DE2654423A1

DE2654423A1 - Lamellierter eisenkern fuer transformatoren, drosselspulen o.dgl.

Info

Publication number: DE2654423A1
Application number: DE19762654423
Authority: DE
Inventors: Hugo Werner Geschka
Original assignee: Blum Eisen & Metallind
Current assignee: Blum Eisen & Metallind
Priority date: 1976-12-01
Filing date: 1976-12-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: JPS5384117A; FR2373133A1

Description

DR. ING. DIPL. PHYS. H. STURIES 2 6 5 4 A 2 3

PATENTANWÄLTE „

DlPL. ING. P. EICHLER

56 WUPPERTAL 2, BRAHMSSTRASSE 29

Eisen- und Metallindustrie E. Blum KG, 7143 Vaihingen/Enz 2

"Lameliierter Eisenkern für Transformatoren/ Drosselspulen od. dgl."

Die Erfindung bezieht sich auf einen lamellierten Eisenkern für Transformatoren, Drosselspulen o. dgl., mit einem bandwickelförmigen und unterteilten Mantel, der mit einem Mittelkern zusammengebaut ist.

Eisenkerne für Transformatoren sind zur Herabsetzung der Wirbelstromverluste aus dünnen, vorzugsweise gegeneinander isolierten Blechen aufgebaut. Es ist bekannt, Eisenkerne aus Einzelblechen herzustellen, die durch Schraubenbolzen zusammengehalten werden, üblicherweise haben derartige Eisenkerne ein Joch, damit die fertiggestellten elektrischen Wicklungen mit dem Eisenkern in einfacher Weise zusammengebaut werden können. An den dadurch bedingten Stoßstellen ergeben sich magnetische Verluste.

Es ist bekannt, solche Eisenkerne aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung herzustellen. Das sind kaltgewalzte Bleche, bei denen der magnetische Fluß in Walzrichtung eine niedrigere Magnetisierungsleistung erfordert, als bei

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Blechen ohne Vorzugsrichtung. Ein Eisenkern aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung kann so aufgebaut werden, daß diese in allen Schenkeln des Kerns gleich gerichtet ist, der Kernaufbau ist dann vergleichsweise einfach, jedoch erfordert der magnetische Fluß in denjenigen Abschnitten des Eisenkerns, in denen die magnetische Vorzügsrichtung nicht mit der Schenkellängsrichtung des Eisenkerns zusammenfällt, höhere Magnetisierungsleisturig infolge größerer magnetischer Verluste. Hat der Eisenkörper aber nur Abschnitte, in denen die magnetische Vorzugsrichtung mit der Schenkellängsrichtung zusammenfallt, so hat der Eisenkern mehr Stoßstellen, infolgedessen ebenfalls erhöhte magnetische Verluste sowie größeren baulichen Aufwand.

Es sind Bandwickelkerne bekannt, die aus Blechstreifen gewickelt sind. Vorzugsweise wird Blech mit magnetischer Vorzugsrichtung verwendet, da der magnetische Fluß immer in Walzrichtung des Bandes verläuft, so daß sich bei diesen Kernen besonders geringe magnetische Verluste ergeben, zumal Stöße, Schachtel- und Umlenkstellen sowie Verbindungsbolzen innerhalb des magnetischen Kreises vermieden werden* Die elektrischen Wicklungen werden durch das Spulenwicklungsfenster eingewickelt, oder der Eisenkern wird in zwei Teile zerschnitten und nach dem Einbau der elektrischen Wicklung wieder zusammengesetzt. Zusammengesetzte Bandwickelkerne müssen durch Haltebänder zusammengehalten werden. Die Herstellung der Bandwickelkerne ist jedoch sehr aufwendig.

Es ist ein Eisenkern für einen Transformator bekannt, der aus zwei Bandwickeln besteht. Jeder Bandwickel ist in zwei Teile zerschnitten und durch Haltebänder zusammengehalten. Die elektrische Wicklung umfaßt einen Schenkel jedes Bandwickels, so daß sich ein Manteltransformatorkern ergibt. 809823/0

ORIGlNALiNSFECTED

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Eisenkern der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß eine erhöhte Magnetisxerungsleistung infolge von Streuverlusten an Stoßstellen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Mittelkern oder mehrere Mittelkerne im Bereich der Untertexlungsstelle des Mantels an diesen eingreift bzw. eingreifen. Vortexlhafterweise liegen jeweils eine Unterteilungsfläche des Mantels und je eine Zusammenbauflache mindestens eines mit dem Mantel zusammengebauten Mittelkerns aneinander und bilden eine einzige gemeinsame Stoßstelle.

Bei bekannten Eisenkernen sind die Bleche an den Stoßstellen der Kernteile in einer Ebene angeordnet, also derart, daß die Berührungsflächen der einzelnen Bleche parallel zueinander verlaufen. Dadurch soll der magnetische Fluß an den Stoßstellen vergleichmäßigt werden, um Magnetisierungsleistung zu sparen.

Die beschriebene Anordnung der Bleche hat bei Steckkernen, deren Kernteile in den Ebenen ihrer Bleche zusammengesteckt werden, den Nachteil, daß die einzelnen Bleche aus ihren Ebenen ausweichen. Ober- und Unterteile eines Bleches bzw. die an sich in einer Ebene anzuordnenden Blechabschnitte stoßen dann nicht exakt aufeinander.

Auch bei Schnittbandkernen treten ähnliche Erscheinungen nach dem Zusammenfügen der Kernteile an den Stoßstellen auf, wobei schon geringfügige Verschiebungen der Blechkanten zueinander genügen, um empfindliche magnetische Verluste zu verursachen.

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ORIGINAL JNSPECTED

In Ausgestaltung der Erfindung grenzen daher die Bleche eines Mantelteils und die Bleche eines Mittelkerns, vorzugsweise über die jeweilige gesamte Schenkelbreite des Eisenkerns, sich gitterartig kreuzend aneinander.

Werden derartig ausgebildete Kernteile zusammengefügt, so verlaufen die dem anderen Kernteil benachbarten Blechkanten des einen Kernteils senkrecht bzw. quer zu den anderen Blechkanten, deren Ausweichen an den Stoßstellen nicht möglich ist. Infolgedessen ist das magnetische Feld an den Stoßstellen streuarm, so daß verhältnismäßig geringe magnetische Verluste auftreten. Außerdem wird ein Zusammenbau der Kernteile für den Fall erleichtert, daß die Bleche bezüglich der Stoßstellen nur geringe Toleranzen aufweisen. Es kann dann nicht so leicht vorkommen, daß die Bleche des einen Kernteils sich an den Blechen des anderen Kernteils verhaken, da ihre Kanten quer zueinander verlaufen. Die Feldlinien jedes Einzelbleches des einen Kernteils gehen dadurch in alle Blechlagen bzw. Einzelbleche des anderen Kernteils über.

Von Vorteil ist es, wenn die Kernteile aus Blechen unterschiedlicher Magnetisierungsverluste bestehen. Infolgedessen haben also entweder die Bleche der Kernteile untereinander und/oder die Kernteile zueinander unterschiedliche Magnetisierung sVerluste.

Es kann dann z.B. der in einem Spulenwicklungsfenster eines Bandwickels anzuordnende Kern aus Blechen mit magnetischer Vorzugsrichtung bestehen, die infolge der Kornorientierung ihres Werkstoffs geringere Magnetisierungsverluste haben.

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Obwohl eines der Kernteile eines auf diese Weise gebildeten Manteltransformators aus geringerwertigem Werkstoff bestehen kann, ist es dennoch möglich, eine sehr hohe Leistung des Transformators zu erzielen.

In Weiterbildung der Erfindung ist es zweckmäßig, daß der Mantel und/oder einer der Kernteile ein aus Blechband hergestellter, aufgetrennter Bandwickel oder Bandwickelteil oder ein aus entsprechend geformten Blechen geschichteter Kernteil ist, und daß ein anderer Kernteil aus ebenen Einzelblechen besteht. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht der Eisenkern aus zwei U-förmigen, bandwickelförmigen Mantelteilen, die mit den Stirnflächen ihrer U-Schenkel an den Mittelkern oder je an einen der Mittelkerne stoßen. Die beiden ü-förmigen Mantelteile bestehen vorteilhafterweise aus den beiden Hälften eines aufgetrennten Bandwickels und die Einzelbleche eines Mittelkerns und/oder weiterer Kernteile liegen quer zur Bandwickelachse.

Bei Eisenkernen mit einem Bandwickel und einem einen dritten Schenkel des Eisenkerns bildenden Kernteil ergibt sich der Vorteil gegenüber bekannten Eisenkernen, daß kein Doppelwickel erforderlich ist, wie z.B. bei einem Einphasen-Manteltransformator. Das reduziert die Herstellungskosten und ergibt zugleich auch geringere Magnetisierungsverluste, da die Vorzugsrichtung des Blechs ohne besonderen baulichen Aufwand immer mit der Richtung des magnetischen Flusses zusammenfallen kann.

Wenn die Mantelteile rechtwinklig auf einen Mittelkern stoßen, der bis zum Außenumfang des Mantels durchgehend ausgebildet

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ist,- lassen sich WerkstoffVerluste beim Zuschneiden der Bleche weitestgehend vermeiden. Der Mittelkern besteht dann nämlich aus abfallfrei zuzuschneidenden rechteckigen Einzelblechen/ und ein abfallfrei gewickelter Wickelbandkern braucht lediglich durchtrennt zu werden. Ein derartiger Eisenkern ist daher mit vergleichsweise geringen Herstellungskosten behaftet.

"■-. Eine andere mögliche Ausführungsform des Eisenkerns ergibt sich, wenn der Bandwickel V-förmige, einander gegenüberliegende Ausnehmungen hat, in die die Enden eines Mittelkerns eingreifen. Die Erfindung wird in der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Eisenkerns,, der aus zwei Mantelteilen mit einem dazwischen befindlichen Mittelkern besteht,

Fig. 2 einen Ausschnitt eines der Fig. 1 ähnlichen Kerns mit einem an den Enden V-förmigen Mittelkern.

Der in Fig. 1 dargestellte geteilte Eisenkern 10 hat einen Mittelkern 11 und zwei Mantelteile 12,12'. Die drei Kernteile bilden gemeinsam einen dreischenkeligen Kern, bei dem der Mittelkern 11 in das durch die beiden äußeren Kernteile 12, 12' gebildete Spulenwicklungsfenster 13 eingesetzt ist.

Der Mittelkern 11 besteht aus rechteckigen Einzelblechen 14, die z.B. durch Verkleben aneinander befestigt sind. Außerdem ist zwischen den einzelnen Blechen eine Isolierschicht vorhanden, um WirbelStrombildung zu vermeiden. Die Bleche 14 bestehen jeweils aus kornorientiertem Werkstoff mit der durch den Pfeil 15 angegebenen Vorzugsrichtung. Die Einzelbleche sind rechteckig, so daß sie sich praktisch abfallfrei aus einem endlosen Band stanzen lassen.

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Die Mantelteile 12,12* sind aus einem Bandwickel gebildet, der in die beiden dargestellten Wickelhälften unterteilt wurde. Die beiden Mantelteile sind U-förmig und stoßen mit den Stirnflächen 17' ihrer Ü-Schenkel an die Seitenflächen 17'' des quaderförmigen Mittelkerns 11. Die Unterteilungsflächen 17' der Mantelteile und die Zusammenbauflachen oder Seitenflächen 17* * des Mittelkerns bilden also je eine einzige gemeinsame Stoßstelle 17.

Die Bleche 16 der Mantelteile können ebenfalls aus kornorientiertem Werkstoff bestehen. In gewissen Anwendungsfällen kann der Mantel bzw. können die Kernteile 12,l2^r jedoch auch aus minderwertigerem Werkstoff bestehen, wobei dennoch eine sehr hohe Leistung erzielt werden kann. Die Herstellung des in Fig. 1 dargestellten Eisenkerns ist besonders kostengünstig, da weder bei der Herstellung des Mittelkerns 11, noch bei der Herstellung des zweiteiligen Mantels 12,12' Werkstoffverschnitt entsteht.

Fig. 1 erhellt, daß die Bleche 14 bei den Stoßstellen 17 senkrecht und derart mit den Blechen 16 der Mantelteile 12,12' aneinandergrenzen, daß die betreffenden Blechkanten sich gitterartig kreuzen, und zwar über die gesamte Schenkelbreite des Eisenkerns. Beispielsweise sind die Blechkanten 18 senkrecht zu den in Fig. 1 gestrichelt angedeuteten Blechkanten 20 des oberen Schenkels 19 des ü-förmigen Mantelteils 12' angeordnet.

Fig. 1 zeigt, daß die U-förmigen Mantelteile 12,12' jeweils in V-förmige Kernstücke 24,24' unterteilt sind.

Der in Fig. 2 dargestellte geteilte Eisenkern zeigt ebenfalls einen Mantel 21, jedoch mit V-förmigen Stoßstellen. In das

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Spulenwicklungsfenster T3 dieses Mantels 21 ist ein Mittelkern 11' eingepaßt. Zum Zusammenbau mit dem Mittelkern hat der Mantel V-förmige Ausnehmungen, in welche die entsprechend geformten V-förmigen Enden 23 des Mittelkerns 11' eingeführt werden. Die V-förmigen Ausnehmungen sind rechtwinkelig und/oder die V-förmigen Ausnehmungen des Mantels 21 sind geringfügig spitzer als die Kernenden.

Auch bei dem Eisenkern der Fig. 2 sind die Kanten 18' der Bleche 14' des Mittelkerns 11' sich gitterartig mit den Kanten der angrenzenden Bleche 16^r des Mantels kreuzend angeordnet. Die Vorzugsrichtung kann bei dem Mittelkern oder bei allen Kernteilen so gewählt werden, daß bei jedem magnetischen Kreis die Richtung des magnetischen Flusses mit der Walzrichtung der Bleche zusammenfällt, so daß sich nur geringe magnetische Verluste ergeben. Auch die Luftspaltverluste an den Stoßstellen 17' " zwischen dem Mantel 21 und dem Mittelkern 11* können gering gehalten werden, da sich durch den mit geringen Toleranzen ausgebildeten Paßsitz an den Stoßstellen und die nur geringen örtlichen Verformungen der einzelnen Bleche auch nur geringe Störungen des magnetischen Flusses ergeben.

Es ist auch möglich, Bleche unterschiedlicher Magnetisierungsverluste zum Aufbau eines Kernteiles oder mehrerer Kernteile zusammenzusetzen. Es können die Bleche der Kernteile untereinander und/oder die Kernteile zueinander unterschiedliche Magnetisierungsverluste haben. Die Anzahl der Bleche 14 des Mittelkerns 11 ist annähernd doppelt so groß, wie die Anzahl der Bleche 16 des Mantels. Das ist auch dann vorteilhaft, wenn in einen dann entsprechend längeren Mantel mehrere, z.B. drei Mittelkerne eingefügt werden, um den Eisenkern eines Drehstrom-Manteltransformators zu bilden.

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Leerseite

Claims

Ansprüche:

1. Lameliierter Eisenkern für Transformatoren, Drosselspulen o.dgl., mit einem bandwickelförmigen und unterteilten Mantel, der mit einem Mittelkern zusammengebaut ist, d a durch gekennzeichnet, daß der Mittelkern (11) oder mehrere Mittelkerne im Bereich der Unterteilungssteilen (17) des Mantels (12,12·;21) in diesen eingreift bzw. eingreifen.

2. Eisenkern nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e η nz e ich η e t, daß jeweils eine Unterteilungsfläche (17¹) des Mantels (12,12') und je eine Zusammenbaufläche (17^rt) mindestens eines mit dem Mantel (12,12') zusammengebauten Mittelkerns (11) aneinander liegen und eine einzige gemeinsame Stoßstelle (17) bilden.

3. Eisenkern nach Anspruch T oder 2, dadurch gekennzeichne t, daß die Bleche (16) eines Mantelteils (12,12·) und die Bleche (14) eines Mittelkerns (11) sich gitterartig kreuzend aneinander grenzen.

4. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e-

k e η η ζ eic h η et, daß die Bleche (16) des einen Mantelteils (12,12") und die Bleche (14) des Mittelkerns (11) über die jeweilige gesamte Schenkelbreite des Eisenkerns sich gittartig kreuzend aneinander grenzen.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 4,dadurch gekennzeichnet, daß die Kernteile (11,12,12* und 11',21) aus Blechen unterschiedlicher Magnetisierungsverluste bestehen.

6. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (12,12*,21) und/ oder einer der Kernteile (12,12',21) ein aus Blechband hergestellter, aufgetrennter Bandwickel oder Bandwickelteil oder ein aus entsprechend geformten Blechen geschichteter Kernteil ist, und daß ein anderer Kernteil (11,11*) aus ebenen Einzelblechen besteht.

7. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 6,dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei ü-förmigen, bandwickelförmigen Mantelteilen (12,12') besteht, die mit den Stirnflächen (17*) ihrer U-Schenkel an den Mittelkern (11) oder je an einen der Mittelkerne stoßen.

8. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 7, ,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden U-förmigen Mantelteile (12,12*) aus den beiden Hälften eines aufgetrennten Bandwickels bestehen und die Einzelbleche (14) eines Mittelkerns (11) und/oder weiterer Kernteile quer zur Bandwickelachse liegen.

9. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß die ü-förmigen Mantelteile (12,12*) rechtwinkelig auf einen Mittelkern (11) stoßen,

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ORIGINAL !MSPECTED

der bis zum Außenumfang des Mantels durchgehend ausgebildet ist.

10. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Mantelteile (12,12') in V-förmige Kernstücke (24,24') unterteilt sind.

11. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (21) V-förmige, einander gegenüberliegende Ausnehmungen hat, in die die Enden (23) eines Mittelkerns (11') eingreifen.

12. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 11,dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Ausnehmungen rechtwinklig sind.

13. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Ausnehmungen des Mantels (21) geringfügig spitzer sind, als die Kernenden.

14. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 13,dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Mittelkernbleche (14) annähernd doppelt so groß ist, wie die Anzahl der Mantelbleche (16).

15. Eisenkern nach Anspruch 1 bis 14,dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche des Mantels und die des Mittelkerns jeweils untereinander zusammengeklebt und gegeneinander isoliert sind. 809823/0078