DE2057786A1

DE2057786A1 - Zweiteiliger Kernblechschnitt fuer Transformatoren

Info

Publication number: DE2057786A1
Application number: DE19702057786
Authority: DE
Inventors: Bernhard Philberth; Karl Dr Philberth
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1970-11-24
Filing date: 1970-11-24
Publication date: 1972-05-31
Also published as: FR2115499A3; FR2115499B3

Description

Zweiteiliger Kernblechschnitt für !Pr ans format or en

Die Erfindung betrifft einen zweiteiligen Kernblechschnitt zum Aufbau des Kernpakets von Transformatoren, Drosseln und sonstigen Induktionsgeräten kleiner bis mittlerer Leistung. Sie bezweckt eine besonders günstige Materialausnutzung und gute magnetische Eigenschaften bei besonders hoher Wirtschaftlichkeit.

Fach dem Stand der Technik sind abfalllos stanzbare zweiteilige Kernblechschnitte der UJ- und der EJ-Form bekannt. Beim UJ-Schnitt bildet der Ausschnitt des U-Stücks das J-Stückj beim EJ-Schnitt bilden die beiden zusammenhängenden Ausschnitte eines E-Stück-Paares ein J-Stück-Paar. In der Eegel besitzt hierbei das J-Stück, welches in der Blechlage den magnetischen Fluss schliesst, die gleiche Breite wie ein U-Stück-Schenkel oder ein E-Stück-Aussenschenkel.

Diese Schnitte haben vor allem zwei Nachteile: Die Möglichkeit einer Leistungserhöhung durch verbreiterte Joche ist nicht genutzt Insbesondere bei G-oss-kornorientierten Blechen, deren Vorzugsrichtung parallel zu den Schenkeln liegt, wird damit im Joch des Kernpakets nur das J-Stück parallel zur Yorzugsrichtung durchflossen.

Es sind auch UJ- und EJ-Schnitte bekannt, bei denen das J-Stück breiter als ein U-Stück-Schenkel bzw ein E-Stück-Aussenschenkel ist. Bei abfalllosem Schnitt wird hiermit der Ausschnitt breiter als die Schenkel. Diese Verbreiterung des Ausschnittes bedeutet bei abfalllosem J-Stück zugleich eine Verlängerung des Ausschnitts, was bei wechselseitiger Schichtung eine Verlängerung des Kernfensters ergibt. Die Fenster-Verbreiterung ist zur Unterbringung von mehr Wicklungskupfer und zum besseren Durchstreichen von Kühlluft erwünscht; die Fenster-Verlängerung dagegen ist unerwünscht, denn sie bringt eine Verschlechterung des Verhältnisses von Leistung zu Gewicht und erfordert gegenüber den am Markt eingeführten Fensterlängen eine Umplanung der Spulenkörper und der Bereehnungsn. Mit der Verbreiterung des J-Stücks geht auch eine Verbreiterung des Jochs von U- bzw E-Stück einher. Bei G-oss-kornoriciilrK-i Blech wird damit ein unmäs^ig grosser Anteil des Materials quer zur Vorzugsrichtung durchflossen, was schlechte Eigen&chaxVjn und Materialvergeudung bedeutet.

209823/0360

ORIGINAL INSPECTED

Durch die Erfindung werden die genannten Nachteile vermieden.

Die Erfindung zeigt einen zweiteiligen Kernblechschnitt bestehend aus einem ein oder zwei Ausschnitte aufweisenden Hauptstück mit U- oder Ε-Form, das zwei durch ein Joch verbundene Schenkel und gegebenenfalls einen Mittelsteg enthält, und aus einem J-Stück, das als Ausschnitt eines Hauptstücks oder Hauptstückpaares anfällt. Der erfindungsgemässe Kernblechschnitt ist dadurch gekennzeichnet, dass Ausschnittbreite und J-Stück-Breife einander gleich und gegenüber der Schenkelbreite um eine Verbreiterung χ vergrössert sind, welche 1/5 bis 1/3, vorzugsweise 1/4 der Schenkelbreite beträgt; dass die Summe aus der J-Stück-Breite und der - genau oder ungefähr - dreifachen Schenkelbreite gleich t der Länge des Hauptstücks ist; dass die Länge des Ausschnitts multipliziert mit der Anzahl der Ausschnitte mindestens gleich der Breite des Hauptstücks ist. Dabei ist unter Länge dew Hauptstücks dessen Abmessung parallel zu den Schenkeln, unter Breite des Hauptstücks dessen Abmessung senkrecht zu den Schenkeln verstanden.

Diese Kernblechschnitte sind in der Ausführungsform mit einem Ausschnitt insbesondere geeignet für Transformatoren mit je einem Wickel auf jedem Schenkel, In der Ausführungsform mit zwei Ausschnitten und einem Mittelsteg von 2-facher Schenkelbreite sind sie besonders geeignet für Manteltransformatoren. In beiden genannten Ausführungsformen ist es zweckmäasig, wenn die Ausschnittlänge gleich der Summe aus der Verbreiterung χ und der dreifachen ) Schenkelbreite ist und dass die Jochbreite des Hauptstücks gleich der Schenkelbreite ist. In diesem Fall ist der Kernblechschnitt völlig abfalllos stanzbar.

Für die Anwendung als Drehstromkern eignen sich erfindungsgemässe Kernblechschnitte mit zwei Ausschnitten und einem Mittelsteg von 1-facher Schenkelbreite. In dieser Auafährungsform ist es zweckmässig, wenn die aus der paarweisen Stanzung der Hauptstücke

-Ott , _ „ . doppelten

anfallenden J-Stucke gegenüber dervAusschnittlänge um einen Betrag verkürzt sinl, der gleich der Schenkelbreite minus das Doppelte der Verbreiterung χ ist. Durch diese nur sehr massige Verkürzung der J-Stücke gegenüber der doppelten Ausschnittlänge ergibt sieh nur geringer Materialabfall und die Joche des Kern-

209823/0360

•ζ _

pakets sind in jeder Blechlage auf der gesamten Breite materialgefüllt. Diese nur auf Kosten des Stanzabfalls erzielte Verbreiterung des Hauptstückjochs ist speziell bei Drehstromkernen erwünscht, weil bei diesen auch zwischen den beiden aussen liegenden Schenkeln trotz des langen Joch-Verbindungsstücks ein guter magnetischer Leitwert benötigt wird.

Beim erfindungsgemässen Kernblechschnitt ist es in manchen lallen zweckmässig, wenn die beiden an einer gemeinsamen Längskante des J-Stücks befindlichen Ecken abgeschrägt oder abgerundet sind und der Ausschnitt des Hauptstücks eine korrespondierende Abschrägung oder Rundung aufweist. Das erleichtert die Handhabung, ist werkzeugtechnisch von Vorteil und bringt magnetisch eine kleine Verbesserung.

Das Kernpaket wird aus den erfindungsgemässen Kernblechschnitten zweckmässig durch wechselseitige Schichtung derart aufgebaut, dass in jeder Blechlage das J-Stück an den Schenkelenden des Hauptstücks anliegt und sich die Aussenkante des J-Stücks mit der Jochaussenkante des Hauptstücks der folgenden Blechlage deckt. Dies bedeutet, wenn die Jochbreite des Hauptstücks gleich der Schenkelbreite ist, dass die Innenkante des J-Stücks gegenüber der Innenkante des Hauptstück-Jochs um die Verbreiterung χ übersteht. An das Kernpaket-Fenster, dessen Länge etwa gleich der dreifachen Schenkelbreite ist, schliesst sich dann also auf beiden Seiten je ein Bereich von der Breite χ an, in dem nur jede zweite Lage Kernblechmaterial enthält. Aus diesem Grund können die oben angeführten Abschrägungen oder Abrundungen in den Hauptstück-Ausschnitten vorgesehen werden, ohne dass das Kernpaket-Fenster dadurch verkleinert wird.

Der erfindungsgemässe Eernblechschnitt bietet verschiedene Vorteile, die bisher nur wahlweise, aber nie gleichzeitig erzielt werden konnten.

Wie schon ausgeführt, ist er in einer Reihe von Fällen völlig abfalllos stanzbar; in anderen Fällen ergibt sich nur sehr wenig Abfall.

Die Kernblechschnitte sind konstruktiv insofern sehr geeignet, als bei ihrem Kernpaket das selbe Verhältnis - nämlich 3 -von Fensterlänge zu Schenkelbreite ermöglicht ist, wie es bei

209823/0360

den bisher eingeführten und genormten UJ- und abfalllosen EJ-Schnitten auftritt. Dadurch kann mit den bisherigen Rechenprogrammen und Spulenkörpern gearbeitet werden; diesbezügliche Umplanung und Doppelspurigkeit tritt also nicht auf.

Die Verbreiterung des Fensters gegenüber der Schenkelbreite ist vom Standpunkt der Leistungsoptimierung vorteilhaft. Durch die Verbreiterung kann der Spulenkörper voller bewickelt und so eine höhere Leistungssteigerung erzielt werden, als es dem zusätzlichen Aufwand an Kupfer entspricht. Die genormten EJ-Schnitte sind von einem derartigen Optimum insofern beachtlich entfernt, als gerade die Reihe der kleinen, abfalllosen EJ-Schnitte zu schmale Fenster hat - obwohl doch bei kleinen Wikkeln der innere thermische Stau in der Wicklung fast vernachlässigbar ist. Andererseits hat die Reihe der genormten grossen, sogenannten abfallarmen EJ-Kerne relativ zu breites Fenster obwohl gerade bei grossen Wickeln eine übermässig dicke Wicklung zu unmässiger innerer Überhitzung führt.

Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemässen Kernblechschnitte liegt in der guten magnetischen Ausnutzung des Materials. Und zwar sowohl für gewöhnliches, isotropes Material als auch für kornorientiertes Material. Diese Universalität für beide heute üblichen Materialarten ist ein grosser Vorteil; denn es widerspricht der Tendenz nach Rationalisierung, wenn - wie bei den bisherigen Formkernen - stets die Alternative auftritt, entweder für verschiedenes Material verschiedene Bauformen zu wählen, oder aber mangelnde Materialausnutzung in

w Kauf zu nehmen.

Ein grosser Vorteil der Erfindung ist die gegenüber den genormten UJ- und genormten abfalllosen EJ-Kernen erzielte bedeutende magnetische Verbesserung, die mit nur bescheidenem Material-Mehraufwand - im Normalfall etwa 15$ - erreicht wird. Der Kern-Paket-Jochquerschnitt ist gegenüber dem Kernpaket-Schenkelquerschnitt verstärkt, sein magnetischer Leitwert also erhöht. Bezog», auf einen vorgegebenen Magnetisierungsstrom bedeutet das eine Erhöhung der Felddichte in den Kernpaket-Schenkeln und damit eine billig erkaufte Leistungssteigerung. Es handelt sich hier um die Realisierung eines für alle Materialarten gültigen Prinzips, dass

209823/0360

nämlich die höchste Leistungsausbeute erzielt wird, wenn die nicht umwickelten Teile des Kerns einen grösseren Querschnitt erhalten als die umwickelten Teile, deren Umfang ja massgebend ist für Kupferaufwand und Kupferverlust.

Die Kernbleeinschnitte nach der Erfindung können natürlich mit Befestigungslöchern ausgestattet sein, deren Abmessungen und Anordnung zweckmässig wie bei den entsprechenden genormten Kernen gewählt wird. Auch hinsichtlich solcher Befestigungslöcher ist der vergrösserte Jochquerschnitt von Vorteil; denn andernfalls bedeuten die Befestigungslöcher Einschnürungen des magnetischen Weges, die dem e bengenannten Prinzip der Querschnitis-Verhältnisse gerade entgegenlaufen.

Die gezeigten Kernblechschnitte sind demnach für fast alle Materialarten besonders geeignet. Das gilt auch für das gewöhnliche isotrope Material, was von grosser praktischer Bedeutung ist. Speziell bei G-oss-kornorientiertem Material wird durch die erfindungsgemässen Kernblechschnitte eine denkbar gute Ausnutzung ermöglicht. Das sei durch einige Gesichtspunkte dargetan, die sich auf die Ausführungsform mit einem Ausschnitt und diejenige mit zwei Ausschnitten bei gegenüber der Schenkelbreite doppelter Mittelstegbreite beziehen.

Im Kernpaket-Joch läuft der magnetisch Fluss nur im J-Stück parallel zur Vorzugsrichtung; im Joch des Hauptstücks dagegen läuft er quer dazu. Deshalb ist es vorteilhaft, dass das J-Stück gegenüber dem Joch des Hauptstücks verbreitert ist; es wird damit Material eingespart, daw wegen seiner Querlage bedeutend weniger zum magnetischen Flus s beiträgt und überdies überhöhten Watterverlust hat.

Wenn man davon ausgeht, dass die aufzuwendende magnetische Erregung - in effektiven AWd/cm - im Kernpaket-Schenkel gleich sein soll der im Kernpaket-Jochzwischenstück (in welchem ja das J-Stück parallel, das Hauptstückjoch senkrecht liegt), so ergibt sich das Verhältnis der Verbreiterung χ zur Schenkelbreite ο als eine Funktion aus dem Verhältnis Senkrechtfelddichte B zur

Parallelfelddichte B ; wobei erutere die bei gegebener Erregung ßaSaliSSy'letztere die dabei parallel zur Vorzugsrichtung sich einstellende F^lddichte bedeutet. Es besteht dann folgender Zusammenhang:

20902 3/0360

2	7	4	2	8	,8	16	4	AWd/cm
17,	1	18,	7	18	,3	19,	9	KGauss
13,	26	13,	25	14	,24	H,	23	KGauss
ο,	ο,	0	ο,	Anteile

x/c - 1 - B_g/B_p

Mit den typischen Werten für Goss-kornorientiertes Material folgt daraus, dass im praktischen Arbeitsbereich von Leistungstransformatoren - wobei vor allem die Verhältnisse bei Metzüberspannung in Betracht zu ziehen sind - ein Verhältnis von x/c gleich 1/4 sich vorzüglich bewährt. Das zeigt die nachstehende Tabelle:

Erregung

B
s

x/c

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren 1 mit 4 dargestellt. In den Figuren 1 mit 3 bedeutet a die Hauptstück-Breite, b die Hauptstück-Länge, c die Schenkelbreite, e die Ausschnitt-Länge, h die Ausschnitt-Breite und die damit gleiche J-Stück-Breite, j die Breite des Hauptstück-Jochs, s die Fenster—Länge de3 aus dem Kernblechschnitt aufgebauten Pakets, χ die Verbreiterung der Ausschnittbreite gegenüber der Schenkelbreite. Es ist also h gleich c plus x; ferner ist in den Figuren 3 gleich drei c . In den ersten drei Figuren ist, wie dort angegeben, a die Summe je eines ganzzahligen Vielfachen von c und von x.

In den Figuren 1 und 2 ist j gleich c. Diese Kernblechschnitte sind abfalllos stanzbar. In diesen beiden Figuren zeigt die strichlierte Linie die innere Längskante eines im Kernpaket liegenden J-Sxücks.

Figur 1 zeigt einen Kernblechschnitt, dessen Hauptstück nur einen Ausschnitt hat und U-förmig ist. Punktiert gezeigt ist das J-Stück in derjenigen Lage, in der es im Kernpaket zusammen mit dem Hauptstück eine vollständige Blechlage bildet.

Figur 2 zeigt ein Paar von Hauptstücken, die zwei Ausschnitte haben und E-förmig sind. Der Mittelsteg ist hier doppelt so breit wie die Schenkel.

Figur 3 zeigt ebenfalls ein Paar von Hauptstücken, die zwei Ausschnitte haben und E-förmig sind. Jedoch ist der Mittelateg

209823/0360

ebenso "breit wie die Schenkel. Hier ist η gleich j. Ein Kernblechschnitt nach Figur 3 ist nicht ganz abfalllos. Die kleinen rechteckigen Abfallstücke haben die Abmessungen h mal t und sind schraffiert gezeichnet. Es ist t gleich c minus zwei x.

Figur 4 zeigt einen Teilbereich eines erfindungsgemässen Hauptstücks. Es handelt sich beispielsweise um die linke Hälfte des Hauptstüok-Paares nach Figur 2j jedoch mit der Abweichung, dass je eine Ecke des Ausschnittes von federn Hauptstück und damit je zwei Ecken, des gewonnenen J-Stücks abgeschrägt sind. Ferner sind die an die Joche angrenzenden Ecken der Hauptstücke abgeschrägt.

--EEDE—

209823/0360

Claims

Bernhard und Dr.Karl Pfcilberth, Anmeldung vom 24.Nov.197o PATENTANSPRÜCHE

1.J Zweiteiliger Kernblechschnitt bestehend aus einem ein oder zwei Ausschnitte aufweisenden Hauptstück mit TJ- oder Ε-Form, das zwei durch ein Joch verbundene Schenkel und gegebenenfalls einen Mittelsteg enthält, und aus einem J-Stück, das als Ausschnitt eines Hauptstücks oder Hauptstückpaares anfällt, dadurch gekennzeichnet, dass Aussehnittbreite und J-Stückbreite einander gleich und gegenüber der Schenkelbreite um eine Verbreiterung χ vergrössert sind, welche 1/5 bis 1/3, vorzugsweise 1/4 der Schenkelbreite beträgt; dass die Summe aus der J-Stück-Breite und der dreifachen Schenkelbreite gleich der Länge des Hauptstüoks istj dass die Länge des Ausschnitts multipliziert mit der Anzahl der Aus- W schnitte mindestens gleich der Breite des Hauptstücks ist.

2. Zweiteiliger Kernblechschnitt nach Anspruch 1 mit einem Ausschnitt, oder mit zwei Ausschnitten und einem Mittelsteg von 2-facher Schenkelbreite, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausschnitfclänge gleich der Summe aus der Verbreiterung χ und der dreifachen Schenkelbreite ist und dass die Jochbreite des Hauptstücks gleich der Schenkelbreite ist.

3. Zweiteiliger Kernblechschnitt nach Anspruch 1 mit zwei Ausschnitten und einem Mittelsteg von 1-fächer Schenkelbreite, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der paarweisen Stanzung der Hauptstücke anfallenden J-Stücke gegenüber der'Ausschnittlänge

^ um einen Betrag verkürzt sind, der gleich der Schenkelbreite minus das Doppelte der Verbreiterung χ ist.

4. Zweiteiliger Kernblechschnitt nach Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden an einer gemeinsamen Längskante des J-Stücks befindlichen Ecken abgeschrägt oder abgerundet sind und dass der Ausschnitt des Hauptstücks korrespondierende Abschrägung oder Rundung aufweist.

—ENDE--

S / U36Q