382; Lehrbuch von Lü t t g en : Die Technologie der Klebstoffe, 1953, S. 131. .