DE2058779C2

DE2058779C2 - Transformator oder Induktionsspule, insbesondere für Vorschaltgeräte

Info

Publication number: DE2058779C2
Application number: DE2058779A
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing. Dornbirn Wiesner
Original assignee: Zumtobel Walter Dipl-Ing Dr Dornbirn At
Current assignee: Zumtobel Walter Dipl-Ing Dr Dornbirn At
Priority date: 1969-12-09
Filing date: 1970-11-30
Publication date: 1982-10-07
Also published as: ZA708278B; SE383060B; FI54985B; FR2070783B1; FR2070783A1; CH524232A; NL7016858A; DE2058779A1; FI54985C; AT311485B; ES198355U; NO128886B; GB1328160A; ES198355Y

Description

Die Erfindung betrifft einen Transformator oder Induktionsspule, Insbesondere für Vorschaltgeräte. bestehend aus mindestens einer Drahtwicklung, einem diese durchsetzenden Kern und einem diese umschließenden Mantel, welcher Mantel sich aus zwei, im wesentlichen gleich ausgebildeten Lamellenpaketen zusammensetzt, deren Lamellen je zwei Schenkel aufweisen und die den ebenfalls als Lamellenpaket ausgebildeten und in derselben Richtung geschichteten Kern umgreifen, wobei die Stirnseiten beider Schenkel beider Mantellamellenpakete in oder benachbart der Ebene der neutralen Zone des

to Kemlamellenpaketes liegen.

Eine derartige Induktionsspule ist aus der DE-OS 15 63 242 bekannt. Die Mantellamellen sind V-förmig ausgebildet und die Schenkel bilden einen rechten Winkel miteinander. Die Kernlamellen sind sechseckig ausgebildet, wobei obere und untere Stlrnseitenpaare gebildet werden, deren Stirnseilenteile ebenfalls rechtwinklig zueinander liegen. Die Fenster für den Wickelraum haben somit dreieckförmlge Gestalt. Bei der Herstellung der Mantellamellen müssen Stanzabfälle in Kaut genommen werden. Beim Zusammenbau müssen die Mantellamelienpakete miteinander verklebt oder mittels sonstiger mechanischer Halterungen zusammengehalten werden.

Aus der FR-PS 15 60 537 ist eine ähnliche Induktionsspule bekannt, bei der die Mantellamellen jeweils paral-IeIe Schenkel aufweisen, deren Stirnflächen nicht in der Ebene der neutralen Zone des Kemlamellenpaketes liegen, sondern geneigt verlaufen, entsprechend der Neigung der ebenfalls winklig zueinander liegenden oberen Stirnränder und unteren Stirnränder des Kernlamellenpaketes. Diese Anordnung hat den zusätzlichen Nachteil, daß durch die zwischen Mantellamellen und Kernlamellen gebildeten Fugen unerwünschte magnetische Streufelder im Betrieb erzeugt werden.
Die CH-PS 4 77 075 zeigt eine Induktionsspule, bei der die Mantelhälften je aus einer Anzahl Ineinandergeschachtelter U-förmig gebogener Bleche bestehen. Die Schenkellängen nehmen vom Innersten Blech zum äußersten Blech In der Länge allmählich zu, so daß winklig zueinander liegende Schenke'sUrnflächen gebildet werden, denen entsprechend gcwink&ic Stirnflächen des Kemlamellenpaketes zugeordnet sind. Kernlamellen und Mantellamellen sind nicht in der gleichen Richtung geschichtet.

Aus der US-PS 23 05 686 Ist eine Anordnung bekannt, die aus einem H-Typ-Kern besteht, der mittels zweier L-Typ-Mantelabschnltte geschlossen wird. Diese Anordnung ermöglicht zwar eine nahezu abfallfreie Herstellung der Lamellen, jedoch müssen die Lamellenpakete mittels Nieten und zusätzlicher Halterungen bei der Montage zusammengehalten werden. Außerdem werden an den Stoßfugen der Manteltelle wiederum magnetische Streufelder erzeugt.

Außerdem sind Transformator-Anordnungen bekannt, bei denen der Lamellenkern gegenüber dem Lamellenmantel kein separates Bauteil bildet. Gemäß US-PS 32 01 731 werden zwei zweiteilige rechteckige Lamellenringe aneinander gesetzt, wobei das benachbarte Schenkelpaar den Wickelkern bildet. Gemäß DE-PS 10 28 687 werden zwei E-Typ-Lamellen verwendet, bei denen die benachbarten Mittelstege beider Lamellen den Wickelkern bilden, Eine rationelle Massenproduktion Ist mit diesen Anordnungen nicht möglich, da der Zusammenbau zeltaufwendig Ist. Zusätzliche Halterungen für die Spule sind notwendig, und die Stoßfugen der Lamellen Hegen außerhalb der magnetischen Neutralzone, womit diese Geräte zum Brummen neigen.

Aus der DE-PS 2 18 916 sind Transformatoren bekannt, die aus einem Doppel-T-förmigen Kern und

einem geschlossenen Mantelring mit quadratischer · Außenkontur bestehen. Auch dieser Vorschlag ist für eine moderne rationelle Massenfabrikation ungeeignet, da Stanzabfälle in Kauf genommen werden müssen und Im übrigen die Montage durch stirnseitiges Einschieben des gewickelten Kerns problematisch ist, weil die Wicklung beschädigt werden kann.

Aus der US-PS 25 60 224 ist es im übrigen bekannt, ein Kernlameüenpaket zwischen zwei Mantellamellenpaketen dadurch zu zentrieren, daß die Kernlamellen stirnseitige schmale Vorsprünge haben, die in entsprechende Ausnehmungen zwischen den Schenkeln der Mantellamellen hineinragen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transformator bzw. eine Induktionsspule der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Herstellung durch Abfallminderung verbilligt und der Zusammenbau dank Erzielung eines SelbsthalteelTektes der Mantelhälften vereinfacht wird, um dadurch zu einer rationellen Massenfertigung zu gelangen.

Diese Aufgabe wird bei einem Transformator bzw. einer induktionsspule der eingangs genannien An gelüsi. durch die Kombination folgender Merkmale:

- die Lamelle jedes der beiden Mantellamellenpal.cie ist U-förmig mit etwa parallelen Schenkeln ausgebildet -,

- die bewickelbare Länge der Lamelle des Kernlamellenpaketes entspricht etwa der Breite der Lamelle -.

- die bewickelbare Länge der Lamelle des Kernlamellenpaketes ist etwa gleich der Summe der Breiten der Schenkel der Mantellamellen - und

- die Innenränder der Schenkel der Mantellamellen verlaufen im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene der neutralen Zone des Kernlamellenpaketes.

Die Erfindung bringt den Vorteil, daß ein mindestens angenähert abfallfreies Stanzen der Lamellen möglich ist J5 und daß sich eine besonders einfache Montage dadurch ergibt, daß die U-Schenkel der Mantellamellen von beiden Seiten über die Stirnränder der Kernlamellen geschoben werden, wobei ein Selbsthalteeffekt eintritt, der zusätzliche Halterungen entbehrlich macht. Mangels sol- ίο eher zusätzlichei Halterungen ist der Kern im Mantel spannungsfrei gelagert, ein Merkmal, das dem Transformator bzw. der Induktionsspule überlegene Betriebseigenschaften sichert.

Weitere Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche, wobei besonders auf den Gegenstand des Unteranspruchs 2 hingewiesen wird, der eine einfache Zentrierungsmöglichkeit des Kerns erlaubt und gleichwohl ein nahezu abfallfreies Stanzen der Lamellen sicherstellt.

Es zeigen:

Fig. 1 bis Fig. 18 verschiedene Ausführungsformen von Mantel- und Kcrnlamelien, die ein mindestens nahezu abfallfreies Stanzen und eine Schiebesltzmontage erlauben.

Flg. 1 zeigt perspektivisch ein Eisenpaket eines Transformators oder einer Induktionsspule, wobei dieses Paket aus den Kernlamelien 1 besteht, die von der Drahtwicklung 2 umgeben sind und den beiden Paketen U-förmiger Mantellamellen 3. Die Querschnittsebene nach Flg. 1 liegt in der Ebene des magnetischen Kraftflusses. Die Achse der Wicklung 2 steht senkrecht zur Achse der Langserstreckung der Induktionsspule. Die Länge L der Kernlamelle 1 Ist gleich der Breite I) derselben. Fig. 2 veranschaulicht nun. In welch materialsparender Welse <r> die den Querschnitt der Induktionsspule bildenden Lamellen 1 und 3 ausgestanzt werden können. Die einzelnen Lamellen lassen sich j.o ineinander verschachtelt daß theoretisch überhaupt kein Abfall mehr entsteht. Die Kernlamellen 1 können auch völlig getrennt von den Mantellamellen gestanzt werden. Da zur Führung der Materialstrelfen, aus welchen die Lamellen gestanzt werden, durch das Werkzeug hindurch in der Regel Marken erforderlich sind, können die äußeren Ecken der Mantellamellen 3 ausgestanzt werden, wie dies durch strichlinierte Linien in Fig. I und 2 angedeutet wurde. Auf diese Weise werden Durchbrechungen erhalten, in welche die Führungsstifte oder Führungsdorne für die Durchführung des streifen form Igen Materials durch die Stanzwerkzeuge hindurch eingreifen können. Es muß beachtet werden, daß trotz der materialsparenden Stanzung hinsichtlich der Größe des zur Verfügung stehenden Wickelraumes zahlreiche Variationsmöglichkeiten offenstehen insofern, als die Höhe H der Mantellamellenschenkel beliebig gewählt werden kann.

Es ist ferner aus Fig. 1 ersichtlich, daß die Lä'ngsmittelebene des Kernlamellenpaketes, nämlich die magnetisch neutrale Zone, zwischen den beiden U-förmlgen Mantellamellenpaketen verläuft, da dif >nnenränder der Schenkel der ü-förmigen Manieiiameilen 2 unmittelbar neben- oder aneinander liegen, so daß die diese Innenränder der Mantellamellenschenkel enthaltende Ebene mit den durch die Stirnflächen der Kernlamellen gebildeten Ebener, im Querschnitt jeweils einen Schnittpunkt S aufweisen.

Da sowohl aus fertigungstechnischen als auch aus elektromagnetischen, also funktionstechnischen Gründen, es wesentlich und wichtig ist, daß djr magnetisch wirksame Teil der Kernlamelle effektiv in der Mitte der beiden U-förmigen Mantellamellen liegt. Ist es zweckmäßig, daß die Kernlamelle Γ in Richtung des magnetischen Kraftflusses bzw. der magnetischen Durchflutung an mindestens einer der beiden Stirnseiten einen Fortsatz 6 aufweist (Fi g. 3), der einen kleineren Querschnitt aufweist als der Kern und dessen Länge kleiner ist als die Breite der Schenkel der Mantellamellen. Durch diesen Fortsatz 6 kann die Lamelle im Mantel zentriert we;.1en. beispielsweise dadurch, daß der Fortsatz 6 der Kernlamelle I' zwischen die Schenkel der beiden U-förmigen M&nte.lamellen 3' ragt. Ein diesbezügliches Ausführurigsbeispie! zeigt Fig. 3 in Schrägsicht und Fig. 4 veranschaulicht, in welcher Weise die einzelnen Lamellen anzuordnen sind, um eine abfallarme Stanzung zu ermöglichen. Auch hier kann durch Variation der Höhe 4 der Mantellamellenschenkel der Wickelraum verschieden groß gewählt werden. Da bei dieser Ausführungsform die Innenränder der U-förmigen Mantellamellen einen, wenn auch nur geringen Abstand aufweisen, ergeben die Im Zusammenhang mit Flg. 1 erwähnten Ebenen zwei Schnittpunkte, die jedoch sehr nahe beieinander liegen, so daß ebenfalls Streufeldarmut erreicht wird.

Aus d'·.; Querschnittzeichnung gemäß Fig. 3 ist auch ersichtlich, daß an der Unterseite der Induktionsspule eine schlitzartige Aussparung 5 verbleibt. In oicse kann ein Steg eingelegt werden, der als mechanisches Verbindungsmittel angesehen werden und der zur Komplettierung des Eisenquerschnittes dienen kann. Dadurch, daß der Fortsatz 6 an der Stirnseite der Kernlamelle Γ zwischen den beiden Schenkeln der U-förmlgen Mantellamellen Hegt, wird der Kern fixiert und seine Lage zwischen den Lamellen eindeutig definiert. Da die Länge des Fortsatzes fi kleiner Ist als die Breite b der Schenkel 7 der Mantellamellen 3'. treten an dieser Spaltstelle oder Trennfuge keine Streufelder auf. die umliegende Elsenreile erregen und In Schwingungen versetzen, wodurch unerwünschte Brummeeräusche entstehen wilrrlpn

Finn weitere Ausführung zeig; die I in ^ς liier hesitzt die in Längsrichtung (bezogen au· die magnetische Durchflutung) unterteilte Kernlamelle Γ" Ansätze H'. die rechteckförmlg gestaltet sind. Da die äußere Hohe der halben Kernlamelle Γ" gleich lsi der lichten Höhe //'"des Schenkels der MantellameMe .V". wird auch hier der Kern innerhalb des Mantels In einer definierten Lage gehalten. Dall auch diese Form abfallarm gestanzt werden kann, zeigt Flg. 6. Die durch die Innenränder der Mantellamellen gebildete Ebene und die durch die Stlrnfläcnen des Kernes gebildeten Ebenen schneiden sich querschnittsmäßig gesehen - In den Punkten S'".

Die beschriebenen Ausführungsbelsplele zeigen, dall die Mantellamellenpakete nur auf das Kernlamellenpaket aufgeschoben zu werden brauchen, womit ein Selbsthalteeffekt eintritt, der zusätzliche Halterungen entbehrlich macht. Die Montage ist somit höchst einfach. Fin weiterer Vorteil ist die spannungsfreie Lagerung des Kernes, was sich im Betrieb günstig auswirkt.

Die Fig. 7 bis 8 zeigen eine weitere zweckmäßige Ausführung, bei der die seitliche Begrenzung Hf des Fortsatzes 6' gezahnt ausgebildet Ist und zumindest die Innenränder der Schenkel ?' der U-förmigen Mantellamellen M". zwischen denen der Fortsatz. 6" liegt, eine korrespondierende Verzahnung aufweisen (Flg. 7). Wie Fig. 8 zeigt, kann auch diese Lamellenform abfallarm gestanzt werden.

Aus Gründen der Montage und um eventuell Streufelder abzuschirmen, die durch die wenn auch nur geringfügige Distanzierung der Innenränder der Mantellamelien entstehen können, können an diesen Innenrändern 11 (Flg. 9) der U-förmlgen Mantellamellen M'" zumindest annähernd In Längsrichtung der Schenkel Nuten 12 vorgesehen sein. In welche Verbindungsstege 1.1 eingesetzt werden können. Diese Stege können dabei aus ferromagnetlschen Materlallen gebildet sein, so daß sie eine Abschirmung dieser eventuellen Streufelder oder eine Komplettierung des Eisenquerschnittes bewirken Gleichzeitig haben sie mechanische Funktion Insofern, als sie dem Zusammenhalt der Lamellenpakete dienen. Auch diese Lamellenformen lassen sich abfallarm stanzen.

In der Regel sind bei Induktionsspulen und unter Umständen auch bei Transformatoren Im Elsenpfad ein oder mehrere Luftspalten vorzusehen. Zu diesem Zweck 45 größer sind als in der Ebene der magnetischen Durehfiu-

W eitere ni'iglkhc und zweckmäßige Auslühriingslnrmen /eigen die I ig \? his 16. in denen die Kernl.iniellen grundsätzlich mit λ und die Mantellamelien mil A/ bezeichnet sind, wobei die Exponenten IV. V. Vl und VII dir verschiedenen Ausführungen kennzeichnen

Die I ig. I λ 1 ^; und Id sind aus dem Vorstehenden ohne weileres verständlich, /u fig 14 sei gesagt, daß es sieh hier um einen Streufeldtransformator handelt. Daß auch diese ausgefallene Form ahl'allarm gestanzt werden kann, sofern tile eingangs erwähnten Bedingungen erfüllt sind, zeigt Fig. 15 Eine weitere Ausbildung zeigt Fig I" und :lercn ,ihf'.illarnie Staivung ist in flg. IS veranschaulicht.

Dabei kann die eine oder andere Iliilfte (Fig 1 Ί um 180" um die llorlzontalachse gedreht werden, so daß der Querschnitt bezüglich seiner vertikalen Mlttclehene symmetrisch Hegt

Die vorstehend beschriebenen Mantellamellenpakete würden sich im erregten Zustand des transformator;» oder der Induktionsspule in senkrechter Richtung zur Wickelachse von dem die Wicklung tragenden Kern ohne besonderen Kraftaufwand abziehen lassen, da. wie oben ausgeführt, die magnetisch neutrale Zone zwischen den beiden U-förmlgen Mantellamellen verläuft Dadurch Ist aber auch die Entstehung der unerwünschten Streufelder vermieden und die Abmessungen des Elsenpake'.es In seiner Gesamtheit betrachtet so dimensioniert. (L''¹ eine Optimierung sowohl in fertigungstechnischer wie auch in betriebstechnischer Hinsicht vorliegt.

Ein wesentlicher Vorteil bei der Verwendung eines Kernes, bei welchem die Länge und Breite annähernd gleich sind, liegt noch darin, daß j? nachdem wie der Kern elngeleg¹: wird, ein großer oder kleiner Luftspalt gewonnen werden kann.

Die beschriebenen Alisführungsformen haben insofern einen großen Vorteil, als Variationen in der Typenlelstung der Geräte In großem Ausmaß (beispielsweise Im Bereich 20 : 1) auf einfache Weise dadurch erzielt werden können, daß das Gerät unter Beibehaltung seiner Querschnittsabmessungen senkrecht zur Ebene des magnetischen Kraftflusses verlängert oder verkürzt wird, ohne daß dabei das prinzipielle Verhältnis von Kupfer zu Eisen verändert wird, sofern die Abmessungen des Gerätes senkrecht zur Ebene der magnetischen Durchflutung

kann der Kern quer zur Richtung des magnetischen Kraftflusses bzw. der magnetischen Durchflutung unterteilt sein, wie dies beispielsweise im Zusammenhang mit Fig. IO gezeigt ist. die eine solche Ausführungsform veranschaulicht, wobei die Kernlamellen K'" sowohl In Längs- als auch In Querrichtung unterteilt ausgebildet sind. Diese letzterwähnte Form ist ebenfalls abfallarm zu stanzen wie Fig. Il veranschaulicht.

Eine gewünschte Änderung des Kupfer-Elsen-Verhältnisses, hervorgerufen durch eventuelle Preisverschiebungen des einen oder des anderen Bestandteiles, zur optimalen Preisgestaltung des Gerätes kann unter Beibehaltung der Konstruktion durch Änderung der Schenkel. J-hen //(Fig. 1) erreicht werden. Unabhängig davon, sind alle Ausführungsformen abfallarm zu stanzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnunaen

Claims

Patentansprüche:

1. Transformator oder Induktionsspule, insbesondere für Vorschaltgeräte, bestehend aus mindestens einer Drahtwlckiung, einem diese durchsetzenden Kern und einem diese umschließenden Mantel, welcher Mantel sich aus zwei, im wesentlichen gleich ausgebildeten Lamellenpaketen zusammensetzt, deren Lamellen je zwei Schenkel aufweisen und die den ebenfalls als Lamellenpaket ausgebildeten und in derselben Richtung geschichteten Kern umgreifen, wobei die Stirnselten beider Schenkel beider Mantellamellenpakete in oder benachbart der Ebene der neutralen Zone des Kemlamellenpaketes liegen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

- die Lamelle (3-3"'; jW'-A·/™) jedes der beiden Mantellamellenpakete Ist U-förmig mit etwa parallelen Schenkeln ausgebildet -,

- die bewlckevbare Länge (L) der Lamelle 1-1'"; Λ^!!-Λ^ν!!) des Kerniameiienpaketes entspricht etwa der Breite (B) der Lamelle -,

- die bewickelbare Länge (L) der Lamelle des Kemlamellenpaketes ist etwa gleich der Summe der Breiten (b) der Schenkel der Mantellamellen - und

- die Innenränder der Schenkel der Mantellamellen verlaufen im wesentlichen rechtwinklig zur Ebene der neutralen Zone des Kemlamellenpaketes.

2. Transformator oder Induktionsspule nach Anspruch

1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernlamelle (Γ; K") in Richtung des nagnetlschen Kraftflusses an mindestens einer der beiden Stirnseiten "inen gegenüber der Breite der Kernlamelle schmaleren Fortsatz (6-6") auf-₍welst und dieser Fortsatz zwischen d!ⁿ Schenkel der beiden U-förmlgen Mantellamellen (3', M"; M'") ragt (Fig. 3, 7, 9).

3. Transformator oder Induktionsspule nach Anspruch

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel der Mantellamellen ungleiche Längen aufweisen (Flg. 7, 8, 9).

4. Transformator oder Induktionsspule nach Anspruch

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Längen eines kurzen und eines langen Schenkels annähernd gleich Ist der absoluten Länge der Kernlamelle (Fig. 7, 8, 9).

5. Transformator oder Induktionsspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Begrenzung des Fortsatzes (6") gezahnt ausgebildet Ist und zumindest die Stirnränder der Schenkel der U-förmlgen Mantellamellen (M", M'"), zwischen denen der Fortsatz (6") liegt, eine korrespondierende Verzahnung aufweisen (Fig. 7, 8, 9).

6. Transformator oder Induktionsspule nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Fortsatzes (6,6") kleiner 1st als die Breite (b) der Schenkel der Mantellamellcn.

7. Transformator oder Induktionsspule nach einem der Ansprüche I bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß an den Stirnrändern der Schenkel der U-förmigen Mantellamellen (M'") sich etwa parallel zur Schenkellängsrichtung erstreckende Verbindungsstege (13) aufnehmende Nuten (12) vorgesehen sind (Flg. 9).