DE2428076A1

DE2428076A1 - Transformator oder drossel

Info

Publication number: DE2428076A1
Application number: DE19742428076
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing Wiesner
Original assignee: Zumtobel walter dipl-Ingdr
Current assignee: Zumtobel walter dipl-Ingdr
Priority date: 1973-06-14
Filing date: 1974-06-11
Publication date: 1975-01-09
Also published as: ES203856Y; AT323282B; ES203856U; SE401876B; IT1014309B; DE2428076C2; SE7407910L; GB1455398A; CH572266A5

Description

2428076 Patentanwalt Dipl. Ing. H. J. Hübner 896O Kempten/AMg.

Llndouer Str. 32 · Telefon 0831/222*1

Dr₀ Walter Zumtobel in Dornbirn ('Vorarlberg - Österreich)

Transformator oder Drossel

Die Jfirfindung bezieht sich auf einen Transformator oder eine Drossel mit mindestens einer Drahtwicklung und mit einem die Wicklung durchsetzenden, in Querrichtung unterteilten kern, sowie einem die Wicklung umschließenden, aus zwei im wesentlichen U-förmigen, symmetrischen und deckungsgleichen 'feilen bestehenden Mantel, wobei Kern und Mantel aus geschichteten Lamellen gebildet sind und an dem bewickel-

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baren Teil der Kernlamelle seitlich auskragende rechteckige Ansätze anschilessen, so daß der Kern in der Ebene des magnetischen Kraftflusses bzw. der magnetischen Uurchflutung eine etwa I-förmige G-estalt aufweist.

Transformatoren und Induktionsspulen dieser Art sind an sich bekannt. Bin wesentlicher Punkt zur Optimierung aller der das Gerät beeinflussenden !"'aktoren besteht darin, möglichst kurze Eisenwege zu erzielen und die für den Aufbau des Eisenkernes erforderlichen Lamellen abfallarm zu stanzen, wobei darauf zu achten ist, daß das Ausgangsmaterial bestmöglichst ausgenützt wird (abfallarmes Stanzen) und darüberhinaüs auch der "Wickelraum zur Aufnahme der Drahtwicklung im Verhältnis zum Eisencaierschnitt günstige Abmessungen aufweist, so daß die Summe aus Kupfer- und Eisenaufwand eine optimale Leistung erbringt. Auch ist darauf zu achten, daß konstruktiv bedingte Spaltstellen oder Trennfugen nicht die Quelle für Streufelder bilden, die in der Regel benachbarte Eisenteile erregen und diese in Schwingungen versetzen, was zu unerwünschten .ßrummgeräuschen führt.

Es ist auch bekannt, einen Eisenkern so auszubilden, daß seine einzelnen ihn aufbauenden Teile abfallarm gestanzt

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werden können, was bei einem "bekannten Tor schlag in einem hohen Ausmaß erreicht worden ist. Dieser Vorteil bei dieser bekannten Konstruktion wurde aber durch eine erschwerte Montage erkauft. Zum Aufbau dieses bekannten Eisenkörpers,

also zu seiner Schichtung, müssen wechselweise die einzelnen Lamellen stets um 180° gedreht werden. Darüberhinaus liegen die Stoßfugen im Bereich der äußeren Mantelteile, und zwar im Bereich hoher magnetischer Potentiale, was erfahrungsgemäß zu einem erhöhten Streufeldanteil führt. Zum Zusammenhalt des Eisenkernes werden nach der bekannten Ausführung nietenartige Stifte benötigt, welche sich durch den Eisenkern quer erstrecken und welche teilweise im magnetisch-■-aktiven Bereich liegen und somit eine Verengung des aktiven Eis-enquerschnittes mit sich bringen und darüberhinaus noch einen zusätzlichen Montageaufwand in Anspruch nehmen, da sie magnetisch ,isoliert eingebaut werden müssen, widrigenfalls hier Kurzschlußwindungeh entstehen.

Gemäß der Erfindung wird nun vorgeschlagen, daß die Ansätze des Kernes von dazu korrespondierend ausgebildeten .Aussparungen der ü-förmigen Mantelteile aufgenommen sind, indem die Schenkel der U-förmigen Mantelteile auf den ,einander zugewandten Seiten treppenförmig abgesetzt sind und die Höhe a der treppenartigen Absetzung gleich ist

der Höhe des Ansatzes des Kernes und die Mantelteile an ihren äußeren Ecken Einschnitte aufweisen, deren in Richtung der Schenkel gemessene Länge mindestens annähernd gleich ist dem gegenüber der Höhe des Ansatzes des Kernes vorliegenden Übermaßes der Länge des äußeren Absatzes. Dadurch wird eine optimale Ausnutzung des Bleches (abfallarmes Stanzen) ermöglicht, denn die magnetisch nicht beanspruchten Eckteile des Mantels werden hier sinnvoll und materialsparend genützt, wobei gleichzeitig die in der Regel unvermeidbaren Stoßfugen so gelegt sind, daß der durch ,sie verursachte Streufluß ein möglichst geringes Ausmaß aufweist. Auch sind für den Zusammenhang des Eisenkernes keine ihn durchsetzenden Nieten erforderlich, die den Eisenkern bzw. den magnetisch aktiven '!eil des Eisens schwächen oder gar Kurzschlußwindungen bilden, sofern diese Teile nicht hinreichend magnetisch isoliert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben: Es zeigen: Fig. 1 einen Eisenquerschnitt für einen Transformator oder einer Induktionsspule, der in erfindungsgemäßer weise aufgebaut ist. Fig. 2 veranschaulicht das Stanzbild für die Erzeugung der für den Aufbau des Kernes nach Fig. 1 erforderlichen Lamellen. Pig. 3 stellt eine Mantellamelle dar; i'ig. 4 stellt die Kernlamelle dar.

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Fig. 1 zeigt den Eisenkern für einen Transformator oder eine Induktionsspule, v/o bei der Übersichtlichkeit wegen die Drahtwicklung nicht dargestellt wurde. Diese Drahtwicklung ist vom Kern 5 durchsetzt. Der Eisenkern isi ferner senkrecht zur Papierebene, also zur Darstellungsebene, geschichtet, so daß die Achse seiner Drahtwicklung senkrecht zu seiner Längserstreckung steht. Dieser aus Fig. 1 ersichtliche Kern besteht aus den beiden U-förmigen Mantellamellen 1, welche die nicht dargestellte Wicklung umschließen und welche deckungsgleich ausgestaltet sind, ferner aus den beiden Kernlamellen 3, die zusammen den Kern, der die Wicklung durchsetzt, darstellen. Diese Lamellen, welche paarweise deckungsgleich sind, werden nun in über- . aus materialsparender Weise aus einem Blechstreifen gestanzt, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Das Stänzbild ist vorschlagsgemäß so gewählt, daß praktisch überhaupt kein Materialabfall eintritt und daß ferner sowohl Kern- wie Mantelteil beim betriebsfertigen Gerät im überwiegenden l'eil in ihrer magnetischen Vorzugsrichtung beansprucht werden. Die Stanzung selbst erfolgt dabei so, daß mit der ersten Stanzung der Kernteil 3 herausgearbeitet wird. Der verbleibende Mantelteil 1 weist nach der Ausstanzung des Kernteiles 3 eine Kante 13 auf mit zwei scharfen Graten 13', die sich aus den Rundungen des Kernteiles 3 ergeben.und diese Kanten 13, in

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Figur 2 bei der obersten Mantellamelle 1 gezeigt, wird mit der Mantellamelle beim nächstfolgenden Stanzvorgang abgetrennt, so daß die Kante 13" schlußendlich die äußerste Kante der Mantellamelle 1 bildet. Pur diese Abtrennung ist nurmehr ein geringer Kraftbedarf erforderlich, so daß miir relativ kleinen und vor allem schnell laufenden Pressen gearbeitet werden kann, welche bis zu.600 Hüben in der Minute durchführen. Das gewählte Stanzbild läßt kleine Stanzfolgen zu, damit kurze Torschübe, was die Gefahr möglicher Fehler reduziert, abgesehen davon, daß nur geringe Massen beschleunigt werden müssen. Die aus dem Blechstreifen ausgestanzte Kernlamelle 3 bildet im Streifen eine umfangsgeschlossene Ausnehmung, die als Führungs öffnung- während des Stanzvorganges dienen kann. Die lamellen für den Eisenkörper sind mit relativ kleinen Stanzen zu fertigen, da die Schnittlinien im Vergleich zum- Umfang der ausgestanzten Teile ein äußerst günstiges Verhältnis aufweisen. Als Ausgangsmaterial dienen handelsübliche bandartige Streifen, wie sie Figur 2 ■ veranschaulicht. Beim ersten Stanzvorgang wird derjenige Teil ausgestanzt, der mit 3 bezeichnet ist und der zum Aufbau des Kernes dient. Diese dadurch gewonnene umfangsgeschlossene Öffnung dient, wie erwähnt, als Führungsöffnung zur Aufnahme von Führungswerkzeugen, die die ordnungsgemäße Lage des Streifens innerhalb äes Stanzwerkzeuges zu gewähr-

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leisten haben. Die.se können vorliegendenfalls relativ groß und damit einfach gestaltet werden. I'ür die Ausstanzung der Mantellamelle muß nun praktisch nur die durch den Einschnitt 7 gegebene sehr kurze Schnittlinie durch das Stanzwerkzeug überwunden werden, denn die in Streifen aufeinanderfolgenden Mantellamellen 1 hängen nach der Ausstanzung der Kernlamelle 3 nur mehr über jenem Bereich zusammen, der durch die Länge des Einschnittes 7 gegeben ist.

Alle diese erwähnten Merkmale begünstigen die Herstellung des Eisenkernes bzw. der für den Aufbau dieses fernes erforderlichen !teile. Aber auch die weitere Fertigung ist überaus zweckmäßig. Ist nämlich die Drahtwicklung hergestellt und in den Wickelkörper der Kern bzw. die den Kern bildenden Lamellen 3 eingeschoben, so werden die beiden zu Paketen zusammengefügten U-förinigen Mantelteile von der Seite her auf den- Kernteil aufgeschoben, ohne daß dadurch die Drahtwindungen der Erregerwicklung beschädigt werden. Durch dieses seitliche Aufschieben oder Aufstecken der Mantelhälften kann auch der zur Verfugung stehende Wickelraum bestmöglichst ausgenützt werden.

Die nach dem vorstehend beschriebenen Stanzbild gewonnenen Mantellaaieilen sind in £'ig. 3 im einzelnen dargestellt. Die

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Schenkel 5 dieser U-f ürmigeii Mantelteile sind au! den einander zugewandten Seiten treppenfönnig abgesetzt und die Höhe a der treppenartigen Absetzung ist gleich der riühe b des Ansatzes 2 der i^ernlainelle p. Durch die treppenartige Absetzung der Innenseiten der lamellenartigeii I'iantelteile

1 weisen diese auf der Innenseite der Schenkel 5 zwei unterschiedliche lichte Weiten c und d auf, wobei die innere und kleinere der lichten Weiten c gleich ist der treibe e der für die Aufnahme der Lrahtwici-J-ung vorgesehenen .Lernlamelle 3. .Dagegen ist die größere und äußere lichte Weite d des Mantelteiles 1 mindestens gleich der Höhe f des einsetzbaren kernes.

Um den Kernquerschnitt In all seinen .Bereichen einer gleichmäßigen magnetischen Durehflutung zu unterwerfen, ist die Summe aus der Stärke g des äußeren Absatzes 5' in den Schenkeln der Mantelteile und der Höhe b des Ansatzes

2 der Jieriilamelle mindestens gleich der Stärke h des die Schenkel 5 der Mantelteile 1 -verbindenden Steges.

Dadurch, daß die in Längsrichtung der Schenkel der Mantelteile 1 gemessene Länge i des äußeren Absatzes 5' größer ist als die Höhe b des Ansatzes 2 der i-.ernlamelle 3 v/erden bei

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den Mantellamellen an den äußeren Ecken Einschnitte erzielt, welche vorliegendenialls -von zueinander senkrecht stehenden Kanten begrenzt sind. Grundsätzlich wäre es auch möglich, diese Einschnitte so auszugestalten, daß sie mit winkelig zueinander stehenden Kanten gebildet werden, um so-hinterschnittene Flächen -zu erreichen, welche unter Umständen für den Einsatz von KalteOrganen oder Haltespangen verwendet werden können. Die .Zweckmäßigkeit der entstandenen Eckeinschnitte wird nachstehend noch'erwähnt,.Diese Einschnitte 7 an den Ecken der Mantellamellen weisen in Richtung der Schenkel eine Länge j auf, die zumindest annähernd gleich ist dem gegenüber der Höhe b des .Ansatzes 2 des Kernes 3 vorliegenden Übermaß i - b der länge i des äußeren Absatzes .5'»

Ein weiteres Merkmal zur materialsparenden Stanzung liegt darin, daß das Ausmaß k der seitlichen Auskragung des Ansatzes 2 der Kernlamelle 3 gleich ist der Höhe a des Schenkelabsatzes und die Länge 1 des inneren Absatzes 5" der Mantelteile höchstens gleich ist der halben bewickel-, baren Kernlänge m. Die Breite e des Kernes 3 und seine bewickelbare Länge m ist annähernd gleich groß, so daß der von der Wicklung umschlossene Teil des Kernes eine zumindest annähernd .quadratische Fläche bildet.

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Der aus den vorstehend oeschriebenen Lamellen gebildete Eisenkörper weist beim betriebsmäßigen Einsatz die aus Fig. 1 ersichtliche Querschnittsform auf. Die magnetisch nicht beanspruchten äußeren Ecken der Mantellamellen sind eingeschnitten, wie schon vorstehend erwähnt worden ist. Da der vorgeschlagene Eisenkern es gestattet, Transformatoren und Induktionsspulen zu bauen, deren Leistungsvolumen gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen sehr hoch liegt, die also bezogen auf ihr Volumen eine große elektrische Leistung beherbergen, ist es zweckmäßig, eventuell iiühlelemente an diesem Eisenkörper anzuordnen. Ein solches Kühlelement ist in Pig.. 1 dargestellt. Es. besteht aus einem plattenartigen G-rundteil 10, welcher längs verlauf ende Rippen 11 aufweist. Der Plattenteil 10 hat nach unten gebogene Randzonen 12, welche in die Einschnitte 7 der Mantellamelle eingreifen, und so als zusätzliche Halterung dienen können. Es wäre denkbar und möglich, diese Teile 12 nach Art einer Zahnleiste auszubilden, so daß auch an den benachbarten Seiten des Eisenkörpers, welche vom Kühlelement bedeckt sind, solche Kühlelemente angeordnet werden könnten, wobei die jeweils gezahnt ausgebildeten Halteleisten 12 ineinandergreifen. Die Einschnitte 7 können aber auch dazu dienen, längsverlaufende Spannschrauben für den Zusammenhalt des Eisenkörpers anzuordnen. Diese Spannschrauben be-.

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dürfen keiner magnetischer Isolation, da sie nicht vom Magnetfeld um— oder durchflossen sind. Solche Spannschrauben dienen zum Zusammenhalt des Eisenkörpers in der Längsrichtung, also in der zur Papierebene senkrechten Jiichtuiig. Dank des gewählten Stanzvorganges bzw. Stanzbild.es nach Mg. 2 bedarf der Eiaenkörper in querrichtung keiner Halteoi'gaiie, denn: da kern und Mantellamelle in einem Stanzvorgang bzw. von einem Werkzeug gestanzt werden, können die 'i'oleranzen so eng gehalten werden, daß die zusammengesteckten Tei-Ie fest zusammenhalten und keiner äußeren Halteorgane bedürfen. Las vorstehend beschriebene L-ühlelement als Halteorgan ist an den Seiten, wie aus i-'ig. 1 ersichtlich, des Eisenicörpors angebracht. Eb ist aber auch denkbar, an den -Stirnseiten des Eisenkörpers senkrecht zur Längserstrecüung des Eisenkörpers vorgesehene Stirnplatten anzuordnen, welche in Längsrichtung gegeneinander verspannt werden und welche ebenfalls mit Kühlrippen ausgestattet sind.

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Claims

Patentansprüche :

Transformator oder Drossel mit mindestens einer Drahtwicklung und mit einem die Wicklung durchsetzenden, in Querrichtung unterteilten kern, sowie einem die Wicklung umschließenden, aus zwei ira wesentlichen U—förmigen, symmetrischen und deckungsgleichen Teilen bestehenden Mantel, wobei kern und Mantel aus geschichteten Lamellen gebildet sind und an dem bewickelbaren Teil der kernlamelle seitlich auskragende rechteckige Ansätze anschliessen, so daß der kern in der übene des magnetischen kraftflusses baw. der magnetischen Durchflutung eine etwa I-förmige Gestalt aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (2) des Lernes (3) von dazu korrespondierend ausgebildeten Aussparungen (4) der U-förmigen Mantel teile (1) aufgenommen sind, indem die Schenkel (5) der U-förmigen Hantelteile (1) auf den einander zugewandten Seiten treppenförmig abgesetzt sind und die Höhe (a) der treppenartigen Absetzung gleich ist der iiöhe (b) des Ansatzes (2) des Kernes (3) und die Hantelteile (1) an ihren äußeren Ücken -Einschnitte (7) aufweisen, deren in Richtung der Schenkel gemessene Länge (j) mindestens annähernd gleich ist dem gegenüber

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der Höhe (b) des Ansaztes (2) des Kernes (3) vor·¹-liegenden Übermaßes (i minus b) der länge (i) des . äußeren Absatzes (5¹).
2. Transformator- oder Drossel nach Anspruch 1, dadiirch gekennzeichnet, daß die lamellenartigen Mantelteile (1) durch die treppenartige Absetzung der Innenseite der Schenkel (5) zwei unterschiedliche lichte Weiten (c, d) aufweisen, wobei die innere und kleinere der . lichten Weiten (c) gleicii ist der Breite (e) der für die Aufnahme der Drahbwicklung Torgesehenen "Kernlamelle (3).
3. Transformator oder Drossel nach Anspruch %, dadurch gekennzeichnet, daß die größere oder äußere lichte Weite (d) der Mantelteile (1) mindestens gleich ist der Höhe (f) des einsetzbaren Kernes (3).
4. Transformator oder Drossel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus der Stärke (g) des äußeren Absatzes (5') in. den Schenkeln ■ der Mantelteile und der Höhe (b) des Ansatzes (2) der Kernlamelle (3) mindestens gleich ist der Stärke (h) des Schenkels (5) der Mantelteile (1) verbindenden Steges (6).

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5. l'r ans format or oder Drossel nach, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in Längsrichtung der Schenkel der Mantelteile (1) gemessene Länge (i) des äußeren Absatzes (5¹) größer ist als die Höhe (b) des Ansatzss(2) der iLernlamelle (3).
6. Transformator oder Drossel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in benachbarte Einschnitte (7) verschiedener Mantelteile (1) Halteelemente eingreifen.
7. Transformator oder Drossel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteelemente aus einem plattenartigen Grundkörper (10) mit dazu im wesentlichen senkrecht verlaufenden rippenartigen Erhebungen (11) bestehen und der plattenartige G-rundkörper (10) Umbiegungen oder Umbördelungen (12) aufweisen für den Eingriff in die üinschnitte (7).
8. Transformator oder Drossel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Unbördelung (12) oder Ur*- biegung gezahnt ausgebildet ist.

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